Аналоговые системы передачи.

Аналоговые системы передачи.

Аналоговые системы передачи, или системы передачи с ЧРК– это системы, в линейном спектре которых каждому каналу отведены не перекрывающиеся диапазоны частот.

Аналоговые системы передачи используют для уплотнения кабельных и радиорелейных линий связи. Такие системы позволяют передавать различные виды информации по стандартным КТЧ, либо групповым трактам с достаточным качеством. Эти системы имеют высокую технологичность обслуживания и надёжность. АСП строят по принципу группообразования с многократным преобразованием часто

К АНАЛО О БРАЗУЮЩЕЕ О БОРУДОВАНИЕ предназначено для переноса исходных сигналов, занимающих полосу (0, 3….3, 4)КГц в спектр стандартных групп (от первичной до пятеричной)

q КО систем различной ёмкости содержит не все типы оборудования формирования стандартных групп.

q КО может состоять только из оборудования формирования первичных групп, либо первичных и вторичных, либо первичных, вторичных и третичных и так далее.

q КО обычно реализовано на стандартных стойках.

ОБОРУДОВАНИЕ СОПРЯЖЕНИЯ предназначено для переноса спектров стандартных групп в определённый для данной системы передачи линейный спектр. Оборудование сопряжения различных систем индивидуально. Основным узлом оборудования сопряжения является преобразователь частоты. При этом преобразование осуществляют одну ступень, если спектр группы не совпадает хотя бы частично с линейным, либо в две ступени, если спектры хотя бы частично перекрываются.

ОКОНЕЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЛИНЕЙЙЙНОГО ТРАКТА предназначено для создания наилучших условий прохождения линейного спектра сигнала. В его состав входят: усилители, линейные корректоры, АРУ, ООЛТ.

Каналообразующее оборудование.

Его основными элементами являются преобразователи частоты(модуляторы) и фильтры, в том числе и канальные. Ширина спектра речевого сигнала распространяется до 20кГц, а информационная его часть лежит в диапазоне 0.3…3.4кГц.

Канальный фильтр передачи выполняет две функции: подавляет ненужную боковую и формирует эффективно передаваемую полосу с шириной 3.1кГц. КПФ на приёме служит для выделения из группового сигнала соответствующего канального с шириной 3.1кГц.

Выбор частотного диапазона между спектрами соседних каналов зависит от качества применяемых полосовых фильтров. Современные ПФ обеспечивают качественное разделение каналов с полосой расфильтровки от 500 до 900Гц, поэтому ширина канального интервала во всех системах передачи ∆ f_К=∆ f_С⁺∆ f_Р=3.1+0.9=4кГц. Значит, для того, чтобы обеспечить сдвиг частот между канальными интервалами 4кГц, необходимо, чтобы несущие, подаваемые на соседние модуляторы, отличались на 4 кГц.

Формирование вторичной группы.

Вторичная группа формируется из пяти первичных групп с помощью одной ступени преобразования, имеет ширину Df_ВГ=240кГц. Занимаемая полоса частот: 312…552кГц. Может быть сформировано 2 варианта спектра вторичной группы – основной и инверсный.

Полосовые фильтры первичных групп, реализованные на LC элементах, имеют ширину полосы пропускания 48кГц. В основном варианте он фильтруют НБП, а в инверсном ВБП.

Формирование третичной группы.

(812 – 2044кГц).

Для решения задачи разделения вторичных групп на приёме и их выделения на промежуточных пунктах между объединяемыми группами делают защитный интервал шириной 8кГц.Ширина полосы частот третичной группы 1232кГц. В зависимости от того, какие вторичные группы мы используем для создания третичной, мы получим группу либо в прямом, либо в инверсном варианте.

Формирование четверичной группы.

КГц.

Образуется из трёх третичных групп. Частотный промежуток между объединяемыми группами 88кГц.

Оборудование сопряжения.

