книги / Многоканальная связь и РРЛ

Р И С. lul

Исходный

сигнал

сложны, так как уровни паразитных продуктов модуляции при соответствующем выборе коэффициента модуляции значительна ниже уровня полезных боковых колебаний. В приемном обору­ довании нет необходимости использовать для демодуляции спе­ циальный генератор несущей частоты, так

как последняя передается в составе AM сигнала.

Однако этот метод обладает рядом а' существенных недостатков, делающих не­ возможным использование его при фор^ мировании канальных сигналов в много­ канальных системах передачи с ЧРК, работающих на значительные расстоя­ ния. Одним из таких недостатков явля­ ется увеличение ширины полосы частот канального сигнала по сравнению с ши­ риной полосы частот исходного инфор­ мационного сигнала (рис. 1.1,а). Если по­

лоса частот исходного сигнала равна

(Em in— E m ax), ТО ПТИрИНЭ ПОЛОСЫ ЧЭСТОТ

канального сигнала будет 2Етах. При построении многоканальных систем передачи это увеличение приведет к удорожанию линейно­ го тракта.

Другой недостаток этого метода обусловливается тем обстоя­ тельством, что для уменьшения амплитуд паразитных продуктов преобразования коэффициент модуляции р многоканальных систе­ мах передачи обычно выбирается значительно меньше единицы. При Щам-C l мощность несущего колебания Ры значительно пре­ вышает мощность боковых колебаний Ра±0. Можно показать, что

Рй)/Ец,±я = 4 /т 2АмЕсли, как	это часто имеет	место	на практике,
Щам= 0,2, то PJPa±a = 100.	Следовательно,	при	формировании

канальных сигналов по этому методу мощность усилителей будет определяться в основном мощностью несущего колебания, не со­ держащего полезный сигнал. При построении многоканальных си­ стем передачи это обстоятельство может привести к невозмож­ ности использования усилителей, усиливающих многоканальный сигнал, так как такие усилители должны быть сверхмощными. Выполнить их с требуемыми качественными показателями будет весьма трудно, и, кроме того, они будут потреблять значительную мощность от источников питания, т. е. будут нецелесообразны экономически.

Однако относительная простота передающего и .приемного обо­ рудования делает этот метод удобным в тех системах передачи, в которых требуемое число каналов невелико и оконечное обору­ дование должно быть простым и дешевым, а дальность связи невелика и необходимость в промежуточных усилителях отсут­ ствует. Примером такой системы является одноканальная‘система типа АВУ, работающая по абонентским линиям ГТС.

Передача одной боковой полосы частот обеспечивает наимень­

шую возможную ширину спектра канального сигнала, в точности равную ширине спектра «сходного сигнала (рис. 1.1,6). Это об­ стоятельство позволяет наиболее экономично использовать линей­ ный спектр частот системы передачи. При этом методе в резуль­ тате модуляции происходит только перемещение сигнала по шка­ ле частот. Такой метод модуляции называют преобразованием частоты, а модуляторы и демодуляторы, используемые в аппа­ ратуре при осуществлении этого метода, — преобразователями частоты.

Подавление несущей частоты, мощность которой значитель­ но превышает мощность боковой полоса частот, позволило при­ менить групповые усилители для одновременного усиления сигна­ лов всех каналов системы передачи. Использование таких усили­ телей экономически выгодно, так как позволяет значительно уменьшить объем оборудования. Мощность выходных каскадов этих усилителей относительно невелика. Объясняется это тем, что мощность группового (общего) сигнала будет значительно мень­ ше величины, получаемой умножением мощности одного каналь­ ного сигнала на число каналов, поскольку не во всех каналах передача речевой информации будет осуществляться в одном и том же направлении. Кроме того, при передаче речевой инфор­ мации по различным каналам вероятность одновременного появ­ ления максимальных мощностей в них мала.

Подавление несущей частоты дает возможность при заданной мощности усилителей увеличить мощность полезной боковой по­ лосы частот и тем самым повысить помехозащищенность сиг­ налов.

Отмеченные выше достоинства метода передачи с ОБП опре­ деляют его преимущественное применение для формирования ка­ нальных сигналов в многоканальных системах передачи с ЧРК.

