Ответы на билеты ЦСП

1.Обобщѐнная структурная схема МСП

МСП – совокупность технических средств, обеспечивающих одновременную передачу N сигналов по одной физической цепи (по одному стволу).

В абонентском устройстве сообщение (неэлектрический сигнал) превращается в первичный электрический сигнал, затем первичные сигналы в преобразователе (модуляторе) преобразуются в канальные сигналы. Каждый канальный сигнал имеет некоторый отличительный признак от других канальных сигналов.

Могут использоваться методы ВРК и ЧРК.

По типовым каналам МСП передаются телефонные, телеграфные, факсимильные сигналы, а также звуковое вещание, телевидение и передача данных.

2.Уровни передачи

Втехнике связи удобно пользоваться логарифмическими единицами передачи (дБ), называемые уровнями передачи.

Использование логарифмической формы позволяет упростить математические операции (заменить умножение, возведение в степень и деление сложением и вычитанием). Различают абсолютные, относительные и измерительные уровни. Уровни передачи могут быть по мощности, напряжению и току.

3.Диаграмма уровней

рабочее затухание (разность уровней входа и выхода канала) при включении нагрузочных сопротивлений на вход и выход

4. Параметры сигналов электросвязи

1)Эффективная ширина энергетического спектра.

Для каждого вида информации полосу частот можно ограничить и искажения при этом будут допустимыми. Полоса – является узаконенной полосой частот телефонного канала. Полоса частот телевизионного сигнала – от до . Сигналы звукового вещания занимают полосу (обычно ее ограничивают от ). Речевой

сигнал – от до . Телеграфные сигналы и сигналы низкочастотной передачи данных – более узкополосные, в них скорость измеряется в бодах, и ширина спектра зависит от скорости.

2) Средняя мощность сигнала.

Мощность, усредненная в процессе измерений за период времени. Чаще всего за час или минуту.

– усредненная мощность с учетом пауз, связанных с передачей телефонного сигнала. Во время паузы – слушаем собеседника, паузы между словами, предложениями. В целом, паузы

составляют ≈ 75%. 22мкВто собственно телефонная

мощность + 10мкВто – сигналы управления и взаимодействия. Мощности надо знать, чтобы знать нагрузку усилителей.

5.Организация двусторонней связи

Местная сеть – двухпроводная. Ставят соответствующие устройства – ДС, которые служат для перехода с двухпроводной на четырехпроводную сеть. Существуют следующие системы организации двусторонней связи:

Однополосная четырехпроводная – линии 2 пары проводов, одна на передачу, другая на прием. Оконечные станции совершенно одинаковые. Усилители направления никак не связаны между собой. Многоканальный сигнал занимает одну и ту же полосу частот при передаче и приеме, но это не мешает, т.к.

прием и передача осуществляются по разным парам проводов. Двухполосная двухпроводная – в этом случае сигнал передается по одной паре проводов и используется 2 полосы частот для разных направлений. Для разделения на используют направляющие

фильтры. выбирается посередине полосы расфильтровки (). Плюс – меньше проводов. Минус – сложная схема, и для передачи N-канального сигнала требуется вдвое большая полоса частот. Как следствие в основном используется однополосная четырехпроводная.

6-7. Структурная схема МСП с ЧРК. Амплитудная модуляция.

Рассмотрим на примере трех каналов:

В модуляторах осуществляется амплитудная модуляция. В качестве несущей частоты используются синусоидальные сигналы.

. Преимущество АМ – узкая полоса частот. Спектр сигнала с АМ на выходе модулятора:

Для передачи и восстановления сигнала на приеме, достаточно передать одну из боковых полос, т.к. она содержит всю информацию о сигнале. Для выделения ОБП ставят канальные полосовые фильтры. Они выделяют верхнюю или нижнюю боковую полосу частот. Несущая не несет полезной информации, поэтому ее подавляют. Это происходит в самом модуляторе. Т.к. несущая частота имеет значительно большую мощность, чем мощность ОБП, то ее подавление дает возможность применить групповые усилители для N каналов. При этом, мощность этих усилителей будет невелика. Появляется возможность увеличить мощность полезной боковой полосы и тем самым увеличить защищенность сигнала от помех. После сумматора

приемной части ставятся полосовые фильтры, которые из всего линейного спектра выделяют полосу данного канала. После демодуляции получается спектр с двумя боковыми. Нижняя боковая должна иметь спектр исходного сигнала. Для ее выделения надо поставить ФНЧ. Для правильного восстановления сигнала, значения частоты несущих на передаче и приеме должны совпадать.

