уЧЕБНИК. Конспект лекций СанктПетербург 2005
 Скачать 1.58 Mb.
|
|
8.1. Методы формирования и передачи канальных сигналов в СП с ЧРК В каналообразующей аппаратуре в настоящее время принято следующее группообразование. В качестве первичной группы используется двенадцатиканальная группа. Вторичная группа формируется путем объединения пяти первичных групп, третичная группа – объединения пяти вторичных групп, четвертичная - объединения трех третичных групп. Полосы частот каждой из групп выбирались так, чтобы абсолютная и относительная ширина их были как можно меньше. При этом учитывалась возможность изготовления фильтров, выделяющих требуемую боковую полосу частот, и необходимость выделения этих групп каналов в промежуточных усилительных пунктах. Абсолютная ширина спектра частот первичной группы зависит от полосы частот, занимаемой каналом ТЧ. Т.к. до настоящего времени наибольшее число каналов в системе передачи используется для передачи речи, то требуемая ширина полосы частот 0,3 ÷ 3,4 кГц. Однако расстояние между виртуальными несущими частотами соседних каналов выбирается равным 4кГц. Интервалы в 0,9 кГц между полосами соседних каналов необходимы для обеспечения требуемой крутизны нарастания затухания фильтров при переходе от полосы пропускания к полосе задерживания. Таким образом, ширина спектра первичной двенадцатиканальной группы составляет 48 кГц. Выбор спектра частот для стандартной первичной группы основывался на следующих соображениях. Относительная ширина спектра частот группы должна быть не только как можно уже, но и меньше двух. В этом случае вторые и более высокие гармоники всех составляющих этого спектра, а также комбинационные частоты второго порядка оказываются вне полосы группы. Поэтому желательно выбирать спектр группы в области более высоких частот. Однако это потребовало бы использования в качестве несущих частот более высокие гармоники частоты 4 кГц, что усложнило бы генераторное оборудование. С этих позиций спектр группы желательно выбирать в области более низких частот. В качестве компромисса был выбран спектр 60-180 кГц. В этом диапазоне частот оказалось более удобным осуществить изготовление и эксплуатацию кварцевых и магнитострикционных фильтров, которые часто используются для подавления неиспользуемой боковой полосы. В этом диапазоне такие фильтры обладают достаточно хорошей однородностью и высокой стабильностью характеристик. 61 Известно несколько способов формирования стандартной первичной группы: с использованием одной ступени преобразования, с использованием двух индивидуальных ступеней преобразования; с применением двух ступеней преобразования на основе четырех предварительных трехканальных групп. При формировании стандартной группы с использованием одной ступени преобразования получение 12 различных боковых полос осуществляется 12 индивидуальными преобразователями передачи, на которые подаются 12 различных несущих частот (64,68,…108 кГц). Рис.8.6. Формирование с использованием одной ступени преобразования 62 0.3-3.4 12 12.3 15.4 12.3-23.4 16 16.3 19.4 84 60.6 71.7 20 20.3 23.4 12,3-23,4 60,6-107,7 96 77,6 83,7 12,3-23,4 108 84,6 95,7 12,3-23,4 120 96,6 107,71 Вторая 3- канальная группа Третья 3- канальная группа Четвертая 3- канальная группа Ри Рис.8.7. Использование трехканальных предгрупп 0.3 3.4 12.3 23.4 60.6 107.7 84 96 108 120 12 16 20 63 0.3-3.4 200 200.3 203.4 264 60.6 63.7 268 64.6 67.7 60.6 107.7 308 104.6 107.7 Рис.8.8. Использование двух ступеней преобразования Выделение полезных (нижних боковых) полос и подавление побочных продуктов преобразования производится с помощью 12 полосовых канальных фильтров. На приемном конце аналогичные фильтры полосу частот 60-108 кГц распределяют на входы соответствующих индивидуальных преобразователей приема, на выходе которых с помощью фильтров низкой частоты выделяются исходные полосы частот 0,3-3,4 кГц. Степень подавления неиспользуемой боковой полосы будет достаточной, т.