книги / Многоканальная связь и РРЛ

При идеальной полосовой частотной характеристике канала с шириной полосы пропускания AF и средней частотой соо его им­ пульсная реакция соответствует выражению (/n=2/4oA/7(sin n&Ftl /яД^О cos (соо^+ фо), т. е. имеет, вид, показанный на рис. 2.8.

Исследования импульсных помех в реальных каналах систем передачи с ЧРК показывают весьма близкое совпадение их фор­ мы с импульсной реакцией рис. 2.8 (эту форму называют стан­ дартной формой импульсной помехи). Распределение амплитуд импульсных помех в каналах крайне неравномерно. Вероятность появления импульсных помех с большими амплитудами значитель­ но возрастает в дневное время, когда работают почти все каналы и загрузка групповых усилителей возрастает. Эта вероятность также увеличивается с увеличением протяженности каналов.

На основе статистической обработки результатов измерений импульсных помех в настоящее время для каналов ТЧ магист­ ральной сети установлены следующие нормы: относительное вре­ мя, в течение которого импульсные помехи на выходе канала про­

Для выполнения этих норм необходимо проведение следующих технических мероприятий: обеспечение защищенности между пара­ ми кабеля не менее 60 дБ, защита от грозовых разрядов и от влияния линий высокого напряжения; повышение квалификации персонала, проводящего измерения и настройки.

2.9. Помехи в каналах систем передачи по РРЛ

Помехи на выходе каналов и трактов радиорелейных систем передачи вызываются как внешними, так и внутренними источни­ ками. В диапазоне СВЧ внешними являются только радиопомехи, поскольку атмосферные и промышленные помехи в этом диапазо­ не полностью отсутствуют. Из внутренних помех основными яв­ ляются тепловые и нелинейные (переходные).

Тепловые помехи в РРС, как и в кабельных системах, опреде­ ляют минимально допустимый уровень сигнала при передаче по тракту. В РРС уровень тепловых шумов приводится ко входу' ра­ диоретранслятора. Наибольшую часть мощности тепловых помех радиоретранслятора вносят первые каскады приемных устройств.

Тепловые помехи имеют равномерное распределение спектраль­ ной плотности, которое сохраняется и в тракте промежуточной частоты. После же преобразования сигнала тракта ПЧ в группо­ вой сигнал (при передаче группового многоканального сигнала) или сигнал видеотракта (при передаче телевизионного сигнала) с помощью частотного демодулятора характер распределения спект­ ральной плотности тепловых помех меняется.

При добавлении к ЧМ сигналу тепловых помех с равномерной спектральной плотностью возникает паразитная фазовая модуля-

дия ЧМ несущей тепловыми помехами. Величина паразитной фазовой модуляции зависит от соотношения между уровнями несу, щей и помех. После частотной демодуляции сигналы этой пара­ зитной модуляции вызывают случайный шум с неравномерной спектральной плотностью в групповом или видеотракте. Формула для расчета мощности тепловых помех (пВт), вносимых в канал

.шириной ДF со средней частотой f,- (в групповом спектре), орга­ низованный в стволе РРС с использованием ЧМ при формирова­ нии сигнала ПЧ, одним приемником радиорелейной системы, ко­ эффициент шума которого равен £)ш, а мощность сигнала на вхо­

Как видно из (2.36), мощность тепловых помех увеличивается с увеличением номера канала, поскольку она пропорциональна квад­ рату средней частоты канала (/*).- Кроме того, при уменьшении мощности сигнала на входе приемника РРС мощность тепловых помех увеличивается. В кабельных и радиорелейных системах с AM и ФМ тепловые помехи имеют равномерное распределение, и их мощность в системах с AM не зависит от мощности принимае­ мого сигнала.