Выбор линейного спектра зависит от тока используемой направляющей системы НС.

А.) При использовании симметричного кабеля нижняя граничная частота линейного спектра не должна быть менее 12кГц, а верхняя должна быть не более 260кГц. На частотах ниже 12кГц кривизна частотной характеристики становится значительной кривизна частотной характеристики километрического затухания кабеля, что усложняет коррекцию линейных искажений.

В области ниже 12кГц значительна величина реактивной составляющей волнового сопротивления, что ухудшает согласование выхода системы передачи со входом в кабель. Кроме того, перенос линейного спектра в область более низких частот увеличивает относительную ширину спектра, что усложняет конструкцию линейных усилителей. На частотах выше 260кГц значительно возрастает затухание кабеля, что приводит к уменьшению длины усилительного участка.

При увеличении частоты сигнала появляется входное затухание между парами внутри кабеля, что приводит к увеличению помех линейных переходов, то есть помех от других систем, работающих по одному кабелю. Значит, в симметричном кабеле можно организовать систему с числом каналов не более 60. В настоящее время используется система К–60П.

Б.)Если использовать коаксиальный кабель, то при частотах ниже 60кГц снижается поверхностный эффект, что приводит к снижению помехозащищённости от внешних помех, поэтому в системах передачи с числом каналов менее 300 нижняя граничная частота выбрана равной 60кГц. Если число каналов более 300, то линейный спектр расположен в диапазоне выше 300кГц. Верхняя граничная частота определяется числом каналов.

В.) ВЛС организуют либо с использованием стальных цепей, либо с использованием цепей из стальных металлов.

Стальные линии уплотняют до 30кГц (например, система В-3-3).

Цепи из цветных металлов уплотняют в диапазоне до 150кГц (система В-12-3), так как в более высоком диапазоне работает затухание линии, кроме того значительно влияние радиостанций и влияние между системами, работающими по параллельным цепям.

Преобразователя частоты.

Для того, чтобы перейти к эквивалентной схеме, обозначим:

На выходе простейшего преобразователя частоты получается амплитудно модулированный сигнал, который содержит в спектре все гармоники несущего колебания nw_н (где n=1, 2..), а также в спектре присутствует исходный сигнал и боковые при нечётных гармониках несущей частоты. (2К+1)w_н+-w_с.

Недостатки схемы:

1.) Большое рабочее затухание, так как сигнал схемы присутствует только при положительной полуволне несущего колебания.

2.) 2.) Большое число паразитных продуктов.

3.) На выходе схемы присутствует мощный сигнал с частотой несущего колебания, не несущий полезной информации.

Достоинства Простота исполнения.

Принцып построения ГО АСП.

В системах используют групповой принцип построения ГО. При этом создаётся дорогой и стабильный задающий генератор, а Δ f_ном получают с помощью умножителей.

В качестве ЗГ обычно используется кварцевый резонатор. Схема его помещается в термостат, где поддерживается постоянная температура и создаётся жёсткая стабилизация напряжения питания резонатора. Однако создать кварцевый резонатор с частотой 4кГц почти не возможно. Обычно f_ЗГ=128кГц, а частота 4кГц получается в результате деления.

Δ f_ЗГ - абсолютная нестабильность задающего генератора.

f_ЗГ=128+ Δ f_ЗГ; f₄_кГц= f_ЗГ/32=4±.В результате деления Δ f_ЗГ/32 стабильность сигнала с частотой 4кГц повысилась в 32 раза. Если в качестве несущего колебания мы будем использовать m – ю гармонику f_m =f₄: m±(mΔ f_ЗГ)/32. Следовательно при увеличении порядка нелинейности выбранной гармоники, её нелинейность снижается.

Умножители частоты

(генераторы гармоник).

В системах передачи используется два вида генераторов гармоник.

Усилители АСП.

Усилитель – это устройство, преобразующее энергию источников в энергию полезного сигнала.

