Простейшая система для передачи сигналов представляет собой просто линию, например воздушную. При прохождении по линии мощность электрического сигнала за счет падения напряжения в сопротивлении проводов, утечки и других причин постепенно ослабевает (затухает). В технике связи ослабление (затухание) сигнала принято выражать в относительных логарифмических единицах – децибелах (дБ). Допустимое затухание линии
Затухание 1 км линии называется коэффициентом затухания aл. Если известно aл , то из выражения aл.доп= aлl можно определить максимальную длину линии (в километрах) между двумя аппаратами lmax= aл.доп / aл =30,0/ aл.Если фактическая длина линии больше, чем lmax , то для поддержания требуемой мощности сигнала в линию следует включить усилители. Количество усилителей определяется протяженностью линии. Каждый последующий усилитель должен компенсировать затухания включенного перед ним участка линии, т.е. вносить усиление S. Определяется усиление логарифмическим отношением мощности усиленного сигнала на выходе усилителя Pс.вых.ус. к мощности входного сигнала Pс.вх.ус.: Sус=10lg* Pс.вых.ус/ Pс.вх.ус
Структурная схема многоканальной системы передачи
Современные системы передачи информации в основном являются многоканальными, т.е. обеспечивают одновременную независимую передачу сигналов многих различных сообщений. Для возможности осуществления такой передачи используется специальная аппаратура многоканальных систем передачи (МСП). На схеме показана такая система передачи, обеспечивающая передачу N сообщений. Она состоит из оконечной передающей и приемной аппаратуры, промежуточного оборудования (усилители, выравниватели) и линий. Оконечная передающая аппаратура предназначена для преобразования N передаваемых исходных сигналов. При этом каждый сигнал должен отличаться от других по одному из параметров (например, по используемой полосе частот, времени передачи и т.д.). Совокупность таких сигналов передается по цепи.
Промежуточное оборудование служит для компенсации затухания и искажений, которые претерпевают сигналы при передаче по линии.
Обратное образование всех пришедших с линии сигналов с целью их разделения для передачи получателю осуществляется оконечной приемной аппаратурой.
В современных МСП применяются в основном два способа преобразования сигналов как при передаче, так и на приеме. Первый предусматривает такое преобразование полосы частот ∆F исходных сигналов, при котором каждый канальный сигнал занимает свою полосу частот в линейном спектре, отличную от полос частот всех других канальных сигналов. В этом случае в приемной аппаратуре МСП осуществляется разделение сигналов по частоте с помощью специальных устройств – фильтров, после чего каждый принятый сигнал вновь преобразуется в исходный сигнал.
Системы в которых используется такой способ разделения сигналов, называются системами с частотным разделением сигналов. Второй способ преобразования, принятый в системах передачи, предусматривает такое преобразование исходных сигналов в передающей аппаратуре, при котором канальные сигналы передаются в периодически повторяемые короткие отрезки времени. В этом случае в приемной аппаратуре осуществляется разделение сигналов во времени с помощью специальных устройств – распределителей, после чего каждый преобразованный во времени канальный сигнал вновь преобразуется в исходный. Системы, в которых применяется такой способ разделения сигналов, называются системы с временным разделением сигналов.
Простейший способ уплотнения двухпроводной цепи основан на принципе разделения сигналов с помощью схем типа уравновешенного моста. Такой способ позволяет организовать одновременно два-три канала, используя средние токи трансформаторов для получения дополнительного канала.
Рис. Схема уравновешенного моста.
При одновременной организации телефонной и телеграфной передачи схема будет работать следующим образом. Телефонные токи передаются по двухпроводной цепи. Для телеграфной передачи организуется искусственная однопроводная цепь, где прямым проводом служат параллельно соединенные провода двухпроводной цепи, а обратным проводом – земля.
Сопротивление витков полуобмоток W1 и W2 дифференциальных трансформаторов ДТр1 и ДТр2 и сопротивление проводов телефонной цепи образуют мост. Если сопротивление проводов цепи и сопротивление полуобмоток W1 и W2 равны между собой, мост будет уравновешен, т.е. при прохождении телефонных токов потенциалы на зажимах а и б телеграфных проводов, включенных в диагональ моста, будут одинаковы. Следовательно, телефонные сигналы не будут оказывать влияние на телеграфную связь.
