Линейные искажения в каналах и трактах систем передачи, методы коррекции искажений

ГЛАВА 4. ЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ В КАНАЛАХ И

ТРАКТАХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ.МЕТОДЫ КОРРЕКЦИИ

ИСКАЖЕНИЙ

4.1. УСЛОВИЯ НЕИСКАЖЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ

Каналы передачи или тракты можно рассматривать как четырехполюсники, которые характеризуются коэффициентом передачи

(4.1)

Модуль коэффициента передачи  характеризует изменение амплитуд частотных составляющих сигнала, передаваемого по каналу или тракту, а фазовый коэффициент В(w)- изменение фаз этих составляющих. Если на вход канала (тракта) подается сигнал, рассматриваемый как функция времени х(t) со спектральной плотностью Sx(jw), то в соответствии с обратным преобразованием

 (4.2)

Сигнал на выходе канала у(t) имеет спектральную плотность

(4.3)

Используя то же преобразование Фурье с учетом (4.1), выходной

сигнал

При условиях

 (4.4)

выходной сигнал запишется в виде

(4.5)

Таким образом, при выполнении условий (4.4) принятый сигнал отличается от переданного только амплитудой, измененной в К0 раз, и сдвигом во времени на величину t. Форма сигнала при этом сохраняется.

Условия (4.4) называют условиями неискаженной передачи. Они

могут быть записаны в виде

(4.6)

Здесь, А(w) затухание канала передачи (тракта); tгр- групповое время прохождения Соответствующие характеристики приведены на рис. 4.1. Таким образом, условиями неискаженной передачи являются частотно-независимое затухание канала передачи и

Рис. 4.1. Идеальные амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики

линейность его ФЧХ (или частотно-независимое групповое время прохождения).

Нарушение первого из этих условий вызывает появление амплитудно-частотных искажений (АЧИ), а второго - фазочастотных искажений (ФЧИ). Оба вида искажений относятся к линейным искажениям, так как они возникают в линейных цепях, т.к. в таких, параметры которых не зависят от амплитуды сигнала.

Практически спектральная плотность передаваемого сигнала отличается от нуля в ограниченном диапазоне частот. Поэтому условия (4.6) должны выполняться в данном диапазоне частот.

Однако при ограничении полосы частот сигнала линейные искажения возникают даже при выполнении условий неискаженной передачи в полосе частот канала (тракта).

Количественно АЧИ оцениваются величиной отклонения АЧХ канала передачи (тракта) А(w) от идеальной

                                    (4.7)

Соответственно для количественной оценки ФЧИ используют величину

                        (4.8)

Величины Ао иt  определяются обычно на некоторой частоте wо, задаваемой для трактов данного типа (рис. 4.2). Например, для канала ТЧ величина Ао определяется на частоте 0,8 кГц, а t- на частоте 1,9 кГц. Максимальные значения D А и Dtгр нормируются и позволяют судить о качестве принимаемого сигнала.

О качестве связи по каналу (тракту) можно также судить по критерию среднеквадратического отклонения принимаемого сигнала от переданного

который непосредственно оценивает отличие этих сигналов, однако применение этого критерия в условиях эксплуатации затруднительно и он чаще всего используется в теоретических исследованиях.

Рис. 4.2. Реальные амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики

Рис. 4.3. Искажения формы передаваемого сигнала:

1-основной сигнал; 2-отстающий эхосигнал; 3-оперижающий сигнал.

Амплитудно- и фазочастотные искажения приводят к изменению формы передаваемого сигнала. Можно показать, что наличие АЧИ и ФЧИ является причиной появления на выходе канала (тракта) наряду с основным сигналом опережающих (кривая 3) и отстающих (кривая 2) эхосигналов, которые, накладываясь на основной сигнал (кривая 7), искажают его форму (рис. 4.3). Подробно этот вопрос рассмотрен в [7].

4.2. АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ И

ИХ КОРРЕКЦИЯ

Причины возникновения амплитудно-частотных искажений

Амплитудно-частотные искажения в каналах (трактах) СП можно разделить на искажения, возникающие в оборудовании оконечных станций, и искажения, возникающие в линейном тракте.

Источником АЧИ в оконечном оборудовании являются и основном фильтры, а также усилители, трансформаторы и другие узлы, содержащие реактивные элементы. Особенностью этих искажений является то, что они сказываются главным образом на краях диапазона частот канала (тракта) и постоянны по времени.

На рис. 4.4 показана частотная характеристики затухания ПФ (кривая 1).

В средней части полосы пропускания фильтра затухание практически постоянно, а на крайних частотах возрастает, вызывая на этих частотах появление АЧИ. Аналогичную характеристику затухания имеют трансформаторы и усилители. Для устранения или, по крайней мере, уменьшения АЧИ, вносимых фильтром, необходимо использовать амплитудный корректор (АК), который включается каскадно с фильтром и имеет характеристику затухания, показанную также на рис. 4.4 (кривая 2). Общее затухание каскадного соединения АК и фильтра равно сумме их затуханий (кривая 3 на рис. 4.4).

Рис. 4.4. Частотная характеристика затухания:

1-полосового фильтра; 2-амплитудного корректора; 3-сумматорная.

Величина АЧИ на краях полосы пропускания при этом существенно уменьшается. С помощью АК, включаемого каскадно в канал (тракт) можно в ряде случаев корректировать искажения, вносимые несколькими узлами оборудования оконечных станций. Например, АЧИ, вносимые канальными фильтрами оконечных станций передачи и приема в полосе частот канала ТЧ, можно откорректировать одним АК, включаемым на приемной станции.

Одним из способов коррекции краевых искажений в канале ТЧ является включение корректирующих контуров в цепь ООС усилителя низкой частоты устанавливаемого на выходе четырехпроводной части тракта приема этого канала (рис. 4.5). Резисторы R1, R2 и R3 включенные последовательно, создают цепь ООС по току, которая снижает усиление усилителя. При этом частотная характеристика усиления не зависит от частоты (рис. 4.6, кривая 1). При подключении параллельно одному или нескольким резисторам последовательного колебательного контура L1C1,настроенного на нижнюю частоту f1 полосы частот канала, сопротивление цепи ООС, а значит, и глубина ООС на данной частоте уменьшаются и усиление возрастает (рис. 4.6, кривая 2). Изменяя число резисторов, к которым подключается контур, можно изменять величину подъема усиления на частоте резонанса этого контура (кривая 3), а и изменяя величины L1 и C1 - изменять частоту, на которой возникает подъем усиления (кривая 4). Контур L2C2- настроенный на верхнюю частоту f2 спектра канала ТЧ, выполняет ту же функцию на данной частоте. Увеличение усиления на краях полосы частот канала ТЧ позволяет, в частности уменьшить АЧИ, вносимые канальными фильтрами передачи и приема в данном канале. Настройка и регулировка частотной характеристики усиления осуществляются вручную перепайками элементов в схеме корректора в процессе изготовления аппаратуры, при вводе системы передачи в эксплуатацию и при сезонных профилактических работах в случае необходимости.

Основной причиной искажений в линейном тракте является частотная зависимость затухания линии, которое возрастает с увеличением частоты. Закон изменения затухания зависит от типа линии и длины усилительного участка. Поскольку ширина спектра канала значительно меньше ширины линейного спектра СП, искажения, вносимые линией связи, на изменение формы канального сигнала почти не сказываются.