Лекция 22. Расчет регенерационного участка для симметричных кабелей.

Для симметричных кабелей связи основным источником помех в цифровом линейном тракте (где происходит формирование линейного кода цифрового сигнала с требуемой амплитудой, длительностью, формой импульсов линейного кода) являются взаимные влияния между парами, по которым работают ЦСП. Эти влияния обусловлены конечной величиной переходного затухания между парами на ближнем и дальнем концах.

Эти помехи зависят от способа организации связи:

• Однокабельная схема (при которой пары передачи прямого и обратного направлений находятся в одном кабеле) - взаимные влияния между парами определяются периодическим затуханием на ближнем конце А0.

• Двухкабельная схема организации связи (пары находятся в разных кабелях) - взаимные влияния между парами определяются периодическим затуханием на дальнем конце А1.

На величину переходных помех влияет число систем передачи, работа помех по одному и тому же кабелю и длина регенеруемого участка. Помним, что на выходе линейного регенератора (РЛ) происходит восстановление формы линейного цифрового сигнала и полное искажение внешних помех. Но, при этом необходимо учитывать некоторое снижение защищенности на величину .

A_ik – затухание помех (абсолютный уровень)

A_ik = 10 lg P_i / P_ik (дБм)

i А_ik P_i

k P_ik

УС1, УС2- линейный усилитель регенератора.

Диаграмма уровней - изменение энергии сигнала – распределение уровней вдоль тракта передачи.

P 1 3 3 3

L

Р_вх 4 4 4 2 P_вых

А3

Р_п

А3- минимально допустимый уровень защищенности от переходных помех в точке 4 определяется требуемым превышением сигнала над помехой.

А3= 10 lg Р_с / Р_п = Р_с - Р_п.

Р₀₁ a_l

влияние на ближний конец

A₀ Р₀₂ Р_с=Р₀₂-а_l;

P_п=Р₀₁-А₀;

А₀- результат затухания переходных токов на ближнем конце.

Р₀₁ a_l A1- результат затухания переходных токов

на дальнем конце.

Р₀₂ A1

a_l

Защищенность от помех переходных влияний в ЦЛТ определяется, как правило, в пределах одного регенерационного участка (т.к. на выходе РЛ происходит полное восстановление формы линейного цифрового сигнала).

Величина снижения защищенности одиночного регенератора обусловлена межсимвольными помехами, допусками на амплитуду и длительность импульсов, точности коррекции А4х регенерационных участка (с помощью усилителя – корректора), нестабильность порога порогового устройства РЛ, отклонением моментов стробирования, следовательно, точность выделения тактовой частоты в устройстве хронирования РЛ.

Обычно = 3…6 qБ.

Защищенность от переходных помех при однокабельной схеме организации двусторонней связи по симметрическому кабелю составляет:

А₃₀=А₀-l_ру-10lg n - А₃,

где А₀ –переходное затухание на ближнем конце, qБ;  - коэффициент затухания пары кабеля, определяемый на расчетной частоте, равной половине тактовой частоты линейного цифрового сигнала; l_ру- длина регенерируемого участка , км; n - число влияющих цифровых систем передачи, работающих на параллельных цепях.

Защищенность от переходных помех при двух кабельной схеме:

А₃₁=А₁- l_ру- 10 lg n -А₃;

А₁ – переходное затухание на дальнем конце_.

Тип кабеля	1, qБ/км	Zв, ОМ	А0, qБ	А1, qБ
КМ-42,6/9,4 МКТ-41,2/4,6 Микрокоаксиал 0,7/2,9 ЗКП 1х4х1,2 МКС 1х4х1,2 МКС 4х4х1,2	2,36 5,33 8,88 5,43 5,35 5,38	75 75 75 150 150 150	- - - 68 68 68	- - - 80 80 89

₁- коэффициент кабельной пары на частоте f₁= 1 МГц.

z- волновое сопротивление цепи электрического кабеля, Ом

,

где тактовая частота линейного цифрового сигнала, МГц, Mf_T1 - число объединяемых потоков, (1+q) - отношение числа дополнительных символов к числу информационных символов в цикле цифрового потока (q=002…0,04), А₃₀ и А ₃₁ – являются заданными требованиями к защищенности от помех переходных влияний.

Итак, длина регенерируемого участка для одной схемы:

L_ру<= А₀-А₃₀- 10 lg n - /.

Для двух кабельной схемы:

L_ру<= А₁-А₃₁- 10 lg n - /.

А₀ и А₁ –называется ожидаемая защищенность, определенная реальными значениями переходного затухания, , l_ру, ₁.

Ожидаемая защищенность сравнивается с допустимой защищенностью, которая зависит от допустимой вероятности ошибок (коэффициент ошибок К_ош) и типа кода линейного цифрового сигнала.

А_{з доп.}=4,58+ 11,42*lq(-lq К_ош.доп.)

Аз доп.	18,8	19,7	20,5	21,1	21,7	22,2	23,0	23,7
Кош.доп	10-5	10-6	10-7	10-8	10-9	10-10	10-12	10-14

Для двухуровнего (бинарного) линейного кода.

Для трехуровневых (квазитроичных) сигналов:

А_{з доп}=10,62+11,42 lq (-lq К_ош.доп.)

