книги / Многоканальная связь и РРЛ

Воспользовавшись критерием Найквиста, определим условия устойчивости одиночной замкнутой системы. Согласно этому кри­ терию, система самовозбудится, если одновременно будут выпол­

сматриваемой замкнутой системе фазовые соотношения случайны, и можно предположить, что условие фаз всегда выполняется хотя бы на одной какой-либо частоте рабочей полосы частот. Поэтому для обеспечения требуемой безусловной устойчивости необходимо

+Sy2). Величина, показывающая, на сколько сумма затуханий больше суммы усилений в замкнутой системе, называется запасом устойчивости X. Для рассматриваемой системы X—(ai+a2)— —(Sy i + S y 2). Величина, показывающая, на сколько можно уве­ личить усиление усилителей, прежде чем система самовозбудится (при выполнении условия фаз), называется устойчивостью и опре­

Запас устойчивости, когда в качестве развязывающих уст­ ройств в одиночной замкнутой системе используются равноплечие дифференциальные системы (рис. 1.19), будет определяться сле­ дующим образом: >

X = (а'з_4 + а"з-4 — (<Syi4*5 y2))*

Переходное затухание равноплечей дифференциальной системы в децибелах можно выразить следующим образом:

где Ае1 -и Ае2 — балансные затухания дифференциальных систем. Из рис. 1.19 видно, что

полосе задерживания. Затуханием фильтров в полосе пропуска* ния пренебрегаем, так как оно значительно меньше Аф. Устойчивость этой замкнутой системы будет равна о = Л ф —S. При этом в полосе частот нижней группы устойчивость будет обеспечиваться затуханием направляющего фильтра ВЧ, а верхней группы — за­ туханием направляющего фильтра НЧ.

Выше отмечалось, что наличие развязывающих устройств с ко­ нечной величиной переходного затухания обусловливает влияние одного направления передачи на другое, т. е. возникновение пара­ зитной обратной связи в замкнутой системе. В этом случае уси­ литель любого из направлений передачи можно рассматривать как усилитель с обратной связью (рис. 1.21). Рассмотрим влияние этой обратной связи на усиление усилителя. На рис. 1.21 приняты сле­ дующие обозначения: & и 1<2— коэффициенты передачи усили­ тельных элементов; gi и g2— постоянные передачи развязывающих устройств с выхода одного усилительного элемента на вход дру­ гого. Работу схемы будем рассматривать в установившемся режи­ ме. Из теорий усилителей известно, что при подключении цепи об­ ратной связи коэффициент передачи усилительного элемента уменьшится в F раз и, следовательно, будет равен

5i и S2 — коэффициенты усиления усилителей, выраженные в де­ цибелах, а\ и п2 — затухания развязывающих устройств, выражен­

20 lg/ti—20 lg tfioc = 20 Ig [l—10°’o5(s'+s’- a'-a’b e*0] .

Это выражение определяет характеристики логарифмического ко­ эффициента передачи усилителя при наличии токов паразитной обратной связи в замкнутой системе. Для изменения усиления уси­ лителя имеем

Если воспользоваться выражением (1.12) и построить зависи­ мость усиления усилителя от частоты, то из-за паразитной обрат­ ной связи эта характеристика будет иметь волнистый характер по сравнению с аналогичной характеристикой без этой обратной свя­ зи (рис. 1.22). Такой характер зависимости объясняется тем, что токи паразитной обратной связи с частотами, соответствующими

Так как в одиночной замкнутой системе фазовые соотношения носят случайный характер, то на практике для оценки искажений от обратной связи определяют лишь предельные значения измене­

В этих выражениях Х= {ах+аг—Si—S2)— запас устойчивости, о — устойчивость одиночной замкнутой системы в децибелах. Как вид­ но из (1.13) и (1.14), влияние токов положительной обратной свя­ зи всегда больше влияния токов отрицательной обратной связи. Однако при больших значениях устойчивости (а> 12 дБ) эти влия­ ния одинаковы. Влиянием паразитной обратной связи на частот­ ную характеристику коэффициента усиления можно пренебречь, если а ^ 1 7 дБ. В этом случае AS-|-=AS—^ 0 ,2 дБ.

