Проектирование аналоговой системы передачи (АСП)

При расчете номинальной длины усилительных участков будем исходить из равенства допустимых и ожидаемых собственных помех, рекомендованных ЭГЦ, поскольку мощность остальных составляющих помех в меньшей степени зависит от длины усилительных участков.

Собственные помехи в кабельной магистрали определяются: абсолютным уровнем собственных помех , приведенных ко входу усилителей; числом усилительных участков ; усилением усилителей , равным затуханию прилегающего участка магистрали ; уровнем передачи на выходе усилителя .

Для линии коаксиального кабеля весомый коэффициент , псофометрический коэффициент .

Километрическое затухание кабеля при : .

Температурный коэффициент затухания: .

Уровень допустимых собственных помех в канале в ТНОУ:

;

.

Уровень собственных помех в канале в ТНОУ: .

Километрическое затухание кабеля для :

.

Условие, определяющее равенство ожидаемой и допустимой защищенности канала АСП от собственных помех для усилительных участков, имеет вид:

.

Решим это уравнение графически:

;

.

Рис. 4. Графическое решение вышеприведенного уравнения

- проектная длина усилительного участка.

3.3 Размещение усилительных пунктов магистрали

Все усилительные пункты на магистрали разделяются на оконечные пункты (ОП), обслуживаемые усилительные пункты (ОУП) и необслуживаемые усилительные пункты (НУП). При размещении обслуживаемых пунктов следует исходить из максимально допустимого расстояния между ними.

Максимальное число НУП между ОУП для системы К-3600 равно: .

Стоимость строительства и эксплуатации ОУП велика, поэтому расстояния между ними желательно делать максимально большими. Обычно ОУП размещают в крупных населенных пунктах, в которых намечается выделение каналов. Для размещения ОУП находят населенные пункты, имеющие бытовые условия для обслуживающего персонала и достаточную энергетическую базу.

Максимальное расстояние между ОУП равно:

.

Температурное изменение километрического затухания кабеля на контрольной частоте плоской регулировки при максимальной изменении температуры почвы:

.

Допустимое число НУП с грунтовой АРУ на секции плоско-наклонного регулирования: .

Изменение усиления ОУП в результате действия соответственно плоской и грунтовой АРУ: ; .

Максимальная протяженность секции плоско-наклонного регулирования:

Необслуживаемые усилительные пункты размещают равномерно на расстоянии друг от друга.

Расстояние Пермь - Екатеринбург по железной дороге через Н.Тагил составляет 510 км.

Электрическая длина кабеля будет равна 510·1.01=515.1 км.

Имеем 171 участок номинальной длины и один участок укороченной длины 2.1 км. Дополнительно к нему ставится одна эквивалентная линия ИЛ - 1 км. В связи с этим общее число усилительных участков 172.

3.4 Расчет и построение диаграммы уровней

При проектировании магистрали рассчитывают и строят внешнюю диаграмму уровней. Диаграмма уровней является одной из главных паспортных характеристик на проектируемую магистраль. Она необходима для расчета ожидаемой мощности помех, по ней можно составить представление об изменениях относительных или измерительных уровней.

Диаграмма уровней строится для наиболее тяжелых условий работы верхнего по частоте канала систем передачи. Наиболее тяжелым условиям соответствует максимальная температура грунта. При этом затухание кабеля максимально, уровни приема наиболее низкие, мощность собственных помех в конце канала наибольшая, мощность помех от нелинейных переходов также максимальна.

Километрическое затухание кабеля для средней температуры:

Найдем собственное затухание кабеля:

.

Затухание станционных устройств:

.

Тогда затухание усилительного участка равно:

.

Километрическое затухание при максимальной температуре:

.

Километрическое затухание при минимальной температуре:

.

Значения максимально и минимально возможных затуханий:

;

.

Тогда уровень приема на входе последующего усилительного участка:

.

Установочное усиление НУП:

.

.

- исходящий уровень будет выше номинального на величину .

.

.