Мощность сигнала на входе приемника РРС зависит от мощ­ ности передатчика и затухация сигнала в свободном пространстве. Затухание сигнала при передаче по кабельным и воздушным ли­ ниям связи пропорционально длине линии связи. Определим зату­ хание сигнала в свободном пространстве при передаче его между двумя направленными антеннами (передающей и приемной). Обо­ значим Pnepj— мощность, излучаемую изотропной антенной, т. е. точечным источником, который излучает одинаковую мощность по всем направлениям. Тогда плотность мощности в любой точке на поверхности сферы радиуса I будет равна Рпер/4я/2. Если на по­ верхности этой сферы расположена приемная антенна с- эффек­ тивной поверхностью Ацр, то мощность принимаемого сигнала бу­ дет равна Авр(РпеР/4я/2). В РРС используются направленные ан­ тенны; с учетом усиления таких антенн мощность принимаемого сигнала может быть определена как

.где 4лАпер/Я2 — коэффициент усиления передающей антенны, 4л/4пр/Я2 — коэффициент усиления приемной антенны, I— расстоя­ ние между направленными антеннами или расстояние между радиоретрансляторами' (интервал РРС), Я — длина волны.

Используя (2.37), определим затухание сигнала, в свободном пространстве:

Как видно из (2.38), затухание сигнала в свободном простран­ стве пропорционально величине \gl, а не /, как при передаче сиг­ налов по кабельным и воздушным лиИиям связи;

Передача в реальных условиях отличается от условий передачи сигналов в свободном пространстве за счет влияния земли и ат­ мосферы. Диэлектрическая проницаемость атмосферы зависит от погодных условий, кроме того, она изменяется с высотой и нере­ гулярно. Вследствие этого распространение радиоволн в свобод­ ном пространстве сопровождается замираниями. Замирания дли­ тельные, слабо зависящие от частоты сигнала, возникают вследст- - вие атмосферной рефракции. Замирания короткие, частотно-селек­ тивные, возникают из-за многолучевости, когда"в приемной антен­ не сигнал ослабляется из-за интерференции между двумя и- более лучами в атмосфере. На трассе прямой видимости в диапазоне около 4 ГГц замирания из-за многолучевости проявляются в ос­ новном ночью. В дневное время или когда нижние слои атмосфе­ ры хорошо перемешиваются восходящими потоками или ветром, сигналы на трассах прямой видимости устойчивы и находятся на уровне, соответствующем распространению радиоволн в .свободном пространстве при отсутствии 'влияния земли и атмосферы. В тихие безветренные дни на случайных высотах в атмосфере образуются слои, которые из-за рефракции приводят к многолучевости. Зами­ рания из-за мноГолучево.сти увеличиваются до максимума в ран­ ние утренние часы, а затем исчезают вследствие разрушения сло­ ев при нагревании поверхности земли солнцем.

В диапазоне СВЧ существенное значение имеют эффекты по­ глощения и рассеивгГния энергии сигнала каплями дождя. Этот эффект тем существеннее, -чем ближе длина волны к размерам ка­ пель. Он должен приниматься во внимание для систем, работаю­ щих ка частотах jlO ГГц и выше, а для областей с частыми осад­ ками большой интенсивности и на более низких частотах.

Для снижения влияния замираний и поглощений в аппаратуре РРС применяются устройства автоматического регулирования уси­ ления (АРУ). Для снижения влияния частотно-селективных зами­ раний из-за многолучевости применяется резервирование, т. е. пе­ реключение сигналов для передачи по другому (резервному) ство­ лу системы, если уровень приема по рабочему стволу снизился на величину больше допустимой.

Статистика замираний и поглощений в районе строительства магистрали РРЛ учитывается при выборе высоты башен или мачт, на которых подвешиваются антенны. Для количественной оценки изменения мощности сигнала вследствие замираний и поглощений используется множитель ослабления. Квадрат множителя ослабле­ ния определяется экспериментальным путем как отношение мощ­ ности сигнала на входе приемника реальной магистрали к мощно­ сти на входе.приемника, рассчитанной по (2.37), но с учетом за­ тухания фидерных трактов. Тогда окончательная формула для оп­ ределения затухания сигнала при передаче его между направлен­ ными-антеннами в реальных условиях имеет вид

где v — множитель ослабления.

