литература / Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей, 2004
.pdfРис. 8. Включение эхозаградителей
Кроме снижения мешающего действия электрического эха, с помощью эхозаградителей находят применение:
метод самобалансирующейся дифференциальной системы, при котором возрастание затухания на пути токов эха достигается увеличением балансного затухания дифсистем с помощью автоматической регулировки сопротивления балансного контура;
компенсационный метод, обеспечивающий возрастание затухания на пути токов эха за счет увеличения остаточного затухания обратного направления только для эхо-сигналов, путем формирования сигналов подобных сигналам эхо, но обратных по фазе.
Вопросы и задачи для самоконтроля к лекциям 4 - 6
1.Необходимость организации двусторонних каналов. Основные проблемы.
2.Изобразите схемы организации двусторонних каналов передачи двухпроводного однополосного, четырехпроводного однополосного и двухпроводного двухполосного.
3.Назначение развязывающих устройств при организации двусторонних каналов, требования к ним и их классификация.
4.Поясните физическую сущность балансного затухания трансформаторной дифференциальной системы.
5.Поясните физическую сущность таких понятий, как запас устойчивости и устойчивость.
6.Причины возникновения искажений от обратной связи в одиночной замкнутой системе, их оценка и способы снижения.
7.Электрическое эхо, механизм его возникновения и способы снижения его мешающего влияния.
8.Заданы два генератора с внутренним сопротивлением Яг, = 300 Ом и Яг2 = 600 Ом. Необходимо обеспечить их независимую работу на
общую нагрузку RH = 150 Ом с помощью трансформаторной дифсистемы (ТДС). Рассчитать коэффициенты трансформации и неравноплечности дифференциального трансформатора ТДС. Ответ: для одного из возможных вариантов согласованного включения ге-
нераторов и нагрузки к ТДС коэффициент трансформации п = 1,225
и коэффициент неравногтлечносги т}=2.
9.Для выбранной ТДС предыдущей задачи и исходных данных определить входные сопротивления и затухания в направлениях пропускания.
10.Определить устойчивость двустороннего усилителя однополосной двухпроводной системы связи, если волновое сопротивление линии Zл^ = 200 Ом и 2п2 = 192 Ом, величина
балансного сопротивления ТДС = 2б2 =197 Ом, затухание прилегающих к усилителю усилительных участков принять равным АУ1 = 28 дБ и Ау2 = 26 дБ. Ответ: а = 11,1 дБ.
11.Для исходных данных предыдущей задачи определить величину критического усиления Бкр двустороннего (дуплексного) усилителя, при котором устойчивость одиночной замкнутой
системы равна нулю, величину искажений от положительной и отрицательной обратной связи.
Ответ: вкр = 40,1 дБ, АБ+ = 0,43 дБ иЛв. = - 0,42 дБ.
12.Определить требования к величинам затухания направляющих фильтров нижних частот - ФНЧ и верхних частот - ФВЧ, при которых искажения от обратной связи не будут более 0,2 дБ. Максимальное затухание усилительных участков принять равным Лу= 32,3 дБ в полосе эффективного пропускания ФНЧ и Аг = 47,8 дБ в полосе эффективного пропускания ФВЧ.
Ответ: затухание ФНЧ в полосе эффективного задерживания Афнч = 64,2 дБ и ФВЧ в полосе эффективного задерживания Афвч = 48,6 дБ.
Часть 2. Принципы построения многоканальных систем передачи
Л е к ц и я 7
Общие принципы построения многоканальных систем передачи
Технико-экономическое обоснование применения многоканальных систем передачи
Основу современных телекоммуникационных систем составляют многоканальные системы передачи (МСП), позволяющие получить типовые каналы и тракты и обеспечить экономически целесообразно организованную связь на любые расстояния. Последнее утверждение подтвердим следующими рассуждениями.
Пусть между пунктами А и Б, расстояние между которыми /. км, требуется организовать N каналов. Необходимое количество каналов может быть организовано на воздушных, кабельных и радиорелейных линиях различными способами. Например, требуется организовать 480 каналов. Их можно получить путем организации 480 физических цепей и на каждой цепи организовать один канал, а можно использовать одну физическую цепь и с помощью МСП получить необходимое число каналов.
С экономической точки зрения представляют интерес только те варианты организации связи, которые при прочих равных условиях требуют меньших затрат.
