Характеристики каналов передачи

Диаграмма уровней канала – график, показываю­щий изменение уровня передачи при прохождении сигнала по ли­нии от оконечной станции передачи (вход канала) до оконечной станции приема (выход канала). При вычерчивании диаграммы уровней необходимо знать уровни передачи на входах и выходах оконечных и усилительных станций. Обычно диаграмма уровней строится при условии, что на вход канала подается сигнал с за­данным (нормализованным) абсолютным уровнем. Для построе­ния диаграммы уровней телефонного канала, например, предпола­гается, что на вход его подается сигнал с нулевым абсолютным уровнем. Уровни на входе и выходе оконечных и усилительных станций можно либо рассчитывать, либо измерять. На рис. 4.1. показана для примера диаграмма уровней канала, включающего оконечные станции (пункты) передачи и приема (ОПпер и ОПпр), четыре усилительных участка протяженностью 11, 12, 13 и l4 и три усилительные станции с усилением S1, S2, S3.S1 = a11; S2=al2;S3 = al3; SОПпр =al4, где a – коэффициент затухания линии связи.

Рис. 4.1.

Уровень приема на входе усилительной станции определяется как pпрi = pпер (i-1) – α li.

Соответственно усиление усилительной станции легко определя­ется из диаграммы уровней как Si = pпер i - pпрi.

По диаграмме уровней, таким образом, можно судить об уси­лении усилительных станций, помехозащищенности сигналов в канале передачи и т. д.

Остаточное затухание (усиление) канала - рабочее затухание (усиление) канала, определяемое в условиях замыкания входа и выхода канала на активные сопротивления нагрузок, рав­ные номинальным значениям входного и выходного сопротивлений канала как четырехполюсника. При обеспечении согласования канала с нагрузками на входе и выходе остаточное затухание можно определить как ar = pвх – рвых

Если рвых > pвх, то ar < 0 и имеет место остаточное усиление Sr = – ar. При согласовании всех элементов, образующих канал пе­редачи, по входным сопротивлениям остаточное затухание можно определить как разность суммы всех затуханий и суммы всех уси­лений в канале:

Остаточное затухание легко определить по диаграмме уровней канала (см. рис. 4.1.). Частоту f0, на которой измеряют остаточное зату­хание, устанавливается для каждого типа канала. Например, для канала ТЧ эта частота равна 800 Гц.

Частотная характеристика остаточного зату­хания - зависимость остаточного затухания от частоты. При­мерный вид частотной характеристики остаточного затухания по­казан на рис. 4.2. На частоте f0 устанавливается номинальное зна­чение остаточного затухания arm. На других частотах значение ar может отличаться от номинального. Отличия обычно задают в виде «шаблона», показанного на рис. 4.2., в виде границ допусти­мых значений (линии 1 и 2).

Рис. 4.2

По частотной характеристике остаточного затухания можно определить частоты эффективно передаваемой полосы частот ка­нала (f1, f2 на рис. 4.2.), на которых отклонения остаточного за­тухания от номинального значения достигают некоторой задан­ной величины. Очевидно, что для канала ТЧ f1= 300 Гц, а f2 = 3400 Гц.

Для передачи ряда сигналов электросвязи важной является фазо-частотная характеричтика канала (ФЧХ), под которой понимается зависимость фазового сдвига между выходным и входным сигналами от частоты. Общий вид ФЧХ приведен на рис. 4.3.

Рис. 4.3.

Амплитудная характеристика канала – зависи­мость выходного уровня от входного уровня сигнала. Примерный вид этой характеристики показан на рис. 4.4. а. При изменении входного уровня до некоторого значения P_вх0, который определяет порог перегрузки канала, указанная зависимость линейна, т. е. существует пропорциональность между изменениями входного и выходного уровней, что характерно для линейных четырехполюс­ников. При P_вх > P_вх0 эта пропорциональность нарушается и ка­нал начинает вносить нелинейные искажения. Таким образом, по амплитудной характеристике можно судить о нелинейных искаже­ниях, вносимых каналами. Нелинейные искажения проявляются в появлении паразитных гармоник или комбинационных частот входного сигнала. Оценить величину нелинейных искажений можно рассчитав коэффициент нелинейных искажений как отношение амплитуды паразитных гармоник к амплитуде основной или затухание нелинейности.

