Контрольные вопросы по модулю 1 Цифровые системы передачи плезиохронной цифровой иерархии Особенности построения цифровых систем передачи
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
1.2.5. Организация линейного тракта АСП Обеспечение дальности связи Многоканальные системы передачи с частотными временным разделением каналов – это сложный комплекс технических средств, включающий в себя оконечную аппаратуру, устанавливаемую на оконечных пунктах (ОП, промежуточную аппаратуру, размещаемую в обслуживаемых (ОУП) или необслужи- ваемых (НУП) усилительных пунктах, а также линий связи (рис. 1.17). ОП ОУП (ОРП) ОП НУП (НРП) НУП (НРП) Рис. 1.17. Структурная схема построения систем передачи В отличие от аналоговых систем во временных (цифровых) системах на обслуживаемых и необслуживаемых пунктах устанавливается аппаратура для восстановления (регенерации) импульсных сигналов линейного тракта. Отсюда обслуживаемые и необслуживаемые пункты в этих системах принято называть регенерационными (ОРП, НРП). Дальность передачи сигналов по физическим цепям (средам) определяется прежде всего затуханием (ослаблением) сигнала из-за того, что вцепи теряется часть энергии передаваемого сигнала. Конкретные электрические параметры цепи и чувствительность приемного устройства определяют допустимую дальность связи. Например, при передаче речи мощность сигнала на выходе 25 микрофона телефонного аппарата пер = 1 мВт, а чувствительность телефона приемного аппарата пр = 0,001 мВт. Таким образом, максимально допустимое затухание цепи не должно быть больше a max = 10·lg(P пер /P пр ) = 10·lg(1/0.001) = 30 дБ. Зная затухание a max и километрический коэффициент затухания α, можно определить дальность передачи l = a max /α. В системах передачи применяется способ компенсации затухания сигналов повышением мощности сигнала в нескольких равномерно расположенных точках тракта. Часть канала связи между соседними промежуточными усилителями называется усилительным участком. Изменение уровней сигнала вдоль магистрали описывается диаграммой уровней (рис. 1.18). Уровень сигнала на входе усилительных пунктов Р пр должен быть выше уровня шума Р ш ОП А ОУП ОП Б НУП НУП Р Длина магистрали Р пер Р пр Р ш Рис. 1.18. Диаграмма уровней Аппаратура ОУП и НУП служит не только для усиления аналогового сигнала, но и для коррекции (выравнивания) амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик линейного тракта. Аппаратура НРП и ОРП предназначена для восстановления амплитуды, длительности и временного интервала между импульсами сигнала цифровых систем. Расстояние между НУП (НРП) меняется в широких пределах для различных систем передачи и может составлять от единиц до десятков (иногда сотни) километров. Как правило, НУП (НРП) представляет собой металлическую камеру, имеющую подземную и наземную части. В камере размещаются вводно- коммутационное и усилительное (регенерационное) оборудование. Аппаратура ОП и ОУП (ОРП) размещается в зданиях, где постоянно находится технический персонал для ее обслуживания. Структурная схема линейного тракта Схема содержит участки линии связи длиной l лс1 , l лс2 … l лсi , оконечные пункты Аи Б (ОПА и ОП Б, необслуживаемые усилительные пункты и обслуживаемые усилительные пункты (см. рис. 1.19). Основным оборудованием ОП, ОУП, НУП являются линейные усилители (ЛУС), усиливающие и корректирующие линейный сигнал. Вспомогательное оборудование – режекторные фильтры (РФ, развязывающие устройства (РУ), 26 согласующие устройства (СУ, устройства дистанционного питания (ДП), набор удлинителей (дБ) и т.д. – служит для выполнения различных функций ОП, ОУП, НУП. ЛУС пер СУ РУ РФ Р вх (t) U гр (t) f кi Р пер U л (t) l лс1 РУ CC ДП ТМ l лс2 ЛУС СУ РУ CC ДП УДП СУ РУ ДП ТМ ТМ ЛУС СУ РУ CC ДП АРУ КЧ СУ РУ ТМ ТМ CC ДП ЛУС СУ РУ CC ДП АРУ КЧ ТМ дБ U гр (t) l лс3 ОП А ОП Б ОУП НУП l лс2 l лс2 Р вых (t) Рис. 1.19. Обобщённая структурная схема линейного тракта Групповой сигнал г от входа тракта передачи оконечного пункта А поступает через РФ на РУ. РФ удаляет из сигнала составляющие его спектра, совпадающие со значениями контрольных частот, необходимых для работы системы автоматической регулировки усиления ЛУС (АРУ по КЧ) в ОУП и ОП, а контрольные частоты f кчi вводятся на вход линейного усилителя передачи (ЛУС пер ) через РУ. Усилитель формирует линейный сигнал л) с заданным уровнем передачи на