книги / Многоканальная связь и РРЛ

уровнях на выходе усилителя во всех каналах, может считаться сплошным и равномерным от нижней граничной частоты <DH до верхней ©в линейного диапазона. Для упрощения можно не учиты­ вать защитные промежутки между каналами и группами каналов- и неравномерности спектров отдельных каналов. В качестве упро­ щенной модели группового сигнала с равномерным спектром, ог­ раниченным частотами оои и ©в, можно использовать сумму т гар­ монических колебаний с равными амплитудами и частотами, изме­ няющимися дискретными ступенями от озн до сов. Напряжение группового сигнала на входе усилителя (или другого четырехпо­ люсника) будет иметь вид

т

S c O S M + ф г ) ,

а на выходе <в соответствии с (2.15) —

т т

Нелинейные продукты на выходе будут представлять собой гар­ моники отдельных составляющих входного сигнала и комбинации этих составляющих. В общем виде частота любого нелинейного продукта может быть представлена как: ©H.n=ci©i±C2©2± . ...,

...., ±cmcom, где си С2 , ..., ст— положительные целые числа или ну­ ли. Порядком нелинейного продукта называется сумма абсолют­ ных значений коэффициентов С1+С2+С3+ ...+сот. Порядок нели­ нейного продукта не может быть выше степени полинома, аппрок­ симирующего АХ. Для АХ усилителя вида полинома третьего по­ рядка (2.15) характерно появление нелинейных продуктов второ­ го и третьего порядков: 2fx и (fx±fy) являются продуктами второ­ го порядка: 3/*, (2fx±fy) и (fx± f y± f z) — продуктами третьего по­ рядка.

Произведя необходимые преобразования выражения (2.22), со­ ставим таблицу всех составляющих выходного сигнала для случая,

Таблица 2.2

когда входной сигнал содержит т дискретных составляющих с частотами fx, fv>fz, ... и равными амплитудами £/вх. Число нелиней­ ных продуктов второго и третьего порядков нетрудно определить,

ных продуктов при условии равных амплитуд всех составляющих входного сигнала связаны простыми соотношениями с амплитуда­ ми гармоник соответствующего порядка. При активной нагрузке на выходе усилителя, не зависящей от Частоты, мощности комби­ национных продуктов могут быть выражены через мощности гар­ моник:

Общая мощность нелинейных продуктов любого порядка мо­ жет быть определена как сумма мощностей гармоник и комбина­ ционных колебаний этого порядка. Общая мощность продуктов второго и третьего порядков

Величина тР\ъ входящая в (2.24) и (2.25), представляет со­ бой общую мощность всех т основных колебаний. Ее можно счи­ тать равной средней мощности группового сигнала на выходе уси­ лителя в точке с уровнем р\т=ртр- Подставив значение этой сред­ ней мощности из (2.11 ), получим выражения для суммарной сред­ ней мощности нелинейных продуктов второго и третьего порядков:

Спектр продуктов нелинейности гораздо шире спектра исход­ ного группового сигнала. Вторые гармоники сигнала с полосой час­

вида fx+fv, так как минимальное значение суммарной частоты бу­ дет при fx—fv^fn, а максимальное при /*=/j/=/B. Спектр разност­ ных продуктов второго порядка имеет нижнюю граничную часто­ ту 0, соответствующую fx'—fv, и верхнюю /в—U, соответствующую /*=/в и fy=fn (или наоборот). Если относительная ширина полосы частот группового сигнала меньше двух октав, т. е. если / 3< 2/т

этом же диапазоне располагаются все суммарные продукты треть­ его порядка вида 2fx+fy и fx+fy+fz• Разностные продукты вида Щх—fy и fx+fy—fz располагаются в спектре от 2/н—{ъ (при /в< ,<2/п) и от 0 до 2/в—fn (при / в ^ 2/н). Поскольку всегда соблюда­ ются соотношения 2/в—/и> / в и 2/н—/в<!/п, то разностные продук­ ты обоих видов будут хотя бы частично попадать в спектр полез­ ного сигнала при любых значениях /н и

На рис. 2.4,а показаны диапазоны частот продуктов нелиней­ ности второго и третьего порядков для группового сигнала стан­ дартной первичной группы (ПГ) (/н=60 кГц, /в=108 кГц; fB]fB< <2)f, а на рис. 2.4,6 диапазоны частот тех же нелинейных продук­

все нелинейные продукты попадают в полосу частот полезного группового сигнала и, следовательно, не все действуют как поме­ хи.

