уЧЕБНИК. Конспект лекций СанктПетербург 2005
 Скачать 1.58 Mb.
|
|
7.8. Организация двухсторонних каналов Для возможности непрерывного общения двух абонентов телефонный канал должен быть каналом двухстороннего действия. Двухсторонний канал организуется на основе разделения направлений передачи. Разделение направлений передачи образуется следующими способами: разделение в пространстве, разделение по частоте, разделение с помощью дифсистемы и разделение во времени. 1. Разделение в пространстве встречается наиболее часто и осуществляется с помощью разнесения направлений передачи по разным физическим цепям – разным симметричным парам в симметричном кабеле, разным коаксиальным трубкам в коаксиальном кабеле, разным волокнам в волоконно-оптическом кабеле. При разделении направлений передачи в коаксиальном и волоконно- оптическом кабеле взаимное влияние между направлениями передачи в силу экранирующего действия наружной оболочки в коаксиальном кабеле или эффекта полного внутреннего отражения в волоконно-оптическом кабеле пренебрежимо мало. В симметричном кабеле из-за неидеальной симметрии пар имеет место влияние направлений передачи, которое, в основном, и ограничивает величину переприемного участка системы передачи. Защищенность от переходной помехи определяется разностью между уровнем полезного сигнала на выходе подверженного влиянию канала или тракта и уровнем переходной помехи на том же выходе, т.е. П C З P P a − = . Различают влияние на ближний и дальний конец. Рис.7.8. Переходная помеха на ближнем и дальнем конце Влияние на ближний конец возникает, когда разные направления передачи совмещены в одном кабеле (однокабельная система работы). Влияние на дальний конец – когда направления передачи разнесены по разным кабелям (двухкабельная система работы). Оценивая влияние на ближайший конец, запишем l P P C α − = 02 , 0 01 A P P П − = , где 01 P и 02 P - уровень сигнала на передающих концах цепи, подверженной 49 влиянию, и влияющей цепи; 0 A - результирующее затухание переходных токов на ближнем конце. В соответствии с этим ( ) 02 01 0 0 P P l A a З − − − = α , (7.7). Аналогично защищенность на дальнем конце ( ) 02 01 P P l A a l Зl − − − = α , (7.8) где l A - результирующее затухание переходных токов на дальнем конце. Таким образом, при 01 P = 02 P l A a З α − = 0 0 , l A a l Зl α − = (7.9) Так как l A всегда значительно больше 0 A , то защищенность на дальнем конце заметно превышает защищенность на ближнем конце. Физически это объясняется тем, что при влиянии на дальний конец подверженная влиянию и влияющая цепи имеют одинаковые уровни, а при влиянии на ближний конец влияющая цепь имеет уровень, на величину рабочего затухания l α превышающий уровень цепи, подверженной влиянию. 2. Разделение по частоте или двухполосная двухпроводная система двухсторонней связи Встречные направления передачи можно разделять, не только вынося их на отдельные пары проводов. Можно также, применяя одну пару проводов, использовать для отдельных направлений передачи разные полосы частот. Такая система организации двухпроводной связи получила названии двухполосной двухпроводной. 50 Рис.7.9. Двухполосная двухпроводная схема связи На одной и той же паре проводов оборудуются два многоканальных тракта- один в полосе от 1 f до 2 f , другой в полосе от 3 f до 4 f . Эти полосы разделены интервалом 2 f - 3 f , в котором находятся частоты среза двух фильтров – ФНЧ и ФВЧ. Фильтры разделяют направления передачи в оконечных и промежуточных пунктах и поэтому называются направляющими. Взаимные влияния между направлениями передачи в этом случае определяется качеством направляющих фильтров. Оптическим аналогом данной схемы является дуплексная передача по одному волокну с разнесением направлений передачи на разные длины волн. 3. Разделение с помощью дифсистемы Для двухпроводных линий направления передачи можно разделять также при помощи дифференциальных систем, сохраняя для обоих направлений одну и ту же полосу частот. Передающее устройство Передающее устройство > < f 1 – f 2 , λ 1 =1.3 f 1 – f 2 , λ 1 =1.3 f 3 – f 4 , λ 2 =1.55 f 3 – f 4 , λ 2 =1.55 0 f f 3 f 4 f 1 f 2 51 Рис.7.10. Однополосная двухпроводная схема связи На рис.7.10 показана система двухсторонней связи, оборудованная дифференциальными системами. Такую систему называют однополосной двухпроводной. Дифференциальная система представляет собой сочетание дифференциального трансформатора и балансного сопротивления. Предположим, что обе части дифференциальной обмотки трансформатора содержат равное количество витков. Сопротивление Б Z , называемое балансным рассчитывают таким образом, чтобы оно было равно входному сопротивлению Л Z линии. Тогда ток с выхода передающего устройства будет индуктировать в половинках дифференциальной обмотки равные и