Уровни передачи

Оценка количественных соотношений между мощностями, на­пряжениями или токами обычно дается в относительных едини­цах, выраженных в логарифмической форме и называемых уров­нями передачи *).

Уровни передачи могут определяться:

по мощности:

(4.1).

по напряжению:

(4-2)

по току:

(4.3)

где —соответственно величины кажущейся или активной мощности, напряжения или тока, действующие в рассматри­ваемой точке . —соответственно величины кажущейся или активной мощности, напряжения или тока, принятые за ис­ходные для определения уровня передачи.

Из формул (4.1) — (4.3) следует, что уровни передачи будут положительными, если величины мощности , напряжения или тока будут больше исходных величин мощности , напряже­ния . или тока . В противном случае уровни передачи будут отрицательными.

Нулевое значение указанные уровни будут иметь в том случае, если соответственно

В общем случае уровень передачи, определенный по мощности С , не равен уровню передачи, определенному по напряжению () или току (). Однако между ними легко устанавливается взаимозависимость, если известны сопротивления и , на которых выделяется соответствующая кажущаяся мощность Р_х или Действительно,

или (4.4)

Обычно уровни передачи выражаются в неперах (ней), если для их опре­деления применяются натуральные логарифмы, или в децибелах (дб) в случае использования десятичных логарифмов, причем 1 неп. =8,686 Дб, а 1 Д6=0,116 неп.

Уровни передачи подразделяются на абсолютные, относитель­ные и измерительные.

Уровень передачи называется абсолютным, если за исходные приняты следующие величины:

1) кажущаяся мощность =1 мва или активная мощность =1 мвт .

2) эффективное напряжение =0,775 в .

3) эффективное значение тока = 1,29 ма.

Если абсолютные уровни передачи определяются при сопротивлении = 600 ом, то уровень по мощности равен уровню по напряжению или по току ().

Относительный уровень передачи определяется при условии, что исходные величины мощности, напряжения или тока выбира­ются в соответствии с режимом, который установлен в начале тракта. Иными словами, относительный уровень показывает раз­ность абсолютных уровней в рассматриваемой точке и в начале тракта. Действительно, если относительный уровень по мощности р_к можно определить как

(4.5)

где — кажущаяся или активная мощность в рассматриваемой точке, — исходная мощность (мощность в начале тракта), то после деления числителя и знаменателя на Ро=1 мет и логариф­мирования получим

(4.6)

где = — In — абсолютный уровень по мощности в рассмат­риваемой точке тракта . =1/2 In — абсолютный уровень по мощности в начале тракта.

Измерительным уровнем называется абсолютный уровень в рассматриваемой точке при. условии, что в начале тракта включен генератор синусоидальных колебаний опреде- ленной частоты с внутренним сопротивлением 600 ом и с эдс, равной 1,55 в.

Динамический диапазон. Для определения допустимых уровней передачи и режима работы отдельных приборов тракта вводят понятие о динамическом диапазоне. Под этим термином понимают разность между мак­симально возможным и минимально допустимым уровнями в тракте.

Динамический диапазон может быть определен как логарифм отношения максимально возможной мощности к минимально допу­стимой в тракте:

(4.7)

где —максимально возможное значение мощности .

— минимально допустимое значение мощности .

и —значения максимального и минимального уровней по мощности.

Максимальный уровень в тракте превышает средний уровень сигнала на величину пик фактора.

Пикфактором А называется разность максимально возмож­ного и среднего уровней- сигнала:

(4.8)

где —средняя мощность сигнала . —средний уровень сиг­нала.

Минимально допустимое значение мощности сигнала определяется, как правило, помехами.

Для качественной связи необходимо значительное превышение мощности полезного сигнала над мощностью помехи. Если по­лезный сигнал в канале окажется соизмеримым с помехой, то по­следняя будет заглушать («маскировать») полезный сигнал. В си­стемах связи пользуются величиной

(4-9)

Эта величина называется превышением сигнала над (помехой и определяется как разность уровней полезного сигнала и помехи, действующих в одной и той же точке.

Диаграммой уровней называется график, показывающий рас­пределение уровней передачи вдоль тракта. Различают диаграм­мы внутренних и внешних уровней. Диаграмма внутренних уров­ней показывает распределение уровней в отдельных частях ап­паратуры. Диаграмма внешних уровней показывает распределе ние уровней вдоль линии, а также уровни на входе и выходе про­межуточной и оконечной аппаратуры. Эта диаграмма строится для измерительных уровней и обладает рядом характерных точек.

В качестве примера на рис. 4.1 приведена диаграмма уровней для телефонного канала в одном направлении передачи.

Первая характерная точка 1 находится в начале диаграммы (вход канала). Измерительный или относительный уровень в этой точке принимается обычно равным нулю. В условиях эксплуата­ции уровень в этой точке непрерывно изменяется и зависит от динамического диапазона исходного сигнала.