Мощность тепловых помех в РРС с ЧМ, как видно из (2.36), имеет наибольшее значение в верхних по частоте каналах. Для снижения влияния тепловых помех в верхних по частоте каналах в (РРС используется (так же, как и в кабельных системах) пре­ дыскажение уровней передачи с помощью контура предыскаже­ ний, который включается на входе ствола РРС (на выходе ствола для компенсации искажений, вносимых контуром предыскажений, включается-восстанавливающий контур). Включением контура предыскажений добиваются такого снижения уровней в нижних по

мощность тепловых помех на выходе нижних каналов увеличится, а на выходе верхних — уменьшится, т. е. защищенность от тепло­ вых помех приблизительно будет одинакова на выходах всех ка­ налов, организуемых в стволе РРС.

Тепловые помехи, которые.вносятся на каждом интервале РРС, оказывают воздействие на информационные сигналы и суммируют­ ся по мощности так же, как и в кабельных системах.

Основной причиной появления нелинейных помех в РРС с AM является амплитудная нелинейность усилителей. В РРС с ЧМ при­ чинами появления нелинейных помех являются амплитудно-час­ тотные и фазочастотные искажения в высокочастотных трактах (в трактах СВЧ и ПЧ), появление эхо-сигналов из-за отражений в фидерных трактах, преобразование AM в ФМ в нелинейных эле­ ментах высокочастотных трактов, а также многолучевость распро­ странения радиоволн на интервалах между радиоретрансляторами и др.

Одним из основных источников нелинейных (или переходных, перекрестных, как называют эти помехи в теории РРЛ) помех в РРС с ЧМ при формировании сигнала ПЧ являются амплитудночастотные и фазочастотные искажения. В процессе передачи ЧМ сигнала по тракту, вносящему линейные искажения, новые спект­ ральные составляющие не образуются, но изменяются относитель­ ные амплитуды и фазы боковых составляющих полезного сигнала, что проявляется после частотной демодуляции как дополнитель­ ная паразитнаямодуляция полезного сигнала. В результате воз­ никают искажения спектра группового или видеосигнала, приво­ дящие к появлению новых спектральных составляющих, которых не было в исходном сигнале. Методы анализа нелинейных помех в трактах РРС достаточно сложны.

Нелинейные помехи, которые появляются вследствие нелиней­ ности амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик, яв­ ляются функцией модулирующего сигнала. Функцией сигнала яв­ ляются и нелинейные помехи из-за преобразования AM в ФМ в не­ линейных элементах тракта передачи ЧМ сигнала. Эти помехи коррелированы, их суммарная мощность меньше мощности, кото­

рая может быть получена при суммировании мощностей каждого •вида помех в отдельности.

Значительным источником нелинейных помех в РРС являются отражения. Отражения, в основном, возникают вследствие рассо­ гласования сопротивлений в фидерных трактах.

' Для снижения влияния нелинейных помех в трактах передачи ЧМ сигналов используются амплитудно-частотные и фазочастот­ ные корректоры, кроме того, перед частотными демодуляторами включаются ограничители амплитуд. Для уменьшения отражений предъявляются высокие требования к точности допустимой неод­ нородности волноводов фидерных трактов, ориентации антенн, со­ гласованию фидерных трактов с приемопередатчиками и антенна­ ми.,

В нормальных условиях эксплуатации суммарная мощность помех распределяется между тепловыми и нелинейными следую­ щим образом: на тепловые помехи отводится 20—40%, а на нели­ нейные 80—60% всей допустимой мощности помех.