Недостатком метода передачи с ОБП является необходимость подавления несущей частоты и неиспользуемой боковой полосы, частот на передаче и восстановления несущей частоты на приеме, что приводит к некоторому усложнению оконечного оборудования многоканальных систем «передачи.

Исходный сигнал на приемной станции будет получаться пу­ тем взаимодействия в демодуляторе поступившей с передающей станции любой из. боковых частот и восстановленной несущей частоты. На выходе демодулятора появится сигнал вида Ua±aUmX Xcos((o±Q)£ coscaf. С помощью НЧ фильтра можно выделить колебание разностной частоты, т. е. исходный сигнал UQcosQt. Однако неискаженным исходный сигнал на приемной станции бу­ дет только тогда, когда восстановленная на приемной станции несущая частота будет абсолютно точно соответствовать несущей частоте на передающей станции. При восстановлении несущей частоты на приемной станции может оказаться, что она отличается от несущей частоты на передающей станции на величину ±Дсо и по фазе на величину ±Дср. В этом случае сигнал, соответст­ вующий исходному, будет иметь вид C/fico3[(Q±Aco)/±Atp]. Сле-

довательно, 'расхождение несущих частот (асинхронность) обус­ ловливает смещение спектра восстановленного на приеме исход­ ного сигнала на ±Д<в. Это явление называется изменением час­ тоты передаваемого сигнала в канале. Изменение частоты при­ водит к ухудшению качества передаваемой информации по ка­ налам. Так, при передаче речевой информации снижается раз­ борчивость речи, при передаче музыкальных программ изменяет­ ся характер звучания отдельных музыкальных инструментов, при передаче сигналов тонального телеграфа увеличиваются ошибки; в виде преобладаний в приемнике сигналов. Если при передаче­ речевой информации изменение частоты в канале можно допус­ тить ±50 Гц, то при передаче звукового вещания и сигналов то­ нального телеграфа, как показали исследования, оно не должнопревышать 2 Гц. Так как каналы современных многоканальных систем передачи используются для передачи различных видовинформации, то предельное изменение частоты в них не должно быть больше 2 Гц. Это сильно усложняет построение генератор­ ного оборудования многоканальных систем передачи с ЧРК.

Расхождение фаз несущих частот на передающей и приемной' станциях вызывает изменение фазы всех составляющих исходногооигнала на одну и ту же величину Дер, что несущественно дляприема любой информации. Поэтому при передаче ОБП не тре­ буется соблюдения условия оинфазности несущих частот.

При осуществлении метода передачи ОБП необходимо пода­ вить несущую и одну боковую полосу частот. Устранение несущей частоты осуществляется в модуляторах, которые с этой цельювыполняются по балансным или двойным балансным схемам. Несущая на выходе таких схем будет отсутствовать при соблю­ дении условий баланса. Так как практически выполнить эти усло­ вия затруднительно, то к фильтрам, подавляющим неиспользуе­ мую боковую полосу частот, обычно предъявляют некоторые до­ полнительные требования к затуханию на частоте несущего коле­ бания. Это затухание должно превышать затухание в полосе про­ пускания фильтра не менее чем на 9 дБ.

Устранение одной из боковых полос можно осуществить раз­ личными методами. В многоканальных системах передачи с ЧРК наибольшее распространение получил фильтровой метод. При этом методе неиспользуемая боковая полоса частот подавляется с помощью полосового фильтра, включенного на выходе модуля­ тора. Если учесть, что в современных многоканальных системах передачи интервал -между несущими частотами соседних каналов составляет 4 кГц, то требования к затуханию в полосе непропускания таких фильтров должны быть очень высокие. Объясняется это тем, что неиспользуемая боковая полоса частот любого канала практически полностью совпадает с полезной боковой полосой соседнего канала. Поэтому если затухание фильтра в полосе непропускания будет недостаточно, то в соседнем канале появится

помеха в виде переходного сигнала.	Для	пояснения этого	на
рис. 1.2 приведено расположение на	шкале	частот полезной	к

