12.7. Перевірка стійкості каналу

При підключенні до чотирипровідних трактів передачі каналів ТЧ двопровідних закінчень утворяться шляхи для струмів зворотного зв'язку, що викликають спотворення, а іноді і генерацію підсилювачів. Щоб виключити можливість виникнення генерації, уведені норми стійкості, обумовлені різницею підсилень, що відповідають: одне — критичній точці роботи підсилювача (на границі генерації), інше — підсиленню, установлюваному при нормальній роботі каналу. Чим ця різниця (запас стійкості) більше, тим більше гарантія, що генерація не виникне.

Стійкість контролюється після перевірки діаграми рівнів. Якщо в каналі є АРУ, то усі вони при контролі стійкості виключаються.

У двохпровідних каналах низької частоти найбільш сприятливим для виникнення генерації є режим холостого ходу, а найбільш нестійкий підсилювач-середній (або один із середніх) стосовно каінцевих станцій. Тому для перевірки стійкості розмикають вихідні затискачі каналу на обох станціях і поступово збільшують підсилення середнього підсилювача в обох напрямках передачі доти, поки підсилювач не загенерує й у каналі не з'явиться характерний свист (він прослухується в телефоні переговорно-викличного пристрою, ключ якого повинний знаходитися в положенні «Контроль», а може бути також помічений по різкому збільшенню показань ИУ з високоомним входом, включеного в якості приймача).

Одержавши генерацію, поступово знижують підсилення середнього підсилювача, домагаючись знаходження критичної точки, коли генерація тільки припиняється. Залишивши в цьому критичному положенні регулятор підсилення, вимірюють на частоті 800 Гц в обох напрямках передачі залишкове згасання а'_r1 і а'_r2. Вони вийдуть, мабуть, менше нормальних значень а_r1 і а_r2. Стійкість  визначається по формулі

(12.9)

Величина σ для каналів низької частоти на сталевих ланцюгах і ланцюгах з кольорових металів при залишковому загасанні 7 дБ на частоті 800 Гц повинна бути не менш 2,2 дБ при холостому ході і включених транзитних подовжувачах.

Якщо вимоги до стійкості не задовольняються, то необхідно поліпшити підбір балансових контурів в одному із середніх підсилювачів. Коли це не вдається, то приходиться зменшити підсилення середнього підсилювача на 1—2 дБ, збільшивши при цьому на таку ж величину підсилення одного з крайніх підсилювачів (як більш стійких). Після цього стійкість перевіряється знову.

12.8. Вимірювання шумів у каналах

Важливою і такою, що досягається важко, характеристикою трактів і каналів зв'язку є рівень виникаючих у них або проникаючих ззовні сторонніх напруг - завад.

Різницю вимірювального рівня корисного сигналу (р) і рівня перешкод (р_п) називають завадозахищеністю:

А_н = р – р_п . (12.10)

Необхідна якість передачі інформації повинна забезпечуватися при одночасному впливі завад усіх видів (крім аварійних) у каналах найбільшої довжини при самому несприятливому сполученні факторів - всіх шумів, що впливають.

У стандартних телефонних каналах мають місце: а) власні шуми, що складаються з теплових шумів опорів і шумів електронних ламп і транзисторів, що працюють у каналі; б) шуми нелінійних переходів, обумовлені нелінійністю амплітудних характеристик пристроїв каналу (групових і проміжних підсилювачів; у повітряних ланцюгах — фільтрів, що містять сердечники з магнітних матеріалів, модуляторів і т.д.); в) шуми лінійних переходів, що виникають за рахунок перехідних струмів із сусідніх паралельних ланцюгів.

Крім того, шуми в каналі можуть з'явитися від джерел живлення і різного роду зовнішніх перешкод (від радіостанцій, ліній високої напруги, електрифікованих залізниць, атмосферних явищ). Усі шуми, складаючись, створюють наприкінці каналу загальний шум, заважаючий нормальному сприйняттю сигналу.

Норми, як правило, враховують завадозахищеність у найгірших умовах, вимірювання ж звичайно проводяться в умовах, відмінних від найгіршого випадку. Тому досить важливо попередньо розрахувати очікуване значення вимірюваної величини для конкретних умов вимірювання з урахуванням структури й особливостей вимірюваного об'єкта. Дані, одержувані в результаті вимірювань, можуть задовольняти нормам, але не збігатися з очікуваними. Тоді немає гарантії, що при найгірших умовах норми виявляться витриманими. Причини такої розбіжності треба обов'язково з'ясовувати.

