Тема 3. Организация двухсторонних каналов

Введение.

Особенностью телефонных каналов является то, что они должны двухсторонними. Рассмотрим принцип построения таких каналов.

Раздел 3.1 Организация двухсторонних каналов

Сигнал от одного абонента к другому передается по цепи: микрофон – телефон, такая же цепь используется для передачи сигнала в обратную сторону.

Между абонентами находится линия (передача осуществляется по кабелю), любая направляющая система имеет затухание, для электрического кабеля это примерно 10-20 дБ/км, для оптического кабеля меньше 1 дБ, но при большой протяженности линии передачи, суммарная величина затухания на участке между абонентами может достигать больших значений. Так, если расстояние между абонентами достигает 50 км, то затухание составит для медного кабеля 15·50=750 дБ; для оптического кабеля 0,5·50=25 дБ. Поэтому между оконечными пунктами приема и передачи необходимы усилители. Существует несколько способов организации двусторонних каналов.

1. Двухпроводная однополосная связь. Передача и прием в обоих

направлениях осуществляется в одной полосе частот.

2. Двухполосная двухпроводная связь. Передача осуществляется в одной полосе частот, а прием в другой полосе. Схема усложняется тем, что в ней присутствуют направляющие фильтры (ФНЧ и ФВЧ). Соответственно повышается стоимость аппаратуры, но качество не очень хорошее, так как добротность фильтров не очень высокая. Используется на воздушных, иногда на кабельных линиях связи.

3. Однополосная четырехпроводная связь. Наиболее часто используется на кабельных линиях связи.

Одним из основных элементов при построении двусторонних систем являются развязывающие устройства. В качестве развязывающих устройств в канале ТЧ с 2^хпроводным окончанием используются дифференциальные системы. Дифференциальные системы обеспечивают большое затухание между отдельными направлениями передачи и малое – от 2^хпроводного окончания к любому из усилительных направлений.

Требования:

1. Развязывающее устройство предназначено для развязывания направлений передачи в системах связи двусторонних каналов а_4-2=а_2-4=

2. Затухания в направлениях пропускания (усилительных направлениях)

а_1-2=а_2-1=а_4-1=а_1-4=0

3. Развязывающее устройство в направлении передачи должно не вносить никаких искажений

4. Оно должно обеспечить согласованное подключение нагрузок.

Из видов развязывающих устройств нашли применение, построенные на основе мостовых схем. Они бывают двух видов:

- выполненные с помощью дифференциальных трансформаторов;

- резисторно-мостовая схема.

В МСП широко используют дифференциальные системы на трансформаторах. Дифференциальная система представляет собой уравновешенный мост, в одно из плеч которого включают двухпроводное окончание канала ТЧ, в диагонали - цепи передачи и приема симплексных каналов (четырехпроводной части канала ТЧ).

УСТОЙЧИВОСТЬ ОДИНОЧНОЙ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ (ДУПЛЕКСНОГО УСИЛИТЕЛЯ) ИСКАЖЕНИЯ ОТ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ.

При организации двусторонних каналов связи неизбежно возникают замкнутые электрические системы. Обобщенная структурная схема канала двустороннего действия:

S_А-Б

а _пер1

а _пер2

РУ₁

РУ₂

Вх

ОС

S_Б-А

Так как затухание дифференциальных систем в направлении непропускания , то в такой системе будут наблюдаться влияния одного направления передачи на другое, что может привести к самовозбуждению систем из-за прохождения токов по петле обратной связи.

Рассмотрим условия устойчивости замкнутой системы, воспользовавшись критерием Найквиста, согласно которому система самовозбудится, если одновременно будут выполнены два условия:

• по петле обратной связи

Контролировать фазовый сдвиг в системе невозможно, так как по каналу передается очень широкий спектр частот, поступающий в канал связи в случайном порядке. И хотя бы на одной какой-нибудь частоте эффективно передаваемой полосы условие не выполнится.

Следовательно, для обеспечения требуемой устойчивости системы необходимо соблюдать условие.

Отсюда, замкнутая система будет устойчивой, если

Величина, показывающая, на сколько сумма затуханий больше суммы усилений по петле обратной связи называется запасом устойчивости замкнутой системы

Запас устойчивости – затухание по петле обратной связи.

Величина, показывающая, на сколько можно увеличить усиление каждого усилительного элемента прежде, чем система самовозбудится, называется устойчивостью.

где S_р– рабочее усиление, необходимое для компенсации затухания предшествующего усилительного участка.

S_кр– критическое усиление.

Если построить зависимость усиления усилителя одного из направлений передачи от частоты, то из-за паразитной обратной связи эта характеристика будет иметь волнообразный характер, по сравнению с характеристикой усиления без обратной связи.

Возникают токи положительной (S₊) и отрицательной (S_-) обратной связи.

Таким образом, наличие токов обратной связи в каналах двустороннего действия приведет к амплитудно-частотным искажениям, которые называются искажениями от обратной связи. Единственный путь уменьшения искажений от обратной связи – балансировка дифференциальных систем.

S₊=20lg|1-10^-0,05X|, если=2n, то е^j=1

S_-=20lg|1+10^-0,05X|, если=(2n+1), то е^j=-1

Влияние токов положительной обратной связи больше, чем при отрицательной. При больших значениях Х эти влияния примерно равны.

1. Х=0 S₊=

S_-=6,1 дБ

2. Х24S_-=S_+-0,6 дБ.

Искажения 0,6 дБ практически не оказывают влияния на качество передачи телефонной информации.

Выводы.

1. Каналы тональной частоты являются двухсторонними.

2. В качестве развязывающих устройств используются дифференциальные системы (ДС).

3. ДС обеспечивают устойчивую работу каналов при минимальных искажениях сигнала от токов обратной связи.

Контрольные вопросы.

1. Назначение ДС в каналах тональной частоты.

2. Требования к ДС.

3. Нарисуйте схему ДС и объясните принцип ее работы.

4. Причина возникновения токов обратной связи и их влияние на качество передачи информации.

ЛЕКЦИЯ 4