8.Линейные и нелинейные искажения.

Линейные искажения бывают: амплитудно-частотные и фазо-частотные (АЧИ и ФЧИ). АЧИ возникают вследствие того, что амплитуды сигналов, которые передаются на более высоких частотах, будут уменьшаться сильнее, чем на низких. Линейные искажения приводят к ухудшению качества передачи, но помех между каналами не возникает. ФЧИ не влияют на качество речи. Нелинейные искажения оцениваются следующими параметрами: – коэффициент гармоник, – коэффициент нелинейных искажений, – затухание гармоник. В спектре присутствуют новые спектральные составляющие помимо , которых не было в исходном сигнале: гармоники соответствующего порядка, комбинационные продукты ( , ,… с соответствующими

(исходная) гармоника. Нелинейные искажения могут привести к возникновению переходных помех между каналами.

9.Структурная схема МСП с ВРК.

В МСП с ВРК в отличие от аналоговых систем передачи, сигнал в линии передается дискретным образом и циклическим (периодическим) с периодом, определяемым теоремой Котельникова ( ). Сначала сигнал ограничивают по спектру с помощью ФНЧ, чтобы потом в модуляторе продискретизировать. После

осуществляется дискретизация в АИМ (амплитудно-импульсный модулятор). В качестве переносчика используются периодические импульсные последовательности, которые выделяет ГО (генераторное оборудование). Длительность импульсов зависит от количества каналов. Переносчики для различных каналов отличаются друг от друга сдвигом во времени. В сумматоре импульсы объединяются, а также добавляется синхросигнал (СС), который необходим для

правильного распределения каналов на приеме. Амплитуда СС одинакова, он включается в начале каждого цикла передачи. В системах передачи с ВРК все импульсы одинаковы по длительности, поэтому признаком СС является детерминантность (то есть неизменность

определенной амплитуды). Остальные сигналы являются случайными. После сумматора получается групповой АИМ-сигнал. На приеме приемник синхросигнала (ПСС) выделяет СС и подстраивает генераторное оборудование

приема, для правильного разделения каналов. После выделения канала выделяем спектр исходного сигнала фильтром из АИМсигнала.

10.Многократное групповое преобразование частоты.

Существует 2 способа формирования линейного (группового) сигнала: 1) с помощью одной ступени преобразования.

каждый канал сразу переносят в линейный спектр при помощи своей несущей частоты. Здесь имеются существенные недостатки, на

практике такой способ не применяется, т.к. все узлы оборудования становятся разнотипными; потребуется разных несущих , фильтров и т.д. и реализация отдельных узлов при большом становится невозможной.

2) с помощью многократного преобразования частоты. Каналообразующее оборудование различных систем передачи не обязательно должно содержать все стандартные группы каналов. Например, первичная

стандартная группа (содержит 12 каналов). Применение стандартных групп каналов дает возможность максимально унифицировать каналообразующее оборудование для различных систем передачи. При этом резко уменьшается число разнотипных элементов.

ОС – оборудование сопряжения. ОС преобразует спектр стандартных групп каналов в линейный спектр и

может содержать одну или две ступени группового преобразования.

Есть 3 типа оборудования, с помощью которого можно получить ПГ: Способ однократного преобразования.

НБП всегда имеет инверсионный спектр по отношению к исходному сигналу. Способ двукратного преобразования. Выполняется при помощи двух ступеней преобразования.

С предварительным формированием. Формируются сначала 3-х канальные группы, а потом 4-мя несущими переносятся в стандартный спектр первичной группы. Здесь всего 7 несущих частот.

12. Дифференциальная система

Основное назначение ДС – обеспечение перехода с двухпроводного абонентского тракта местной сети к четырехпроводному каналу (разделение приема и передачи).

При переходе энергии из тракта приема (ПР) в тракт передачи (ПЕР) возникает замкнутая петля обратной связи (паразитная ОС), которая приводит к следующим негативным последствиям:

Если ОС положительная, то усилители в линии станут генераторами, т.е. усилитель теряет свою устойчивость или самовозбуждается. Связь по каналу прекратится. Также возникают амплитудно-частотные искажения (ухудшается качество передачи, на различных частотах), а также явление электрического эха (переотражения сигнала). ДС –

мостовая схема. Чаще всего реализуется на трансформаторах. К зажимам 1-1 подключается абонентский тракт. К зажимам 2-2 подключается БК. К зажимам 3-3 подключается тракт передачи. К зажимам 4-4 подключается тракт приема. Оценивают 2 группы параметров ДС: входные сопротивления ДС со стороны зажимов (для согласования направлений); затухание, вносимое ДС в различных направлениях

равноплечей и неравноплечей, в зависимости от коэффициентов трансформации и , которые определяются как и

. В случае , ДС называется равноплечей.