Аз доп.	19,6	20,5	21,5	22	22,9	23,4	24,5	25,3
Кош.доп	10-5	10-6	10-7	10-8	10-9	10-10	10-12	10-14

К_ош.доп =Р_ош.1*l_ру,

где Р_ош.1—дополнительная вероятность ошибок на один километр линейного тракта, 1/км.

Равенство А_{з. ош.}= А_з.ош. является основой для определения номинальной длины регенерируемого участка.

В общем случае типовой подход к расчету регенерационного участка базируется на следующих положениях.

Мощность теплового шума на выходе определяется по формуле:

, где

Подставляем выражение для тока в выражение мощности получим:

Мощность теплового шума разветвляется на входе усилителя:

где - постоянная Больцмана, - температура по шкале Кельвина, - полоса частота в кГц.

Приведенные по входу усилителя собственные шумы определяются как:

От мощности собственных шумов перейдем к уровню:

Точная оценка мощности полезного сигнала на входе регенератора затруднительна, т.к. спектр сигналов широкий и затухание линии зависит от частоты. Но ввиду того, что наиболее мощные спектры данных сигналов разложение в области частоты ; упрощён расчёт затухания линии проведения на этой частоте.

Таким образом: ,

где - километрическое затухание кабеля.

Защищенность сигналов от помех на входе регенератора определяется так:

.

Обозначим: ;

тогда

Километрическое затухание определяется так: .

Для коаксиального кабеля:

Тогда ;

Допустимая защищенность

;

где - вероятность ошибки динамического регенератора при наличии типовых помех.

;

-вероятность ошибки определяется как:

Допустимую защищенность можно представить в следующем виде

;

Для нахождения длины регенерационного участка приравняем ожидаемую защищенность к допустимой:

, т.е.

;

- учитывает снижение защищенности сигнала за счет межствольных помех, за счет нестабильности амплитуд и длительности импульсов, за счет нестабильности порогового устройства в схеме генератора.

Так, величина для коаксиального кабеля составляет ;

;

;

Введем обозначения: ;

Тогда ;

Составим систему уравнений

Решим эту систему уравнений графическим способом. Для этого построим на графике для и рассчитаем промежуточные значения.

Система уравнений будет для выглядеть так:

; , где

при ;

при ;

при ;

Для

Для

Для точек 13,2-1; 5,6-2; 3,7-3;

Для при:

Размещение регенерационных пунктов:

Изобразим схему размещения регенерационных пунктов для трех случаев:

1. Рассчитаем число регенераторов:

2. Рассчитаем число регенераторов:

3. Рассчитаем число регенераторов:

Построим схемы:

1.

НРП-1

НРП-2

ОРП1-3

НРП-73

НРП-74

2.	НРП-1	НРП-2	ОРП1-3	НРП-175	НРП-176

3.

НРП-1

НРП-2

ОРП1-3

НРП-272

НРП-273

Выбор типа коаксиального кабеля проводятся по определению капитальных затрат

, где

– протяженность линейного тракта;

- число регенераторов;

- стоимость регенератора;

- стоимость кабеля;

Для кабеля КМ

Для кабеля МКТ

Для кабеля МТКК

Для кабеля КМ

Для кабеля МКТ

Для кабеля МТКК

Выбираем МТТК, т.к. у него капитальные затраты и потери минимальные.

Например, имеется система ЦСП типа ИКМ-480. Передача по симметричному кабелю марки МКС- 1х4х1,2. Схема организации связи - двухкабельная. Линейный код класса 5В6В (код с вводом на 5 символов одного избыточного импульса) для контроля ошибок способом проверки на четность (mBnB, n= m+1). Допустимая Р_ош.=10^-10 1/км. Длина линейного тракта L₁=600 км.

1). Т.к. кабель одночетверочный, то число влияющих пар ЦСП равно n=1.

А_{з. ош}=А₁-  .

Из таблицы А₁= 80 qБ; =4 qБ.

Для обычного бинарного линейного сигнала ЦСП ИКМ-480 тактовая частота но с учетом используемого линейного кода

(m < n)

 = ₁

А_{з. ош}=89- 24,3*l_ру-4=76-24,3* l_ру.

2). Допустимая защищенность для данного типа линейного кода:

А_{з. доп}=4,58+11,42 lg (-lg(10^-10*l_ру))

3). Длину регенерируемого участка можно определить исходя из равенства

А_{з. ош}= А_{з. доп.}

76-24,3 l_ру=4,58+11,42 lg (-lg(10^-10*l_ру))

х(l_ру) y(l_ру)

6,254-2,129 l_ру = lg (-lg(10^-10*l_ру))

4). Данное уравнение решается графически.

Строим график X(ℓ_ру) - это уравнение прямой : X(ℓ_ру) = 6,254 – 2,128 ℓ_ру

Строим график Y(ℓ_ру ) : Y(ℓ_ру ) = ℓg [ - ℓg (10^-10 - ℓ_ру )]

X(ℓ_ру) , Y(ℓ_ру )

6 -

5 -

4 -

3 -

2 -

1 -

ℓ_ру,км

1 2 3

Следовательно ℓ_ру = 2,48 км.