нагрузке, которой является волновое (характеристическое) сопротивление линии связи Z лс . Усилитель передачи охвачен цепью глубокой обратной связи, с помощью которой уменьшаются нелинейные искажения и помехи, вносимые транзисторными каскадами ЛУС пер , и формируется частотная характеристика усилителя. С выхода ЛУС пер сигнал л) через СУ поступает в линию. В качестве согласующего устройства применяют линейный трансформатор, который согласует выходное сопротивление ЛУС пер (Z вых ) и волновое сопротивление линии, например симметричного кабеля (Z ск ) рис. 1.20). Кроме того, в его среднюю точку включают сигналы служебной связи (СС), телемеханики (ТМ) и подают напряжение дистанционного питания. На рис. 1.19 эти сигналы объединяются с помощью РУ. ДП, СС,ТМ z вых Рис. 1.20. Линейный трансформатор Отводы линейного трансформатора позволяют согласовывать сопротивления ЛУС пер и симметричного кабеля, каждый из которых характеризуется 27 своими частотными характеристиками затухания и фазы и волновым сопротивлением. При прохождении через участок l лс1 составляющие линейного сигнала ослабляются по амплитуде, поэтому на определённом расстоянии включается НУП, содержащий ЛУС, усиливающий и корректирующий линейный сигнал. Как видно из рис. 1.19, НУП содержит СУ и РУ, выполняющие те же функции, что ив пункте А. Устройство дистанционного питания (УДП) позволяет не только питать ЛУС, но и транслировать ДП для питания последующих НУП. Число дистанционно питаемых НУП тем больше, чем больше подаваемое в кабель с ОПА напряжение U дп . Но его значение ограничено напряжением пробоя кабеля пр. Обычно выбирают U дп = пр. Поэтому приходится организовывать ОУП, в функции которых помимо усиления и коррекции сигналов входит дистанционное питание НУП. В ОУП, тракте приёма ОП Б, а также в НУП некоторых типов линейные усилители охвачены цепями АРУ, которые работают от контрольных частот, введённых в тракт передачи в ОПА. С помощью АРУ на выходе ЛУС поддерживается постоянный уровень передачи линейного сигнала л. С выхода ЛУС пр в тракте приёма ОП Б сигнал проходит через РФ, устраняющий из его спектра контрольные частоты. С помощью регулируемого удлинителя на выходе линейного тракта устанавливают требуемый уровень. Автоматическая регулировка усиления (АРУ) АРУ предназначена для поддержания уровня передачи на выходах ЛУС неизменным при изменении окружающих усилительный участок условий [1]. Рассмотрим усилительный участок между выходом ЛУС пер и выходом НУП 1 (см. рис. 1.19). Запишем зависимость уровня передачи на выходе НУП 1 р пер1 от номинального уровня передачи р пер.н на выходе ЛУС: р пер1 = р пер.н – а уч1 асу. Здесь а уч1 – затухание участка линии связи длиной уч ; асу – затухание СУ S 1 – усиление ЛУС НУП. Значения а уч1 и S 1 зависят не только от частоты, но и от времени. Изменение а уч происходит при изменении температуры грунта, S 1 также меняется при старении элементов, изменении режима работы транзисторов и т.д. При увеличении температуры грунта увеличивается затухание, уменьшаются уровни на входах НУП р пр . При охвате ЛУС в НУП и ОУП цепью АРУ усиление ЛУС меняется так, что в пределах изменения температуры грунта уровень на выходах ЛУС поддерживается постоянным. Системы АРУ по контрольным частотам В этом случае на вход ЛУС пер ОП подаются контрольные колебания с частотами f кчi . Некоторые из них контролируют изменения затухания участков линии, другие – изменения параметров станционных устройств и т.д. Эти колебания совместно с информационным сигналом усиливаются в ЛУС пер и распространяются по тракту, испытывая те же изменения, что и информационный сигнал. 28 В линейных усилителях НУП, ОУП, ОП контрольные колебания выделяются приёмником контрольного канала (ПКК), обрабатываются ими управляют соответствующими регуляторами. К колебаниям контрольных частот предъявляются два основных требования они должны быть достаточно стабильны по частоте и амплитуде и располагаться вне линейных спектров каналов, чтобы избежать влияния помех от КЧ на эти каналы. На вход контрольного канала вводятся контрольные колебания от генераторов контрольных частот (рис. С выходов ЛУС НУП (или ОУП) они поступают в приёмник контрольного канала (ПКК), в котором колебание КЧ избирается узкополосным фильтром (обычно он кварцевый и помещён в термостат, усиливается усилителем, выпрямляется и поступает на компаратор, где