Дія шуму, що заважає, залежить від: 1) співвідношення його потужності і потужності корисного сигналу і 2) частотного складу шуму.

Потужності власних і нелінійних шумів зв'язані з рівнем передачі. При зменшенні рівня передачі відносний рівень власних шумів зростає, а рівень нелінійних шумів падає. При збільшенні рівня передачі, навпаки, зростають шуми нелінійні, а падає відносний рівень шумів власних [1]. Потужність лінійних шумів від рівня передачі по даному ланцюзі не залежить, їхній рівень збільшується зі збільшенням числа підсилювальних ділянок.

Частотний склад шуму важливий тому, що напруги різних частот, що впливають на телефон або гучномовець, неоднаково сприймаються людським вухом. На рисунку 12.7 показані криві приблизної залежності сприйняття людським вухом того самого рівня потужності різних частот через телефон (рисунок 12.7а) і через динамік (рисунок 12.7б).

Рис. 12.7. Загальний вид криві сприйняття людським вухом одного і того ж рівня різних частот за допомогою: а) телефону; б) динамічного гучномовця

Для системи вухо-динамік максимальна чутливість виявляється в діапазоні частот 2000—5000 Гц, за одиницю приймається чутливість при 1 кГц. Для системи вухо-телефон чутливість, близька до максимального і прийнята за одиницю, має місце при частоті 800 Гц. Для інших частот Міжнародним консультативним комітетом з телеграфії і телефонії (МККТТ) на основі численних експериментів установлювалися відповідні «вагові», або, як їх прийнято називати, «псофометричні» коефіцієнти (грецькою «псофос» —шум).

У таблиці 12.1 приведені ці коефіцієнти в децибелах (20 lg К) для системи телефон-вухо й у таблиці 12.2 — для системи вухо-динамік. У зв'язку з цим уведене поняття про псофометричну потужність і псофометричну напругу шуму (або завади).

Таблиця 12.1

f , Гц	50	100	150	200	400	500	600	800
20 lg K, дБ	-63	-41	-29	-21	-6,3	-3,6	-2,0	0
f, Гц	1000	1200	1500	2000	2500	3000	3500	5000
20 lg K, дБ	+1	0	-1,3	-3,0	-4,20	-5,60	-8,5	-36

Таблиця 12.2

f , Гц	60	200	400	800	1000	2000	5000	10000
20 lg K, дБ	-32,2	-17,3	-8,8	-1,9	0	+5,3	+8,4	-9,7

Псофометричною напругою U_nc (або U_) називається напруга завад, що існує на кінцевому опорі 600 Ом (включеному узгоджено на виході ланцюга або через трансформатор) і вимірювана з урахуванням неоднакового впливу напруг різних частот на якість телефонного (або радіомовного) прийому. Псофометрична напруга для телефонної передачі дорівнює

(12.11)

де U_f — діючі значення окремих складових напруг перешкод з частотою f; K_f — псофометричний (ваговий) коефіцієнт для тієї ж частоти . Ваговий коефіцієнт для частоти 800 Гц тут прийнятий рівним одиниці.

Таким чином, U_nc дорівнює средньоквадратичному (діючому) значенню напруги частоти 800 Гц, що впливає на приймач так, як і існуюча в ланцюзі сумарна напруга завад. Для стандартного телефонного каналу шириною від 300 до 3400 Гц псофометрична напруга U_пс при рівномірному розподілі шуму в цьому спектрі (при так званій «гладкій заваді») може бути підрахована по формулі

(12.12)

де 1,33 — середній псофометричний коефіцієнт для даної смуги частот. Відповідно потужність P_пс = 0,75² P_Д = 0,56Рд.