Усилители могут быть индивидуальными, групповыми и вспомогательными.

Индивидуальный усилитель предназначен для усиления сигнала отдельного канала. Диапазон рабочих частот усилителя определяется эффективной передаваемой полосой частот Δ f=3, 1кГц. Групповой усилитель служит для одновременного усиления многих независимых каналов. Ширина рабочей полосы частот такого усилителя определяется числом усиливаемых каналов. Вспомогательный усилитель усиливает сигналы несущих колебаний, контрольных и вызывных токов, то есть сигналов с одной частотой (узкополосные или резонансные фильтры).

Параметры усилителей.

Величина К_Н зависит от уровня сигнала на выходе каждого канала и числа каналов.

Максимальная неискажённая мощность усилителя может быть рассчитана по формуле:

η – коэффициент надёжности. Он показывает какая часть выходной мощности усилителя сохранится на выходе усилителя к концу его службы. Р_вых – уровень на выходе усилителя, установленный по одному из каналов с учётом того, что на выходе других каналов уровень одьнаков. ∆ Р_t – максимальное отклонение уровня во времени. ∆ Р – величина, учитывающая вероятность искажения максимума мгновенных напряжений от отдельных каналов.

АЧХ – амплитудно частотная характеристика – это зависимость коэффициента усиления от частоты. АЧХ усилителя напоминает резонансную кривую.

f₀ – квазирезонансная частота усилителя. Диапазон частот усилителя, на краях которого коэффициент усиления снижается в раз называется полосой пропускания усилителя.

В идеальном усилителе амплитудная характеристика прямолинейна, а её наклон определяется коэффициентом усиления.

В реальном усилителе при отсутствии сигнала на его входе на выходе будет сформировано U_вых_min, обусловленное собственным шумом усилителя. При подаче на вход усилителя большого напряжения усилительный элемент переходит в режим насыщения, следовательно коэффициент усиления будет уменьшаться и возникнут нелинейные искажения. По амплитудной характеристике можно определить динамический диапазон усилителя.

В технике связи применяют другую амплитудную характеристику – зависимость усиления от выходного уровня усилителя., а так же нормируют максимальное отклонение усиления при достижении в нагрузке максимального выходного уровня. Так же в технике связи нормируют максимальное отклонение усиления при достижении в нагрузке максимума. Нормируется отклонение от нелинейности характеристики. В усилителях с большими нелинейными искажениями обычно нелинейность расценивают коэффициентом гармоник.

В усилителях с малыми нелинейными искажениями расчитывают затухание нелинейности при достижении в нагрузке мощности первой гармоники 1мВт.

Наибольший выходной уровень сигнала, при котором затухание нелинейности снижается до минимально допустимого значения соответствует максимуму неискажённой мощности усилителя. Требования, предъявляемые к нелинейности групповых усилителей обычно значительно жестче, чем у индивидуальных с тем, чтобы не допустить взаимных переходов между каналами.

Собственные шумы усилителя.

Электрические колебания в нагрузке усилителя при отсутствии сигнала на его входе называются собственной помехой.

Причины собственной помехи:

1.) Собственный шум усилительного элемента.

2.) Тепловой шум пассивных элементов усилителя.

3.) Пульсация напряжения источников питания.

4.) Влияние внешних электромагнитных полей на элементы усилителя.

Уменьшить пульсации можно с помощью фильтров питания. Уменьшение влияния внешних полей можно достичь применением экранирования элементов схемы. Тепловые и собственные шумы наиболее существенны и трудно устранимы. И именно они определяют минимально допустимый уровень на входе усилителя.

Каскады усилителя.

Принцып работы усилителя заключается в том, что слабый сигнал управляет потоком энергии, поступающей от источника питания в нагрузку. В усилителях энергия источников питания передаётся в нагрузку по электрической цепи, следовательно сигнал, подлежащий усилению, должен управлять параметрами какого-либо элемента этой цепи.