Рис. 5. Диаграмма уровней магистрали

3.5 Влияние разброса длин усилительных участков на величину помех в канале

При проектировании и строительстве линий передач всегда стремятся к равномерному размещению усилительных пунктов на магистрали при номинальной длине усилительных участков, обеспечивающих минимум помех в конце канала. Однако выполнить это не всегда возможно, и поэтому будет иметь место разброс длин усилительных участков относительно их номинального значения, что приводит к увеличению мощности помех.

Увеличение мощности собственных помех из-за разброса длин усилительных участков можно оценить потерей помехозащищенности.

Максимально допустимый разброс затуханий усилительных участков: .

Тогда потеря помехозащищенности будет равна:

.

4. Помехи в каналах и трактах АСП и их нормирование

Правильность расстановки усилительных пунктов на магистрали проверяется путем расчета ожидаемой мощности помех линейного тракта и сравнения ее с допустимой. Помехи линейного тракта систем передачи по симметричным кабелям складываются мз помех от линейных и нелинейных переходов и из собственных помех. Для систем передачи по КК мощностью помех от линейных переходов можно пренебречь.

Рассмотрим основные расчетные соотношения для оценки помех линейного тракта.

4.1 Эталонные гипотетические цепи

Основой расчета шумовых характеристик составных частей АСП служат эталонные гипотетические цепи (ЭГЦ), которые ставятся в соответствие реальным магистралям. Согласно определению, данному в рекомендациях МККТТ, ЭГЦ представляет собой полную телефонную цепь, организованную по гипотетической международной линии передачи нормированной длины, с определенным числом переприемовразного рода, но не максимально возможным.

Эталонные гипотетические цепи необходимы для определения таких показателей АСП, как допустимые тепловые помехи на входе линейных усилителей, номинальная длина усилительных участков, уровни передач, затухания нелинейности по гармоникам и т. п.

Помехи в каналах АСП слагаются из помех линейного тракта и помех оконечных и переприемных станций. Помехи линейного тракта состоят из собственных помех, помех линейных и нелинейных переходов.

Собственные помехи состоят из тепловых шумов и шумов транзисторов. Причиной помех линейных переходов являются электромагнитные связимежду отдельными цепями. Помехи нелинейных переходов обусловлены нелинейностью амплитудных характеристик групповых линейных усилителей.

Величина помех в каналах АСП зависит от структуры и протяженности линейного тракта.

Если предположить, что источники помех распределены по длине линии передачи равномерно, то допустимая мощность помех на один километр составит 7500/2500 = 3 пВтОп. Такова норма для большинства систем. Для каналов гипотетических цепей, входящих в состав глобальной сети связи (дальность до 25000 км), норму на помехи линейного тракта снижают до 1.5 и даже до 1.0 пВтОп на километр.

Для коаксиального кабеля мощности помех равны следующим значениям:

мощность помех линейного тракта: ;

мощность собственных помех: ;

мощность помех нелинейных переходов: .

4.2 Расчет допустимой мощности помех

Допустимая мощность помех линейного тракта для канала длиной L км может быть найдена как:

.

Мощность помех двух оконечных станций: .

Псофометрическое значение допустимой мощности:

.

Допустимая мощность помех:

.

Уровень допустимой мощности помех:

.

4.3 Расчет ожидаемой мощности собственных помех

Собственные помехи в каналах и трактах АСП носят флуктуационный характер. К ним относятся тепловые шумы резисторов, а также дробовые шумы электронных ламп и транзисторов.

Собственные помехи в кабельной магистрали определяются абсолютным уровнем собственных помех, приведенных к входу усилителей, усилением усилителей и числом усилительных участков.

Защищенность от собственных помех для одиночного участка на выходе усилителя:

.

Мощность собственных помех на выходе одного УУ в ТНОУ:

.

Мощность собственных помех на выходе канала в ТНОУ:

.

4.4 Расчет ожидаемой мощности от нелинейных переходов

Основными источниками помех нелинейного происхождения являются линейные усилители. Благодаря глубокой отрицательной обратной связи нелинейность усилителей очень незначительна. Однако, вследствие большого количества усилителей, приходиться считаться с продуктами нелинейности второго и третьего порядка.

Нелинейные продукты третьего порядка бывают первого и второго родов. Мощности продуктов нелинейности вычисляют отдельно, т. к. законы их суммирования различны.