При работе телеграфных аппаратов Т1 и Т2 проходящий по цепи ток в средней точке ДТр1 разветвляется на два направления: I1 проходит по верхней ветви схемы, а I2 – по нижней ветви схемы. Так как сопротивления проводов цепи и сопротивления полуобмоток W1 и W2 равны между собой, то токи протекающие в этих ветвях будут равны. При одинаковом количестве витков полуобмоток ДТр1 и ДТр2 равные токи, протекающие в различных направлениях, будут создавать равные, он противоположно направленные магнитные потоки. В этом случае суммарный магнитный поток будет равен нулю и ЭДС в обмотка W обоих трансформаторов наводиться не будет. Таким образом устраняется влияние телеграфных сигналов при передаче телефонных сигналов. Однако добиться одинакового сопротивления проводов не представляется возможным, поэтому на практике всегда имеется некоторая ассиметрия, вследствие чего имеет место взаимное влияние при телефонной и телеграфной передаче. Для уменьшения этого влияния в цепь телеграфных аппаратов включают ФНЧ, пропускающие токи частотой о нуля до 120 Гц (телефонная передача осуществляется в полосе частот от 300 до 3400 Гц).
Уровни передачи
В технике связи для удобства различных расчетов и упрощения рассуждений, связанных с величинами усиления и затухания, мощность, напряжение и ток оцениваются не абсолютными их значениями, а относительными, т.е. не ваттами, вольтами и амперами, а уровнями. Уровни различают по мощности, напряжению и току.
Уровнем передачи называется логарифмическое отношение мощности, напряжения или тока в данной точке цепи к мощности, напряжению или току, которые приняты за исходные. Количественное значение уровней передачи по мощности, напряжению или току определяется в децибелах (дБ) соответственно из следующих выражений:
Pм=10lg(P/P0); Pн=20lg(U/U0); Pт=20 lg(I/I0),
Где P, U, I – мощность, напряжение и ток в данной точке цепи;
P0, U0, I0 – мощность, напряжение и ток, принятые за исходные. В зависимости от значений мощности, напряжения и тока, которые приняты за исходные, различают абсолютный, относительный и измерительный уровни передачи.
Абсолютным уровнем передачи называется такой уровень, когда за исходные величины приняты мощности P0 =1мВт, напряжение U0 =0,775В и ток I0 =1,29мА.
Относительным уровнем передачи называется уровень, определяемый в точке X системы при значениях P0, U0, I0, соответствующих величинам в некоторой другой точке системы, принятой за исходную (начальную).
Измерительным уровнем передачи называется абсолютный уровень в какой-либо точке системы при условии, что на вход системы подан сигнал с нулевым уровнем.
Через уровни передачи, используя приведенные выше формулы затухания (усиления), логично определить затухание линии и усиление усилителя:
S=10 lg (Pс.вых.ус/ Pс.вх.ус)=10 lg(Pс.вых.ус/ P0)-10 lg(Pс.вх.ус/ P0)= Pс.вых.ус- Pс.вх.ус
Каналы одностороннего и двухстороннего действия
Каналом называется совокупность линейных и станционных устройств, с помощью которых сигналы передаются от источника информации к приемнику информации. При передаче сигналов всех видов, кроме телефонных, канал в течение всего времени передачи занят в одном направлении. При этом на одном конце канала все время включен передающий аппарат, а на другом конце – приемный. Для одновременной передачи сообщений в обоих направлениях необходимо иметь два одинаковых независимых друг от друга односторонних канала.
При телефонной связи один и тот же телефонный аппарат является поочередно то передающим (для говорящего абонента), то приемным аппаратом. Следовательно, для организации телефонной передачи требуется канал двустороннего действия, так называемый дуплексный канал. При организации телефонной связи на небольшие расстояния, когда затухание сигналов не превышает нормы, в цепь усилители не включаются. Если телефонная связь организуется по каналам большой протяженности, то для компенсации затухания в цепь включаются усилители. Поскольку любые усилители усиливают токи только в одном направлении передачи, то для организации телефонной связи на большое расстояние, необходимо иметь два односторонних канала, по каждому из которых передача будет осуществляться в одном направлении. В месте соединения такого двустороннего канала с двухпроводным участком сети устанавливается переходное устройство – дифференциальная система ДС.
А)
Б)
Рис. Схема организации телефонного канала по цепи:
А) четырехпроводной;
Б) двухпроводной.
Канал двустороннего действия, образованный из двух односторонних каналов, является четырехпроводным, так как передача в разных направлениях осуществляется по двум различным двухпроводным цепям. Такой канал называется каналом однополосной четырехпроводной системы.
