II. Многоканальная телефонная связь

Глава 5. Основы многоканальной телефонной связи

5.1! Целесообразность применения многоканальных систем связи

Многоканальная связь представ­ляет отрасль связи, которая занима­ется организацией по общей линии передачи нескольких каналов, дей­ствующих одновременно и независи­мо друг от друга.

Линия передачи ЛП, которую образует воздушная или кабельная линия связи, является дорогостоя­щим сооружением. Так, строитель­ство 1 км воздушной линии связи, содержащей 40 проводов, стоит около 8 тыс. р., а 1 км двухкабельной линии — 12 тыс. р. При этом расход меди на 1 км одной двухпроводной линии составляет 168 кг для воздуш­ной линии и 20 кг для кабельной. Использование пары проводов или жил кабеля для получения только одного канала связи является неэко­номичным и допускается в тех случаях, когда данный вид связи не может быть организован по другому способу. В этом случае канал связи называется каналом низкой частоты

НЧ (рис. 5.1, а). Каналы, которые образуются с помощью систем пере­дачи СП многоканальной связи, называются каналами тональной частоты ТЧ (рис. 5.1, б). Каналы ТЧ на входе и выходе СП имеют диапазон 0,3—3,4 кГц, каналы НЧ имеют диапазоны 0,3—2 или 0 3— 3,4 кГц.

С увеличением числа каналов, организуемых по общей линии пере­дачи, снижается стоимость и умень­шаются затраты металла на один канал, вместе с тем снижаются и эксплуатационные расходы, прихо­дящиеся на содержание одного" канала. Это можно видеть из графиков на рис. 5.2, где показано относительнее уменьшение стоимости С одного канало/км в процентах в зависимости от количества каналов v, организуемых на воздушной (кривая В) и кабельной (кривая К) линиях передачи. Расход меди на 1 канало/км уменьшается пропорци­онально количеству организуемых каналов в линии передачи. Так, при организации 60 каналов по двум парам жил кабеля расход меди на 1 канало/км составляет 0,7 кг, а стоимость канала ТЧ по сравнению

: каналом НЧ уменьшается в 30 раз. Диапазон частот, который может быть использован для организации многоканальной связи по проводам, ограничен увеличением затухания цепей от частоты передаваемых по ним сигналов, увеличением взаимно­го влияния между цепями и влияния высокочастотных источников помех. На воздушных стальных цепях организуются каналы в спектре частот до 30 кГц, на воздушных цветных цепях — до 150 кГц, на симметричных кабельных цепях — каналы в спектре 10 МГц, на коаксиальных кабелях—до 1200 МГц.,

5.2. Основные способы образования каналов тч

Приняты два основных метода образования каналов ТЧ: с ча­стотным разделением каналов (ЧРК) и временным разделением (ВРК) с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ).

Метод частотного разделения. При частотном разделении каналы связи образуются преобразованием спектров сигналов так, чтобы получа­емые диапазоны частот этих каналов не совпали.

Принцип частотного разделения пояснен на рис. 5.3, а.

Разговорный сигнал с частотой f_p от телефонного аппарата ТА поступа­ет в фильтр нижних частот ФНЧ, который ограничивает спектр часто-

той 300—3400 Гц. После ФНЧ сигнал поступает в один из преобразовате­лей Пр1 — ПрЗ, где под действием токов несущих частот F\, Fa, F-_A происходит преобразование разго­ворного сигнала в спектры F\-\-f_p, F2-\-f_P, F₃-\-f_P- Для ограничения модулированных спектров сигналов на передающей станции включают полосовые фильтры Ф1, Ф2 и ФЗ. Так образуются независимо действующие каналы связи (рис. 5.3, б). На приемной станции спектры сигналов каждого канала выделяются одним из полосовых фильтров Ф1, Ф2 и ФЗ и преобразуются в соответствующих преобразователях Пр, т. е. перемеща­ются в диапазон частот 300— 3400 Гц. ФИЧ отсеивают высокоча­стотные составляющие, оставляя частоты 300—3400 Гц.