выпрямленное напряжение U кч сравнивается со стабильным эталонным напряжением э Если U кч = э, уровень передачи по КЧ на выходе ЛУС равен номинальному р кч =р кч н. Если изменяются окружающие условия, изменяется и уровень р кч . Например, при увеличении температуры грунта уровень р кч уменьшается, так что р кч < р кч н. При этом уменьшается и выпрямленное напряжение контрольного колебания U кч < эВ этом случае компаратор вырабатывает сигнал ошибки э – U кч = –∆U, который приводит в действие регулятор. Усиление ЛУС будет увеличиваться до тех пор, пока не выполнится условие р кч =р кч н. Если температура грунта уменьшиться относительно номинальной, компаратор вырабатывает сигнал ошибки с противоположным знаком, усиление ЛУС уменьшается до выполнения условия р кч =р кч н ЛУС Компа- ратор Регуля- тор U э U кч U ∆ f кчi НУП ПКК Рис. 1.21. Структурная схема контрольного канала 29 1.2.6. Методы организации двусторонних трактов Различают две основных схемы организации двусторонних тактов Однополосная четырехпроводная . Если система однополосная четырёх- проводная, то для двусторонней связи необходимы два идентичных тракта риса. Здесь ЛУС пер и ЛУС пр – линейные усилители в трактах передачи и приёма оконечного пункта ЛУС 1,2 – линейные усилители НУП (ОУП). Т.к. оба тракта имеют одинаковые линейные спектры, то во избежание значительных взаимных влияний их следует размещать в разных симметричных кабелях. Такие СП называют двухкабельными. В коаксиальных кабелях для каждого линейного тракта используется одна коаксиальная пара, и, следовательно, для одной СП необходимо иметь две коаксиальные пары водном кабеле, те. такие системы – однокабельные. Двухполосная двухпроводная. Используется один и тот же линейный тракт рис. 1.22, б. При этом связь в противоположных направлениях передачи организуется в разных полосах частот. Связь в направлении ОПА ОП Б организована в линейном спектре f н1 …f в1 , а в направлении ОП Б – ОПА в спектре f н2 …f в2. Для разделения указанных линейных спектров применяются направляющие фильтры ФНЧ и ФВЧ. ФНЧ пропускает спектр f н1 …f в1 и задерживает спектр f н2 …f в2, а ФВЧ пропускает полосу частот f н2 …f в2 и задерживает полосу f н1 …f в1 . Затухания в полосах задерживания ФНЧ и ФВЧ весьма велики (60 дБ и более. Поэтому рассматриваемая система организации связи является электрически четырёхпроводной. Двухпроводные двухполосные СП применяются как на воздушных линиях, таки на кабельных. Рис. 1.22. Однополосный четырехпроводный (аи двухполосный двухпроводный (б) линейные тракты ЛУС пер ЛУС пр ЛУС 1 ЛУС 1 ЛС ЛС ЛУС 2 ЛУС 2 . . . . . . ЛУС пр ЛУС пер ОП А ОП Б ЛС ЛУС пер ЛУС пр а) ЛУС ЛУС ЛС ЛС ЛУС пр ЛУС пер б) ОП А ОП Б н … f в1 f н1 … f в1 f н1 … f в1 f н2 … f в2 f н2 … f в2 f н2 … f в 30 Для организации двусторонней связи используются два канала однонаправленного действия, образующих двунаправленный четырехпроводный канал рис. 1.23). Проходящие через однонаправленный канал сигналы усиливаются (S А-Б и S Б-А ). ОПАРУ РУОП Б 4-проводный канал S А-Б S Б-А а ост 2 2 2 2 4 4 4 4 1 1 1 Рис. 1.23. Канал двустороннего действия Двунаправленный двухпроводный канал образуется из четырехпроводного при помощи развязывающих устройств (РУ). Зажимы 1-1 РУ называют линейными. Прохождение сигналов от линейных зажимов РУ опорного пункта А к линейным зажимам РУ опорного пункта Б, а также в противоположном направлении показаны на рис. 1.23. Затухание сигналов между линейными зажимами ОПА и Б называется остаточным затуханием двухпроводного канала а ост = а – S А-Б (Б-А) + a 4-1 . Желательно, чтобы аи были минимальны. Основная трудность при организации перехода от четырех- к двухпроводному каналу с помощью РУ состоит в появлении петли обратной связи ОС. Сигнал, попадая в двухпроводный канал, начинает циркулировать по петле ОС, что приводит к искажениям формы сигналов ив пределе – к самовозбуждению канала. Затухание, которое претерпевает сигнал, проходя от зажимов 4-4 к зажимам РУ, называется переходным a пер Затухание по петле ОС, равное сумме всех затуханий и усилений, ос = пер + пер – S А-Б – S Б-А носит специальное название – запас устойчивости. Если ос ≤ 0, то канал неустойчив и самовозбуждается. В качестве РУ в системах передачи широко используется дифференциальная система (ДС), выполненная на основе симметричного трансформатора со средней точкой (рис. 1.24) (полуобмотки ΙΙ и ΙΙΙ идентичны. В состав ДС входит сопротивление Z 3 , называемое балансным. Оно приближенно отражает свойства входного сопротивления абонентской линии. 