Двухсторонний канал может быть организован и по одной двухпроводной цепи. В этом случае все усилители должны обеспечивать усиление сигналов обоих направлений передачи. Такие усилители называются дуплексными и представляют собой, по существу, два усилителя, входы и выходы которых соединяются черед дифференциальные системы (Рис. б). Канал двухстороннего действия, организованный на двухпроводной линии с дуплексными усилителями, называется каналом однополосной двухпроводной системы.
Упрощенная схема многоканальной системы ЧД.
Такая схема позволяет организовать одновременную одностороннюю передачу сигналов трех различных сообщений из пункта А в пункт Б (см. Рис.)
Рис. Схема многоканальной системы ЧД
Из схемы видно, что передатчик каждого канала содержит преобразователь частоты передачи ППер и полосовой фильтр ПФ, а приемник – полосовой фильтр ПФ, преобразователь частоты приема ППр и фильтр нижних частот ФНЧ. Пусть на преобразователи частоты передачи и приема первого канала подана несущая частота 108 кГц, второго канала – 104 кГц и третьего канала – 100 кГц. Предположим также, что в пункте А на вход всех трех каналов поданы информационные сигналы тональной частоты (ТЧ) с полосой от 0,3 до 3,4 кГц (условно такой сложный сигнал на схеме изображается треугольником).
После преобразования, на выходе ППер1 первого канала возникнут токи двух боковых полос частот: верхней боковой частоты 108+(0,3÷3,4)=108,3÷111,4 кГц и нижней боковой полосы 108-(0,3÷3,4)=104,6÷107,7 кГц. На схеме треугольник, изображающий нижнюю боковую полосу частот, показан инверсированным (перевернутым) по отношению к треугольнику, условно изображающему верхнюю боковую полосу частот; углу треугольника соответствует частота исходного сигнала 0,3 кГц, а катету – 3,4 кГц.
На выходе ППер2 второго канала возникнут токи верхней боковой полосы частот 104+(0,3÷3,4)=104,3÷107,4 кГц и нижней боковой полосы частот
100-(0,3÷3,4)=100,6÷103,7 кГц, а на выходе ППер3 третьего канала – токи верхней боковой полосы частот 100+(0,3÷3,4)=100,3÷103,4 кГц и нижней боковой полосы частот 100-(0,3÷3,4)=96,6÷99,7 кГц. Так как исходный сигнал содержится как в верхней так и в нижней боковой полосе, то в линию можно передавать только одну из них. Поэтому полосовые фильтры ПФ каждого канала пропускают только токи нижних боковых полос частот и задерживают токи верхних боковых полос частот.
Благодаря подаче в каналы различных несущих частот удалось токи исходных сигналов с частотами 0,3-3,4 кГц передавать в линию разнесенными по шкале частот так, что передаваясь одновременно, они не мешают друг другу. Чтобы на приеме выделить токи для каждого сигнала с соответствующей частотой, в пункте Б включаются ПФ, пропускающие токи с полосой частот 104,6-107,7 кГц для первого канала, токи с полосой частот 100,6-103,7кГц для второго и токи с полосой частот 90,6-99,7 кГц для третьего. На выходе ППр1 первого канала снова появляются токи двух боковых полос: верхняя боковая с полосой частот 108+(104,6÷107,7)=212,6÷215,7 кГц, нижняя боковая с полосой частот 108-(104,6÷107,7)=0,3÷3,4 кГц. Аналогично во втором канале верхняя боковая будет иметь полосу частот 104+(100,6÷103,7)=204,6÷207,7 кГц, нижняя боковая
104-(100,6÷103,7)=0,3÷3,4 кГц, а в третьем канале верхняя боковая 100+(96,6÷99,7)=196,6÷199,7 кГц, нижняя боковая 100-(96,6÷99,7)=0,3÷3,4 кГц.
Рис. Схема многоканальной системы однополосной четырехпроводной.
Поскольку ФНЧ, включенные на выходах преобразователей приема каждого канала, пропускают только токи нижней боковой полосы частот 0,3-3,4 кГц, на выходе каждого канала сигналы будут иметь ту же полосу тональных частот, которую имели исходные, т.е. 0,3-3,4 кГц.
Таким образом, система ЧД позволяет организовать столько каналов, сколько используется различных несущих колебаний, т.е. сколько пар преобразователей частоты включено на передаче и приеме.
