Линейный тракт систем передачи

4.5. Линейный тракт систем передачи

Дальность действия связи. До сих пор рассматривалась возможность создания систем передачи, позво­ляющих Организацию в линейных трактах требуемого числа каналов. При этом совершенно не затраги­вались вопросы дальности действия связи. В то же время все реальные тракты обладают затуханием и, сле­довательно, для увеличения даль­ности действия связи сигнал необхо­димо усилить. Возникает вопрос о том, где выгоднее всего располагать усилительные устройства - только на передающей или приемной станциях или равномерно распределять их по всей длине магистрали.

Для выяснения этого вопроса рас­смотрим организацию связи по мед­ной 4мм цепи между Москвой и С.-Петербургом ( 660 км) по верхне­му каналу системы передачи В-12-3. Километрическое затухание цепи на частоте 150 кГц при метеорологи­ческих условиях лето - сыро состав­ляет 0,23 дБ/км. Отсюда общее за­тухание всей линии связи будет рав­но примерно 151 дБ. Считая уровень передачи равным нулевому и при­нимая уровень приема, необходи­мый для нормальной слышимости разговора, равным- 7дБ, нетрудно определить общее усиление, которое необходимо ввести в тракт для ком­пенсации появляющегося затухания. Оно должно быть 144 дБ.

Определим, какую же мощность Р_вых необходимо подавать в линию, если усилитель будет установлен только на передающей станции:

Отсюда

Ясно, что установка усилителей только на передающей станции явно нерациональна. Также невозмож­ным является установка одного уси­лителя с усилением в 144 дБ только на приемном конце линии. В этом случае сигнал придет на приемный конец тракта с уровнем значительно более низким, чем уровень помех, связь будет невозможна.

Докажем, что наиболее рациональ­но использовать усилители, равно­мерно располагаемые вдоль всего тракта передач и обладающие срав­нительно небольшим усилением.

На рис. 4.30 показан отрезок цепи с включенными усилителями. На вход отрезка цепи подается сигнал с некоторым уровнем р_пр. Он усилива­ется первым усилителем до значения р_пер, далее на протяжении первого участка уровень падает до значения р_пр и т. д. Если все участки магистра­ли одинаковы, то все уровни р_пер и р_пр будут также равны между собой. Ломаная линия, изображающая из­менение уровня сигнала вдоль длины магистрали, называется диаграммой уровня. Всякий реальный тракт пере­дачи содержит помехи, уровень ко­торых р_ш должен быть ниже уровня полезных сигналов.

Напряжения помех, имеющиеся на входе каждого из усилителей, бу­дут усиливаться последним наравне с напряжением полезных сигналов. Так как усиление усилителей должно компенсировать затухание тракта, то напряжение помех, возникающее на всех участках магистрали, будет доставлено на ее конец (на выход магистрали). Следовательно, уро­вень помех в конце магистрали бу­дет выше, чем на каждом из ее участков.

Определим, как будет изменяться общее значение шумов на выходе магистрали, если равномерность рас­положения усилителей будет нару­шена (например, один из усилителей будет смещен в ту или иную сторону по длине магистрали).

Обозначим u_с- напряжение сигна­ла, соответствующее уровню р_пр; u_ш- значение напряжения, соответст­вующее уровню р_ш; S, и а_i - усиление i-го усилителя и затухание следую­щего за ним участка магистрали; р_шo - общий уровень шума на выходе данного участка магистрали; u_шо - значения напряжения, соответствую­щее уровню р_шo.

Тогда можно написать:

Определим, какое напряжение u_ш1 будет появляться на выходе рас­сматриваемого отрезка магистрали под воздействием напряжения u_ш, имеющего место на входе первого усилителя. Обозначим ; ;  .