е. мешающее влияние между каналами группы будет отсутствовать, если крутизна характеристики затухания полосового канального фильтра будет не менее 0,1-0,13 дБ/Гц. Требуемую крутизну затухания в полосе частот 60-108 кГц могут обеспечить только кварцевые и магнитострикционные фильтры. Таким образом, при одноступенчатом формировании первичной 308 304 300 296 292 288 284 280 276 272 268 264 200,3 203,4 200 60.6 107.7 0.3 3.4 200,3 203,4 200 200 64 стандартной группы необходимо использовать 12 различных дорогостоящих фильтров. Для уменьшения числа типов полосовых канальных фильтров и их удешевления в некоторых системах передачи оборудование 12-канальной стандартной группы строится из четырех трехканальных групп, т.е. используется предварительная модуляция. Каждая трехканальная группа формируется путем преобразования исходных сигналов индивидуальными преобразователями с помощью несущих частот 12, 16 и 20 кГц. Полученные после первой ступени преобразования верхние боковые полосы частот трех каналов, примерно 12-24 кГц, подаются на групповые преобразователи с несущими 84, 96, 108 и 120 кГц . На выходе групповых преобразователей включены групповые полосовые фильтры, каждый их которых соответственно выделяет нижние боковые полосы частот, примерно, 60-72, 72-84, 84-96 и 96-108 кГц. На приемном конце преобразование осуществляется в обратном порядке. Для второй ступени преобразования используются несущие частоты 264, 268, …,304 и 308 кГц. Требуемая крутизна характеристики фильтров, выделяющих после преобразования в нижнюю боковую полосу частот, незначительна, т.к. увеличивается частотный промежуток между полезными и подавляемыми полосами частот. Поэтому здесь используются фильтры типа LC. Каждый из этих методов формирования первичной стандартной группы имеет свои достоинства и недостатки. При первом методе формирования используется одна ступень преобразования. Наличие второй ступени преобразования вызывает увеличение количества узлов оборудования группы и может привести к его удорожанию. Кроме того, это же обстоятельство может увеличить искажения и помехи в каналах. Но при первом методе построения необходимо использовать 12 различных канальных фильтров с высокой селективностью. При втором методе формирования группы используются избирательные канальные полосовые фильтры всего трех типов. Это простые в изготовлении и дешевые фильтры LC. После второй ступени преобразования применяются также простые фильтры LC. При третьем методе – полосовые канальные фильтры одинаковые, что удешевляет их производство. После второй ступени преобразования используются, как и при втором методе, относительно простые фильтры LC. Выбор того или иного метода формирования первичной группы в системах передачи определяется многими факторами и в первую очередь технологией изготовления и стоимостью изготовления отдельных узлов оборудования группы. При выборе положения спектров вторичной и третичной групп на шкале частот исходили их тех же предпосылок, что и при выборе спектра частот первичной группы, а именно: учитывалась необходимость уменьшения относительной ширины выбираемого спектра и возможность использования в качестве несущих частот более низких гармоник частоты 4кГц. В максимальной степени этим противоречивым требованиям отвечает для вторичной стандартной группы полоса частот 312-552 кГц, а для третичной 812-2044 кГц. 65 Как отмечалось выше, вторичная стандартная группа формируется из пяти первичных групп. Полоса частот каждой из 12-канальных групп с помощью группового преобразования перемещается в такой спектр, чтобы общая полоса частот составляла 312-552 кГц. 60-108 420 468 420 (252) 312 360 516 564 612 468 (300) 360 408 60 108 312 552 312-552 516 (348) 408 456 252 300 348 396 564 (396) 456 504 444 60 108 612 (444) 504 552 312 552 Рис.8.9. Формирование вторичной стандартной группы Если в качестве несущих используются частоты 420, 468, 516, 564 и 612 кГц, то такая вторичная группа называется основной. При несущих частотах 252, 300, 348, 396 и 444 кГц получается так называемая инверсная вторичная группа. В некоторых системах передачи используется вторичная стандартная группа, отличающаяся от основной обратным расположением пятой первичной группы. Для этого вместо несущей частоты 612кГц используется частота 444кГц. Неиспользуемые боковые полосы и побочные продукты преобразования подавляются с помощью групповых полосовых фильтров 321-360; 360-408; 408- 456; 456-504 и 504-552 кГц. Требования к крутизне нарастания этих фильтров незначительны и легко реализуются с помощью фильтров LC. Объясняется это наличием значительного частотного промежутка между пропускаемой и подавляемой полосами. Третичная стандартная группа (812-2044 кГц) формируется из пяти основных вторичных стандартных групп. Введение между преобразованными 60- канальными группами частотных промежутков в 8 кГц необходимо для облегчения задачи выделения 60-канальных групп на оконечных и промежуточных станциях. 