Если бы суммарные мощности всех нелинейных продуктов бы­ ли равномерно распределены в спектре от /ц до fB, то на единицу частоты в этом диапазоне приходились бы мощности /Mf) = —P2I {fя—fn) И Р 3( П = Р з / ( / в - / н ) , а на полосу частот одного кана­

не совпадают с границами спектра группового сигнала и, кроме того, как будет показано дальше, распределение нелинейных про­ дуктов в пределах их границ неравномерно, доли мощностей про­

ба

где yn(f) и г/з{/) — безразмерные функции частоты, характеризую­ щие распределение нелинейных продуктов, от fH до /в.

частот группового сигнала, ограниченного частотами /и и /в, вво­

Нелинейные продукты третьего порядка подразделяются на два рода: продукты первого рода имеют вид 2fx—fy или fx+fy—-fz (ал­ гебраическая сумма коэффициентов при частотах, входящих в со­ став продуктов первого рода, равна единице); продукты второго рода имеют вид 2fx+fy или fx+fv+fz• Эти два рода продуктов имеют различное спектральное распределение, характеризующееся коэффициентом уг\{о) для продуктов третьего порядка первого рода и 1/32(0)— для продуктов третьего порядка второго рода. (Все нелинейные продукты второго порядка относятся к про­ дуктам второго рода.)

Коэффициент yz\ (о) не зависит от относительной ширины диа­ пазона группового сигнала и имеет максимальное значение при средней частоте этого диапазона (при 0=0,5). Коэффициент Узг(о) зависит от р= fв//п- На рис. 2.5,6 приведены графики уъ\{о)

и 1/32(0) для различных значений |3.

Мощность нелинейных помех, попадающих в один канал, мож­ но определить, умножая Рг{1) или Pz(f) на ширину полосы частот канала AF, так как в пределах этой полосы спектр нелинейных продуктов можно считать равномерным. Окончательные выраже­ ния для мощностей нелинейных помех, попадающих в один канал

с относительным уровнем рпер в ТНОУ нужно умножить приведен­ ные выражения на Ю '^пер.

Если в линейном тракте содержится большое число однотип­ ных усилителей, то в каналах происходит накопление нелинейных помех, поступающих на выход канала в ТНОУ от всех усилите­ лей. Закон накопления нелинейных помех отличается от закона на­ копления флуктуационных помех, мощности которых складывают­ ся, так как нелинейные продукты первого рода могут суммиро­ ваться с совпадением по фазе, т. е. по закону сложения напряже­ ний, а не мощностей.

Для выяснения законов накопления нелинейных помех рассмот­ рим два соседних усилителя, разделенных одним усилительным участком. Будем считать, что в ЛТ все участки одинаковы и все-

лезные продукты и продукты нелинейности второго и третьего по­

.... COS (©x± ©y± ©z) /.

