Лекция 3. Групповой принцип построения аппаратуры СП с ЧРК

Лекция 3. Групповой принцип построения аппаратуры СП с ЧРК.
3.1 Многократное преобразование
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.
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. 2.4). 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 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.
Рисунок 2.4
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.
Поэтому с увеличением числа промежуточных станций будет сужаться эффективно
передаваемая полоса частот канала, что ограничивает число промежуточных
станций, а следовательно, и дальность передачи. Малоканальность объясняется
невозможностью создания полосовых канальных фильтров с идентичными
1
характеристиками в широком диапазоне частот. Кроме того, использование
в
составе оборудования
оконечных и промежуточных станций отдельных разнотипных для каждого канала
элементов делает это оборудование громоздким. Разнотипность устройств каждого
канала не позволяет стандартизировать аппаратуру, что затрудняет ее массовое
производство и повышает стоимость.
От перечисленных недостатков практически свободен групповой метод.
Структурная схема, поясняющая принцип построения многоканальных систем передачи
с использованием группового метода, приведена на рис. 2.5. 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
-канального
сигнала
в
неперекрывающиеся полосы частот и т. д.
Образованную изложенным выше способом группу из канальных сигналов
называют первичной. Необходимо заметить, что в некоторых систе-мах передачи
образование первичной группы осуществляется двухкратным преобразованием.
Рисунок 2.5
Группу
канальных сигналов, полученную
объединением первичных
групп, называют вторичной. Группу
канальных сигналов, полученную
объединением вторичных групп, называют третичной.
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 преобра-зовании N
исходных сигналов, занимающих полосу частот 0,3... 3,4 кГц, в групповой сигнал
одной из типовых групп. Типовая преобразовательная аппаратура различных
многоканальных систем передачи не обязательно содержит все перечисленные выше
группы. 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
2
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 совпадение спектра на выходе типовой
преобразовательной аппаратуры и линейного спектра не наблюдается, то, как
правило, в аппаратуре сопряжения применяется одна ступень 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. 2.6,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. 2.6,б).
Рисунок 2.6
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
3
(ТПАИ и ТПАГ), аппаратуры сопряжения (АС) и оконечной аппаратуры линейного
тракта (ОАПГ) (рис. 2.7).
Групповое преобразование позволило использовать практически во всех
многоканальных системах передачи типовую преобразовательную аппаратуру. С
помощью этой аппаратуры помимо стандартных каналов ТЧ можно образовывать
широкополосные каналы, предназначенные для высокоскоростной передачи данных,
передачи газет и т. д.
Рисунок 2.7
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 преобразовательной аппаратуры
облегчает решение этой задачи.
Использование группового преобразования в многоканальных системах
передачи позволило резко уменьшить в составе оконечного оборудования число
разнотипных фильтров, что облегчило возможность создания канальных фильтров с
однородными характеристиками и позволило отвести на каждый канал одинаковую по
ширине полосу частот.
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.
3.2 Классификация многоканальной аппаратуры
При построении многоканальной аппаратуры необходимо учитывать возможность
ее использования для передачи различных видов информации. В настоящее время
большинство каналов многоканальных систем занято телефонной связью. Телефонные
каналы являются каналами двустороннего действия; все другие каналы (телеграфные,
вещания и т. д.) —односторонние.
Классификация многоканальной аппаратуры может быть, произведена по
различным признакам.
По назначению аппаратура подразделяется на оконечную и промежуточную или
трансляционную. Оконечная аппаратура располагается на оконечных станциях и
предназначена, главным образом, для формирования модулированного сигнала,
передаваемого в линию, и для восстановления исходных сигналов из приходящих с
линии модулированных сигналов. Таким образом, оконечная аппаратура содержит
передающую и приемную части. Промежуточная или трансляционная аппаратура
предназначена для усиления передаваемых сигналов с целью увеличения дальности
связей. Основным оборудованием являются усилительные и корректирующие
устройства.
В основу построения любой многоканальной системы связи положен стандартный
канал тональной частоты ТЧ - совокупность устройств, обеспечивающих передачу
информации от источника сообщения к получателю в спектре частот 0,3 -3,4 кгц.
По числу стандартных каналов тональной частоты различается аппаратура с
малым числом каналов (до трех) и с большим числом каналов (кратным
двенадцати). Многоканальная аппаратура состоит из индивидуальной и групповой
частей. К индивидуальной части относятся все устройства (узлы), которые используются
для передачи информации от одного независимого источника. Такие устройства
повторяются столько раз, сколько связей необходимо получить. К групповой части
относятся все устройства (узлы), предназначенные для передачи групповых сигналов
от всех или части источников информации.
4
Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии
(МККТТ) рекомендовано применять следующее стандартное оборудование, с помощью
которого сигналы от отдельных источников информации со спектром 0,3 - 3,4 кгц
преобразовываются при передаче, образуя групповой сигнал, и восстанавливаются
при приеме:
1) первичный групповой тракт;
2) вторичный групповой тракт;
3) третичный групповой тракт;
4) четверичный групповой тракт.
Спектр частот и число сигналов, соответствующие этим групповым трактам,
показаны на рис. 2.3.
Полоса частот первичного» группового тракта (60-108 кгц) рассчитана на 12
стандартных, каналов ТЧ и формируется с помощью 12 индивидуаль-ных преобразователей частоты. Несущие частоты при этом кратны 4 кгц и равны 64, 68,
...,108 кгц.
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.
Рисунок 2.3
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.
Полоса частот вторичного группового тракта (312 - 552 кгц) рассчитана на
60 стандартных каналов тч и образуется из 5 первичных групповых трактов.
Полоса частот третичного группового тракта (812 - 2044 кгц) рассчитана на 300»
стандартных каналов тч и формируется из спектров частот 5 вторичных групповых
трактов. Полоса частот четверичного группового тракта
(8516 - 12 388 кгц)
рассчитана на 900 стандартных каналов ТЧ и формируется .преобразованием
спектров частот 3 третичных групповых трактов.
Таким образом, каскадное включение группового оборудования в зависимости
от числа каналов системы позволяет путем многократного преобразования
5
сформировать групповой сигнал для передачи в линию и выделить исходные
сигналы из группового, приходящего с линии.
Абсолютная ширина спектра вторичной группы составляет 240 кГц, так как
она объединяет пять первичных групп.
Третичная группа занимает спектр 812... 2044 кГц и формируется из пяти
вторичных групп путем группового преобразования. Между преобразованными 60канальными 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.
6