подавляемой боковых полос двух соседних каналов ’многоканаль­ ной системы передачи. На этом рисунке /, и /2 — несущие час­ тоты первого и второго каналов соответственно, причем /2—/,=

=4	кГц.	Полоса			частот модулирующего сигнала		равна 0,3—
3,4	кГц.	Примем,			что полезными боковыми полосами являются
	ft	Полезный
		сигнал
			- ----- -		f
	ЬкГц .
	ft		1
	Помет		/2
	г-*.
	- >+ — >			1	*	f
	ЩЬ f2~0,3 ЩЗ
	Рис.		1.2			Р и с.	1.3

верхние боковые полосы частот. Тогда неиспользуемая нижняя ■боковая полоса частот второго канала будет иметь граничные частоты (/2—3,4) =/,+4,0—3,4—(/,+0,6) кГц и (/2—0,3) = /,+ 4 ,0 —

—0,3= (/,+3,7) кГц, т. е. практически совпадать с полезной		боко­
вой полосой	первого канала, имеющей граничные частоты	(fi +
+ 0,3) кГц и	(/,+3,4) кГц.

Расчеты и опыт показывают, что при интервале между несу­ щими частотами соседних каналов, равном 4 кГц, неиспользуемая боковая полоса должна подавляться не менее чем на 60 дБ по

сравнению с полезной боковой	полосой.	Главная	труд­
ность выполнения этих требований	заключается	в относительно

малой величине промежутка между двумя боковыми полосами. При полосе частот модулирующего сигнала 0,3—3,4 кГц этот про­ межуток составляет 0,6 кГц. Трудность реализации фильтра воз­ растает с ростом частоты несущего колебания, так как относитель­ ная полоса расфильтровки" (0,6 кГц//нес) уменьшается. При этом повышаются требования к относительной крутизне нарастания затухания фильтров. Поэтому в зависимости от величины отно­ сительной полосы расфильтровки фильтры должны выполняться с использованием различных элементов.

Например, если частота несущего колебания не превышает 30—40 кГц, то фильтры обычно выполняются на LC-элементах. При более высоких значениях несущей частоты используются фильтры на элементах с большей добротностью — кварцевые, магнитострикционные или электромеханические. Использовать фильтры на LC-элементах в этом случае можно, если применить многократное преобразование.

Рассмотрим фазоразностный метод формирования ОБП, ис­ пользующийся в системах передачи местных сетей. Схема, реали­ зующая этот метод, приведена на рис. 1.3. Схема состоит из двух

плеч, объединяемых на входе и выходе е помощью развязывающих устройств. Если на модулятор одного плеча исходный сигнал и несущую частоту -подать сдвинутыми по фазе на я/2 относительно сигнала и несущей частоты, подаваемых на модулятор другогоплеча, то сигнал на выходе схемы будет содержать колебания только одной боковой полосы. Покажем это. Для упрощения по­ ложим, что исходный сигнал представляет собой гармоническое колебание вида Ua cos Ш. Тогда исходный сигнал и несущая час­ тота, подаваемые на первый модулятор, будут определяться вы­ ражениями « fil= f/a cosQ/ и и Ш1 = Uacos at, а второго— соответ-

я	я
ствепно UQ2 —Ua cos(Qt+-^)	и u&2—UMCOS(G)£+"^ ). Учитывая*

что схемы модуляторов обычно выполняются по двойной баланс­ ной схеме, напряжение несущей на выходе которой отсутствует* значения токов на выходе -первого и второго модуляторов соответствешю будут

t'i=/icos(o)—Q )f+/icos(<D -f-Q )/,

*2— / 2COS

+ — ------- Ш --------

— ^ + / 2COS ^<mt -f- — + Й Н 2 ~ ^ =

—/2C0S (со—Q)£—J2COS(co-j-Q)t.