Тогда можно записать

Аналогично получим

Учитывая, что электрические ко­лебания помех поступают на конец отрезка магистрали в различных не зависящих друг от друга фазах, при определении общего суммарного на­пряжения помех их необходимо складывать по мощности. Тогда получим

Определим результирующую раз­ность уровней сигнала и помехи на выходе отрезка магистрали

Полученное выражение позволяет сделать некоторые выводы.

1. Если усилители расположены равномерно и , то . Если же есть наруше­ние равномерности, то

но ch 0,23 при всегда боль­ше единицы и, следовательно, (2 + 2 ch 0,23) > 4. Чем больше , тем это неравенство сильнее. Это свиде­тельствует о том, что любое нару­шение равномерности расположения усилителей вызывает снижение раз­ности уровней полезного сигнала и помехи  в конце данного отрезка магистрали.

2. Если магистраль состоит из N одинаковых по длине усилительных участков, то, принимая = 0, по­лучим:

Но на основании выражения (4.1) имеем . Учитывая, что р_пр = p_пep — a_i, где a_i -затухание одного усилительного участка магистрали, а также, что общее затухание всей магистрали a_общ = Na_i,

Из этого выражения можно опре­делить

где А-величина, которая определяется параметрами используемой аппаратуры, уровнем шумов в линии, а также тре­буемой величиной.

Полученное выражение показыва­ет, что при изменении числа участ­ков магистрали общее перекрывае­мое связью затухание имеет макси­мум. Для определения его найдем производную

Оптимальное значение N_опт полу­чим, приравняв производную нулю. Тогда

Отсюда N_опт = 10^{0,1Д(А-4,343)}.

Учитывая выражения (4.2) и (4.3), получим а_о6ш/N = а_{i опт} = 4,343 дБ.

Следовательно, максимальная дальность действия связи будет при затухании участка 4,343 дБ. Тогда:

Представляет интерес определить эту величину для рассмотренного примера организации связи по мед­ной цепи диаметром 4 мм. Для сис темы  передачи,  рассмотренной  в указанном выше примере, величина А примерно равна 52 дБ. Отсюда

С экономической точки зрения рассмотренный случай нерациона­лен не только потому, что нет необходимости реализовать столь большую дальность связи, но и вследствие нецелесообразности уста­новки такого большого количества усилителей (при затухании участка, равном 4,343 дБ). Поэтому в прак­тических случаях промежуточные усилители ставят значительно реже.

Структура линейного тракта. Ли­нейный тракт должен содержать линейные усилители на передающей и приемной станциях и равномерно расположенные усилители на проме­жуточных пунктах. На современных кабельных магистралях применяют­ся многоканальные системы переда­чи, использующие широкий спектр частот. На высоких частотах затуха­ние пар кабелей сильно возрастает. Поэтому между оконечными стан­циями приходится размещать боль­шое число промежуточных усили­тельных пунктов.

Естественно, что из экономичес­ких соображений большинство про­межуточных усилительных пунктов делают необслуживаемыми (НУП), питание на которые подается по жи­лам той же кабельной линии от соседних обслуживаемых пунктов (ОУП). Таким образом, линейный тракт кабельной магистрали может быть представлен, как на рис. 4.31

Количество НУП между соседни­ми ОУП на современных магистра­лях может достигать нескольких де­сятков. На электрифицированных участках железнодорожного транс­порта при использовании системы передачи К-60 число НУП между соседними ОУП устанавливается не больше шести; это обусловлено тем, что на этих участках дистанционное питание НУП осуществляется по си­стеме провод-провод, а не провод-земля при ограниченном допусти­мом напряжении дистанционного питания (450 В).

Если каждый промежуточный уси­литель будет компенсировать зату­хание предыдущего усилительного участка, то помехи и переходные влияния, существующие на каждом усилительном участке, будут достав­ляться на выход магистрали. Естест­венно, чем длиннее магистраль, тем больше будут накапливаться эти по­мехи и искажения. Следовательно, необходимо установить максималь­ную дальность связи и для нее опре­делить допустимые величины помех и искажений.