За вимогами МККТТ:

1) середня величина псофометричной потужності шуму в каналі ТЧ еталонної кабельної лінії зв'язку (довжиною 2500 км), виміряна в точці з нульовим відносним рівнем, за годину найбільшого навантаження повинна бути не більш Р_шl = 10 000 пВт;

2) середня величина псофометричної потужності шумів у ВЧ каналі повітряної еталонної лінії довжиною 2500 км у точці нульового відносного рівня повинна бути не більш Р_ш = 20 000 пВт за годину найбільшого навантаження. Напруги, що відповідають цим потужностям і виміряні на затискачах міжміського комутатора прийомної станції (у точці з відносним рівнем мінус 7 дБ), дорівнюють: для кабельної лінії зв'язкуU_ш.к = 1,1 мВ псоф; для повітряної лінії зв'язку U_щ.в = 1,55 мВ псоф .

Середня псофометрична потужність шуму, створюваного кінцевим устаткуванням і устаткуванням переприйому для еталонного ланцюга, приймається 2500 пВт. Тому що потужність шумів пропорційна кількості підсилювальних ділянок, які можна вважати розташованими приблизно рівномірно, то для магістралі довжиною ℓ кілометрів норма на припустиму потужність шумів у точці з відносним нульовим рівнем дорівнює:

для кабельного ланцюга Р_{ш.к (l)} = 3l пВт псоф,

для повітряного ланцюга Р_ш.в(l)= 7l пВт псоф. (12.13)

У залежності від кліматичних умов рекомендації МККТТ виконуються по-різному. Для повітряних ланцюгів з: кольорових металів при максимальній довжині переприйомної ділянки 2000 км для точки з відносним рівнем мінус 7 дБ прийняті наступні норми на псофометричну напругу усіх видів шумів (U_ш.в) у залежності від умов погоди: для сухої погоди узимку і влітку 1,25 мВ; для умов «літо-волога» 1,4 мВ; при паморозі до 5 мм - 2,8 мВ для апаратури В-12 і В-12-2 і 1,6 мВ для апаратури В-3 і В-3-2; при паморозі понад 5 мм норми відповідно збільшуються до 7,4 і 6,1 мВ.

Для інших довжин переприйомної ділянки ℓ величина припустимої напруги шумів U_шl знаходиться з формули

(12.14).

де l_max для повітряних ланцюгів з кольорових металів — 2000 км та l_max для кабельних ланцюгів — 2500 км. Варто мати на увазі, що при прийомі каналів до експлуатації норми на шуми жорсткіші, оскільки приведені вище відповідають годині найбільшого навантаження, що не можна одержати b процесі прийому.

Для вимірювань псофометрических напруг застосовуються, прилади, названі псофометрами або покажчиками напруги завад. На рисунку 12.8 приведена схема широко розповсюдженого покажчика

Рисунок 12.8 – Схема покажчика напруги завад (псофометра) типу УНП-60

Напруги завад типу УНП-60. Вхідний пристрій приладу складається із симетричного стосовно землі трансформатора з дільником напруг у його вихідній обмотці. Вхідний опір трансформатора не менш 8 ком, але шляхом підключення відповідного шунта до первинної обмотки він може бути зробленим рівним 600 Ом з погрішністю не більш 5%. Для вимірювання напруги завад на лініях, по яких проходить постійний струм (ланцюги МТС), у приладі передбачена можливість підключення до вимірюваного об'єкта через розділові конденсатори (на схемі не показані). Ключем К можуть бути встановлені три режими роботи: 1) прилад працює як квадратичний вольтметр (без фільтра) з межами вимірювань від 0,1 мВ до 10 В (—80 + 20 дБ) при основній погрішності ±5% у діапазоні частот 30—20000 Гц; 2) прилад працює з фільтром Ф₁ для вимірювання псофометричних напруг у каналі ТЧ; 3) прилад працює з фільтром Ф₂ для вимірювання псофометричних напруг у радіомовних каналах.

Підсилювач виконаний із глибоким від’ємним зворотним зв'язком, що забезпечує стабільність роботи приладу. Загальний коефіцієнт підсилення 60000 (96 дБ). Детектор-квадратичний, побудований по методу кусочно-лінійної апроксимації (див. § 4.2). У діапазоні від 50 до 20000 Гц частотна характеристика підсилення (без фільтрів) плоска. Амплітудна характеристика в межах вимірювання лінійна до 25 В на вході. Частотні характеристики фільтрів відповідають вимогам МККТТ.