Если амплитуды токов на выходе преобразователей будут одина­ ковые то на выходе схемы (на выходе развязывающе­ го устройства) ток будет равен

i —ii + i%=2 / cos(со—Q)i,	(1.1)
т. е. в его составе будет только ток одной	(в рассматриваемом

случае нижней) боковой полосы. На рис. 1.3 фазовый сдвиг я/2 для несущей частоты создает фазовый контур ФКг Фазовые кон­ туры ФКг и ФКз создают фазовый сдвиг л/2 для всех частот исходного сигнала в одном плече по отношению к другому. Необ­ ходимость применения двух фазовых контуров ФКг и ФКз объяс­ няется невозможностью реализации контура, вносящего постоян­ ный, равный л/2, фазовый сдвиг на любой частоте исходного сиг­ нала. Фазовые характеристики контуров ФКг 'и ФКз рассчиты­ ваются так, чтобы для любой частоты исходного сигнала разность фаз между токами на входах модуляторов составляла л/2. Если необходимо, чтобы ток на выходе схемы содержал верхнюю боко­ вую полосу, надо изменить фазовый сдвиг тока в одном из плеч

на я.

При несоблюдении равенства токов в плечах схемы 1\Ф Ь и равенства разности фаз величине я/2 ток на выходе схемы будет содержать составляющие нижней и верхней боковых -полос. Со­ ставляющая верхней (подавляемой) боковой полосы будет

= / COS (й)+П) t—kJ COS [(<0-bQ)/-f-A<p]==
= 7(1—&cosA<p)cos((o+Q)f-f-&f sin ((o-f-Q)rfsin A<p,	(1.2)

составляющая нижней боковой полосы —

ia-a=J cos (0 —Q) t-\-kJ cos [(<0 —Q) t—A<p]=

= /( l+fecosA(p) cos (0 —Q)t+kJ sin (0 —Q)/ sin Arp. (1.3)

В этих выражениях k —JzIh — lilJ — коэффициент, определяю­ щий асимметрию в плечах фазоразиостной 'схемы, Аср — погреш­ ность фазирования. Из (1.2) видно, что амплитуда тока подав­ ляемой (верхней) боковой полосы на выходе фазоразностной схе­

мы равна

-я —•П/ (1 — fceosAcp)2 + (£ sin Дср)2= / | /Л1 + ft2—

—2fecosAcp. Сравнивая эту амплитуду с амплитудой тока полез­ ной боковой полосы на выходе идеальной фазоразиостной схемы [ом. (1.1)], можно определить степень подавления фазоразиостной схемой неиспользуемой боковой полосы. Оценивается степень по­

давления величиной затухания ан=20 lg(27//а+а ) =20 lg(2/ 1-f

+kz—2k cos Аср), называемого затуханием в полосе непропускания. Устранить асимметрию плеч фазоразиостной схемы нетрудно.

Поэтому можно считать, что практически k= \. Тогда затухание в полосе непропускания будет aH=201gi[l/sin(Acp/2)]. Выше отме­ чалось, что степень подавления неиспользуемой боковой полосы должна составлять 60 дБ. Такую величину а„ можно обеспечить, если Аф будет меньше 1°. Столь высокую точность фазирования на всех частотах исходного сигнала можно обеспечить, применяя достаточно сложные фазовые контуры с весьма точными значе­ ниями элементов их схем. Контуры эти сравнительно дорогие. Несложные и более дешевые фазовые контуры, например, содер­ жащие не более двух звеньев второго порядка, имеют погреш­ ность фазирования около 6°, что соответствует затуханию в поло­ се непропускания примерно 26 дБ. Такие контуры ввиду их не­ сложности и относительно низкой стоимости широко применяются в фазоразностных схемах систем передачи на местных сетях. Прос­ тая и экономичная схема формирования ОБП позволила значи­ тельно упростить и удешевить оконечные станции этих систем и, следовательно, повысить эффективность системы |в целом. Однако из-за недостаточной степени подавления неиспользуемой боковой полосы номинальная полоса частот канала в этих системах рас­ ширена вдвое. При расширении полосы частот канала до 8 кГц неиспользуемая боковая полоса не будет совпадать с полезной боковой полосой соседнего канала, поэтому требования к степени •ее подавления можно значительно снизить. Затухание ак должно быть таким, чтобы на приеме не возникали биения при расхож­ дении фаз несущих частот на передающей и приемной станциях. Этим явлением можно будет пренебречь, если затухание в полосе непропускания будет не менее 26 дБ, что обеспечивается при Аф=6°.