3.ЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ И ИХ КОРРЕКЦИЯ

ВЛИНЕЙНОМ ТРАКТЕ И КАНАЛАХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ

СЧРК

3.1. Общие положения

•Любой сигнал (любая его реализация) при передаче по ка­ налу или тракту системы передачи с ЧРК подвергается дейст­ вию амплитудно-частотных (АЧИ) и фазочастотных '(ФЧИ) ли­ нейных искажений вследствие наличия в канале (тракте) со­ средоточенных или распределенных реактивных элементов.

Комплексный коэффициент передачи канала (тракта) равен

Условие отсутствия АЧИ выражается следующим образом:

нала изменяется по амплитуде в А0 раз и запаздывает на время т по сравнению с сигналом на входе. Нарушение этих условий вы­ зывает искажения формы сигнала на выходе.

Возможно более точное воспроизведение формы сигнала на выходе канала необходимо при передаче дискретных сигналов, факсимильных сигналов и сигналов телевидения. При передаче же телефонных сигналов и сигналов звукового вещания, восприняв

пенсировать затухание участка линии, но и корректировать вно­ симые им амплитудно-частотные искажения.

При равномерном размещении, усилителей в линии можно по­ лагать затухания всех участков одинаковыми и равными ая. За­ висимость ал(/, t) можно представить в виде суммы

Соответствующее усиление ЛУс, содержащего устройства кор­ рекции АЧИ участка, также удобно реализовать в виде суммы

где ScpO1) =acp(f) — постоянная во времени частотно-зависимая характеристика усиления ЛУс, формирующаяся с помощью по­ стоянных корректоров АЧИ; S„(f, t)=a^(f, t) — переменная ча­ стотно-зависимая составляющая усиления ЛУс, которую форми­ руют переменные корректоры АЧИ.

3.2. Постоянные корректоры АЧИ в линейном тракте

Постоянный корректор АЧИ в линейном тракте, входящий в состав схемы ЛУс, называемый иногда кратко амплитудным кор­ ректором (АК), может включаться на входе ЛУс или в цепи отрицательной обратной связи (ООС) ЛУс. Амплитудный кор­ ректор, включенный на входе ЛУс, дополняет затухание участка,

от частоты и равным сумме затухания участка линии и АК. Та­ кой АК обычно представляет собой четырехполюсник, имеющий, активное характеристическое сопротивление, согласованное с со­ противлением линии, и частотно-зависимое затухание.

Достоинством этого способа коррекции является возможность получать характеристики АК любой крутизны (иногда путем при.-

менения многозвенных АК) и, таким образом, корректировать АЧИ любых участков линии. Но этот способ имеет и недостатки: снижение уровня сигнала на входе ЛУс на величину затухания АК вызывает снижение защищенности от собственных шумов. Кроме того, схема четырехполюсника с постоянным активным характеристическим сопротивлением реализуется путем включе­ ния взаимно-обратных двухполюсников в его плечах и получается •сравнительно сложной.

Способ включения АК в цепь ООС (рис. 3.2) лишен этих недостатков. Уровень полезного сигнала на входе ЛУс не сни­ жается и, следовательно, не снижается помехозащищенность.

В цепи обратной связи АК может быть реализован в виде одного двухполюсника, т. е. по более простой схеме, так как его вклю­ чение может не оказывать влияния на входное сопротивление ЛУс. При таком включении АК усилитель с ООС. должен иметь частотную характеристику усиления, соответствующую частотной характеристике затухания корректируемого предыдущего участка линии. Однако любая частотная характеристика усиления не всег­ да может быть реализована таким способом, так как пределы из­ менения глубины ООС (возвратной разности, выраженной в дБ) ограничены: минимально необходимая глубина ООС во всем ра­ бочем диапазоне должна обеспечивать необходимую линейность и стабильность усиления ЛУс; максимальная глубина ООС опре­ деляется из условия устойчивости усилителя. Перепад'затухания АК в цепи ООС и, следовательно, достижимый перепад частотной характеристики усиления может оказаться недостаточным для компенсации перепада затухания корректируемого участка линии в рабочем диапазоне частот.