1.4. Особенности построения оконечной аппаратуры многоканальных систем передачи на местных сетях

В настоящее время на местных сетях широко используются си­ стемы передачи -с ЧРК. С их помощью организуются соединитель­ ные и абонентские линии ГТС, а также сельские связи. Основной особенностью этих систем является небольшая протяженность ли­ ний, -по которым они должны работать. При связи на короткие расстояния относительные затраты на оконечное оборудование велики, поэтому для увеличения рентабельности систем передачи уменьшают стоимость оконечного оборудования. С этой целью расстояние между виртуальными несущими частотами соседних каналов выбирают равным 8 кГц при сохранении эффективно пе­ редаваемой полосы частот 0,3—3,4 кГц; передачу сигналов уп­

равления и взаимодействия осуществляют вне эффективно передаваемой полосы, но в пределах полосы частот, отводимой на ка­ нал.

Расширение полосы частот канала до 8 кГц позволяет при ис­ пользовании амплитудной модуляции применять либо передачу одной боковой полосы с неполным подавлением второй боковой, либо передачу двух боковых полос и несущей, либо передачу двух боковых полос.

В отечественных системах передачи на местных сетях получил распространение первый метод передачи, что объясняется исполь­ зованием фазоразностных схем в индивидуальном оборудовании'. Фазбразностные схемы позволяют обеспечить подавление неис­ пользуемой боковой полосы частот не менее чем на 26 дБ, что до­ статочно для того, чтобы на приеме не возникали биения в случае асинфазности генераторов. Мешающего влияния на соседний ка­ нал эта боковая полоса оказывать не будет, так как интервал ме­ жду виртуальными несущими частотами соседних каналов состав­ ляет 8 кГц. Фазоразностные схемы позволили отказаться от ис­ пользования в аппаратуре дорогих кварцевых фильтров и выпол­ нить передающие устройства во всех каналах идентичными, что привело к упрощению и удешевлению оконечного передающего оборудования.

Передача сигналов управления и взаимодействия вне эффек­ тивно передаваемой полосы частот позволила упростить приемни­ ки этих сигналов за счет исключения защитных устройств, пред­ отвращающих срабатывание приемника от разговорных частот.

Метод передачи двух боковых полос и несущей используется в системах передачи, предназначенных для работы по абонент­ ским линиям. Возможность применения этого метода передачи объясняется тем, что эти системы передачи работают на очень ко­ роткие расстояния без промежуточных усилителей. Этот метод передачи позволил повысить экономическую эффективность си­ стем передачи прежде всего за счет упрощения генераторных ус­ тройств.' Эти системы передачи рентабельны на расстояниях по­ рядка 3—5 км и обеспечивают получение одного дополнительного канала.

Метод передачи только двух боковых в этих системах распро­ странения не получил, так как требует применения на приемной станции синхронного детектирования. Последнее усложняет гене­ раторное устройство, т. *е. удорожает оконечное оборудование.

Системы передачи, работающие на местных сетях, являются двухполосными двухпроводными. В некоторых типах этих систем передачи в промежуточных усилительных пунктах с целью уде­ шевления линейного тракта используется один усилитель, усили­ вающий сигналы обоих направлений передачи.

1.5. Особенности построения аппаратуры радиорелейных систем

Современные радиорелейные системы являются многостволь­ ными, что позволяет увеличить экономическую эффективность си­ стемы за счет использования для организации нескольких ство­ лов одной и той же антенной опоры, технического здания, систе­ мы энергоснабжения. Для построения многоствольных радиоре­ лейных систем (РРС) применяется метод частотного разделения каналов, поскольку для передачи сигналов различных стволов используются СВЧ сигналы с различными полосами частот.

При формировании сигнала СВЧ в РРС, как и во всех радиоси­ стемах, применяется дополнительная модуляция с помощью несу­ щего колебания тока промежуточной частоты (ПЧ). Использова­ ние дополнительной ступени модуляции, одинаковой для всех сиг­ налов, передаваемых по различным стволам РРС, позволяет уни­ фицировать некоторые узлы аппаратуры РРС. В диапазоне про­ межуточной частоты осуществляется коррекция искажений сигна­ лов, их основное усиление и автоматическое регулирование усиле­ ния. Международный консультативный комитет по радиосвязи ре­ комендует в качестве промежуточной частоты для РРС с числом каналов ТЧ в одном стволе до 60 использовать 35 МГц, для РРС с числом каналов до 2700—70 МГц и с числом каналов более 2700—140 МГц.