Асимметрия плеч фазоразиостной схемы и погрешность фази­ рования приводит к некоторому дополнительному затуханию по­ лезной боковой полосы. Оценим его величину. Это дополнительное затухание может быть определено по формуле аДОп=20 lg (2 ///(0_fl). Амплитуда тока полезной боковой полосы на выходе фазоразност­

ной схемы при наличии асимметрии и погрешности фазирования, как видно из (1.3), равна / m- Q= / | / rl+ ^ 2+2fecos Д<р. Отсюда aAon=201g(2/j/ l+fc2+2&cos Aqp). Если асимметрия отсутствует, то адоп=201^[1/соз(Дф/2)]. При Дф=6° это затухание незначительно и им можно пренебречь.

Фазоразностный метод формирования ОБП обладает рядом достоинств по 'Сравнению с фильтровым методом. При использо­ вании фазоразностных схем канальное оборудование всех каналов; системы передачи будет практически одинаковым, так как эти схемы будут отличаться только контурами, 'настроенными на не­ сущую частоту. Идентичность канального оборудования позволяет упростить и удешевить аппаратуру оконечных станций. Фазораз­ ностная схема позволяет формировать ОБП в любом диапазоне частот, так как значение несущей частоты не влияет на сложность реализации схемы, а степень подавления неиспользуемой боковой полосы определяется точностью фазирования в полосе частот ис­ ходного сигнала. Наряду с перечисленными достоинствами схема -обладает одним серьезным недостатком — невозможностью зна­

чительного подавления неиспользуемой боковой полосы, что обус­ ловливается трудностями производства схем фазовых контуров с незначительной погрешностью фазирования.

1.2. Групповой принцип построения аппаратуры многоканальных систем передачи

При построении аппаратуры многоканальных систем передачи с ЧРК, как правило, используется многократное и групповое пре­ образование частоты. Многократное преобразование 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. При использовании группо­ вого преобразования в системах передачи часть устройств оконеч­ ной аппаратуры является отдельной (индивидуальной) для каж­ дого канала, а остальные устройства являются общими (группо­ выми) для нескольких или всех каналов. Устройства аппаратуры промежуточных станций в этом случае являются общими для всех каналов системы передачи. Структурная схема, поясняющая прин­ цип построения многоканальных систем передачи с использова­ нием многократного или группового преобразования, приведена на рис. 1.4. В первой ступени, являющейся ступенью индивидуаль­ ного преобразования, одинаковые исходные частотные полосы от П\ различных источников сигналов преобразуются в Прианальных сигналов, размещенных в неперекрывающихея полосах частот, об­ разуя прианальный групповой сигнал. Вторая и последующие ступени преобразования являются групповыми. Во второй ступени н2 одинаковых частотных полос Прианального сигнала преобра­ зуется в общин групповой П1И2-канальный сигнал. В следующей

ступени преобразования образуется /^«г^з-канальный сигнал пу­ тем переноса гц одинаковых частотных полос группового П{П2-ка- нального сигнала в .неперекрьшающиеся полосы частот и т. д. Последняя ступень группового преобразования предназначается для получения линейного спектра системы передачи, который пе­ редается по линии.

Р и с. 1.4

Образованную изложенным выше способом группу из пека­ нальных сигналов называют первичной группой. Необходимо за­ метить, что в некоторых системах передачи индивидуальной сту­ пенью преобразования является так называемая предгрупповая ступень, и образование первичной группы осуществляется двукрат­ ным преобразованием.

Группу Л]«2-канальных сигналов, полученную объединением п2 первичных групп, называют вторичной группой каналов. Группу Л1Л2Лз-канальных сигналов, полученную объединением п3 вторич­ ных групп, называют третичной группой каналов.

При построении аппаратуры систем передачи на очень боль­ шое число каналов можно использовать четверичные и пятирич­ ные группы каналов, каждая из которых образуется объедине­ нием соответствующего количества третичных групп.

