Линейные устройства. Факторы, ухудшающие передачу
Дифференциальная система (hybrid)
Пока еще абонентские линии в большинстве случаев двухпроводные. Во многих случаях имеются двухпроводные соединительные линии. Цифровые и аналоговые системы передачи, как правило, применяют четырехпроводные физические линии. Поэтому одна из задач состоит в переходе от двухпроводной линии к четырехпроводной. Схема, включаемая в линию и выполняющая такой переход, называется дифференциальной системой (hybrid). Это устройство ( рис. 2.1) в виде трансформатора (или группы трансформаторов), имеющего три отвода. В первый из них включается цепь, поступающая от цепей передачи. Во второй включается цепь, поступающая от цепей приема. В третью — балансные цепи. Принцип работы дифференциальной системы. Сигналы из цепей приема поступают в двухпроводную линию, а из нее — в цепь передачи с помощью трансформаторной связи. Информация, передаваемая в двухпроводную линию, может пройти в цепь приема четырехпроводной линии, как это показано пунктирной линией на рис. 2.1 . Для того чтобы этого не произошло, установлена третья обмотка (В), которая наводит в цепи приема четырехпроходной линии ток, обратный и равный по величине току передатчика четырехпроходной линии. Балансные цепи, предназначаются для того, чтобы установить нужные параметры этого тока. Балансный контур содержит активные (резисторы) и реактивные составляющие (емкостную и индуктивную). Его комплексное сопротивление должно быть согласовано с сопротивлением абонентской линии. Поскольку сопротивление линий изменяется, особенно если эта линия подключается к дифференциальной системе с помощью систем коммутации, такое сопротивление не может поддерживаться точно. В настоящее время в балансных схемах применяются управляемые (адаптируемые) цепи с комплексным сопротивлением, которое регулируется (управляется цифровым сигнальным процессором) с помощью программы. Надо отметить, что дифференциальные системы могут вносить дополнительное затухание и могут препятствовать высокоскоростной передаче. Поэтому в большинстве систем коммутации приняты меры по передаче, приему и выполнению сигналов отключения дифференциальной системы. Например, передача сигнала "отключение дифференциальной системы" с помощью частоты 2100 Гц.
Эхокомпенсатор (echo canceller)
Основная проблема заключается в том, что при работе дифференциальной схемы возможен переход информации с цепей передачи на цепь приема, как это показано на рисунке пунктирной линией. Такой переход вызывает у абонента эффект эха. В линии, при наличии усилителей, это может привести к генерации. Информация, поступившая в цепь приема, может, пройдя усилитель, снова поступить в цепь передачи, что приведет, как принято говорить, к возбуждению всей системы передачи. Поэтому имеется третий трансформатор, задача которого - порождать в трансформаторе передачи компенсационный ток (текущий в обратном направлении и равный по величине току, поступившему от приемника). Чтобы этот ток можно было регулировать, применяется балансный контур, комплексное сопротивление которого регулируется в зависимости от параметров абонентской линии. В цифровых системах для улучшения качества тракта применяется цифровая схема эхо - компенсации (см. рис. 2.2 ). Явление "эхо" заключается в поступлении в приемник сигнала передатчика. Это может порождаться не только несовершенством дифференциальной системы, но и многими другими причинами (рассогласованием входных сопротивлений на разных участках передачи, эффектом отражения сигнала на длинной линии и т.п).
Эхо-компенсация [ 2 ] основывается на том, что обратный сигнал, повторяющий прямой, приходит с некоторым запаздыванием. Ее принцип заключается в том, что передаваемая в линию информация через цепь задержки передается в сумматор, стоящий в цепи приема. Там она вычитается (алгебраически суммируется) из принимаемого потока. Задержка и параметры сигнала выбираются таким образом, чтобы при вычитании уничтожить сигналы, перешедшие из собственной цепи передачи.
Эхоподавление (echo suppressor)
Метод эхоподавления основан на том, что при передаче информации закрывается (ослабляется) цепь собственного приема. При эхоподавлении может происходить ухудшение качества связи в момент, когда оба абонента активны, а тракт приема одного из них заблокирован. Принцип действия эхоподавителя показан на рис. 2.3. Устройство для подавления эхосигнала основано на автоматической блокировке приема на время передачи. Для этого существуют два устройства: первое следит за активностью абонента A, второе — за активностью абонента Б. Активность Б определяется тем, что уровень сигнала в приемной цепи выше, чем уровень сигнала в передающей цепи.
Факторы, ухудшающие передачу
Затухание
Прямое затухание — это интегральный показатель качества передающей среды. Затухание показывает уменьшение мощности сигнала в результате его прохождения через среду передачи. Количественно оно выражается отношением значения мощности на выходе к мощности на входе
:
![b=\frac{P_{вых}}{P_{вх}}](/sites/default/files/tex_cache/e5e435dc75aebc88c4eb1f73b4faadd2.png)
Наиболее распространено представление затухания в виде логарифмического отношения, единица которого называется децибел (дБ).
![b_{дБ}=10\log\frac{P_{вых}}{P_{вх}}](/sites/default/files/tex_cache/731930ab31b6829f52ea4fa008170523.png)
Обычно мощность согласно этой формуле определяется относительно 1 мВт. На практике удобно измерять не мощность, а напряжение, которое подается на входное сопротивление линии. В этом случае затухание определяется относительно напряжения . Затухание тогда определяется по формуле
![b_{дБ}=20\log\frac{U_{вых}}{U_{вх}}](/sites/default/files/tex_cache/a9a5ff55b3b43ac6641caaabbe957975.png)
Измерение затухания можно также проводить с помощью измерения тока. Тогда затухание определяется относительно величины по формуле
![b_{дБ}=20\log\frac{I_{вых}}{I_{вх}}](/sites/default/files/tex_cache/8d5c1fc0856d4070625bfa0d5ca8cc6c.png)
В официальных документах, например нормах МСЭ-Т, начальным уровнем передачи считается 0 дБ, т.е. входная мощность равна 1 мВт. Эта единица измерения обозначается дБм (мощность в децибелах, отсчитываемая относительно 1 милливатта). Однако в реальной системе передачи входной сигнал редко совпадает с этим значением мощности. Уровень входного сигнала диктуется типом оборудования, типом и протяженностью линии. Поэтому во всех странах принято измерять затухание системы передачи относительно назначенной заранее точки отсчета в цепи передачи, по которой определяются значения уровней передачи во всех остальных точках. Эта точка неудачно названа точкой c нулевым уровнем передачи (Zero Transmission Level point). Заметим, что уровень в этой точке не равен нулю, например, в США уровень передачи на передающем окончании четрехпроводной системы передачи определен нормами (2 дБм). При этом уровень в других точках, измеренный относительно данной, обозначается для точек с более высоким уровнем +дБр(децибел-разность), или, для точек с более низким уровнем, просто дБр.(Английская аббревиатура dBr — decibels above reference). На рис. 2.4 показана зависимость коэффициента затухания от частоты для кабеля марки ТПП [ 8 ] . Под коэффициентом затухания понимается [ 34 ] относительное изменение мощности передачи сигнала, при распространении его на единицу расстояния, выраженное в км.
На рис. 2.5 показана зависимость коэффициента затухания от частоты высокочастотного кабеля марки МКС (Многопарные Симметричные Кабели) 1X4 в алюминиевой оболочке с диаметром жилы 1,2 мм. Она приведена, чтобы показать характер поведения затухания при увеличении частоты и отметить, что кабельные пары способны поддерживать гораздо более высокие частоты, чем требует речевой тракт (примерно 3,4 КГц).