Прилад має калібрований пристрій для перевірки роботи приладу перед вимірюваннями. Він містить генератор синусоїдальної напруги частоти 800 Гц. У положенні «Калібрування» показання приладу в режимі вольтметра і при включенні Ф₁ не повинні відрізнятися більш ніж на 5%. Прилад отримує живлення від мережі змінного струму або від джерела постійного струму 24 В.

На рисунку 12.9 представлені схеми включення псофометра для контролю каналу по шумах. За схемою рисунку 12.9а проводять вимірювання псофометричної напруги шуму на кінцевій станції А у

Рис. 12.9. Схема включення псофометра: а) при 600-омному навантаженні; б) з використанням узгоджуючого трансфор­матора

випадку, коли погоджене навантаження каналу дорівнює 600 Ом; вхідний опір псофометра беруть високоомним. За схемою рисунка 12.9б вимірювання проводять для каналу з характеристичним опором, відмінним від 600 Ом. У цьому випадку псофометр з 600-омним входом підключається на виході каналу через трансформатор з коефіцієнтом трансформації п, рівним квадратному кореневі з відношення 600/Z_с. Таким чином, канал виявляється навантаженим узгоджено на вхідний опір трансформатора, рівний 600/n²=Z_c, псофометр же, що виступає в якості 600-омного навантаження, також включений узгоджено, оскільки вихідний опір трансформатора дорівнює Z_cn² = 600 Ом (що і потрібно по визначенню псофометричної напруги).

При використанні каналів ТЧ для телефонного зв'язку серед лінійних перешкод розрізняють виразну перехідну розмову, коли джерело завади одне, і невиразну, коли джерел перешкод декілька. Заважаюча дія виразних перехідних розмов за оцінками МККТТ значно більша (приблизно на 9 дБ), ніж невиразних. У каналах ТЧ, організованих по симетричних кабелях, на частку завад від лінійних переходів падає значна частина загальної припустимої потужності перешкод (від 30 до 50%), для коаксіальних же кабелів на їхню частку приходиться дуже мала частина цієї потужності.

Захищеність від виразних переходів у 90% загального числа комбінацій пар каналів повинна складати не менш 58 дБ і для інших — 10% — не менш 52 дБ. Ця захищеність також вимірюється за допомогою псофометра як на ближньому, так і на далекому кінцях. Такі вимірювання проводять у чотирипровідній частині тракту для обох напрямків передачі. Попередньо встановлюють нормальний рівень прийому +4,35±0,45 дБ і вимірюють псофометричну напругу власного шуму в каналі U_шс (при цьому входи всіх інших каналів повинні бути навантажені на 600 Ом). Потім при вимірюванні захищеності на ближньому кінці на входи каналів по черзі в точці з відносним рівнем мінус 13 дБ подають напругу частоти 800 Гц із відносним рівнем мінус 13 дБ. На тій же станції в точці з відносним рівнем +4,35 дБ за допомогою псофометра вимірюють U_ш, що представляє собою суму напруги власних шумів і наведеної напруги U_ш._н. Напруга наведеного шуму, що визначає виразну перехідну розмову, знаходиться з формули

(12.15)

Величина ж захищеності, дБ, від виразної перехідної розмови визначається по формулі

(12.16)

Захищеність на далекому кінці вимірюють аналогічно, тільки сумарна напруга U_ш контролюється на виходах каналів на інший кінцевій станції.

При вимірюванні захищеності від виразної перехідної розмови між однойменними каналами систем, що працюють на рівнобіжних ланцюгах, струм з частотою 800 Гц подають у визначені канали системи, що впливає. Номера каналів вказуються в інструкціях з експлуатації відповідних систем. Вимірювання проводять у чотири провідному тракті кінцевих і переприйомних станцій в обох напрямках передачі на ближньому і далекому кінцях і при подачі такого ж рівня (—13 дБ) аналогічно сказаному вище.

Нерідко виразність шуму перевіряють за допомогою телефону. Частотний склад шумів у випадку потреби визначають аналізаторами гармонік, аналізаторами спектра або вибірковими ИУ. За допомогою селективних вимірювачів рівня (або напруги) можуть бути також виявлені завади високої частоти, що знаходяться поза робочим спектром апаратури зв'язку.