Построение каналов системы ЧД.
Для обеспечения одновременной передачи информации в обоих направлениях аппаратура многоканальных систем передачи, устанавливаемая в оконечных пунктах, содержит передатчики и приемники. Назначением передающей части оконечной аппаратуры является преобразование частоты исходных информационных сигналов в различные полосы частот линейного спектра; совокупность этих сигналов составляет общий многоканальный (групповой) сигнал. Основным назначением приемной части оконечной аппаратуры является разделение многоканального сигнала на сигналы отдельных каналов и преобразование частоты каждого из них в полосу частот исходного информационного сигнала. Для возможности передачи сигналов на большие расстояния необходимо компенсировать вносимые линией затухания многоканального сигнала, а также искажения его формы. Обе эти функции выполняют усилители, устанавливаемые в промежуточных пунктах. Для возможности разделения многоканальных сигналов, передаваемых в прямом и обратном направлениях, используется либо однополосная четырехпроводная, либо двухполосная двухпроводная система передачи. Однополосная четырехпроводная система используется для организации многоканальной связи по парам коаксиальных и симметричных кабелей и требует наличия двух двухпроводных цепей, т.е. двух кабельных пар. По каждой паре в прямом или обратном направлении передаются многоканальные системы N каналов.
На рис. Приведена структурная схема однополосной четырехпроводной многоканальной системы передачи. В обоих оконечных пунктах располагается одинаковая оконечная аппаратура для организации передачи N сигналов по N каналам. Первый используется для телефонной связи, поэтому к нему подключены дифференциальные системы ДС для перехода с двухпроводной цепи на четырехпроводный канал. Другие каналы предназначены для передачи как телефонных, так и нетелефонных сигналов; в последнем случае дифференциальные системы к каналам не подключают. В промежуточных пунктах устанавливается по два усилителя, Ус1 и Ус2, каждый из которых предназначен для усиления многоканального сигнала одного из направлений передачи.
Многоканальная связь по двухпроводным линиям (в основном воздушным) организуется по двухполосной двухпроводной системе. В этом случае передача многоканальных сигналов разных направлений ведется в разных полосах частот. На рис. приведена структурная схема двухполосной двухпроводной многоканальной системы передачи. В этом случае в одном оконечном пункте (пункте А) размещается аппаратура для передачи многоканального сигнала в полосе частот f1- f2 и для приема многоканальных сигналов, передаваемых в полосе частот f3– f4, в другом пункте (пункте Б) – аппаратура для передачи в полосе частот f3– f4 и приема в полосе частот f1- f2. Разделение направлений передачи и приема выполняется направляющими фильтрами: в пункте А – на передаче НФа и на приеме НФб; в пункте Б – на передаче НФб и на приеме НФа. Поскольку первый канал используется для телефонной связи, к нему подключены дифференциальные системы. По другим каналам можно передавать как телефонные, так и не телефонные сигналы. На промежуточных пунктах установлены усилительные устройства, состоящие из двух усилительных элементов – УЭ1 и УЭ2, каждый из которых предназначен для усиления многоканальных сигналов соответствующего направления передачи, и двух фильтров НФ.
В каждой паре фильтров НФа и НФб один является фильтром нижних частот, а другой – фильтром верхних частот. В полосе пропускания направляющие фильтры вносят малое, а в полосе задерживания большое затухание. Однако затухание, вносимое НФ в полосе задерживания, не является бесконечно большим, и поэтому в усилителях, а,следовательно, и в двухполосных двухпроводных системах в целом имеют место токи обратной связи.
Тема 6
Основы проводного вещания.
Узлообразование системы проводного вещания.
Системой проводного вещания (ПВ) или радиотрансляционным узлом (РТУ) называется комплекс станционных, линейных сооружений и абонентского оборудования, обеспечивающих доведения программ вещания до широкого круга слушателей.
Станционные сооружения РТУ представляют собой комплекс усилителей различной мощности, аппаратуры управления, контроля и коммутации.
Линейные сооружения или радиотрансляционные сети (РТС) – это совокупность различных радиотрансляционных линий, внутри домовой проводки, трансформаторов и других линейных устройств, служащих для передачи программы вещания от усилителей до розеток, установленных у абонентов. Под радиотрансляционной линией подразумевается физическая цепь, состоящая из подвешенных на опорах и стойках двух проводов (воздушные линии) или кабеля в земле (кабельные линии).