Рис, 4.1

Вторая характерная точка 2 соответствует выходу канала. Уровень передачи в этой точке зависит от «остаточного затуха­ния» канала.

Под термином «остаточное затухание» понимают рабочее за­тухание канала , которое определяется как алгебраическая раз­ность между суммой всех затуханий и суммой всех усилений в канале, т. е. . Так как входное и выходное сопротивления канала обычно бывают одинаковой величины, то ос­таточное затухание можно определить как разность уровней пе­редачи на входе и выходе канала:

Для телефонной связи номинальное значение остаточного за­тухания при частоте 800 гц установлено равным =0,8 неп. Не­обходимость такого остаточного затухания определяется условия­ми устойчивости (отсутствием генерации), допустимыми искаже­ниями от обратной связи и минимальным мешающим действием токов электрического эха. (Все указанные явления и их влияние на величину остаточного затухания будут разобраны ниже.) Для остальных видов связи остаточное затухание ycтaнaвливaeтqя равным нулю.

Характерные точки 3 диаграммы соответствуют выходам око­нечной передающей станции и промежуточной усилительной ап­паратуры. Уровни передачи в этих точках определяются особен­ностями усилительной аппаратуры (безыскаженной мощностью).

Уровень передачи на входе промежуточной или оконечной приемной усилительной аппаратуры (т. е. в точках 4) в каждом от дельном случае зависит от затухания линии. Минимально допустимый уровень определяется величиной Л₃—превышением сигнала над помехой.

Литература:

Осн. 1. [ 8-21 ]

Доп. 1. [ 102-104 ]

Контрольные вопросы

1. Какие методы оценки качество каналов?

2. Назовите номинальные измерительные уровни на входе и выходе двух и четырехпроводного окончаний канала ТЧ.

3. Каковы назначение и свойства дифференциальной системы?

4. Что такое остаточное затухание канала? Чему равно его номинальное значение?

5. Какие основные параметры телефонных каналов?

6. Объясните физический смысл уровней передачи (абсолютный, относительный и измерительный) и их единицы измерения.

7. Дайте определения и объясните физический смысл динамического диапазона с использованием диаграммы уровней.

8. Объясните с помощью структурных схем образование различных телефонных каналов.

Лекция 5. ГРУППОВОЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ СП С ЧРК

1. Многократное преобразование частоты

2. Индивидуальной и групповой типовой преобразовательной.

3. Абсолютная ширина спектра частот первичной группы

При построении аппаратуры многоканальных систем передачи с ЧРК, как правило, используется многократное преобразование частоты. Оно заключается в том, что исходные сигналы несколько раз перемещаются по шкале частот, прежде чем передаются в ли­нию. На приемной оконечной станции осуществляется аналогичное перемещение по шкале частот, но в обратном порядке.

Многократное преобразование дает возможность применять простые и дешевые фильтры, стандартное оборудование в систе­мах передачи с различным числом каналов, более рационально ис­пользовать линейную полосу частот. Кроме того, оно позволяет преобразовывать полосу частот исходного сигнала в линейную, если они частично совпадают. При использовании в этом случае одной ступени преобразования вследствие непосредственной пере­дачи исходного сигнала через преобразователь будет иметь место влияние этого сигнала на линейный сигнал.

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). По­ясним это понятие. Первый канал системы передачи К-60 занимает в линейном спектре полосу частот 12,3… 15,4 кГц. Эта полоса об­разуется путем трехступенного преобразования (рис. 4.9). Как видно из этого рисунка, виртуальной несущей частотой, которая может перенести исходный сигнал в спектре 0,3… 3,4 кГц в линей­ный спектр 12,3… 15,4 кГц с помощью одной ступени преобразо­вания, является частота /_в=12 кГц. Легко видеть, что виртуальная несущая частота занимает в линейном спектре канала то положе­ние, которое занимала бы в нем нулевая частота, если бы она имелась в исходном спектре.

Системы передачи с ЧРК могут строиться по индивидуально­му или групповому методу. При индивидуальном методе построения преобразова-тели, фильтры, усилители и другое оборудование для каждого канала являются отдельными и повторяются в со­ставе оконечной и промежуточной аппаратуры столько раз, на сколько каналов рассчитана система передачи. Если отдельной для

Рис. 4.9

каждого канала является только часть оборудования оконеч­ной аппаратуры, а остальное оборудование и оборудование про­межуточной аппаратуры являются общими для всех или части ка­налов, то такой метод построения системы передачи называется групповым.