Псофометричні вимірювання проводяться і при іспиті устаткування кінцевих станцій, коли тракти передачі і прийому з'єднані через іспитовий підсилювач (для перевірки характеристик каналів за участю індивідуального устаткування каналів). У такий спосіб вимірюють власні шуми каналів при відсутності передачі по каналах, але при поданих у тракт групових частотах. Ці вимірювання проводять як при роботі основного генераторного устаткування, так і резервного. Детальний опис таких вимірювань є у відповідних інструктивних матеріалах.

Якщо виявиться, що напруги завад перевищують припустимі значення, то відшукується ділянка (або підсилювач), за рахунок якого це виходить. Для цієї мети за допомогою спеціальних розділяючих контурів розділяють магістраль на дві частин. Якщо при цьому показання псофометра істотно зменшуються, то несправність знаходиться за місцем підключення контуру, якщо ж показання псофометра практично не змінюються, те несправність знаходиться між мостом включення контуру і псофометром. Продовжуючи такий розподіл на два, знаходять місце ушкодження.

На виходах каналів зі смугою первинних груп і вторинних груп нормується захищеність від сумарного рівня перешкод. Виконання цієї норми контролюється (у годинни найбільшого навантаження) за допомогою широкосмугового вимірювача рівня, що включається через фільтр зі смугою пропускання, рівній переданій смузі вимірюваного каналу (60—108 кГц для каналів ПГ і 312— 552 кГц для каналів ВГ).

Варто мати на увазі, що рівні завад змінюються у часі через включення, які не піддаються облікові, вимикань і змін джерел завад. Тому потрібні багаторазові їхні вимірювання і, як правило, визначення середніх значень:

(12.17)

де п — число вимірювань.

В даний час найбільш частим створення штучного завантаження трактів (особливо лінійних трактів багатоканальних систем) для визначення можливої потужності власних і нелінійних завад є використання сигналів «білого шуму». Білий шум з достатньою точністю імітує реальне навантаження трактів сигналами, що надходять з великого числа каналів ТЧ. Генератор такого шуму являє собою підсилювач з постійним підсиленням у широкій смузі частот, до входу якого підключений активний опір. Власні шуми цього опору після підсилення і створюють білий шум, що характеризується сталістю спектральної щільності в межах заданої смуги частот.

Вимірювання завад при подачі в тракт білого шуму дають значно більше інформації, чим вимірювання гармонік і комбінаційних частот.

У трактах для телеграфної передачі вимірювати псофометричні напруги не має змісту, тому що спотворення переданих телеграфних сигналів не зв'язані з псофометричними кривими, а залежать від амплітуди і частоти заавади. Припустимий струм завади при телеграфуванні постійним струмом для повітряних ліній зв'язку довжиною від 300 до 600 км знаходиться в межах від 2 до 5 мА; при наявності кабельних вставок довжиною 15 км — до 14 мА. В індивідуальному каналі для тонального телеграфування (на виході прийомного фільтра) завади вимірюють у вузькій смузі частот, обумовленою смугою пропускання фільтра. При вимірювання їх в спільному каналі і широкому діапазоні частот вони нерідко мають явно виражений піковий характер.

Тому що заважаюча дія завад у телеграфному каналі пропорційна їхньій потужності, то їх варто вимірювати приладом із квадратичною характеристикою. Зручний той же псофометр у режимі вольтметра (без фільтрів). Слід, однак, оцінювати вимірювані в такий спосіб завади по викидах показань індикатора.

По нормах на стандартні телефонні канали, надані для тонального телеграфування і факсимільного зв'язку, рівень завад для однієї переприйомної ділянки (при покажчику рівня з плоскою частотною характеристикою) повинний бути не більш ніж мінус 41 дБ для каналів повітряних систем і не більш ніж мінус 43,5 дБ для кабельних систем. Для N пере переприйомних ділянок припустимий рівень завад повинний бути знижений на 10lgN дБ. Для каналів факсимільного зв'язку, де на передачу однаково діють шуми всіх частот робочого діапазону, рівні перешкод р_п, визначені ИУ з плоскою частотною характеристикою, повинні бути такі, щоб різниця, що визначає захищеність від перешкод А_з = р_с - р_п, була при амплітудній модуляції не менш 35 дБ, а при частотній модуляції не менш 26 дБ.

В усіх каналах, призначених для передачі дискретної інформації, нормується і контролюється груповий час запізнювання (див. § 10.10).