Если полагать, что фазовая характеристика усилительного уча­ стка прямолинейна, т. е. b (©) =©т+&о, где 6о — начальный сдвиг фазы при ©=0, то на вход, а затем и на выход второго усилителя поступят полезные и нелинейные продукты с измененными фазами,

пившие на второй усилитель, вызовут в нем, в свою очередь, появ­ ление нелинейных продуктов второго и третьего порядков, фазы которых будут соответствовать их частотам. Эти фазы будут' рав­

чальные фазы будут равны 2Ь0—bo=bo, т. е. будут совпадать с фа­ зами таких же нелинейных продуктов, пришедших с выхода перво­ го усили'теля, и поэтому их напряжения будут складываться ариф­ метически. У всех остальных нелинейных продуктов, возникших во втором усилителе, начальные фазы будут равны либо 2Ьо, либо З&о, либо 0, т. ё. эти продукты будут сдвинуты по фазе по отноше­ нию к таким же продуктам, пришедшим с выхода первого усили­ теля, на ±Ьо или на ±2&о- Поскольку начальная фаза усилитель­ ного участка, как правило, не равна и не кратна п/ 2 или я; то продукты второго рода не будут совпадать по фазе и будут сум­ мироваться их мощности, а не напряжения.

При наличии п одинаковых участков в линейном тракте сум­

Общая мощность помех в каналах М.СП с ЧРК по коаксиаль­ ным кабельным линиям является суммой мощностей флуктуацнонных и нелинейных помех. Основным путем уменьшения мощности помех для выполнения нормы на помехи линейного тракта является совершенствование линейных усилителей, т. е. уменьшение коэффициента шума и повышение линейности усили­ теля. Уменьшение коэффициента шума достигается выбором малошумящих транзисторов и правильным расчетом входной цепи уси­ лителя. Повышение линейности достигается, в основном, примене­ нием глубокой ООС.

При заданных параметрах линейных усилителей и выбранной длине и затухании усилительных участков, в рабочем диапазоне частот значительную роль для уменьшения мощности помех в ка­ налах играет оптимальный выбор уровней передачи и предыскаже­ ния этих уровней. Из рассмотрения формул для мощности собст­ венных шумов в канале (2.6) и (2.7) и формул для мощностей не­ линейных помех (2.29) — (2.31) видно, что повышение уровня пе­ редачи (и соответственное повышение уровня приема) уменьшает мощность собственных шумов, но увеличивает мощность нелиней­ ных помех в канале.

Предыскажение повышает защищенность от собственных шу­ мов в каналах, где измерительные уровни выше уровня ро, приня­ того при работе системы без предыскажения, и снижает помехоза-

бб

•где Арвер—■разность уровней на передающих концах параллельпых цепей.

Аналогично защищенность от переходных влияний на дальнем

двухкабельная система, при которой передача в одном направле­ нии производится по одному кабелю, а передача во встречном на­ правлении производится по второму кабелю. Необходимое пере­ ходное затухание достигается в этом случае за счет экранирующе­ го действия внешней оболочки кабеля. Только в системах переда­ чи по одночетверочным кабелям, применяющимся на внутризоно­ вой сети, используется однополосная однокабельная система.

Переходное затухание зависит от конструкции кабеля и увели­ чивается путем его тщательного симметрирования. Однако из '(2.33) и (2.34) видно, что защищенность от линейных переходов зависит также от разности уровней на параллельных цепях. Ее можно повысить, применяя одинаковые уровни передачи. Следу­ ет также заметить, что при наличии отражений на концах участ­ ков переходные влияния увеличиваются из-за влияния отражен­ ных волн и поэтому для их уменьшения нужно тщательно согласо­ вывать аппаратуру с линией.

Если число пар в кабеле велико, то мощность переходных по­ мех возрастает за счет увеличения числа влияющих пар, которые могут одновременно являться активными. В соответствии с теори­ ей вероятности в кабеле емкостью 4X4, где число влияющих пар, равно семи, все они могут .быть одновременно активными и мощ­ ность переходных помех возрастёт в 7 раз. В кабеле 7x4, где чис­ ло влияющих пар равно 13, число активных пар можно полагать равным десяти.

Если линейный тракт симметричного кабеля содержит п одина­ ковых-усилительных участков, то результирующая мощность пере­ ходной помехи увеличится в п раз и результирующая защищен­ ность снизится на 10 lg п.