Представление об эффективности использования МСП можно получить путем сравнения вариантов организации связи между пунктами А и Б путем сравнения вариантов по общим или удельным капитальным вложениям. Рассмотрим два варианта организации N каналов: по первому из них необходимое количество каналов N получается путем использования N физических цепей, а по второму варианту необходимое количество каналов получается путем использования МСП и одной физической цепи.
Общие капитальные вложения определяются формулами: по первому варианту
Ki = (Кл + N Кц) L |
(1) |
и по второму варианту |
|
К2 = (Кл + Кц) L + 2Ко, |
(2) |
где Кл - стоимость прокладки одного километра физической |
цепи |
и соответствующего технического оснащения; Кц - стоимость одного километра физической цепи; N - необходимое количество каналов (цепей); L - протяженность магистрали (расстояние между пунктами А и Б); К0 - стоимость оборудования МСП оконечных пунктов магистрали.
Удельные капитальные вложения по вариантам и /^определяются как частное от деления общих капитальных вложений на протяженность каналов магистрали - на канало-километры NL.
Для первого варианта |
|
|
|
|
|
|
|
/с, = — |
= — |
+ К и , |
(3) |
||
для второго варианта |
1 |
NL |
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/с2 |
= Кг |
=КЛ- " > f |
Кц" |
2 Кс |
(4) |
|
|
NL |
|
N |
|
NL |
|
Общая экономия от применения оборудования многоканальных
систем передачи (МСП) будет равна |
|
|
|
AK = K1-K2 |
= LKli(N- |
1)-2К0 |
(5) |
и удельная экономия |
|
|
|
д , = |
|
|
( 6 ) |
NL |
N |
NL |
|
Зависимости, выраженные формулами (1)-(6), представлены графически на рис. 1 и рис. 3 при фиксированном количестве каналов N = const и на рис. 2 и рис. 4 при фиксированной протяженности магистрали L = const.
Из формул (5) и (6) и рис.1-4 видно, что использование многоканальных систем передачи для получения заданного числа каналов на одной физической цепи экономически оправдано, если потребность каналов и протяженность магистрали больше некоторых критических значений Л/к и LK. Экономия от применения МСП тем выше, чем больше пучок каналов N и протяженность магистрали L.
ki дк = ki - кг k2
LK
Рис. 1. К определению капитальных вложений и общей экономии для вариантов организации связи при N = const
Рис. 2. К определению капитальных вложений и удельной экономии для вариантов организации связи при L = const
Рис. 3. К определению удельных капитальных вложений и удельной экономии для вариантов организации связи
при N = const
Рис. 4. К определению удельных капитальных вложений и экономии для вариантов организации связи при L = const
При использовании многоканальных систем передачи для различных линий связи (кабельные, радиорелейные и др.) общие капитальные вложения равны
К = (Кл + Кс п) 1_ |
(7) |
и удельные капитальные вложения |
|
|
* = N'nL = N п |
N' . |
(8) |
где Кп - стоимость одного километра магистрали без стоимости оборудования МСП; Кс- стоимость одной МСП, отнесенная на один километр магистрали; п - количество многоканальных систем передачи; Л / ' - количество каналов, образуемых одной МСП; L - протяженность магистрали, км.
Для иллюстрации эффективности использования МСП (или просто систем передачи) рассмотрим некоторые примеры.
П р и м е р 1. Необходимо организовать N = 30 телефонных каналов между пунктами А и В. Определить расстояние LK, начиная с которого целесообразно использовать систему передачи для организации 30 каналов на одной физической цепи. Известно, что стоимость одного километра физической цепи Кп = 6000 руб/км, стоимость оборудования систем передачи оконечных станций равно К0= 1 150 000 руб.
Р е ш е н и е . Необходимое число каналов может быть получено путем использования 30 физических цепей или с использованием одной физической цепи и системы передачи на 30 каналов. Общая экономия от применения системы передачи и одной физической цепи определяется по формуле
(5) Л К = LKU (N - 1) - 2К0П. Так как при L = LK ЛК = 0 (см. рис. 1 и 3), то
LJ<n (N- 1) = 2 Ко, откуда LK = 2К<3/КЦ (N - 1) = 2 х 1 150 000/6000 (30 - 1) = = 13,2 км. Следовательно, до расстояния, равного 13,2 км, экономически целесообразнее заданное число каналов получить с помощью 30 физических цепей, а начиная с расстояния между пунктами А и В, большего 13,2 км, экономически выгоднее использовать систему передачи, позволяющую на одной физической цепи получить 30 каналов.