противоположные по фазе ЭДС. Напряжение на проводниках, соединенных со входом приемного устройства, будет равно нулю. Про такую дифференциальную систему говорят, что она сбалансирована. В практических условиях добиться идеальной балансировки не удается, но, тем не менее, дифференциальная система может вносить между цепями встречных направлений передачи затухания значительной величины. В направлениях от передающего устройства к линии и от линии к приемному устройству дифференциальная система будет также вносить некоторые затухания, однако они могут быть сделаны достаточно малыми. В частности, 10 = −лин пер b lg 2 = 3 дБ 10 = −пр лин b lg 2 = 3 дБ. 52 Дифференциальная система может быть цифровой, когда направления передачи и приема разделяются ключами, работающими с частотой дискретизации В д f f 2 ≥ . В этом случае рабочее затухание дифференциальной системы в каждом из направлений также равно 3 дБ. Оптическим эквивалентом дифференциальной системы является оптический циркулятор. ОЦ представляет собой невзаимное устройство, которое может распределять поступающее оптическое излучение в различные порты в зависимости от направления распространения излучения. Невзаимность свойств ОЦ обусловлена эффектом невзаимного поворота плоскости поляризации (эффект Фарадея) в магнитоупорядоченных кристаллах, в частности в кристаллах ферритов – гранатов. В зависимости от качества выполнения оптических элементов и точности их юстировки величина вносимых потерь в прямом и обратном канале может составлять 0,8 ÷ 1,6 дБ. Максимальная величина изоляции из-за рассеяния на различных дефектах в кристаллах ограничивается уровнем 40 ÷ 45 дБ. Таким образом, использование дифференциальной системы представляется на первый взгляд заманчивым, т.к. благодаря применению одной полосы частот (одной длины волны) расстояние между переприемными участками могло бы быть получено гораздо большим, чем в случае двухплосной системы. Но существенным, основным недостатком дифференциальной системы является то, что она не отличает отраженный в линии сигнал от полезного сигнала, приходящего с дальнего конца. Этот факт в конечном итоге ограничивает область применения дифференциальной системы. Тем не менее, в настоящее время широкое распространение получила технология HDSL, основанная на принципе разделения направлений передачи с помощью цифровой дифференциальной системы и цифровых методов эхоподавления. Таким способом удается реализовать длины переприемных участков на симметричных кабелях до 20 км при скорости передачи 2048 кбит/c. Рис.7.11. Цифровая дифсистема Рис.7.12 Оптический аналог дифсистемы 2 3 1 Прд Прм ОЦ 53 7.9. Разделение во времени Разделение направлений передачи во времени осуществляется на основе принципов коммутации пакетов и используется в локальных сетях передачи данных, где не требуется общения между источниками и приемниками информации в реальном масштабе времени. Дело в том, что при организации связи в реальном масштабе времени с временным разделением направлений передачи между источником и приемником информации возникают недопустимо большие задержки в результате пакетирования информации. Именно по этой причине не прижилась передача методом “пинг-понг”, которую пытались использовать на соединительных линиях до появления технологии HDSL. 8. Принципы построения систем передачи с частотным разделением каналов В системах передачи с частотным разделением каналов (ЧРК) исходным сигналам разных каналов в линейных трактах отводятся определенные полосы частот. Требуемая ширина полосы частот линейного тракта определяется способом передачи канального сигнала и числом каналов. Для более эффективного использования дорогостоящих линейных сооружений желательно в определенной полосе частот организовать как можно больше каналов, т.е. спектр канального сигнала должен быть как можно уже. Известно, что самый узкий спектр канального сигнала имеет место при использовании амплитудной модуляции и передаче в линию одной боковой полосы частот (ОБП). Поэтому в системах передачи с ЧРК используется этот метод передачи. Для преобразования спектров исходных сигналов в отводимые для них полосы частот линейного тракта на передающей станции применяются модуляторы. На приемной станции канальные сигналы разделяются полосовыми фильтрами. Для восстановления исходных сигналов используются демодуляторы, включенные на выходе полосовых фильтров. При модуляции и демодуляции кроме полезных частотных составляющих возникают побочные продукты преобразования, большая часть которых подавляется фильтрами, включенными на выходах модуляторов и демодуляторов. Таким образом, основой построения систем передачи с ЧРК является преобразование сигналов в частотной области, осуществляемое с помощью нелинейных и параметрических устройств, с применением электрических фильтров. Если при построении систем передачи с ЧРК эти устройства для каждого сигнала являются отдельными и повторяются в составе оконечной и промежуточной аппаратуры столько раз, на сколько каналов рассчитана система передачи, то такой метод построения систем передачи называется 54 индивидуальным. Если отдельной для каждого канала является только часть устройств оконечной аппаратуры, а остальные ее устройства и устройства промежуточной аппаратуры являются общими для всех каналов, то такой метод построения системы передачи называется групповым. Идея группового метода построения систем передачи позволила резко уменьшить в составе оконечного оборудования число фильтров, т.