Выбор вида модуляции в промежуточной ступени РРС зависит от ряда факторов, основными из которых являются форма груп­ пового многоканального сигнала и искажения, вносимые устройст­ вами высокочастотного тракта РРС (высокочастотным трактом РРС называют тракт, заключенный между выходом модулятора ПЧ передающей станции и входом демодулятора ПЧ приемной станции). Например, при передаче по трактам РРС групповых сигналов, сформированных в аппаратуре многоканальных цифро­ вых систем передачи, наиболее перспективно применение ОФМ, а при передаче групповых сигналов, сформированных в аппаратуре МС.П с ЧРК — применение ЧМ. В качестве обоснования выбора метода ЧМ можно привести следующее: в диапазоне СВЧ нет воз­ можности выполнить усилители для широкополосных амплитуд- но-модулированных сигналов с требуемой линейностью, большим усилением и большой (до 10 Вт) выходной мощностью. Усилите­ ли СВЧ, применяемые в РРС, характеризуются существенно боль­ шей амплитудной нелинейностью по сравнению с усилителями в системах передачи по кабельным линиям. Однако ЧМ сигнал ма­ лочувствителен к нелинейным искажениям подобного типа, и его передача при использовании усилителей, обладающих насыщением или амплитудной нелинейностью, не сопровождается существенны­ ми искаженйями.

Определим полосу частот спектра ЧМ сигнала при передаче по стволу РРС группового сигнала. Рекомендациями МККР для РРС с различным числом каналов ТЧ в одном стволе установлена ве­

личина эффективной девиации частоты на канал (Д/к), определя­ емая на выходе частотного модулятора при подаче на вход любо­ го канала ТЧ измерительного гармонического сигнала мощностью 1 мВт. Тогда при передаче группового сигнала величина эффек­ тивной девиации частоты может быть определена по формуле

где /э — верхняя частота спектра группового сигнала.

В табл. 1.1 приведены величины эффективной девиации час­ тоты на один канал (по данным МККР) и эффективные значения индексов модуляции для различных групповых сигналов, рассчи­

Теоретически полоса частот спектра ЧМ сигнала является бес­ конечной; на практике полосой частот спектра ЧМ сигнала счи­ тают полосу, в которой сосредоточено 99% энергии ЧМ сигнала. По известной величине эффективного индекса модуляции полоса

частот спектра ЧМ сигнала приблизительно может быть определе­ на по формуле

Формула (1.17) позволяет рассчитать полосу частот спектра ЧМ сигнала только как функции модулирующего сигнала; для бо­ лее точной оценки необходимо учитывать допустимое ухудшение качества передачи сигналов из-за ограничения полосы частот спектра ЧМ сигнала.

В многоствольных РРС сигналы, передаваемые по различным стволам, преобразуются из диапазона ПЧ в диапазон СВЧ с по­ мощью колебаний различных несущих частот. При формировании СВЧ сигнала в РРС применяется амплитудная модуляция с пере­ дачей одной боковой поло'сы частот.

В трактах приема преобразование сигнала осуществляется в обратном порядке: из СВЧ диапазона сигналы преобразуются в диапазон ПЧ с помощью преобразователей частоты, а затем из ПЧ диапазона в исходный — с помощью частотных демодуля­ торов.

Для приема и передачи сигналов (при организации двухсторон­ ней связи) в РРС одного направления связи используется либо одна общая антенна, либо две отдельные антенны, которые рас­ полагаются рядом на одной опоре. Для снижения или устранения взаимных влияний между выходом передатчика и входом прием­ ника, как отмечалось выше, прием и передача сигналов в СВЧ диапазоне производится в различных полосах частот. Промежу­ точные станции (ПС) радиорелейной линии, в которых прием сигналов осуществляется на низкой частоте, а передача сигналов этого же ствола на высокой, называются станциями типа НВ, а ПС, в которых прием сигналов — на высокой частоте, а переда­ ча — на низкой, называются станциями типа ВН.

