Для воздушных линий, подверженных по сравнению с кабелями более сильным внешним помехам, МСЭ-Т установил при длине в 2500 км предельную цифру псофометрической мощности, равную 20 000 пВт (3 мВ на 600 Ом), из них 2500 пВт на оконечное оборудование и 17500 пВт на многоканальный тракт.

В общем же случае среднее за 1 мин значение псофометрической мощности помех в канале ТЧ в точке с относительным уровнем –7 дБ, вносимых линейным трактом магистральной сети ВСС РФ протяженностью L км, не должно превышать PL (P – удельная псофометрическая мощность помех на 1 км тракта).

Для различных систем передачи, работающих по коаксиальному кабелю, значения Р пВт (псоф.) должны быть не более:

К-1920 – 1,5; К-3600 – 1,0; К-5400 – 2,4.

4.2. Преобразователи частоты

Беглый анализ схем формирования групповых сигналов в аналоговых системах передачи позволяет сделать вывод, что все они состоят из типовых элементов: преобразователей частоты; фильтров; развязывающих устройств; генераторов несущих колебаний; усилителей и ряда других вспомогательных элементов. Развязывающие устройства рассмотрены в предыдущем разделе, поэтому здесь остановимся на широко используемых элементах аппаратуры аналоговых систем передачи.

Ранее было показано, что во всех системах передачи формирование канальных сигналов осуществляется путем умножения первичных сигналов на переносчики. На приеме операция разделения группового сигнала делается также путем умножения группового сигнала на переносчики.

В период, когда начали производить системы передачи, конечно, не было элементной базы, с помощью которой можно было бы выполнить операцию перемножения аналоговых сигналов, поэтому всюду стали применять нелинейные преобразователи, на выходе которых наряду с множеством побочных продуктов преобразования присутствует и результат перемножения двух аналоговых сигналов. Такие нелинейные преобразователи называют преобразователями частоты.

145

В аналоговых системах передачи с частотным разделением каналов формирование однополосного сигнала осуществляется с помощью преобразователя частоты, который преобразовывает (переносит) спектр сигнала из диапазона частот F1...F2 в диапазон частот f0 −(F1...F2 ) (если используется нижняя боковая полоса) или в диапазон частот f0 +(F1...F2 ) (если полезной является верхняя боковая полоса). По своему назначению преобразователи частоты разделяются на индивидуальные, в которых преобразовывается полоса частот одного данного канала связи, и групповые, в которых осуществляется перенос спектра частот многоканального сигнала из одной области частот в другую.

Преобразователи, работающие в ветви передачи аппаратуры, называются модуляторами, а в ветви приема – демодуляторами. По принципу действия, схеме и режиму работы оба они являются одинаковыми устройствами, поэтому здесь и в дальнейшем будем называть их просто «преобразователями частоты».

В аналоговых системах передачи применяются преобразователи двух типов: балансный и двойной балансный преобразователи.

Балансный преобразователь частоты. Балансный преобразователь частоты состоит из двух симметричных трансформаторов и двух диодов (рис. 4.9, а). На один вход преобразователя подается модулирующее колебание a(t), спектр которого имеет вид A(ω) (рис. 4.9, б). На второй вход подается несущее колебание (переносчик) e(t) =Uω cosω0t .

При построении преобразователей частоты всегда реализуется ключевой режим работы диодов, когда Uω >> a(t) .

Если диоды имеют одинаковые амплитудные характеристики, входной и выходной трансформаторы одинаковые, а полуобмотки трансформаторов соединены разноименными концами, то источник несущего колебания будет создавать на нагрузке Rн напряжения противоположных полярностей, которые компенсируют (балансируют) друг друга. Тогда напряжение на выходе преобразователя будет иметь вид

где l – номер гармоники несущего колебания.

146

В частном случае, когда a(t)=UΩcosΩt, имеем

Когда спектр A(ω) модулирующего колебания a(t) имеет вид указанный на рис. 4.9, б, спектр напряжения на выходе балансного преобразователя принимает вид указанный на рис. 4.9, в. Как следует из этого рисунка, на выходе присутствуют амплитудно-модулированное колебание с двумя боковыми полосами частот a(t)cosω0t (полезный продукт), модулирующее колебание a(t) и бесчисленное множество побочных продуктов преобразования.

A(ω)

б)

в)

ω

Рис. 4.9, а, б, в. Балансный преобразователь частоты и спектр на его выходе

147

Рабочее затухание балансного преобразователя

a =10lg(PF / Pf0 ±F ) = 20lg π+ 20lg[(R + Rн ) / 2RRн ].

Если R = Rн , то рабочее затухание будет минимальным и равным a = 20lg π =9,95 дБ. Такое большое значение затухания объясняется несогласованностью характеристических сопротивлений преобразователя на входе и выходе.

Преимуществом балансных преобразователей является отсутствие тока несущей частоты на выходе. Недостатки балансного преобразователя – это большое рабочее затухание и присутствие на выходе модулирующего колебания. Балансные преобразователи используются в аналоговых системах передачи на индивидуальной ступени преобразования.