13. Назначение и общие требования к преобразователям частоты.

Преобразователи необходимы для того, чтобы реализовать принципы разделения каналов по частоте (ЧРК) при построении МСП. По своему назначению преобразователи могут быть индивидуальными и групповыми. С помощью индивидуальных преобразователей исходный сигнал

преобразовывается либо в окончательный (при однократном преобразовании) или в промежуточный спектр (при многократном преобразовании). С помощью

групповых преобразователей групповой многоканальный сигнал перемещается в окончательный спектр или иногда в промежуточный. Принцип действия их одинаков, но требования разные. По характеру применяемых в преобразователе нелинейных элементов различают пассивные и активные преобразователи частоты (ПЧ). В пассивных ПЧ в качестве нелинейных элементов применяются п. п. диоды. В активных ПЧ в качестве нелинейных элементов применяются транзисторы.

Основные требования, предъявляемые к ПЧ: 1) должны обеспечить получение полезных суммарных или разностных частот вида ( – любая частота исходного сложного сигнала). Амплитуда составляющей должна быть как можно больше и стабильна во времени. 2) обеспечение достаточного подавления несущей частоты. 3) минимум паразитных продуктов преобразования при их минимальном уровне; 4) по возможности на выходе ПЧ должны отсутствовать комбинационные частоты ( …) как результат взаимодействия частот исходного сигнала.

14.Балансный преобразователь частоты (ПЧ)

ПЧ переносит спектр частот исходного сигнала из одной области в другую. На передаче это модулятор (из низких частот в высокие). На приѐме это демодулятор (из высоких в низкие). Нужен для реализации ЧРК. Перемножает исходную частоту (или спектр частот) с несущей. Информационный параметр — амплитуда (амплитудная модуляция).

ПЧ состоит из 3-х элементов: преобразовательный элемент, генератор несущей (в спец. литературе называется гетеродин) и режекторный фильтр (не обязателен, на рис. не показан, для подавления остатков несущей)

ПЧ не вносит нелинейных искажений, если на его выходе только суммарные и разностные комбинационные частоты 2-го порядка (1∙ω±1∙Ω) Сумма коэффициентов и есть порядок(1+1). Остальные часты побочные(паразитные), амплитуду которых стараются делать как можно меньше. Их оценивают с помощью затухания нелинейности.Также для обеспечения малых нелинейных искажений Uсигнала ≤ 0,03,…,0,1 В; Uнесущей ≥ 1,0,…,3,0 В Uс/Uн ≤ 0,1

(малая глубина модуляции, режим больших амплитуд)

Балансный преобразователь называется двухтактным пассивным из-за использования 2-х диодов.

Реальная нелинейная ВАХ диода. Прямое напряжение

— диод открыт (малое сопротивление, в идеале 0), обратное напряжение — диод закрыт (большое сопротивление. В идеале ∞). В идеале обратный ток равен нулю и обратный пробой не учитывают.

В ключевом режиме ВАХ представляют в виде линейно-ломаной характеристики.

Допущения:

•Трансформаторы Тр1 и Тр2 идеальные, т. е. нет потерь в обмотках.

• Диоды Д1 и Д2 работают в ключевом режиме (прямое напряжение — диод открыт R=0, обратное — закрыт R=∞ )

•Сопротивления нагрузки и диодов чисто активные (не проявляет индуктивных и ѐмкостных свойств)

Временные диаграммы

исходный сигнал на входе

несущая от ГО (генераторного оборудования)

функция коммутации. 1—есть коммутация. 0—нет коммутации.

АМ сигнал в нагрузке

В однотактном ПЧ в спектре остаѐтся несущая и еѐ гармоники, что очень плохо, т. к. и они содержат больше половины энергии всего спектра. В двухтактной схеме из-за второго диода гармоник несущей на выходе не будет (в идеале) В выходной обмотке Тр2 напряжение генератора наводиться не будет, т.к. магнитные потоки, вызванные противонаправленными токами i1 , i2 (через диоды), взаимно компенсируются.

Где Pw — мощность

несущей, а Pw±Ω —

мощность верхней или нижней боковой.

В реальных условиях будет большее затухание, останется остаток несущей и паразитные комбинационные гармоники. Для устранения этих недостатков тщательно подбирают диоды, ставят режекторные фильтры и включают потенциометр в обмотку одного из трансформаторов.

