Двусторонняя передача сигналов

Тезисы лекции

Передача первичных сигналов от одного абонента к другому осуществляется с помощью электромагнитных сигналов, которые передаются по каналам связи. Линии связи обычно являются наиболее дорогостоящей частью систем передачи (СП) и отличаются большим разнообразием – это воздушные, кабельные, радиорелейные, спутниковые, волоконно-оптические (ВОЛС) и другие линии. С помощью СП осуществляется одновременная и взаимно независимая передача сообщений от N абонентов, расположенных в пункте А, к абонентам, расположенным в пункте Б.

Рис. 1. Структурная схема системы передачи.

Первичные сигналы (рис. 1) N абонентов поступают на входы N каналов оборудования оконечного пункта (ОП А). В каждом канале с помощью соответствующего модулятора М первичный сигнал a_i(t) преобразуется в канальный U_i(t) и на выходе сумматора действует групповой сигнал U_г(t).

Необходимость преобразования обусловлена тем, что первичные сигналы не обладают свойством разделимости. Поэтому в передающей части системы сигналы отдельных каналов наделяются некоторыми заранее обусловленными признаками, которые должны быть такими, чтобы в приемной части системы сигналы могли быть различены и разделены. Передающая часть (Пер) оборудования оконечного пункта преобразует групповой сигнал в линейный который поступает в линию связи. Это преобразование обусловлено большим разнообразием линий. Поэтому при формировании линейного сигнала из группового необходимо учитывать свойства соответствующей линии связи, и в частности рабочий диапазон частот, уровни передаваемых и принимаемых сигналов, а также помех.

Для устранения влияния линий связи и возникающих помех на форму сигнала и их ослабление, линию связи разбивают на отдельные участки в конце которых устанавливают обслуживаемые или необслуживаемые промежуточные усилительные пункты – ОУП, НУП.

Приемная часть (Пр) ОП станции Б, во-первых, выполняет функции оборудования ОУП, во-вторых, преобразует линейный сигнал в групповой. Далее с помощью разделителей (Р₁…Р_N) и демодуляторов ДМ₁…ДМ_N канальные сигналы преобразуются в первичные и поступают на выходы каналов (рис.2).

Рис. 2. Структурная схема канала двустороннего действия.

Системы передачи обеспечивают передачу сигналов одновременно как от абонентов станции А к абонентам станции Б, так и в противоположном направлении.

К большинству систем связи предъявляется требование обеспечения одновременной и независимой передачи сигналов в двух направлениях - требование двусторонней связи. Для организации двусторонней связи используются два канала однонаправленного действия, образующих двунаправленный четырехпроводный канал. Проходящие через однонаправленный канал сигналы усиливаются (S_А-Б и S_Б-А).

Двунаправленный двухпроводный канал образуется из четырехпроводного при помощи развязывающих устройств (РУ). Зажимы 1-1 РУ называют линейными. Прохождение сигналов от линейных зажимов РУ станции А к линейным зажимам РУ станции Б, а также в противоположном направлении показаны на рис. 1 с помощью сплошной и штриховой линий.

Затухание сигналов между линейными зажимами станций А и Б называется остаточным затуханием двухпроводного канала а_ост = а_1-2 - S_А-Б(Б-А) + a_4-1. Желательно, чтобы а_1-2 и a_4-1 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 и в пределе - к самовозбуждению канала.

Затухание, которое претерпевает сигнал, проходя от зажимов 4-4 к зажимам 2-2 РУ, называется переходным a_ПЕР.

Затухание по петле ОС, равное сумме всех затуханий и усилений, a_ОС = a_ПЕР1 + a_ПЕР2 - S_А-Б - S_Б-А носит специальное название - запас устойчивости. Если a_ОС ≤ 0, то канал неустойчив и самовозбуждается.

В качестве РУ в современных системах передачи широко используется дифференциальная система (ДС), выполненная на основе симметричного трансформатора со средней точкой (рис. 3.) (полуобмотки II и III идентичны). В состав ДС входит сопротивление Z₃, называемое балансным. Оно приближенно отражает свойства входного сопротивления абонентской линии.

Рис. 3. 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=Z₃. 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. =Z₄.

В случае сбалансированной ДС мощность входных сигналов, подводимых к зажимам 1-1 и 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_4-1 = а_1-2 = 10lg2 = 3дБ. 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 то же 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.

Широкополосные каналы. Современные системы передачи позволяют кроме стандартных каналов ТЧ организовать каналы с более высокой пропускной способностью. Увеличение пропускной способности достигается расширением ЭППЧ, причем широкополосные каналы образуются объединением нескольких каналов ТЧ.

В настоящее время аналоговые системы передачи предусматривают образование следующих широкополосных каналов:

- предгруппового канала с полосой частот 12..24 кГц взамен трех каналов ТЧ;

- первичного канала 60..108 кГц взамен 12 каналов ТЧ;

- вторичного канала 312..552 кГц взамен 60 каналов ТЧ;

- третичного канала 812..2044 кГц взамен 300 каналов ТЧ.

Кроме перечисленных каналов в системах передачи формируются каналы вещания и телевидения (со звуковым вещанием).