.

Нормированная частота:

.

Нормированная спектральная плотность нелинейных помех:

;

;

.

Номинальное усиление в ТНОУ:

.

Коэффициенты затухания нелинейности по 2-ой и 3-ей гармоникам при номинальном усилении:

;

.

Ширина спектра сигнала:

.

Ширина линейного спектра:

.

Число усилительных участков:

.

Число секций ОУП-ОУП на магистрали:

.

Число усилительных участков в секции ОУП-ОУП:

.

Отдельные виды помех от нелинейных переходов:

;

;

.

Общая мощность помех от нелинейных переходов на выходе канала в ТНОУ:

.

4.5 Расчет суммарной ожидаемой мощности помех в канале:

Мощность помех двух оконечных станций:

.

Расчет суммарной мощности помех в канале производится путем суммирования всех вычисленных ранее составляющих:

.

.

, т. е. Ожидаемые помехи будут меньше допустимых, следовательно размещение усилительных пунктов произведено правильно.

.

Запас по защищенности:

.

4.6 Влияние погрешности настройки АСП на помехозащищенность каналов

Оценим увеличение мощности собственных и нелинейных помех в конце канала вследствие погрешности настройки АСП. Рассмотрим влияние различных факторов на помехозащищенность каналов:

Отклонение диаграммы уровней вследствие неточного соответствия АЧХ линейных усилителей и кабеля, т.е. вследствие неточности коррекции.

;

- регулярная составляющая коррекции;

.

Отклонение диаграммы уровней из-за неточной работы температурных АРУ.

;

;

.

Отклонение диаграммы уровней вследствие неточной работы АРУ по току КЧ.

.

Отклонение диаграммы уровней вследствие температурной нестабильности усилителей.

;

.

Отклонение диаграммы уровней вследствие неточности ее измерения и настройки.

.

Суммарные потери защищенности составят:

.

Относительное увеличение мощности помех вследствие погрешности коррекции, настройки и измерений:

.

5. Предыскажение уровня передачи

В реальных АСП затухание в линии зависит от частоты, причем с увеличением частоты затухание увеличивается. Это приводит к тому, что каналы, расположенные в верхней части спектра, имеют меньшую защищенность от собственных помех, чем каналы, расположенные в нижней части. Для повышения защищенности верхних по частоте каналов АСП, работающих по симметричным и коаксиальным кабелям, применяется предыскажение уровней передачи.

В АСП по коаксиальным кабелям часто находит применение закон предыскажения, при котором уровень передачи по верхнему по частоте каналу сохраняется неизменным, а уровни нижних каналов снижаются, т.к. при этом возможно увеличение числа НУП на секции ОУП-ОУП при заданной мощности источников дистанционного питания, а снижение загрузки позволяет понизить требования к затуханию нелинейности линейных усилителей.

5.1 Влияние предыскажения уровня передачи на среднюю мощность многоканального сигнала

Предыскаженный многоканальный сигнал можно рассматривать как результат прохождения группового сигнала через линейную инерционную систему с коэффициентом передачи по мощности .

;

- коэффициент передачи по мощности;

Рис. 6. График коэффициента передачи по мощности

;

;

.

5.2 Влияние предыскажений уровня передачи на среднюю мощность нелинейных помех

Из вышеизложенного следует, что определяет не только коэффициент передачи группового сигнала, но и мощность не линейных помех. Поэтому:

;

;

;

- нормированная частота.

В соответствии с этим изменяются энергетические спектры компонент продуктов нелинейности 2-го и 3-го порядков. В случае неизменного уровня передачи по верхнему каналу коэффициенты спектрального разложения имеют вид:

;

;

;

.

Отдельные виды помех от нелинейных переходов равны:

;

.

Изменение средней мощности многоканального сигнала при этом можно оценить следующим образом:

;

;

.

6. Построение структурной схемы радиоаппаратуры

Аппаратура любой многоканальной АСП состоит из оборудования оконечных пунктов (ОП) и оборудования линейного тракта (ОЛТ).

6.1 Состав и назначение аппаратуры ОП

Аппаратура ОП решает задачу формирования многоканального группового сигнала из N исходных сигналов на приёме и обратную задачу на передаче. Структурная схема ОП строится на основе рассчитанной ранее схемы формирования линейного спектра.