15.Кольцевой преобразователь частоты, двойной балансный (ПЧ)

ПЧ переносит спектр частот исходного сигнала из одной области в другую. На передаче это модулятор (из низких частот в высокие). На приѐме это демодулятор (из высоких в низкие). Нужен для реализации ЧРК. Перемножает исходную частоту (или спектр частот) с несущей. Информационный параметр — амплитуда (амплитудная модуляция).

ПЧ состоит из 3-х элементов: преобразовательный элемент, генератор несущей (в спец. литературе называется гетеродин) и режекторный фильтр (не обязателен, на рис. не показан, для подавления остатков несущей)

ПЧ не вносит нелинейных искажений, если на его выходе только суммарные и разностные комбинационные частоты 2-го порядка (1∙ω±1∙Ω) Сумма коэффициентов и есть порядок(1+1). Остальные часты побочные(паразитные), амплитуду которых стараются делать как можно меньше. Их оценивают с помощью затухания нелинейности.Также для обеспечения малых нелинейных искажений Uсигнала ≤ 0,03,…,0,1 В; Uнесущей ≥ 1,0,…,3,0 В Uс/Uн ≤ 0,1

(малая глубина модуляции, режим больших амплитуд)

Балансный преобразователь называется двухтактным пассивным из-за использования 2-х диодов.

Реальная нелинейная ВАХ диода. Прямое напряжение — диод открыт (малое сопротивление, в идеале 0), обратное напряжение — диод закрыт (большое сопротивление. В идеале ∞). В идеале обратный ток равен нулю и обратный пробой не учитывают.

Допущения:

•Трансформаторы Тр1 и Тр2 идеальные, т. е. нет потерь в обмотках.

• Диоды Д1, Д2, Д3, Д4 работают в ключевом режиме (прямое напряжение

— диод открыт R=0, обратное — закрыт R=∞ )

•Сопротивления нагрузки и диодов чисто активные (не проявляет индуктивных и ѐмкостных свойств)

исходный сигнал на входе

несущая от ГО (генераторного оборудования)

функция коммутации. 1 открыты Д1, Д2, остальные закрыты -1 открыты Д3, Д4, остальные закрыты

АМ сигнал в нагрузке

В однотактном ПЧ в спектре остаѐтся несущая и еѐ гармоники. В балансной схеме несущей на выходе не будет. В двойной балансной (кольцевой схеме) спектр на выходе содержит только комбинации сигнальной частоты Fc с нечетными гармониками несущей, остальные побочные продукты, в том числе канал прямого прохождения, подавляются за счет балансности схемы ПЧ.

Минимальное теоретически достижимое рабочее затухание балансного преобразователя равно

Где Pw — мощность несущей, а Pw±Ω —

мощность верхней или нижней боковой. Это объясняется тем, что в кольцевой схеме источник преобразуемого сигнала отдает мощность в нагрузку в течение обоих полупериодов напряжений несущей частоты, а во всех балансных схемах – только в течение одного из полупериодов.

В реальных условиях будет большее затухание, останется остаток несущей и паразитные комбинационные гармоники. Для устранения этих недостатков тщательно подбирают диоды, ставят режекторные фильтры и включают потенциометр в обмотку одного из трансформаторов.

16.Фильтры в МСП

Характеристики затухания (ослабления) фильтров

Реал

ьно

в

поло

се

проп

уска ния тоже есть затухание, оно неравномерное. Частоты, которые соответствуют границам полос пропускания называются

граничными или частотами среза. Переходный участок между полосой пропускания и полосой задержки называется полосой расфильтровки.

Параметры фильтров: В ЭППЧ (эффективно передаваемой полосе частот) (полоса пропускания) для канальных фильтров

•макс. допустимое затухание (в идеале Аз=0): для направляющих фильтров Аз≤10 дБ, для направляющих фильров Аз≤десятые доли дБ (т. к. их много)

•В полосе задержки (в идеале Аз=∞), Аз мин ≥ 40 дБ, для канальных фильтров Аз мин ≥ 60 дБ

•Допустимая неравномерность АХЧ (амплитудно-частотной хар-ки) в ЭППЧ: в идеале ∆А = 0, реально ∆А ≤десятые доли дБ. Аз-за неравномерности АЧХ возникают амплитудно-частотные искажения.

•Затухание несогласованности. В идеале Rвх фильтра = Rсигнала, Rвых фильтра = Rнагрузки во избежания отражений.

Затухание несогласованности по входу.

Есть аналоговые и цифровые фильтры. Цифровые фильтры имеют ряд достоинств: высокую стабильность и точность, независящие от воздействия внешних условий, большой диапазон частот. Выполняются на микросхемах.