Мощность помех от линейных переходов в каналах систем пе­ редачи по симметричным кабелям при большом числе влияющих пар составляет до 50% всей мощности помех линейного тракта. Остальные 50% составляет суммарная мощность собственных и не­ линейных помех.

В каналах систем передачи по ВЛС для исключения переход­ ных влияний на ближнем конце необходимо передачу одинаковых частотных полос в двухполосных системах осуществлять по парал­ лельным цепям в одном направлении. В этом случае помехи от линейных переходов на ближнем конце будут задерживаться на­ правляющими фильтрами. В Советском Союзе принято верхнюю

группу каналов 12-канальной системы и нижнюю группу 3-каналь­ ной системы передавать с севера на юг и с запада на восток, а соответствующие нижнюю и верхнюю группы — в обратном на­ правлении.

Если защищенность от переходных влияний на дальнем конце недостаточна, то эти помехи могут проявляться как внятный пе­ реходный разговор. Для устранения внятных переходов в систе­ мах, работающих, по параллельным цепям, используют инвертиро­ ванные или сдвинутые друг относительно jjpyra спектры, как 'пока­ зано на рис. 2.7. При этом переходная помеха преобразуется в не­ внятный шум.

Прямой спектр

2.7. Атмосферные помехи

Атмосферные помехи вызываются грозовыми разрядами, маг­ нитными, песчаными или снежными бурями, полярными сияниями и другими процессами в атмосфере. Этот вид помех является ос­ новным в каналах систем передачи по ВЛС.

Среднестатистический уровень атмосферных помех в одном ка­ нале ТЧ на входе усилителя (на одном усилительном участке) оп­ ределяется путем измерений. Величина среднестатистического уровня атмосферных помех зависит от частоты и не зависит от длины и затухания участка, диаметра проводов и профиля линии. В табл. 2.3 приведены значения среднестатистических уровней по­ мех в одном канале ТЧ для ВЛС из цветного металла.

Уровень атмосферных помех не зависит от уровня полезного сигнала и для повышения защищенности от этих помех, имею, щих высокие уровни (значительно превышающие уровни собственных шумов, как видно из табл. 2.3), необходимо использовать до. статочно высокие уровни передачи. В системах передачи по ВЛС

уровни передачи даже в верхних каналах обычно ниже 0 дБм. Защищенность от атмосферных помех

При возрастании затухания ВЛС вследствие ухудшения метео­ рологических условий в некоторых случаях для обеспечения необ­ ходимой защищенности от атмосферных помех приходится вклю­ чать между ОУП дополнительные НУП (ВУС).

Атмосферные помехи имеют случайные фазы и их накопление в канале происходит по закону, сложения мощностей: при п одно­ типных усилительных участках в линейном тракте результирую­ щая защищенность от атмосферных помех снижается на lO lg /г.

2.8. Импульсные помехи

Импульсными помехами называют кратковременные импульсы напряжения, амплитуды которых могут значительно превышать уровни полезных сигналов. Импульсные помехи могут вызываться грозовыми разрядами, влиянием высоковольтных линий, плохими контактами при проведении измерений и настроек и кратковремен­ ными перегрузками групповых усилителей. Кроме того, они могут возникать при передаче дискретных сигналов по одной из парал­ лельных цепей в каналах другой параллельной цепи, если переход­ ное затухание между этими цепями недостаточно велико.

Импульсные помехи могут возникать как в оконечном оборудо­ вании, так и в линейном тракте, однако основным' источником этих помех является линейный тракт.

При телефонной передаче и передаче звукового вещания им­ пульсные помехи воспринимаются на слух как отдельные щелчки в трески и, как правило, не оказывают заметного мешающего влия­ ния. При передаче же дискретной информации импульсные поме­ хи могут создавать ложные посылки или вызывать пропадание не­ которых посылок и, таким образом, являться одной из основных причин снижения достоверности.

Спектр кратковременной импульсной помехи достаточно широк* и в первом приближении можно полагать ее близкой к дельта­ функции, имеющей равномерный спектр.