66 312-552 1364 812 1052 1512 1060 1300 1 812-2044 1364 1860 1308 1548 1512 1860 2108 2108 1556 1796 2356 312 552 2356 1804 2044 812 2044 Рис.8.10. Третичная стандартная группа При формировании стандартной четвертичной группы три третичные преобразуются частотами 10560, 11880 и 13200 кГц в полосу частот 8516-12388 кГц. 10560 11880 812-2044 13200 10560 8516 9748 812 2044 11880 9836 11068 8516 12388 13200 11156 12388 Рис. 8.11. Четверичная стандартная группа Таким образом, основными устройствами, используемыми при формировании канальных сигналов в СП с ЧРК, являются – преобразователи частоты, генераторное оборудование и электрические фильтры. При передаче сигналов 67 связи по каналам и групповым трактам необходимы также усилители, корректоры и устройства автоматической регулировки уровня. 8.2 Линейный тракт систем передачи с ЧРК Линейный тракт содержит линейные усилители трактов передачи и приема оконечных станций, усилительные участки линии, промежуточные усилительные станции, переприемные станции по тональной и переприемные станции по высокой частоте. Промежуточные усилительные станции предназначены для компенсации затухания усилительных участков линии. На кабельных магистралях большинство промежуточных усилительных станций – необслуживаемые (НУП) и только часть этих станций являются обслуживаемыми усилительными пунктами (ОУП). Необслуживаемые усилительные пункты питаются дистанционно от ОУП и поэтому НУП стремятся выполнить по возможности экономичными по потреблению электроэнергии. Для поддержания диаграммы уровней в линейном тракте в заданных пределах и постоянства остаточного затухания каналов ОУП и линейные усилители тракта приема оконечных станций снабжаются устройствами АРУ по контрольным частотам (КЧ). В линейных трактах систем передачи по коаксиальным кабелям длина усилительных участков гораздо меньше, чем в системах передачи по симметричным кабелям. В связи с этим устройства АРУ по КЧ в линейных трактах коаксиальных кабелей приходится применять и на части НУП. Станции с переприемом по ТЧ для многоканальной связи позволяют использовать необходимое число любых каналов для связи с оконечными или другими переприемными станциями. Станции с переприемом по ВЧ дают возможность выделять группы каналов в унифицированных спектрах первичных, вторичных и третичных групп и передавать транзитом в этих же спектрах остальные стандартные группы. Поэтому на таких станциях устанавливается лишь линейное оборудование и соответствующее групповое преобразовательное оборудование. В соответствии с изложенным структура линейного тракта кабельных систем передачи может быть представлена следующим образом: -о конечная станция ОУП НУП. Рис.8.12. Структура линейного тракта 68 2500 км Переприем по 12-ка- Переприем по Т4 а) нальным группам 2500 км Переприем по 60-ка- б) нальным группам 2500 км в) Переприем по 300-ка – нальным группам - индивидуальный - преобразователь 12-канальной преобразователь группы - преобразователь 60-канальной - преобразователь 300-канальной группы группы Рис.8.13. Структура гипотетической цепи 69 При нормировании допустимой мощности помех на выходе каналов, как и других электрических характеристик каналов, исходят из условия обеспечения высокого качества передачи при максимальной дальности связи как по государственной, так и по международным сетям связи. Поэтому нормы в отношении допустимых помех в каналах зависят от протяженности магистрали. Для учета структуры и протяженности линейного трака и магистрали в целом в соответствии с рекомендациямиМСЭ нормирование помех производится для каналов условной (гипотетической) цепи определенной протяженности и структуры. Протяженность гипотетической цепи кабельных, радиорелейных и воздушных линий из цветных металлов принята в 2500 км. Структура этой цепи