Цепь, в которой протекает входной электрический ток, называется входной цепью, а цепь, в которой протекает выходной электрический ток, выходной цепью. Усилительный элемент с входной и выходной цепями называется усилительным каскадом. Усилители МЭС построены по многокаскадной схеме. При этом заданный коэффициент усиления делают таким, чтобы достичь наименьших искажений и минимального уровня шума.

Заданное усиление такого усилителя обеспечивают ПКУ - предварительные каскады усилителя. ВКУ – выходной каскад усилителя обеспечивает передачу в нагрузку неискажённой мощности сигнала. Входная и выходная цепи относятся к входному и выходному каскадам и обеспечивают согласование с нагрузкой. Эти цепи защищают усилитель от опасных напряжений во внешних цепях. Коэффициент усиления по току, напряжению и мощности многокаскадного усилителя равен произведению соответствующих коэффициентов соответствующих каскадов.

К=К₁К₂К₃…..К_N

Суммарное усиление: S=S₁+S₂+S₃+….+S_N

Собственные шумы усилителя возникают в каждом каскаде, но шумы, внесённые первым каскадом усилителя, будут усилены всеми последующими, значит можно считать, что собственный шум усилителя возникает в первом каскаде.

Р_{собств.ш.}=Р_сш1К_∑

Следовательно первый каскад усилителя делается самым малошумящим. Нелинейные искажения возникают так же во всех каскадах. Но так как уровень сигнала на входе выходного каскада наибольший, то можно считать, что нелинейные искажения в многокаскадном усилителе возникают в последнем каскаде.

RС каскад.

В качестве каскадов предварительных усилителей чаще всего используют RC каскад на биполярном транзисторе. Для получения наибольшего коэффициента по мощности используют схему с общим эмиттером, где усиливается и ток и напряжение.

Делитель напряжения R1 R2 формирует напряжение смещения от источника питания на базу транзистора с тем, чтобы рабочая точка находилась в середине динамического диапазона усилителя. Сопротивление цепи эмиттера служит для стабилизации рабочей точки транзистора. Ёмкость цепи эмиттера устанавливает обратную связь по переменному току. R_К подаёт питающее напряжение на коллектор транзистора и служит для выделения сигнала, усиленного транзистором. Разделительные С_Р1 и С_Р2 преграждают путь постоянному току и источнику сигнала нагрузки. Под действием напряжения Э-Б открывается переход Э-Б и носители зарядов из эмиттерного слоя попадают в базовый, а под действием U_ЭКэти носители попадают на коллекторный переход, формируя ток коллектора, который проходит через нагрузку. ЭДС источника сигнала суммируется с напряжением, формируемым между эмиттером и базой. Следовательно ЭДС сигнала изменяет степень открытия эмиттерного перехода и коллекторный ток будет зависеть от изменения входного сигнала.

Основная часть усиливаемого сигнала находится в области средних частот, где можно пренебречь сопротивлением разделительных конденсаторов.

С уменьшением частоты увеличивается сопротивление разделительных конденсаторов, значит коэффициент усиления уменьшается.

В области высоких частот шунтирующее влияние будет оказывать динамическая ёмкость эмиттерного перехода транзистора, которая шунтирует нагрузку. RC каскад применяют в качестве каскада предварительного усиления вследствие простоты, дешевизны, малых габаритов и хороших частотных характеристик. В качестве выходного каскада усилителя обычно используют трансформаторный каскад усиления.

АЧХ

В области низкой частоты уменьшается индуктивное сопротивление первичной обмотки трансформатора, а значит уменьшается напряжение в выходной обмотке трансформатора. В области верхней частоты растёт реактивное сопротивление индуктивности рассеивания обмоток трансформатора.

Недостаток схемы: громоздкость за счёт применения трансформаторов и необходимость экранирования.

АРУ по температуре грунта.