Как видно из рис. 1.10, частоты передачи и приема чередуются в одном стволе от станции к станции. Повторение через интервал (или пролет) РРЛ одних и тех же частот допустимо, так как в диапазонах сантиметровых и дециметровых волн при отсутствии прямой видимости между антеннами радиорелейных станций, рас­ положенных через три интервала, затухание сигнала, как прави­ ло, велико. Однако при некоторых условиях распространения ра­ диоволн возможен прием сигнала от станции, отстоящей на три интервала, минуя две станции,, что приводит к значительным ис­ кажениям передаваемых сигналов. Во избежание этого станции РРЛ должны располагаться на ломаной линии.

Размещение в современных РРЛ частот приема в одной поло­ вине отведенной полосы частот, а частот передачи в другой (рис. 1.11 ) позволяет свести к.минимуму интерференционные помехи, возникающие при одновременной работе нескольких приемников и передатчиков на общий антенно-фидерный тракт. На рис. 1.23* приведено преобразование сигналов в РРС, работающей в диапа­ зоне 3,4—3,9 ГГц по двухчастотному плану частот. По одному стволу этой системы организуется 1920 каналов ТЧ. Полоса час­ тот спектра ЧМ сигнала приблизительно равна 25 МГц. На рисун­ ке показано формирование СВЧ сигналов восьми стволов.

00

На рис. 1.24 приведена структурная схема РРС, позволяющая организовать два двухсторонних ствола. В передающей части оконечной аппаратуры предварительно с помощью ЧМ формиру­ ется сигнал ПЧ в. передатчике ПЧ, а затем с помощью AM ОБП в передатчике СВЧ формируется сигнал СВЧ. Сигналы СВЧ раз­ личных стволов поступают на схему объединения стволов и по фидерному тракту к передающей антенне. В тракте приема от при­ емной антенны СВЧ сигналы проходят на схему разделения ство­ лов, затем к приемникам СВЧ, на выходах которых формируется сигнал ПЧ, а затем к приемникам ПЧ, в которых с помощью час­ тотных демодуляторов формируется, соответственно, групповой многоканальный сигнал или сигнал телевидения. Несущие колеба­ ния для преобразователей частоты как передатчика, так и прием­ ника СВЧ формируются в соответствующих гетеродинных трак­ тах. Гетеродинные тракты содержат задающие кварцевые генера­ торы (например, на 125 МГц), цепочки умножителей, узкополос­ ные фильтры, усилители мощности. К колебаниям несущих час­ тот в РРС предъявляются высокие требования в отношении ста­ бильности частоты (порядка 10-6) и минимума искажений типа фазовых флуктуаций. В РРС большой емкости находят примене­ ние гетеродинные тракты с фазовой автоподстройкой частоты. Ко­ лебания несущих частот для частотных модулятороП и демодуля­ торов формируются в специальных генераторах.

Для компенсации затухания СВЧ сигналов при. их передаче в свободном пространстве между передающей и приемной антенна­ ми применяются радиоретрансляторы, которые размещаются на промежуточных станциях. Радиоретрансляторы при организации телевизионных стволов позволяют обеспечить телевизионным ве­ щанием населенные пункты в месте их размещения, а при орга­ низации телефонных стволов — телефонной связью. В зависимос­ ти от типа радиорелейной линии радиоретрансляторы имеют раз­ личную аппаратуру. На РРЛ малой протяженности используются радиоретрансляторы с демодуляцией сигналов, а на РРЛ большой протяженности наряду с радиоретрансляторами с демодуляцией сигналов применяются и радиоретрансляторы промежуточной час­ тоты. Иногда применяются радиоретрансляторы с усилением сиг­ налов на СВЧ. На рис. 1.24 показана юхема радиоретранслятора промежуточной частоты.

Антенны оконечных и промежуточных станций размещаются на опорах ('башнях, мачтах). Расстояние между опорами и их высо­ та определяются интервалом прямой видимости и зависят от рель­ ефа местности и погодных условий. В среднем длина интервала между радиоретрансляторами составляет 30—50 км.

В РРС используются направленные антенны, которые концент­

•мощность по всем направлениям, направленная антенна характе­ ризуется усилением 5 = 101g (43iA/A,2), дБ.