Недостатки цифровых фильтров: специфические погрешности.

17.Усилители в МСП (УУ — усилительные устройства)

УУ всегда только одностороннего действия. Без УУ нет ни одной системы передачи.

Признаки УУ:

1)по элементной базе: электронные лампы; транзисторы (); аналоговые интегральные микросхемы;

2)индивидуальные или групповые: Индивидуальные – в индивидуальном оборудовании ПЕР и ПР.

Групповые усиливают сигналы первичных, вторичных групп.

ЛУС – линейный усилитель, усиливает многоканальный сигнал в линейном спектре аппаратуры на передаче и на приѐме. Параметры УУ: входные, и выходные сопротивления. Должны быть согласованы. •Коэффициент несогласованности δ показывает какая часть энергии отражается от усилителя.

Коэффициент усиления по ЭДС

Показывает, на сколько уменьшается защищенность от собственных шумов после прохождения сигнала через усилитель.

Для увеличения затухания нелинейности используется глубокая общая ОС:

18. Влияние ООС на параметры усилительных устройств (УУ)

С этой целью входны и выходные УУ выполняются в виде сбалансированных мостов. Не зависит от сопротивления нагрузки.

Относительная нестабильность , нелинейные искажения и амплитудно-частотные искажения также уменьшается в F раз.

ОС на защищѐнность от собственных помех не влияет. Недостатки: уменьшение коэффициента усиления.

склонность к самовозбуждению в нерабочем диапазоне частот.

19.Назначение и основные параметры АРУ (автоматическая регулировка уровня)

АРУ нужна для поддержания уровня передачи на выходе ЛУС неизменным при изменении температуры окружающей среды. Известно, что с увеличением t затухание увеличивается.

2 способа регулирования:

1) по контрольным частотам (КЧ) более сложное и точное 2) по температуре грунта (ТАРУ)

Через каждые 4-6 НРП и в ОРП есть АРУ по КЧ ТАРУ во всех НРП

Контрольные частоты выбирают вне линейного спектра частот, чтобы избежать помех на каналы. В системе K-60 3 контрольные частоты.

Номинальное затухание: аном = α(fрасч)∙l, где α километрическое затухание кабеля. l – номинальная длина усилительного участка. Номинальное усиление: pпер — pпр. Графики затухания и усиления должны совпадать, чтобы не было переусилений. Остаточное затухание: алгебраическая сумма всех затуханий и усилений.

Скорость регулирования: V = d∆p/dt t-время регулирования

20.Общие принципы построения устройств АРУ

АК – амплитудный корректор, включен в цепь ОС.

Термодатчик выносят подальше, т. к. кабель шунтирует датчик и вносит искажения. У ТАРУ маленькая энергоѐмкость. термодатчик не полностью отражает ситуацию с температурой.

Чтобы не было переусилений затухание должно совпадать с усилением

В симметричном кабеле несколько КЧ, т. к. там сложная зависимость затухания от частоты. В коаксиальных кабелях зависимость простая, и применяют 1 КЧ. Скорость регулироваиня сначала велика, затем уменьшается. V = d∆p/dt t-время регулирования.

Если есть цепь регуляторов, то переходная характеристика приобретает волнообразный характер.

АРУ по КЧ: требует блокировки регуляторов при пропадании контрольного сигнала. Иначе усиление увеличивается, каналы самовозбуждаются, усилители перегрузятся, подача kc станет невозможной.

21.Обобщѐнная структурная схема ЦСП

ОВГ — оборудование временного группообразования. 4 стрелочки, потому что коэффициент мультиплексирования (объединения) в европейской иерархии 4.

Однополярный сигнал передавать нельзя, так как в нѐм содержится постоянная составляющая, которая не проходит через лин.

трансформаторы, которые в свою очередь нужны для согласования сопротивлений, чтобы не было отражений сигнала.

В лиинии сигнал претерпевает различные искажения и затухает, поэтому ставят регенераторы, восстанавливающие амплитуду, форму и временное положение импульсов.

На приѐме выделяется тактовая частота, которая управляет ГО приѐма, затем декодер преобразует групповой ИКМ в групповой АИМ, а временные канальные селекторы (КС), которыми управляет ГО, раскидают этот сигнал по отдельным каналам, потом АИМ сигнал поступает на вход ФНЧ, который выделяет полосу частот исходного канала, потом вступает в игру УНЧ (усилитель нижних частот)

Длительность цикла передачи — это период времени, за который передаются по 1-му элементу (8-ми разрядное слово) для каждого канала + служебные каналы.