31 2 2 4 4 1 1 3 3 I II III Z 3 Z вх Рис. 1.24. Схема трансформаторной ДС К ДС предъявляются требования минимального затухания в рабочих направлениях и максимального переходного затухания. Данные требования выполняются при соблюдении так называемого условия баланса ДС. Условием баланса ДС в направлении 4-4 → 2-2 является равенство входного сопротивления абонентской линии и балансного сопротивления Z вх =Z 3 . Условием баланса ДС в направлении 1-1 → 3-3 является равенство входного сопротивления первой полуобмотки дифференциального трансформатора и входного сопротивления направления приема четырехпроводного канала Z вх.тр. =Z 4 В случае сбалансированной ДС мощность входных сигналов, подводимых к зажимами зажимам 4-4, передается на соответствующие выходные зажимы 2-2 и 1-1 не полностью, а лишь частично, и входные сигналы испытывают так называемые рабочие затухания ДС а = а = 10lg2 = дБ. В реальных ДС за счет неидеальности трансформатора рабочие затухания несколько больше. Переходное затухание реальной ДС также является конечной величиной. Оно зависит в основном от точности равенства входного сопротивления абонентской линии и балансного сопротивления. Точно выполнить это равенство на практике не представляется возможным, поскольку к одной и той же ДС могут подключаться абонентские линии с существенно различающимися характеристиками. В тоже время характеристики балансного сопротивления являются постоянной величиной. Балансное сопротивление (балансный контур) обычно выполняется в виде последовательно включенных резистора сопротивлением 600 Ом и конденсатора емкостью 1 мкФ. Поэтому величина переходного затухания реальных ДС обычно не превышает 20..40 дБ. 1.2.7. Уровни передачи Поскольку в протяжённых линиях передачи используется множество разнообразной аппаратуры, включая усилители, преобразователи, регенераторы и т.п., ив линиях передачи и самой аппаратуре всегда присутствуют шумы, то 32 должны быть соблюдены определённые требования не только на ширину полосы сигналов, но и на их уровень по мощности и амплитуде. Оценка количественных соотношений обычно производится в относительных единицах (чаще всего в децибелах. При измерениях используется специальный прибор волю- метр (измеритель отношений. В связи оказалось удобным производить оценку относительно мощности 1 мВт, на сопротивлении нагрузки 600 Ом. При этом на сопротивлении нагрузки будут следующие уровни напряжения и тока (напряжение и ток обычно выражают в действующих значениях. P 0 = 10 – 3 Вт R I R U I U P ⋅ = = ⋅ = 2 д 2 д д д 0 Отсюда при R=600 Ом получим д мА 0 д = = R P I Если в какой либо исходной точке (например вначале линии) установлены абсолютные уровни (как бы уровни начала отсчёта), то их ещё называют нулевыми абсолютными уровнями. Если абсолютные уровни P 0 , U 0 , I 0 рекомендованы в качестве отсчётных, то их ещё называют измерительными уровнями. Например, если сравнивать уровень мощности в конце линии х с нулевым абсолютным уровнем вначале линии (рис. 1.25), то их отношения нм, те. н м P P ≠ или потоку т м , тет м, где н м P P ≠ и т м P P ≠ зависит от рассогласования сопротивлений. Относительным называют уровень передачи, когда за исходные величины приняты мощность, напряжение и ток в какой-либо произвольной точке цепи, относительно которой и производится измерение. Нулевым относительным уровнем называют уровень в точке канала или цепи, выбранной для сравнения. Рис. 1.25. Уровни измерения При измерениях мощности, напряжения или тока в линии передачи их сравнивают с каким-либо исходным значением. в x , в x , в , U x , х 33 Абсолютным называют такой уровень передачи, когда измеренные значения соотносят с величинами P 0 = мВт, U 0 = В, I 0 = мА. 0 lg 10 мощ P P P x ⋅ = ; напр 0 lg 20 ток I I P x ⋅ = Если эти уровни определяются при сопротивлении н = 600 Ом, том н = P т На практике выполняют изменения абсолютных уровней [2]: − Абсолютный уровень мощности по отношению к 1 мВт (дБм [dBm]). − Абсолютный уровень мощности относительно 1 мВт в точке линии передачи с нулевым уровнем (дБм0 [dBm0]). − Абсолютный уровень напряжения относительно В (дБн [dBu]). − Абсолютный уровень напряжения относительно В в точке сну- левым уровнем (дБн0 [dBu0]). |