е. облегчила возможность создания фильтров каналов с однородными характеристиками и возможность построения систем передачи с ЧРК практически с любым числом каналов. Использование на промежуточных станциях одного усилителя для усиления сигналов во всех каналах не требует применения канальных фильтров – основных источников амплитудно-частотных искажений в каналах. Поэтому возможно включение очень большого числа промежуточных усилителей, т.е. осуществление связи практически на любые расстояния. Как следует из сказанного, промежуточная аппаратура систем передачи, построенная таким образом, проще, а следовательно, и дешевле. Кроме того, групповой принцип построения систем передачи позволяет стандартизировать значительную часть оборудования оконечной аппаратуры разной канальности. Существенным недостатком систем передачи, построенных по групповому методу, является необходимость установки всего оборудования вне зависимости от потребного количества связей на данный момент времени, а также необходимость применения специальной аппаратуры выделения в промежуточных пунктах для установления связи этого пункта с другими пунктами магистрали. При построении систем передачи с ЧРК по групповому методу используется многократное преобразование частоты. Первичные сигналы несколько раз преобразуются по частоте, прежде чем передаются в линию. На приемной оконечной станции осуществляются аналогичные преобразования, но в обратном порядке. 55 Рис.8.1. Система передачи с ЧРК В первой ступени, называемой ступенью индивидуального преобразования, одинаковые исходные частотные полосы от 1 n различных источников преобразуются в 1 n - канальные сигналы, размещенные в неперекрыващихся полосах частот, образуя 1 n - канальный сигнал. Вторая и последующие ступени преобразования являются групповыми. Во второй ступени 2 n одинаковых частотных полос 1 n - канального сигнала преобразуются в общий 1 n 2 n - канальный сигнал. В следующей ступени преобразования образуется 1 n 2 n 3 n - канальный сигнал путем переноса 3 n одинаковых частотных полос 1 n 2 n - канального сигнала в неперекрывающиеся полосы частот. Образованную вышеуказанным способом группу из 1 n - канальных сигналов называют первичной группой каналов. Необходимо иметь в виду, что первичная группа может быть образована двукратным преобразованием частоты. В этом случае первичная группа объединяет несколько так называемых предгрупп. Группу 1 n 2 n - канальных 56 сигналов, полученную объединением 2 n первичных групп, называют вторичной группой каналов. Группу 1 n 2 n 3 n - канальных сигналов, полученную объединением 3 n вторичных групп, называют третичной группой каналов. При построении оконечной аппаратуры на очень большое количество каналов можно использовать четвертичные и пятеричные группы каналов. Каждая из этих групп образуется объединением, соответственно, нескольких третичных и четверичных групп. Совокупность оборудования этих групп носит название каналообразующей аппаратуры, назначение которой заключается в преобразовании N исходных сигналов, занимающих полосу частот 0,3-3,4 кГц, в групповой сигнал одной из разновидностей стандартных групп. Каналообразующая аппаратура различных систем передачи необязательно содержит все перечисленные выше группы. В зависимости от общего числа каналов она может состоять только из первичных групп, первичных и вторичных и т.д. Рис.8.2. Многоступенчатое преобразование частоты Построение каналообразующей аппаратуры по групповому принципу позволяет использовать фильтры в оптимальном для реализации требуемых характеристик диапазоне частот, что значительно облегчает массовое производство высококачественных фильтров. Кроме того, число наиболее 57 сложных в изготовлении канальных полосовых фильтров для любой системы передачи равно 1 n . Высококачественные полосовые фильтры дают возможность свести до минимума частотный промежуток между каналами в 1 n - канальной группе и отвести на каждый канал одинаковую по ширине полосу частот. Многократное преобразование частоты позволяет сохранить частотные промежутки между каналами в линейном