для симметричных кабельных линий, а так же радиорелейных линий с ЧРК при числе каналов от 12 до 60 предусматривает два переприема по тональной частоте и на каждом переприемном участке по ТЧ один переприем по 12-канальным группам (рис8.13а). Гипотетическая цепь коаксиальных линий , используемых в спектре до 4 МГц, и радиорелейных линий с числом каналов более 60 также содержат три участка переприема по ТЧ, но на каждом из них предусматривается два ВЧ переприема – один по 12-канальным и второй по 60-канальным группам (рис8.13 б). При передаче по коаксиальным кабелям в спектре до 8.5 МГц каждый переприемный участок по ТЧ содержит один переприем по 60-ти и один переприем по 300-канальной группе. Для гипотетических цепей МСЭ рекомендованы следующие нормы средней в ЧНН псофометрической мощности помех, отнесённых к ТНОУ ( точке с нулевым относительным уровнем ) – для кабельных и радиорелейных линий 10 000 пВт. Этой величине мощности соответствует защищенность от помех 50 дБ и псофометрическое напряжение помехи на выходе канала 1.1 мВ в точке с относительным уровнем – 7 дБ. Из общей допустимой мощности помех на преобразовательное оборудование оконечных станций и аппаратуру переприемных станций отводится 2500 пВт, а на помехи за счет линейного тракта 7500 пВт. В соответствии с этим можно считать, что на 1 км линейного тракта кабельных цепей приходится мощность помех в 7500/2500=3 пВт; при протяженности линейного тракта L км допустимая псофометрическая мощность помех будет составлять 3L пВт. 8.3. Размещение усилителей. Накопление собственных помех Покажем, что применение промежуточных усилителей принципиально необходимо. Пусть, например, требуется осуществить 24-канальную телефонную связь по цепи симметрического кабеля МКС – 4х4х1.2 мм протяженностью 100 км. Максимальная частота спектра в линейном тракте 108 кГц, при этом километрическое затухание кабеля α = ∼ 1.75 дБ/км. При длине цепи 100 км величина α l = 175 дБ. Остаточное затухание канала r a = 7 дБ. Если преобразователи частоты и фильтры на передающей и приемной станциях вносят затухание 7 дБ, то затухание линии вместе с преобразовательным оборудованием составит 189 дБ. Для компенсации избытка затуханияя в канале потребуется 70 усиление S= 189 - r a = 182 дБ. Предположим, что это усиление обеспечивается одним усилителем на передающем конце. Измерительный уровень на выходе усилителя будет 175 дБ, что соответствует мощности P = 10 10 17.5 ⋅ мВт = 131400 млн кВт. Такой нереальный уровень мощности на выходе усилителя потребовался потому, что при распространении сигнала по линии его энергия убывает по экспоненциальному закону. Рис.8.14. Размещение усилителей При включении усилителя только на приемном конце уровень сигнала на его входе окажется равным – 182 дБ, т.е. гораздо ниже уровня помех на входе усилителя. В этом случае сигнал будет полностью подавлен помехами. Задача увеличения дальности связи с применением маломощных усилителей при соблюдении допустимой разности уровней сигнала и помех может быть решена на основе использования промежуточных усилителей в линейном тракте, когда мощность S 2 = a 2 сигнала будет восстанавливаться усилителями после каждого участка линии определенной длины. В силу экспоненциального закона убывания энергии сигнала в линии естественно ожидать, что для достижения максимальной помехозащищенности усилители в линейном тракте должны быть размещены строго равномерно, т.е. все усилительные участки должны иметь одинаковое затухание, а все усилители – одинаковое усиление. Докажем это на примере двух усилительных участков. 0 дБ 7 дБ 7 дБ 0 f р=175 дБ α l = 175 дБ 7 дБ 0 f 7 = a дБ 0 f S=182 дБ 0 f 7 дБ 7 = a дБ α l = 175 дБ 71 1 1 a S = 1 a 2 a n p n p Рис.8.15. Равномерное размещение усилителей Мощность помехи на выходе линейного тракта за счет первого усилительного участка будет равна ) ( 1 0 ) ( 1 0 1 1 2 2 1 10 10 a p S a S p П n n P + + − + = = мВт, (8.1) а за счет второго участка ) ( 1 0 2 2 10 a p П n P + = мВт. (8.2) Суммарная мощность помех на выходе линейного тракта ) 10 10 ( 10 2 1 1 0 1 0 1 0 a a p П n P + = мВт. (8.3) Предположим, что a a a Δ + = 2 1 и a a a Δ − = 2 2 , (8.4) где 2 1 a a a + = - общее затухание линии. Тогда ) 10 10 ( 10 1 0 1 0 ) 