Рис. 4.4. а, б

Можно изобразить амплитудную характеристику канала как зависимость остаточного затухания от входного уровня канала. При P_вх ≤ P_вх0, a_r = const. При P_вх > P_вх0 остаточное затухание возрастает с ростом входного уров­ня (рис. 4.4. б).

18 Двусторонние каналы передачи

При телефонной связи один и тот же телефонный аппарат яв­ляется то передающим (абонент говорит), то приемным (абонент слушает). По этой причине телефонные каналы должны быть дву­сторонними, т. е. обеспечивать передачу сигналов в прямом и об­ратном направлениях.

При организации телефонной связи на местных сетях ЕСЭ чаще всего используют двухпроводные физические цепи, по кото­рым сигналы передаются без преобразования в тональном спект­ре частот. Сравнительно небольшая протяженность этих цепей поз­воляет обойтись без усилителей.

Для организации междугородной телефонной связи необходим канал двустороннего действия, который образуется путем объе­динения двух встречных односторонних каналов ТЧ. При таком объединении необходимо обеспечить двухпроводное окончание двустороннего канала, так как АЛ местной телефонной сети свя­зи является двухпроводной. Поэтому объединение односторонних каналов осуществляют через специальные переходные (развязы­вающие) устройства РУ (рис. 4.5.). Из схемы следует, что при объединении двух односторонних каналов в один двусторонний возникает цепь связи, по которой токи с выхода одного односто­роннего канала могут попадать на вход другого. В результате может возникнуть самовозбуждение двустороннего канала, если общее усиление этих токов в цепи обратной связи будет больше общего затухания цепи. Для устранения самовозбуждения и дру­гих последствий наличия об­ратной связи развязывающее устройство должно иметь боль­шое затухание между точками а и b, т.е. задерживать токи обратной связи. Вместе с тем РУ должно иметь малое зату­хание в направлении от а к с и от с к b, т. е. пропускать токи с выхода канала данного направления к линии местной сети и, наоборот, с выхода линии местной сети на вход канала противоположного направления.

Рис. 4.5.

В схеме двустороннего канала (см. рис. 4.5.) можно различить двухпроводную и четырехпроводную части. Развязывающее уст­ройство помимо устранения самовозбуждения канала обеспечива­ет согласование сопротивлений и уровней передачи этих частей канала.

В одностороннем канале каждого направления можно исполь­зовать двухпроводную линию передачи с односторонними усили­телями. При этом в каждом из направлений пере­даются сигналы в одном и том же диапазоне частот. Такая сис­тема двусторонней связи называется четырехпроводной однопо­лосной (рис. 4.6.). Для ее осуществления требуются две двухпро­водные линии связи. Она в основном используется на кабельных линиях. На оконечных станциях этой системы передачи расположено как передающее, так и приемное оборудование. Несущие колебания подают одновременно на модулятор М и демодулятор Д данного канала на каждой оконечной станции. Для перехода от четырехпроводной части телефонного канала к двухпроводной используются развязывающие устройства.

Достоинством четырехпроводной однополосной системы дву­сторонней связи являются наличие одинакового оборудования на обеих оконечных станциях, простота оборудования усилительных станций, содержащих два одинаковых односторонних усилителя, что удешевляет их стоимость и упрощает эксплуатацию.

Однако четырехпроводную однополосную систему двусторон­ней связи не всегда можно реализовать технически, и она не всегда оправдана экономически. В частности, на воздушных ли­ниях передача сигналов в противоположных направлениях в од­ном и том же спектре частот приводит к значительным влияниям на ближнем конце между цепями, от­носящимися к односторонним каналам противо­положных направлений передачи. Влияние меж­ду цепями может привести к самовозбуждению усилителей разных направлений на одной усили­тельной станции.

19 РУ и помехи

Развязывающие устройства

В четырехпроводной однополосной и двухпроводной однопо­лосной системах двусторонней связи в качестве развязывающих устройств обычно используют дифференциальную систему (рис. 4.11). Дифференциальная система содержит дифференциальный трансформатор с тремя обмотками, число витков которых равно соответственно WI, WII и WIII, и сопротивление Z3, называемое балансным контуром. Если WI=WIII, дифференциальная система называется симметричной или равноплечей. К зажимам 1 – 1 диф­ференциальной системы, используемой в качестве развязываю­щего устройства, подключается двухпроводная линия, к зажимам 2 – 2 - вход канала (или усилителя) одного направления пере­дачи, а к зажимам 4 – 4 - выход канала (или усилителя) про­тивоположного направления (рис. 4.12).