Системы ПВ делятся на централизованные и децентрализованные. В централизованной системе станционные сооружения (предварительные усилители ПУ, мощные усилители МУ, коммутационные и другие устройства) размещаются в одном пункте.
Рис. Скелетная схема централизованной системы.
В децентрализованной системе (рис. ) станционные сооружения (в основном мощные усилители МУ) размещаются в нескольких пунктах 1-2-3 на территории города. Они получают программу вещания по выделенным парам соединительных линий ГТС от центральной усилительной станции ПВ (ЦУС). Преимущества централизованной системы состоят в том, что энергоснабжение и эксплуатация станционных сооружений упрощаются. Однако централизованная система не пригодна для крупных городов, так как линейные сооружения становятся длинными и громоздкими.
Рис. Скелетная схема децентрализованной системы.
Преимущества децентрализованной системы для крупных городов состоят в том, что упрощаются радиотрансляционные сети, повышается КПД. Система становится более устойчивой. Однако децентрализованная система требует применения средств дистанционного управления и контроля.
Радиотрансляционные сети (РТС) системы ПВ в зависимости от их построения подразделяются на одно-, двух- и трехзвенные.
В однозвенных сетях напряжение в линии соответствует напряжению, подаваемому к абонентским установкам (АУ) без каких-либо промежуточных устройств.
Рис. Схема построения РТС:
А) однозвенная;
Б) двухзвенная.
Рис. Схема построения РТС
В) трехзвенная.
Здесь имеет место одно звено линии, которые называются абонентскими. Абонентские линии (АЛ) являются первым звеном РТС. В больших домах роль абонентских линий выполняет внутридомовая проводка. Программа вещания к слушателям подается высоким уровнем, что позволяет применять у абонентов обычные громкоговорители без элементов усиления и средств электропитания.
Двухзвенная сеть помимо первого звена линии, содержит распределительные фидеры (РФ) (2-е звено), питающие абонентские линии через абонентские трансформаторы (АТ).
Трехзвенная сеть представляет собой совокупность двухзвенной сети, питаемой усилителями через магистральные фидеры (МФ). Магистральные фидеры являются третьим звеном сети. Они высоковольтны, и поэтому техника безопасности требует применения особых средств защиты.
Радиотрансляционные линии в зависимости от величины напряжения в них подразделяются на два класса: к первому классу относятся фидерные линии с номинальным напряжением выше 360В. Ко второму классу относятся абонентские линии с номинальным напряжением 30В и фидерные линии с номинальным напряжением не выше 360В. В настоящее время для абонентских линий города и сельской местности выбрано номинальное напряжение 30В.
При организации трехзвенной сети усилители устанавливаются на станциях, которые носят названия опорных усилительных станций (ОУС). Переход с третьего звена на второе звено линии осуществляется с помощью трансформатора, устанавливаемого на трансформаторной подстанции (ТП). При организации многопрограммного вещания системы РТУ и РТС остаются теми же, однако, появляются дополнительные устройства 1,2,3. На рис. показана трехзвенная сеть многопрограммного вещания.
Рис. Структурная схема построения ТПВ.
Тема 8
Основы телеграфии.
Особенности телеграфной связи.
Для телеграфной связи на современном этапе ее развития характерны две особенности, отличающие ее от других видов электрической связи. Во-первых, телеграфная связь документальна – принятое сообщение обязательно записывается на бумаге (телеграмма). Она вручается адресату и имеет силу юридического или делового документа. Документальность телеграфной связи послужила основной причиной ее распространения, особенно в сфере управления и деловой корреспонденции. Следовательно, современный телеграфный аппарат должен быть буквопечатающим. Это исключает участие оператора в приеме и записи сообщения.
Вторая особенность телеграфной связи вытекает из того обстоятельства, что передаваемые сообщения являются текстовыми, т.е. состоят из букв, цифр и знаков препинания. Количество букв в русском, украинском или в каком-либо из европейских языков сравнительно невелико. Значит, имеется возможность передать любое сообщение с помощью относительно небольшого набора символов – букв, цифр и знаков препинания. Сообщения, состоящие из конечного, заранее определенного количества символов, называются дискретными.
Рис. Структурная схема телеграфной связи.
Осуществить передачу по каналу связи дискретных телеграфных сигналов можно следующими образами:
Способ передачи сигнала с использованием нескольких каналов. Каждый символ передается по отдельному каналу, закрепленному специально для передачи этого символа. Практического применения этот способ не имеет.