П р и м е р 2. Определить экономию от использования системы передачи К-300 вместо системы К-60 для организации 600 каналов тональной частоты на магистрали протяженностью L = 1000 км. Варианты организации: 1-й вариант - используются кабель типа МКС 7 х 4 х 1,2 и п = 10 систем К-60, позволяющих получить 600 каналов; 2-й вариант - применяются кабель типа МКТП-4 и п = 2 системы передачи К-300, позволяющих получить также 600 каналов. Стоимость одного километра кабеля типа МКС равна Кл = = 278 500 руб/км и стоимость одной системы передачи К-60, отнесенная к одному километру магистрали, равна Кс = 5250 руб/км; стоимость одного
километра кабеля типа МКТП равна Кп= |
217 600 руб/км и стоимость одной |
системы передачи К-300, отнесенная |
к одному километру равна Кс= |
= 10 075 руб/км. |
|
Р е ш е н и е . Согласно формуле (7) имеем: |
|
||
по первому варианту К1 |
= (К„ + Ксп) I |
= (278 500 + 5250 х 10) х 1000 |
= |
= 331 000 000 руб; |
|
|
|
по второму варианту К2 |
= (Кл + Ксп) |
1 = (217600 + 10075 х 2) х 1000 |
= |
= 273 750 000 руб. |
|
|
|
Общая экономия при |
использовании второго варианта равна АК |
= |
|
= - К2 = 93 250 000 руб. |
|
|
|
Рассмотренные примеры показывают, что применение многоканальных систем передачи позволяет экономически целесообразными способами организовать необходимое число каналов на телекоммуникационных сетях.
Обобщенная структурная схема многоканальной системы передачи
Многоканальной системой передачи (в дальнейшем просто системой передачи) называется совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу однотипных или разнотипных сообщений от N источников к N получателям по одной линии связи (физической среде распространения сигналов электросвязи). Обобщенная структурная схема N - канальной системы передачи (СП) приведена на рис. 5.
Ci(t) -Ч |
Mj |
\Si(t) |
. |
,S'i(t) , |
, |
Г-НфГІ—^^^ЧдГТ-* c'i(t) |
|||||
c2(t) - Г м Пs2(t) |
. |
,S2(t) , |
, |
||
Линия S'(t) |
|
|
|||
|
|
S(t) |
|
|
|
|
|
\sN(t) |
связи |
|
|
cN(t) - Ч |
MN |
Ч і ф д ^ Ч Ж И ' C 'N(I ) |
|||
Рис. 5. Обобщенная структурная схема многоканальной системы передачи
Первичные сигналы C,w, время существования и спектры частот, которых могут частично или полностью перекрываться, поступают в передающую часть системы передачи, где с помощью устройств Mi преобразуются в канальные сигналы S,w.
Процесс преобразования первичного сигнала в канальный решает две задачи.
Во-первых, каждый канальный сигнал S,w наделяется совокупностью физических признаков, отличающих его от остальных канальных сигналов; эти признаки или параметры называются
разделительными.
4—2248
Во-вторых, необходимо сформировать канальные сигналы так, чтобы в них содержались передаваемые сообщения, т.е. сведения о форме первичных сигналов, поступающих на входы каналов.
Многоканальный, или групповой сигнал Э^) получается объединением канальных сигналов в устройстве объединения О. В частности групповой сигнал можно получить суммированием канальных сигналов, т. е.
= О)
Системы передачи, где групповой сигнал представляет сумму канальных сигналов, называются аддитивными.
Системы передачи, в которых при формировании группового сигнала применяются другие операции, носят название комбинационных.
Современные многоканальные телекоммуникационные системы в основном являются аддитивными.
Прохождение группового сигнала по линии связи (среде распространения) сопровождается помехами и искажениями, следовательно, на входе приемной части системы передачи будем иметь сигнал Э'р).