Рис. 4.11.

Рис. 4.12.

Очевидно, что затухание дифференциальной системы в направлении 4–2 должно быть очень большим, идеально – бесконечно большим.

Рассмотрим, в каком случае выполняется это условие применительно к равно­плечей дифференциальной системе. Будем считать усилитель встречного направления источником напряжения с внутренним сопротивлением Z4, подключенным к зажимам 4–4. Входные со­противления усилителя прямого направления и двухпроводной линии Z2 и Z1 подключены соответственно к зажимам 2–2 и 1–1 (рис. 4.13).

Рис. 4.13. –

Токи I1 и I3, протекая по обмоткам I и III, создают в сердечнике трансформатора магнитные потоки, направленные в противоположные стороны. Если эти потоки равны, ЭДС, наводи­мая в обмотке II, равна нулю. Через сопротивление ток проте­кать не будет, и, следовательно, затухание дифференциальной си­стемы в направлении 4–2 будет бесконечно велико, т.е. ток об­ратной связи будет отсутствовать. Поскольку у равноплечей диф­ференциальной системы WI=WIII, необходимо, чтобы I1 = I3. Это условие, в свою очередь, будет выполнено, если Z1 = Zбк.

Таким образом, для устранения токов обратной связи необходи­мого подобрать сопротивление балансного контура равным вход­ному сопротивлению линии. Соответствующая дифференциальная система называется уравновешенной или сбалансированной.

Рис. 4.14.

Известно, что при прохождении сигнала электриче­ская цепь создает минимальное затухание, если она включена согласованно с нагрузками. При согласованном включении пере­дача сигналов через электрическую цепь характеризуется собст­венным затуханием:

где Рвх и Рвых – мощность сигнала на входе и выходе электри­ческой цепи. Если условия передачи энергии с входа цепи на ее выход и в обратном направлении одинаковы, то электрическая цепь называется обратимой. В частности, все пассивные цепи яв­ляются обратимыми. Для обратимых цепей затухание не изменя­ется при замене направления передачи сигналов. Так, в схеме рис. 4.13 затухание дифференциальной системы не изменится, ес­ли генератор подключить к зажимам 2–2, а сопротивление Z4 рассматривать как нагрузку. Другими словами, A4-2=A2-4. Под­ключая генератор к зажимам 2–2 равноплечей уравновешенной дифференциальной системы (рис. 4.14) и имея в виду, что выпол­няется условие Z1 = Zбк, т. е. A2-4 = ¥, можем заключить, что вся мощность, развиваемая генератором на зажимах 2–2, делится поровну между нагрузками Z1 и Zбк, ес­ли считать трансформатор идеальным. Полагая, что в этом случае выходом це­пи являются зажимы 1–1, и используя выражение (), получаем

Аналогично в схеме, показанной на рис. 4.13, мощность, раз­виваемая генератором на зажимах 4–4 дифференциальной сис­темы, делится поровну между нагрузками Z1 и Zбк, так как на сопротивлении Z2 мощность не рассеивается. Следовательно, для равноплечей уравновешенной дифференциальной системы

Таким образом, в направлении от двух­проводной линии связи до входа усилите­ля собственное затухание дифференци­альной системы сравнительно невелико.

На практике выполнение условия (Z1 = Zбк) оказывается невозмож­ным, так как входное сопротивление линии Z1 сложным образом зависит от частоты, а схема балансного контура должна быть сравнительно простой. Поэтому в реальной дифференциальной си­стеме затухание в направлении от зажимов 4–4 к зажимам 2–2 (см. рис. 4.13) конечно, и, следовательно, всегда существует не­который ток обратной связи. Тем не менее в любой системе дву­сторонней связи следует обеспечить условия, при которых общее затухание цепи обратной связи будет больше общего усиления этой цепи

Рис. 4.15

Помимо дифференциальной системы в качестве развязываю­щих устройств при рганизации двусторонней связи можно использовать РУ на резисторах (рис. 4.15). Такие РУ значительно про­ще, однако обладают сравнительно большим затуханием в нап­равлениях пропускания (около 6 дБ) и рядом других недостат­ков. Существуют РУ с использованием активных приборов, кото­рые имеют заметные преимущества перед пассивными схемами.