Двойной балансный преобразователь частоты. Суммирование напряжений двух поочередно работающих балансных преобразователей на одной нагрузке приводит к схеме двойного балансного преобразователя частоты (рис. 4.10, а).

Рис. 4.10, а. Двойной балансный преобразователь частоты и спектр на его выходе

Преобразователь называется двойным балансным, потому что на выходе отсутствует не только напряжение несущей частоты, как это имеет место в балансном преобразователе, но и напряжение модулирующего сигнала. Данный преобразователь называют еще кольце-

148

вым, так как его диоды включены друг за другом по кольцу. Рабочее затухание a = 20lg(π/2)= 3,95 дБ такого преобразователя на 6 дБ меньше, чем в балансном и, кроме того, на выходе отсутствует модулирующее колебание. Побочные продукты на выходе двойного балансного преобразователя (рис. 4.10, в) такие же, как у балансного (рис. 4.9, в).

S(ω)

в)

ω

ω0 2ω0 3ω0

Рис. 4.10, б, в. Двойной балансный преобразователь частоты

и спектр на его выходе

Формирование несущих колебаний. Во всех многоканальных системах передачи с частотным разделением каналов применяется многократное преобразование частоты. При этом на всех ступенях преобразования используются либо индивидуальные, либо групповые несущие колебания, или, как их называют, переносчики. Для осуществления автоматической регулировки уровней используют контрольные колебания с высокой стабильностью амплитуды и частоты. Весь набор частот формируется в генераторном оборудовании от одного задающего генератора. Если каждое из этих колебаний получать от отдельного высокостабильного генератора, то генераторное оборудование многоканальной аппаратуры окажется непомерно громоздким и дорогим.

Формирование линейного спектра МСП на основе первичных 12-канальных групп, вторичных 60-канальных и третичных 300-ка- нальных групп, а также трехканальных предгрупп позволяет существенно уменьшить число различных по номиналу несущих частот. Например, для системы передачи К-60 требуется всего лишь 18 номиналов несущих частот. Число несущих с ростом числа каналов в системе увеличивается медленно: для системы К-1920 необходимы 28 номиналов

149

несущих, хотя эта система имеет в 32 раза больше каналов по сравнению с К-60. При этом каждый источник несущего колебания питает несколько преобразователей частоты.

Унификация группообразования и, следовательно, несущих частот, дает возможность снабжать несущими и контрольными колебаниями от одного мощного генераторного оборудования несколько систем передачи или даже всю аппаратуру уплотнения данного узла связи. Генераторное оборудование многоканальных систем стремятся сделать однотипным, пригодным для систем с любым, кратным 12 числом каналов. Отличия могут состоять лишь в добавлении или изъятии устройств, формирующих определенные группы несущих частот.

В целях упрощения генераторных и фильтрующих устройств колебания несущих частот многоканальных систем передачи выбираются кратными некоторой основной частоте f0 . Это дает возможность получить любую несущую и контрольную частоту в виде гармоники основной частоты, причем достаточная стабильность основной частоты f0 является гарантией стабильности каждой из несущих и контрольных частот. В системах передачи с частотным разделением каналов, где каждый канал имеет эффективную полосу пропускания 0,3–3,4 кГц, основная частота выбирается равной 4 кГц.

Для получения гармоник высоких порядков колебание частоты 4 кГц подается на нелинейное устройство (генератор гармоник), в котором формируется периодическая последовательность коротких импульсов, содержащая гармоники основной частоты высоких порядков с практически одинаковыми амплитудами, не зависящими от порядка гармоники.

Требования к стабильности несущей частоты определяются нормой максимально допустимого изменения частоты сигнала, передаваемого по каналу связи ∆F ≤ 2 Гц. Эта норма зависит от разности частот несущих двух оконечных станций. При наличии на магистрали только двух оконечных станций абсолютная нестабильность любой несущей частоты должна быть не хуже ∆F1 = 0,5∆F = ±1 Гц.

Для магистрали, содержащей Nп переприемных участков по ТЧ, требования к стабильности несущих частот должны быть соответственно повышены. В этом случае сдвиг частот на один переприем должен удовлетворять требованиям ∆F1 ≤ 0,5∆F / Nп .

150

Если колебания несущих частот являются гармониками основной частоты f0 , то этой норме должна удовлетворять наивысшая несущая линейного спектра (наивысшая виртуальная несущая) fв = nf0 .

При отклонении основной частоты f0 от номинала на ∆f0 абсолютный сдвиг для самой верхней виртуальной несущей не должен превысить ∆F1 . Поэтому относительная нестабильность основной частоты

∆f0 / f0 = ±0,5 / 8,524 106 ≈ 6 10−8 .

Контрольные вопросы

1.Какой вид модуляции применяется в аналоговых системах передачи?

2.Какой принцип применяется при формировании группового сигнала в аналоговых системах передачи?

3.Какие стандартные группы формируются в аналоговых системах передачи?

4.Что такое виртуальная несущая частота?

5.Какие рабочие диапазоны частот используются в различных линиях связи?

6.Как строится линейный тракт аналоговых систем передачи?

7.Какие бывают преобразователи частоты?

8.Каким образом формируются несущие колебания в аналоговых системах передачи?

151