спектре такими же, как в первой 1 n - канальной группе. Использование каналообразующей аппаратуры позволяет строить оконечную аппаратуру любых систем передачи на основе использования стандартного преобразовательного оборудования и, следовательно, создать единое унифицированное каналообразующее оборудование для различных систем передачи. Оборудование, предназначенное для преобразования спектра частот на выходе каналообразующей аппаратуры в определенный для системы передачи линейный спектр, называется аппаратурой сопряжения. Аппаратура сопряжения содержит, как правило, одну ступень преобразования. Однако, если спектр группового сигнала на выходе каналообразующей аппаратуры частично или полностью совпадает с линейным спектром частот, то используется две ступени преобразования. При применении в этом случае только одной ступени преобразования неизбежны значительные искажения, вызванные непосредственной передачей исходного сигнала через преобразователь. Рис.8.3. Устранение взаимных искажений исходного и полезного сигнала Поясним это на примере формирования нижней группы частот линейного спектра системы передачи по воздушным линиям связи типа В-12-3. Каналообразующая аппаратура этой системы передачи состоит только из первичной группы, спектр частот которой 60-108 кГц. 144 36-84 60 108 60 108 60 84 исходный сигнал 36 84 полезный сигнал 36 84 204 252 Нижняя боковая Верхняя боковая полоса полоса 324 384 432 486 36 84 60 108 60 108 384 432 384 432 36 84 58 При использовании одной ступени преобразования для получения линейного спектра вследствие непосредственной передачи исходного сигнала через преобразователь на выходе полосового фильтра с полосой пропускания 36- 84 кГц наряду с полезным сигналом будет присутствовать исходный сигнал, занимающий полосу частот 60-84 кГц. Следовательно, в 7-12 м каналах, занимающих в линейном спектре полосу частот 60-84 кГц, возникнут искажения. Для устранения этих искажений в системе передачи В-12-3 применяется дополнительная ступень преобразования с помощью несущей 324 кГц. Требуемая линейная полоса частот 36-84 кГц получается посредством второй ступени преобразования с использованием несущей 468 кГц. В этом случае в обеих ступенях преобразования сигналы на входе и выходе преобразователей значительно отличаются друг от друга по шкале частот и попавшие на выход преобразователя исходные сигналы подавляются фильтрами, выделяющими полезные боковые полосы частот. Наиболее благоприятные условия для передачи полученного на выходе аппаратуры сопряжения линейного спектра призвана осуществлять оконечная аппаратура линейного тракта. Линейным трактом называется часть группового тракта систем передачи, в которой передача сигнала осуществляется в линейном спектре частот. В состав оконечной аппаратуры линейного тракта обычно входят усилители, устройства автоматического регулирования уровня (АРУ), направляющие фильтры и т.д. Таким образом, оконечная аппаратура любой системы передачи состоит из каналообразующей аппаратуры, оконечной аппаратуры линейного тракта и аппаратуры сопряжения. Использование унифицированной каналообразующей аппаратуры позволяет помимо стандартных каналов ТЧ образовывать широкополосные каналы, предназначенные для высокоскоростной передачи данных и т.п. При создании магистралей с большим числом каналов обычно имеется необходимость осуществления высокочастотного транзита групп каналов из одного участка магистрали в другой или из одной магистрали в другую. Наличие унифицированной стандартной каналообразующей аппаратуры облегчает решение этой задачи. Расположение спектра каждого канала в линейном спектре частот, полученное путем многократного преобразования удобно характеризовать так называемой виртуальной несущей частотой. Виртуальной несущей частотой называется воображаемая несущая частота, с помощью которой можно было бы исходную полосу частот переместить в линейную путем однократного преобразования, минуя все промежуточные ступени преобразования. 59 1- индивидуальное преобразование 2- групповое преобразование 3- аппаратура сопряжения 4- оконечная аппаратура линейного тракта Рис.8.4. Состав оборудования систем передачи с ЧРК Рис.8.5. Виртуальная несущая частота аппаратура линейного 1 1 2 3 4 1 1 1 1 2 3 4 Линия Линия Каналообразующая аппаратура Аппаратура сопряжения тракта • • 108 444 0,3 3,4 • 0 104,6 107,7 548,6 551,7 564 12,3 15,4 В f =12кГц 60 Поясним это на примере. Первый канал системы передачи К-60 занимает в линейном спектре полосу 12,3-15,4 кГц. Эта полоса частот образуется путем использования трех ступеней преобразования. Как видно из рис. Виртуальной несущей частотой, с помощью которой исходный сигнал 0,3-3,4 кГц мог бы быть перенесен в линейный спектр 12,3-15,4 кГц одной ступенью преобразования является частота 12 кГц. |