Разделение группового сигнала на отдельные канальные сигналы осуществляется разделяющими устройствами Ф| (фильтрующими устройствами) на основе тех разделительных признаков, которыми первичные сигналы были наделены на передаче. На выходе устройств Ф1 получаем канальный сигнал Э'А), отличающийся от канального сигнала Э^) наличием помех и искажений, обусловленных прохождением канального сигнала по элементам оборудования систем передачи и среды распространения (линии связи).
Разделяющие устройства Ф1 могут быть линейными и нелинейными. Система передачи называется линейной или системой передачи с линейным разделением сигналов, если развязывающие устройства являются линейными четырехполюсниками с постоянными или переменными параметрами. Если разделяющие устройства представляют нелинейные четырехполюсники, то такие системы передачи называются нелинейными. В основном применяются системы передачи с линейным разделением каналов (сигналов).
После разделения канальные сигналы поступают на устройства Д, где осуществляется преобразование канальных сигналов в первичные сигналы С'^Х), отличающиеся от первичных сигналов на
передаче наличием помех и искажений, вносимых элементами оборудования систем передачи и линий связи (среды распространения).
При разработке и исследовании многоканальных систем передачи обычно известны свойства первичных сигналов, число каналов и характеристики линий связи-среды распространения и помех.
Теория построения многоканальных телекоммуникационных систем должна указать класс канальных сигналов, обеспечивающих принципиальную возможность их разделения, и определить требования к устройствам формирования канальных сигналов и их раз-
деления, обеспечивающих |
минимальное различие |
между |
первичными сигналами на передаче ОД и приеме |
Должны |
|
быть также указаны пути технической реализации устройств формирования канальных сигналов М, их объединения О и разделения.
В многоканальных системах передачи кроме внешних помех возникают специфические помехи, обусловленные неидеальностью функционирования устройств разделения канальных сигналов. Эти помехи проявляются как взаимные переходные влияния между каналами. Необходимо указать пути снижения этих влияний до допустимых значений.
Системы передачи должны обеспечивать не только высокое качество передачи сигналов, но и ее необходимую надежность. При этом дальность связи может достигать многих тысяч километров. Важной задачей техники многоканальных систем передачи является также достижение высокой экономической эффективности, которая, как указывалось выше, оценивается стоимостью строительства и эксплуатации 1 км канала передачи. В связи с этим может быть поставлена задача построения многоканальных систем передачи, минимизирующих эти показатели.
Следовательно, основные задачи техники многоканальных систем передачи сводятся к созданию систем, обеспечивающих заданное число каналов, требуемые качество передачи, надежность, эффективность и дальность связи.
Современные многоканальные системы передачи состоят из следующих основных частей (рис. 6): каналообразующего оборудования (КОО), оборудования сопряжения (ОС), оборудования линейного тракта (ОПТ), унифицированного генераторного оборудования (УГО) и сервисного оборудования (СО).
Каналообразующее оборудование для конкретного типа систем передачи является унифицированным и предназначено для создания типовых каналов с характеристиками, соответствующими определенным нормам.
Рис. 6. Унифицированное оборудование многоканальных систем передачи
Оборудование линейного тракта является частью системы передачи, в которой сигналы всех каналов объединены в групповой или многоканальный сигнал, параметры которого согласованы с параметрами передачи среды распространения, и называется такой сигнала линейным. Оборудование линейного тракта включает в себя устройства, устанавливаемые на оконечных станциях, линию связи и оборудование промежуточных станций (усилительные или регенерационные пункты).
Оборудование сопряжения является специфическим для каждой системы передачи, оно обеспечивает согласование каналообразующего оборудования с оборудованием линейного тракта.
В состав системы передачи входит также унифицированное генераторное оборудование, вырабатывающее электрические сигналы, необходимые для формирования канальных сигналов, и вспомогательные сигналы, обеспечивающие качественное функционирование всего оборудования систем передачи.
Сервисное оборудование обеспечивает автоматизацию процессов технического обслуживания каналов и трактов систем передачи.
Самой дорогостоящей частью многоканальной системы передачи является каналообразующее оборудование, реализующее различные методы разделения канальных сигналов.
Методы разделения канальных сигналов
Методы формирования канальных сигналов и их разделения можно разделить на простейшие, когда первичные сигналы передаются без каких-либо преобразований в исходном диапазоне частот, и методы, основанные на дополнительном преобразовании первичных сигналов в канальные с наделением их определенными отличительными признаками.