Такая схема содержит термодатчик, расположенный на глубине закопки кабеля. Изменение сопротивления термодатчика управляет терморегулирующим устройством, включенным в обратную связь линейного усилителя.

Недостатки:

1.) Большая погрешность регулировки, так как температура вблизи термодатчика может значительно отличаться от температуры вдоль линии.

2.) Причиной изменения затухания может быть не только изменение температуры.

3.) Такие регуляторы действуют независимо друг от друга, за счёт чего накапливаются погрешности после каждого НУПа вдоль линии.

На практике большинство пунктов тракта содержит простые и надёжные температурные АРУ, а меньшая их часть АРУ по контрольной частоте, которые компенсируют погрешности по регулировке.

Многочастотные АРУ.

Зависимость затухания УУ от температуры имеет сложный характер. В ней выделяют три составляющих: плоская: плоская, наклонная и криволинейная.

Многоканальная АРУ имеет 3 регулятора, управляемых соответствующими контрольными частотами.

1.) Контрольная частота плоского регулятора.

2.) Контрольная частота наклонного регулятора.

3.) Контрольная частота криволинейного регулятора.

Известно, что системы строятся по стандартному принципу, то есть по принципу формирования стандартных групп (первичной, вторичной и т. д.). АРУ выполнены по такому же принципу. Поэтому на передаче в каждую группу вводят свою специальную контрольную частоту. Для первичной группы 84, 14кГц, для вторичной 411, 8кГц, для третичной 1552кГц, для четверичной 11076кГц.

В оконечном оборудовании приёма, где осуществляется выделение этих групп, АРУ подразделяются по соответствующим группам.

Собственные помехи.

Тепловой шум, обусловленный хаотическим движением электронов, присутствует во всех элементах канала. К нему относят шумы транзисторов, диодов, ламп и так далее. Тепловой шум имеет флуктуационный характер, так как складывается из последовательности независимых кратковременных импульсов. Спектр такого шума практически равномерен в диапазоне до 6ГГц, поэтому уровень теплового шума в КТЧ при 20⁰С равен приблизительно –139дБм. Уровень собственных шумов на протяжении линейного тракта остаётся постоянным, а уровень сигнала, передаваемого по тракту, уменьшается. Причём большее затухание получают каналы, расположенные в верхнем диапазоне частот.

Помехозащищённость – это разница между уровнем сигнала и шума.

Для повышения помехозащищённости от собственного шума высокочастотных спектральных составляющих сигнала системы обычно работают в режиме с “перекосом уровней” Δ Р.

Однако перекос уровней не компенсирует неравномерность затухания линейного тракта.

Перекос уровней делают меньше затухания, так как если компенсировать всю неравномерность, то в низкочастотных каналах появится недопустимый уровень шумов нелинейных переходов за счёт большой мощности сигнала в верхних каналах. Перекос уровней предназначен не для коррекции линейных искажений, а для повышения помехозащищённости от собственных шумов линейного тракта каналов, расположенных в высокочастотной области.

Атмосферные помехи.

К атмосферным помехам относят: газовые разряды, магнитные бури, полярные сияния, снежные и песчаные бури, осадки, и другие атмосферные явления большой интенсивности.

Уровень атмосферных помех в каналах ВЛС колеблется в диапазоне от –70 до – 80дБм.

Шумы линейных переходов.

Возникают вследствие электромагнитных влияний между параллельными цепями, в результате неоднородностей в линии связи, а также через 3 – и цепи.

Способы уменьшения шумов.

1.) Согласование выхода систем передачи со входом в линейный тракт.

2.) Инверсия и сдвиг линейного спектра для систем, работающим по параллельным цепям.

Инверсия спектра приводит к тому, что шумы в линейных переходах становятся не внятными, значит их влияние уменьшается, что эквивалентно повышению помехозащищённости на 7 дБм.

3.) Применение вариантов линейного спектра со сдвигом частот.