Поэтому часто комбинируют оба способа включения АК: мак­ симально возможную часть перепада затухания участка компен­ сируют с помощью АК в цепи ООС, а недостающую часть кор­ ректируют с помощью АК на входе ЛУс.

Переменные корректоры АЧИ, называемые часто переменными амплитудными корректорами (ПАК), должны позволять изменять частотную 'характеристику усиления ЛУс при изменении харак­ теристики затухания корректируемого участка линии в соответ­ ствии с условием S^{f, t) —a^(f, t). Это изменение должно осу­ ществляться автоматически с помощью устройств автоматической регулировки усиления (АРУ), управляющих ПАК. Для автома­ тической регулировки частотной характеристики ЛУс целесооб­ разно использовать ПАК, затухание которого изменяется наибо­ лее простым способом — путем, например,, изменения только од­ ного элемента в его схеме. Желательно также, чтобы это изме­

стором, сопротивление которого плавно изменяется в определен­ ных пределах. В качестве такого резистора может использоваться, например, термистор с косвенным подогревом, сопротивление ко­ торого можно изменять, регулируя ток подогрева.

Для упрощения схемы ЛУс желательно использовать двухпо­ люсный ПАК, который может включаться в цепь ООС усилителя. Двухполюсный корректор с частотно-зависимым переменным им­ педансом ZK совместно с дополнительным резистором R3 может включаться последовательно или параллельно между некоторым источником Ё с активным внутренним сопротивлением Ri и ак­ тивной нагрузкой R2, как

показано на рис. 3.3. Действие двухполюсного

корректора удобно оцени­ вать величиной коэффициен­ та передачи по напряжению Кн=бг2/Д или соответствую­ щим затуханием по напря­ жению ан—'20 lg |Ё/02\. За­ тухание по напряжению в обеих схемах рис. 3.3 будет

зависеть от величины ZK и, если ZK будет частотно-зависимым и переменным, то и затухание будет частотно-зависимым и пере­

нию коэффициента передачи или затухания по напряжению. Наибольшее распространение в системах многоканальной пе­

редачи с ЧРК получили ПАК, называемые, по имени их изобре­ тателя, корректорами Боде. В этих корректорах в качестве со­ противления R„ используется входное сопротивление ZK=ZBx до­ полнительного четырехполюсника с переменной нагрузкой R„. Че-

тырехполюсник имеет постоянное активное характеристическое со­ противление Zc=iRo и частотно-зависимую постоянную передачи: ^(©) =fl(<o)+ib(fi)). Такой четырехполюсник (типа постоянного

.АК или фазового контура) должен содержать в последователь- •ных и параллельных плечах взаимообратные двухполюсники. На рис. 3.4, а, б показано последовательное и параллельное включе­ ние корректора Боде между источником и нагрузкой с активными сопротивлениями Ri и R*

Входное сопротивление четырехполюсника с характеристиче­ ским сопротивлением Ro и постоянной передачи g при сопротив­

—коэффициент отражения на выходе четырехполюсника.

При R^=Ro, т. е. при согласованной нагрузке, входное сопро­

тивление четырехполюсника равно характеристическому: Z2X=Z с при этом ZK=Ro. Затухание по напряжению в этом случае не зависит от частоты и равно некоторому значению аСр, которое •определяется величинами активных сопротивлений Ro, Ru R2 и

сопротивления Zc и постоянной передачи g дополнительного че­ тырехполюсника, а также от активных сопротивлений Ri, R3 и R3. Таким образом, при любом значении R ^ (или ZK) для обеих схем ■включения ПАК (рис. 3.4) затухание по напряжению

a.n=acv±a„. (3.9)

Независящая от частоты составляющая аср не изменяет фор­ ты частотной характеристики усилителя, в схему которого вклю­ чается ПАК (частотно-зависимая регулировка осуществляется -только путем изменения a j . Поскольку изменения АЧХ линии во