В настоящее время индивидуальный метод построения систем передачи не применяется из-за недостатков, к которым прежде-всего следует отнести небольшую дальность передачи и относи­тельно небольшое число каналов, которое можно получить при ис­пользовании этого метода. Объясняется это тем, что полосовые ка­нальные фильтры используются не только на оконечных, но и на всех промежуточных станциях.

От перечисленных недостатков практически свободен группо­вой метод. Структурная схема, по­ясняющая принцип построения многоканальных систем передачи с использованием группового метода, приведена на рис. 4.10. В пер­вой ступени, являющейся ступенью индивидуального преобразова­ния, одинаковые исходные частотные полосы от различных ис­точников сигналов преобразуются в канальных сигналов, раз­мещенных в неперекрывающихся полосах частот, образуя -ка­нальный групповой сигнал.

Вторая и последующие ступени преоб­разования являются групповыми. Во второй ступени одинако­вых частотных полос -канального сигнала преобразуются в об­щий групповой -канальный сигнал. В следующей ступени пре­образования образуется -канальный сигнал путем переноса одинаковых частотных полос группового n1,n2 – канального сигналав неперекрывающиеся полосы частот и т.д.

Образованную изложенным выше способом группу из ка­нальных сигналов называют первичной. Необходимо заметить, что в некоторых системах передачи образование первичной группы осуществляется двухкратным преобразованием.

Группу канальных сигналов, полученную объединением первичных групп, называют вторичной. Группу канальных сигналов, полученную объединением вторичных групп, на­зывают третичной.

Рис. 4.10

При построении аппаратуры систем передачи на очень боль­шое число каналов можно использовать четверичные и пятирич­ные группы каналов.

Совокупность оборудования всех групп называется типовой пре­образовательной аппаратурой, назначение которой заключается в преобразовании N исходных сигналов, занимающих полосу час­тот 0,3… 3,4 кГц, в групповой сигнал одной из типовых групп. В зависимости от общего числа каналов в системе пе­редачи типовая преобразовательная аппаратура может состоят не только из первичных групп, первичных и вторичных.групп и т. д. Использование типовой преобразовательной аппаратуры позволя­ет строить оконечную аппаратуру любых многоканальных систем передачи на основе стандартного оборудования и, следовательно,, создать единое унифицированное преобразовательное оборудова­ние для различных многоканальных систем передачи с ЧРК..

Преобразование спектра частот на выходе типовой преобразо­вательной аппаратуры в определенный для системы передачи ли­нейный спектр осуществляет аппаратура сопряжения. Для разных систем передачи аппаратура сопряжения различна, так как раз­личаются их линейные спектры частот. Эта аппаратура содержит одну или две ступени преобразования.

Если спектр группового сигнала на выходе типовой преобразо­вательной аппаратуры хотя бы частично совпадает с линейным спектром частот, то в аппаратуре сопряжения применяется две ступени преобразования. При использовании в этом случае одной ступени преобразования неизбежны значительные искажения, вы­званные появлением на выходе преобразователя частоты исходного не преобразованного сигнала. Поясним это на примере формирова­ния нижней группы частот линейного спектра системы передачи В-12-3. Типовая преобразовательная аппаратура этой системы передачи содержит только первичную группу, спектр частот кото­рой 60… 108 кГц. Нижняя группа частот линейного спектра этой системы передачи занимает полосу частот 36… 84 кГц. При исполь­зовании в аппаратуре сопряжения одной ступени группового пре­образования для получения спектра 36… 84 кГц из спектра 60…… 108 кГц (рис. 4.11,а) вследствие неидеальности модулятора на входе фильтра кроме полезного преобразованного по частоте сиг­нала (36… 84 кГц) будет присутствовать исходный непреобразо^ ванный по частоте сигнал (60… 108 кГц). Таким образом, на выхо­де фильтра, имеющего полосу пропускания 36… 84 кГц, в полосе частот 60… 84 кГц будут иметь место два сигнала, т. е. в каналах, занимающих в линии этот спектр частот, возникнут искажения. Для их устранения в системе лередачи В-12-3 применяется допол­нительная ступень преобразования с помощью несущей частоты 324 кГц. Требуемая линейная полоса частот (36… 84 кГц) полу­чается путем использования второй ступени преобразования с по­мощью несущей 468 «Гц (рис. 4.11,6).

Рис. 4.11

В этом случае в обеих сту­пенях преобразования сигналы на входе и выходе преобразовате­лей значительно отличаются друг от друга по шкале частот и по­являющиеся на выходе модуляторов не преобразованные исходные сигналы подавляются фильтрами, выделяющими полезные боко­вые полосы частот.

Наиболее благоприятные условия для передачи полученного на выходе аппаратуры сопряжения линейного спектра создаются с помощью оконечной аппаратуры линейного тракта (ОАЛТ). В ее состав обычно входят усилители, устройства автоматического ре­гулирования уровня (АРУ), направляющие фильтры и т. д.