Вследствие сдвига частот переходные разговоры также будут не внятными, а помехозащищённость увеличится на 2 – 4 дБм в зависимости от величины сдвига.

Импульсные помехи.

Импульсные помехи – это кратковременные импульсы напряжения, амплитуда которых превышает амплитуду полезного сигнала. Причиной импульсных помех являются атмосферные помехи, а также плохие контакты, пайка и низкая квалификация обслуживающего персонала. Они возникают при переключении импульсного оборудования с основного на резервный. Импульсные помехи в телефонных каналах и каналах вещания проявляются в виде треска, а в каналах передачи данных снижают достоверность связи.

Импульсные помехи:

1.) Не должны превышать порога 100мВ с вероятностью 2· 10^-5 за час.

2.) Не должны быть больше порога 200мВ с вероятностью 2· 10^-6 за один час.

3.) Не должны быть больше порога 300мВ с вероятностью 1· 10^-6 за один час.

Методы борьбы с помехами.

Защита кабельных линий связи от электромагнитных влияний осуществляется с помощью газоразрядников в оконечном оборудовании и повышения квалификации обслуживающего персонала.

Системы передачи с ЧРК.

Система передачи В – 12 –3.

Система работает по медным ВЛС и имеет спектр частот 36…84 (Б – А) и 92…143

(А – Б) кГц. Система формирует 4 варианта линейного спектра путём преобразования стандартной первичной группы с использованием различных несущих частот. Дальность связи 2тыс. км. Система использует ОПП (обслуживаемые промежуточные пункты), расставленные на расстоянии 54км. Могут быть использованы ВУС (вспомогательные усилительные станции) до 2 между ОПП, следовательно, расстояние между ОУП может быть не менее 150 км. Все усилительные станции оборудованы устройствами двухчастотной АРУ. Использование частоты 40…80 (Б – А) и 92…143 (А – Б).

К – 1020С

Система разработана для реконструкции ЛС СК с целью значительного увеличения его пропускной способности. Для организации линейного тракта этой системы в кабеле выделяется одна четвёрка. По одной паре организуется передача информационного сигнала, а вторая используется для организации дистанционного питания НУП. Расстояние между НУП 3 км. Линейный спектр системы 312…4636кГц образуется из трёх третичных групп. Все НУП оборудованы АРУ по контрольной частоте 4896кГц.

Системы, работающие по КК.

Это системы передачи К – 1920, К – 3600, которые работают по кабелю КМ – 4. В кабеле можно организовать линейный тракт двух систем и максимальное число каналов 7200.

Линейный тракт системы организуется с помощью стандартного типового преобразовательного оборудования ОКОП. Система К – 1920 организует 300 КТЧ плюс один телевизионный канал со звуковым сопровождением.

Система К – 3600 организует 1800 КТ плюс один телевизионный канал со звуковым сопровождением.

Дальность связи 12, 5 тыс. км. Приём по ТЧ через каждые 12, 5 тыс. км.

Расстояние между ОУП 240км., длина усилительного участка 3км.

Различают 3 вида НУП:

1.) НУП – О – основной содержит усилитель, рассчитанный на компенсацию затухания предыдущего участка при средней температуре грунта.

2.) НУП – Р – регулирующий содержит устройство АРУ по контрольной частоте (послерегулировка) и по температуре грунта (предрегулировка).

3.) НУП – К – корректирующий, кроме устройств АРУ содержит корректоры линейных искажений. Между ОУП располагаются 1-3 НУП-К.

Системы передачи большой мощности К - 5400 и К – 10800 не получили широкого распространения из – за взятого курса цифровизации сети с использованием ОК (оптических кабелей).

Аналоговые системы передачи.

q КО систем различной ёмкости содержит не все типы оборудования формирования стандартных групп.

q КО обычно реализовано на стандартных стойках.

12 3 4 5 6 Следующая ⇒