Для обеспечения диалога при общении двух абонентов (человек-человек, человек-машина, машина-машина) канала передачи должен быть двустороннего действия или двусторонним каналом. Рассмотренные выше типовые каналы являются односторонними и, следовательно, для организации двусторонней – дуплексной связи необходимо использование двух типовых односторонних - симплексных каналов, объединив их в единую двустороннюю систему и сохранив при этом взаимную независимость односторонних каналов. Поскольку наиболее массовым видом является телефонная связь, то рассмотрим принципы организации двусторонних телефонных каналов. Полученные при этом соотношения и выводы справедливы для организации двусторонних каналов передачи других видов сообщений.
Исторически первой двусторонней системой телефонной связи была однополосная четырехпроводная система двусторонней связи, рис. 4.1, при которой передача от микрофона М одного абонента к телефону Т другого абонента ведется в одной полосе частот f1…f2 по двухпроводной линии. Такая схема организации двусторонней связи экономически и эксплуатационно нецелесообразна, так как к абонентам требуется подведение четырехпроводной линии.
Рис. 4.1 - Однополосная четырехпроводная схема организации двусторонней телефонной связи
Обычные абонентские линии двухпроводные и поэтому для подключения микрофонов и телефонов к таким линиям требуется применение особых развязывающих устройств – РУ. При этом получается однополосная двухпроводная схема двусторонней связи, рис.4.2, при которой передача и в одном, и в другом направлениях ведется по двухпроводной линии и в одной и той же полосе частот.
Как следует из рис. 4.2, передача в одном и другом направлениях ведется в одной полосе частот, а разделение направлений передачи осуществляется с помощью специального РУ, к характеристикам которого предъявляются определенные требования.
Двухсторонняя связь при использовании двухпроводной линии может быть осуществлена с помощью двух полос частот: одна полоса частот (нижняя) f1… f2 передается от абонента А к абоненту Б, а другая полоса частот f3…f4 передается от абонента Б к абоненту А. Следовательно, кроме развязывающего устройства
аналогичного РУ при однополосной двухпроводной схеме организации связи должны быть устройства, преобразующие исходные сигналы в полосу частот соответствующего направления тракта передачи и обратного преобразования в тракте приема. Разделение направлений передачи осуществляется с помощью фильтров нижних и верхних частот, называемых направляющими фильтрами или вилкой направляющих фильтров. Схема двухпроводной двухполосной организации двусторонней связи приведена на рис. 4.3.
Рис. 4.2 - Однополосная двухпроводная схема организации двусторонней связи
Рис. 4.3 - Двухполосная двухпроводная схема организации двусторонней связи
Рассмотрим прохождение сигнала от абонента станции А к абоненту станции Б (для обратного направления все процессы будут аналогичными) по двухполосному двухпроводному двустороннему каналу передачи телефонных сигналов и их основные преобразования.
К зажимам 1-1 (2-2 подключается двухпроводный тракт телефонной сети, использующий двухпроводные физические цепи, по которым передаются телефонные сигналы в тональном диапазоне частот F1… F2. Эти сигналы поступают на развязывающее устройство (РУ-1) , предназначенное для разделения направлений передачи и приема. С выхода РУ-1 первичный сигнала в полосе частот F1…F2 поступает на передатчик станции А (Пер-А), где происходит его преобразование в линейный спектр f1…f2 , передаваемый по двухпроводной линии (физической цепи). Формирование линейного спектра направления передачи от станции А к станции Б осуществляется направляющим фильтром нижних частот (ФНЧ). На станции Б сигнала выделяется аналогичным ФНЧ и поступает на вход приемника (Пр-Б), где происходит его преобразование в тональный спектр с полосой частот F1…F2. С выхода Пр-Б сигнала поступает на развязывающее устройство (РУ-2), предназначенное для разделения трактов приема и передачи станции Б и далее поступает в двухпроводный тракт телефонной сети.
При передаче от станции Б к станции А в передатчике станции Б (Пер-Б) осуществляется преобразование спектра первичного сигнала F1…F2 в линейный спектр f3…f4, выделяемый направляющим фильтром верхних частот (ФВЧ). В тракте приема станции А линейный спектр выделяется ФНЧ и затем в приемнике станции А (Пр-А) преобразуется в тональный спектр F1…F2 и далее через РУ-1, разделяющее тракты передачи и приема станции А, поступает в двухпроводный тракт телефонной сети.
Рис.4. 4 - Характеристики ослабления направляющих фильтров
Из рассмотренного очевидно, что вилки направляющих ФНЧ и ФВЧ станций А и Б выполняют роль разделяющих устройств (РУА и РУБ, обведенные штриховыми линиями), развязывающих направления передачи. Частотные характеристики затухания (ослабления) ФНЧ и ФВЧ приведены на рис.4.4, где приняты следующие обозначения: Афвч – затухание направляющего фильтра верхних частот (ФВЧ) в полосе эффективного задерживания f1…f2; аФВЧ – максимально-допустимое затухание ФВЧ в полосе эффективного пропускания; АФНЧ – затухание фильтра нижних частот (ФНЧ) в полосе эффективного задерживания f3…f4; аФНЧ – максимально-допустимое ослабление ФНЧ в полосе эффективного пропускания f1…f2.