Основным условием обеспечения независимости действия частотных каналов,, организуемых по общей цепи, является отсутствие в этой цепи нелинейности, т. е. чтобы зависимость тока от подведенного напряжения U в линии передачи подчинялась прямолинейному закону i~GU, где G — проводимость. Тогда при рас­пространении по общей линии пере­дачи токов разных частот не будут появляться гармонические и комби­национные составляющие и каналы связи будут работать независимо друг от друга.

Для преобразования исходной полосы частот сигнала в полосу частот канала применяют ампли­тудную (AM), частотную (ЧМ)

и фазовую (ФМ) модуляции. При использовании проводных линий для систем многоканального телефониро­вания основное применение получила AM; в системах многоканального телеграфирования преимущественно используется ЧМ.

Достоинством метода частотного разделения каналов является его значительная эффективность, осо­бенно при использовании кабельных линий. Например, по коаксиальному кабелю можно организовать свыще 10 тыс. телефонных каналов. К недо­статкам данного метода можно отнести громоздкость оборудования оконечных станций из-за большого количества фильтров и других эле­ментов, а также большую чувстви­тельность каналов к помехам.

Частотные системы возникли в на­чале 20-х годов двадцатого столетия и получили очень широкое распро­странение.

Метод временного разделения каналов с использованием И КМ. Принцип организации каналов с при­менением ИКМ пояснен на рис. 5.4, а, а временные диаграммы, характери­зующие процессы преобразования сигналов, приведены на рис. 5.4, б. Непрерывные разговорные сигна-

лы от телефонных аппаратов ТА подаются в амплитудно-импульсные модуляторы АИМ, роль которых выполняют ключи, управляемые рас­пределителями. Последние на пере­дающей и приемной станциях работа­ют синхронно. В АИМ происходит временное разделение сигналов с ча­стотой дискретизации f_a, которая по теореме Котельникова должна быть в 2 раза больше максимальной часто­ты разговорного сигнала (f_pMax = = 3400 Гц). Принимают /_д = 8 кГц и период дискретизации Г_д=1//_Д== = 125 мкс. В этом интервале в первичной группе образуется 30 временных каналов {ВРК) ■ В каж­дом временном канале соответствую­щее значение амплитуды сигнала кодируется в цифровом преобразова­теле ЦП с помощью восьмиразрядно­го кода, обеспечивающего возмож­ность квантования сигнала на 256 уровней. Время передачи кодовой комбинации ограничивается шири­ной временного канала. При 30 кана­лах ширина одного канала составля­ет около 4 мкс, и, следовательно, за 4 мкс необходимо передать кодовую комбинацию из восьми импульсов, т. е. с частотой 2000 кГц. При организации более 30 временных

опалов частота передачи импульсов ю цифровому каналу должна быть ;оответственно увеличена. Так, при 120 каналах частота импульсов з канале должна быть не менее В000 кГц. На приемном конце происходит обратное преобразование цифрового сигнала в дискретный и затем в непрерывный.

Таким образом, рассматриваемый метод образования каналов преду­сматривает один цифровой канал в .^инии передачи, обслуживающий 30 и более временных каналов. Поэтому такие системы получили название цифровых систем передачи (ЦСП). В ЦСП ширина передавае­мой полосы частот, приходящаяся на один канал, примерно в 15 раз больше, чем в системе с ЧРК, что является ее основным недостатком. Многоканальные ЦСП появились в )956 г. и показали большие преимущества, которые дают основа­ние считать их наиболее перспектив­ными. Они обладают высокой помехо­защищенностью, причем линейные помехи не влияют на качество передачи, если их уровень не превышает половины уровня сигнала. При этом на промежуточном пункте импульсы можно полностью восста­навливать (регенерировать). Поэто­му искажения от помех, возникающие на участках тракта, не суммируются, как в системах с частотным разделе­нием, а полностью уничтожаются, т. е. накопления помех в линейном тракте системы И КМ не происхо­дит.

Достоинством систем ИКМ явля­ется технологичность изготовления аппаратуры, в которой используются интегральные микросхемы.

Принципы ИКМ применяются для построения интегральных сетей свя­зи, в которых коммутационная аппаратура АТС и каналы связи совмещены по одному и тому же цифровому методу (см. п. 3.2, рис. 3.9, и п. 4.4, рис. 4.20).

В настоящее время выпускается аппаратура ИКМ-30, ИКМ-120 и подготавливается производство ИКМ-480, ИКМ-1920.