Таким образом, оконечная аппаратура любой многоканальной системы передачи состоит из индивидуальной и групповой типовой преобразовательной аппаратуры (ТПАИ и ТПАГ), аппаратуры сопряжения (АС) и оконечной аппаратуры линейного тракта (ОАПГ) (рис. 4.12).

Групповое преобразование позволило использовать практически во всех многоканальных системах передачи типовую преобразова­тельную аппаратуру. С помощью этой аппаратуры помимо стан­дартных каналов ТЧ можно образовывать широкополосные кана лы, предназначенные для высокоскоростной передачи данных, пе­редачи газет и т. д.

Рис. 4.12

На магистралях с большим числом каналов обычно имеется не­обходимость осуществления транзита группы каналов из одного участка магистрали в другой или из одной магистрали в другую.

Использование группового преобразования в многоканальных системах передачи позволило резко уменьшить в составе оконечно­го оборудования число разнотипных фильтров, что облегчило воз­можность создания «анальных фильтров с однородными характе­ристиками и позволило отвести на каждый канал одинаковую по ширине полосу частот. При групповом преобразовании каналы многоканальных систем передачи в линейной полосе частот рас­полагаются с такими же, как в первичной группе, промежутками. Применение группового преобразования позволяет сократить не только число типов фильт­ров, но и число различных значений несущих частот, необходимых для формирования линейных спектров многоканальных систем пе­редачи. Например, в системе передачи К-60 при использовании для формирования линейного спектра частот одной ступени преоб­разования необходимо было бы иметь 60 различных значений не­сущих частот. При групповом преобразовании их число уменьша­ется до 18.

Однако в многоканальных системах передачи, использующих групповое преобразование, сложно осуществлять выделение кана­лов в промежуточных усилительных станциях.

Типовой преобразова­тельной аппаратуре в настоящее время принято следующее группобразование. В качестве первичной группы используется 12-ка­нальная группа. Вторичная группа формируется путем объедине­ния пяти первичных групп, третичная группа — пяти вторичных трупп и четверичная — трех третичных групп.

Полосы частот каждой из групп выбирались так, чтобы их аб­солютная и относительная ширина была как можно меньше. При этом учитывалась возможность изготовления фильтров, выделяю­щих полезную боковую полосу, и необходимость выделения этих групп каналов в промежуточных усилительных пунктах.

Абсолютная ширина спектра частот первичной группы опреде­ляется полосой частот канала ТЧ, равной 0,3… 3,4 кГц. Однако расстояние между виртуальными несущими частотами соседних каналов составляет 4 кГц. Интервал 0,9 кГц между полосами час­тот соседних каналов необходим для обеспечения требуемой кру­тизны нарастания затухания фильтров при переходе от полосы пропускания к полосе задержания. Таким образом, ширина спект­ра первичной 12-канальной группы составляет 48 кГц.

Выбор полосы частот первичной группы основывается 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. С этих позиций желатель­но выбирать спектр группы в области более высоких частот. Од­нако это потребовало бы использовать несущие частоты более вы­соких значений, это усложнило бы.генераторное оборудование. С этих позиций спектр группы желательно выбирать в области более низких частот. В качестве компромисса был выбран спектр 60…… 108 кГц. В этом диапазоне частот достаточно хорошей однород­ностью и высокой стабильностью характеристик обладают кварце­вые и магнитострикционные фильтры, которые применяются в ря­де стран для подавления неиспользуемой боковой полосы при фор­мировании спектра первичной группы с использованием одной сту­пени преобразования.

Абсолютная ширина спектра вторичной группы составляет 240 кГц, так как она объединяет пять первичных групп. Полоса частот каждой из первичных групп при помощи группового преоб­разования перемещается таким образом, что общая полоса частот вторичной группы становится равной 312… 552 кГц.

Третичная группа занимает спектр 812… 2044 кГц и форми­руется из пяти вторичных групп путем группового преобразования. Между преобразованными 60-канальными группами введены час­тотные промежутки 8 кГц, которые необходимы для облегчения задачи выделения 60-канальных групп на промежуточных стан­циях.

Четверичная группа занимает полосу частот 8516… 12 388 кГц и формируется путем объединения трех третичных групп. Частот­ные промежутки между преобразованными 300-канальными груп­пами выбраны равными 88 кГц.

Литература:

Осн. 1. [ 207-216 ]

Доп. 1. [ 182-184 ]

Контрольные вопросы

1. Многократное преобразование.
2. Что такая виртуальная несущая частота?
3. Преимущества группового метода преобразования частот.
4. Формирование спектра типовой преобразовательной аппаратуры?
5. Оконечная аппаратура линейного тракта.
6. Выбор спектра первичной, вторичной, третичной, четверичной и пятеричной групп.