Дальность непосредственной телефонной связи определяется из следующих рассуждений. На выходе типового микрофона телефонного аппарата средняя мощность первичного сигнала равна WМ = 1 мВт, мощность сигнала на входе телефона, соответствующая его нормальному восприятию, WТ = 1 мкВт. Допустимое затухание (ослабление) между микрофоном одного абонента и телефоном другого равно аМТ = 10 lg (WМ / WТ) = 10 lg (1/10-3) = 30 дБ. Если коэффициент затухания линии равен a дБ/км, то непосредственная дальность связи будет равна L=АМТ/a , км.
Пример: коэффициент затухания телефонного кабеля равен a = 0,75 Дб/км, следовательно, допустимая дальность непосредственной связи составит LМТ= аМТ / a = 30 / 0,75 = 400 км.
Исходя из максимальной дальности телефонной связи необходимо применение усилителей и их равномерное размещение по магистрали. Усилители это четырехполюсники одностороннего направления передачи и поэтому требуется два усилителя, обеспечивающих усиление сигналов двух направлений передачи. Структурная схема усилителя однополосной двухпроводной схемы организации двусторонней связи приведена на рис.4.5. Подключение усилителей к двухпроводной линии осуществляется с помощью развязывающих устройств РУ1 и РУ2. Структурная схема двустороннего усилителя двухполосной двухпроводной схемы организации связи приведена на рис.4.6.
Рис.4.5 - Структурная схема двустороннего усилителя однополосной двухпроводной схемы организации двусторонней связи
Рис.4. 6 - Структурная схема двустороннего усилителя двухполосной двухпроводной организации двусторонней связи
К зажимам 1-1 левого развязывающего устройства (РУ1) и к зажимам 1-1 правого РУ2 подключается двухпроводная линия (физическая цепь). Рассмотрим передачу сигналов от станции А к станции Б. После прохождения по двухпроводной цепи ослабленный сигнала от зажимов 1-1 РУ1 поступает на зажимы 2-2, усиливается усилителем (УС1) направления от станции А к станции Б и через зажимы 4-4 РУ2 поступает в двухпроводную линию (зажимы 1-1 РУ2). Передача от станции Б к станции А осуществляется аналогично. Напомним, что в случае двухпроводной двухполосной схемы организации двусторонней связи роль развязывающих устройств РУ1 и РУ2 выполняет вилка направляющих фильтров нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот.
В случае организации двусторонней связи по четырехпроводной однополосной схемы развязывающие устройства необходимы только для подключения двустороннего канала к двухпроводным линиям телефонных сетей, рис.4.7.
К зажимам 1-1 РУ1 и РУ2 подключаются двухпроводные абонентские или соединительные линии телефонных сетей. Передатчики преобразуют полосу частот первичного сигнала в полосу частот f1…f2, которая передается по двухпроводной линии от станции А к станции Б и наоборот. Усилители Ус1… Усn компенсируют ослабление (затухание) сигналов при их прохождении по физическим – двухпроводным линиям.
Рис. 4.7 - Обобщенная схема однополосной четырехпроводной системы двусторонней связи
Канал тональной частоты (КТЧ) – канал односторонней передачи. Для организации двусторонней связи требуется два КТЧ и их подключение к двухпроводным линиям телефонных сетей должно осуществляться с помощью развязывающих устройств (РУ1 и РУ2).
Из выше рассмотренного следует, что двусторонний канал представляет замкнутую систему и, следовательно, возникает цепь обратной связи и при определенных условиях возможно самовозбуждение канала. Обобщенная структурная схема двустороннего канала и пути возникновения обратных связей показаны на рис.4.8.
Рассмотрим прохождение сигналов при передаче от пункта А (п.А) к пункту Б (п.Б). Сигнал от абонета п.А поступает по двухпроводной линии на зажимы 1-1 РУ1 , далее – на зажимы 2-2 РУ1 и через канал односторонней передачи – на зажимы 4-4 РУ2 и далее через зажимы 1-1 РУ2 сигнала поступает по двухпроводной цепи к абоненту п.Б. Если затухание от зажимов 4-4 к зажимам 2-2 РУ2 не равно бесконечности, то сигнал с выхода канала передачи от от п.А к п.Б поступает на вход канала обратного направления передачи и, если затухание от зажимов 4-4 к зажимам 2-2 РУ1 также не равно бесконечности, то сигнал поступает на зажимы 2-2 и на вход канала передачи от п.А к п.Б. Так образуется замкнутая цепь обратной связи от зажимов 4-4 РУ2 к зажимам 2-2 РУ1, через односторонний канал от п.А к п.Б и к зажимам 4-4 РУ2.
Рис. 4.8 - Обобщенная структурная схема двустороннего канала
Цепь обратной связи образует одиночную замкнутую систему (ОЗС), в которой при определенных условиях возможно самовозбуждение (генерация).