2 ( 05 0 a a a p П n P Δ − Δ + + = мВт. (8.5) Величина Δа, при которой обеспечивается минимальная суммарная мощность помех, определяется из условия = Δ ∂ ∂ a P П ) 10 10 ( 10 1 0 1 0 23 0 ) 2 ( 05 0 a a a p n Δ − Δ × + − =0. (8.6) Отсюда получаем Δа=0, что соответствует 1 a = 2 a = 2 a . Таким образом, суммарная мощность помех на выходе линейного тракта будет минимальной при равномерном размещении усилителей в линейном тракте. При увеличении дальности связи для сохранения требуемой защищенности каналов от помех приходится уменьшать длину усилительных участков, чтобы увеличивалась защищенность от помех на каждом из них (уменьшалась мощность помех за счет каждого такого участка). Размещая равномерно промежуточные усилители при определенном их числе, можно обеспечить требуемую дальность связи при малой мощности на выходе усилителей. Так, если в рассматриваемом ранее примере выключить усилители после каждого участка линии длиной 25 км, когда затухание участка составит 44 дБ, потребуется усиление каждого промежуточного усилителя также в 44 дБ. При нулевом измерительном уровне на выходе оконечной аппаратуры измерительные уровни на выходе промежуточных усилителей будут также нулевыми, что соответствует мощности в 1 мВт. 72 Рис.8.16. Пример равномерного размещения усилителей Для определения допустимой длины усилительных участков по защищенности от помех нужно учесть их накопление в линейном тракте. Поскольку уровни собственных и атмосферных помех не зависят от длины усилительных участков и эти помехи имеют одинаковые статистические свойства, они накапливаются в линейном тракте по одинаковому закону. Оценим сначала, как влияет число усилительных участков и их затухание на защищенность каналов от собственных или атмосферных помех. Будем считать, что усилители линейного тракта размещены строго равномерно, т.е. Рис.8.17. Накопление помех в линейном тракте затухание всех усилительных участков l l a i i α α = = одинаково и усиление всех усилителей l l S i i α α = = . Уровни помех в конце усилительных участков пi p примем также одинаковыми и равными л п пi p p = . При этих условиях мощность собственных или атмосферных помех за счет любого усилительного участка, приведенная к выходу линейного тракта, равна ) 1 0 1 0 ( 10 l p Пi п P α + = мВт. (8.7) Мощность помехи от n усилительных участков увеличивается в n раз и будет равна ) ( 1 , 0 10 l p П пл n P α + × = мВт , что соответствует уровню помехи. П П P p lg 10 = / 1 мВт = l n p Л П α + + lg 10 (8.8) S= αl l α l α l α l α .л п p .л п p .л п p .л п p дБ a r 7 = S= 0 дБ S=44 дБ S=44 дБ S=44 дБ S=37 дБ αl = 44 дБ αl = 44 дБ αl = 44 дБ αl = 44 дБ 73 Защищенность канала от помех в линейном тракте П a определяется величиной разности уровней сигнала и помехи на выходе линейного тракта, т.к. усиление каналообразующей аппаратуры не изменит этой величины. Учитывая, что l L n = , где L – дальность связи, найдем l l L p p p p a л п П С П α − − − = − = ) lg( 10 0 (8.9) Средняя длина усилительных участков кабельных магистралей определяется обычно по допустимой мощности собственных помех на выходе канала, поскольку мощность остальных составляющих помех гораздо меньше зависит от длины усилительных участков. Поэтому, задавшись допустимой мощностью собственных помех, измерительным уровнем передачи и зная затухание линии, можно, пользуясь последней формулой, определить средние длины усилительных участков. Расчетное уравнение запишется в виде П л п a L p p l l − − − = − lg 10 lg 10 0 α , (8.10) которое можно решить графически. Так, в 60-канальной системе передачи по симметричному кабелю К-60П измерительный уровень в верхних по линейному спектру каналах составляет 0 p = 0.87 дБ, л п p = - 130.2 дБ, α = 2.86 дБ/ км на частоте 250 кГц. При длине магистрали в 2500 км нормируемая средняя мощность помех за счет линейного тракта в ТНОУ составляет П P = 1875 пВт, этой мощности соответствует П p = 10lg1875 ⋅10 = - 56.9 дБ и П a = 56.9 дБ. Подставляя приведенные величины в последнее уравнение, получим среднюю длину усилительных участков l ≈ 20 км. В действительности рекомендуемые средние длины несколько меньше, т.к. учитывается затухание станционных устройств и погрешности коррекции и регулирования в линейном тракте. |