Совокупность оборудования всех групп называется каналооб­ разующей аппаратурой, назначение которой заключается в преоб-

разовании N «сходных .сигналов, занимающих полосу частот 0,3—3,4 кГц, в групповой сигнал одной из стандартных групп. Каналообразующая аппаратура различных многоканальных сис­ тем не обязательно содержит ©се перечисленные выше группы. В зависимости от общего числа каналов системы передачи каналообразующая аппаратура может состоять только из первичных групп, первичных и вторичных групп и т. д. Использование кана­ лообразующей аппаратуры позволяет строить оконечную, аппара­ туру любых многоканальных систем передачи на основе стан­ дартного преобразовательного оборудования и, следовательно, создать единое типовое канал ©образующее оборудование для, раз­ личных многоканальных систем передачи с ЧРК.

Преобразование спектра частот на выходе каналообразующей аппаратуры в определенный для системы передачи линейный спектр осуществляется аппаратурой сопряжения. Она содержит, как правило, одну ступень преобразования. Бели же спектр груп­ пового сигнала на выходе каналообразующей аппаратуры частич­ но или полностью совпадает с линейным спектром частот, то при­ меняют две ступени преобразования. При использовании только одной ступени преобразования неизбежны значительные искаже­ ния, вызванные появлением на выходе преобразователя частоты исходного непреобразованного по частоте сигнала. Поясним это на примере формирования нижней группы частот линейного спектра системы передачи В-12-3. Каналообразующая аппаратура этой си­ стемы передачи состоит только из первичной группы, спектр час­ тот которой 60—108 кГц. Нижняя группа частот линейного спект­ ра этой системы передачи занимает полосу частот 36—84 кГц. При использовании в аппаратуре сопряжения одной ступени груп­ пового преобразования для получения спектра 36—84 кГц из спектра 60—108 кГц (рис. 1.5,а) вследствие неидеальности моду­ лятора на входе фильтра, кроме полезного преобразованного по частоте сигнала (36—84 кГц) будет присутствовать исходный непреобразованный по частоте сигнал (60—108 кГц). Таким обра-

Преобразованный сигнал

о)
НепреоВразоВ.
h L сигнал	т т
60 100

Z1S т т я г	36 86-	300S5Z
Преобразованный	Преобразованный
сигнал	сигнал

зом, 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 ис­ кажения. Для устранения этих искажений в системе передачи В-12-3 применяется дополнительная ступень преобразования с по­ мощью несущей 324 кГц. Требуемая линейная полоса частот 36— 84 кГц получается путем -второй ступени преобразования с по­ мощью несущей 468 кГц (рис. 1.5,6). В этом случае в обеих сту­ пенях преобразования сигналы на входе и выходе преобразова­ телей значительно отличаются друг* от друга по шкале частот и появляющиеся на выходе модуляторов непреобразоваииые исход­ ные 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	(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 каналообразующей аппаратуры, ап­ паратуры сопряжения и оконечной аппаратуры линейного тракта. Многократное и групповое преобразование создали возможность использовать практически во всех многоканальных системах пе­ редачи типовую каналообразующую аппаратуру. Эта аппаратура помимо каналов ТЧ позволяет образовать широкополосные кана­ лы, предназначенные для высокоскоростной передачи данных, пе­ редачи газет и т. д.

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. Наличие типовой каналообразующей аппаратуры облегчает реше­ ние этой задачи.

Использование многократного и группового преобразования в многоканальных системах передачи позволило резко уменьшить в составе оконечного оборудования число разнотипных фильтров, что облегчило создание канальных фильтров с однородными ха­ рактеристиками и позволило отвести на каждый канал одинако­ вую по ширине полосу частот. При многократном и групповом преобразовании каналы многоканальных систем передачи в ли­ нейной полосе частот располагаются с такими же, как в первой «i-канальной группе, промежутками. Поскольку в этой группе ширина частотного промежутка, разделяющего спектры соседних каналов, сведена до минимума, то создается возможность орга­ низации максимального числа каналов в заданной линейной по­ лосе частот. Использование многократного и группового преоб­ разования позволяет не только сократить число типов фильтров, но и значительно сократить число номиналов несущих частот, необходимых для формирования линейных спектров многоканаль­ ных систем передачи. Например, в системе передачи К-60 при