Аппаратура ОЛ условно может быть разделена на основную и вспомогательную. В состав основной аппаратуры ОП входят каналообразующие оборудование (КОО), аппаратура сопряжения (АС) и оконечная аппаратура линейного тракта (ОАЛТ). К вспомогательной аппаратуре ОП можно отнести генераторное оборудование (ГО), аппаратуру телемеханики (ТМ), служебной связи (СС) и дистанционного питания (ДП) необслуживаемых усилительных пунктов.

Каналообразующие оборудование предназначено для преобразования N исходных сигналов в групповой сигнал одной из разновидностей стандартных групп и состоит из аппаратуры индивидуального преобразовании (ИП) и группового преобразования (ГП). Аппаратура ИП обеспечивает преобразование стандартных каналов тональной частоты (КТЧ), занимающих полосу частот 0.3ч3.4 кГц в стандартную первичную группу (ПГ) со спектром частот 60ч108 кГц. Аппаратура ГП обеспечивает дальнейшее преобразование ПГ в стандартную вторичную группу (ВГ) в полосе частот 312ч552 кГц, затем вторичную группу - в стандартную третичную группу (ТГ) в полосе частот 812ч2044 кГц и т.д.

Аппаратура сопряжения предназначена для преобразования спектра группового многоканального сигнала с выхода КОО в линейный спектр с помощью одной или двух ступеней преобразования в соответствии с разработанной ранее схемой преобразования частот.

Оконечная аппаратура линейного тракта осуществляет согласование сформированного аппаратурой АС сигнала с линией по уровню, сопротивления и другим параметром на передаче, усилению сигнала и коррекции частотных характеристик предыдущего на приеме.

Генераторное оборудование необходимо для получения токов несущих, контрольных и контрольно - вспомогательных частот. В основу работы ГО положен гармонический способ получения несущих.

Аппаратура телемеханики служит для управления параметрами и контроля состояния НУП с прилегающих ОУП или ОП.

Аппаратура служебной связи организует служебную связь между различными усилительными пунктами магистрали и по решаемым задачам делится на магистральную, постанционную и участковую.

Аппаратура дистанционного питания предназначена для организации дистанционного питаемых НУП с прилегающих ОП и ОУП.

6.2 Состав и назначение аппаратуры ОЛТ

Оборудование линейного тракта представляет собой совокупность технических средств и среды распространения сигналов электросвязи и определяет основные качественные показатели передаваемых сообщений. В состав аппаратуры ОЛТ входят обслуживаемые, полуобслужиааемые и необслуживаемые усилительные пункты (ОУП, ПОУП. НУП).

Усилительные пункты ОУП и НУП предназначены для установочной регулировки усиления под длину усилительного участка и автоматической регулировки для компенсации температурных изменений затухания кабелей различного типа. Кроме того, в состав оборудования ОУП и НУП входят устройства коррекции амплитудно-частотных искажений, устройства телемеханики, служебной связи и дистанционного питания.

В современных многоканальных АСП применяют устройства АРУ по контрольным частотам, температуре грунта и току дистанционного питания.

7. Оценка надежности АСП

Под надёжностью понимается свойство системы передачи выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.

Оборудование системы передачи, каналов и трактов является восстанавливаемым, т.е. его эксплуатация представляет чередование интервалов работоспособности и простоя. В момент простоя происходит восстановление работоспособности.

К основным наиболее употребительным характеристикам надёжности многоканальной системы передачи относятся:

- параметр потока отказов аппаратуры системы передач;

- наработка на отказ;

- вероятность безотказной работы;

- коэффициент готовности системы передач.

Интенсивность потока отказов аппаратуры системы передачи в период нормальной эксплуатации:

- параметр потока отказов кабеля длиной 1 км;

;

;

;

;

;

;

;

.

Среднее время работы системы передачи:

.

Вероятность безотказной работы за время t в период нормальной эксплуатации:

.

Рис. 7. График безотказной работы в период нормальной эксплуатации

Среднее время восстановления системы передачи между двумя отказами:

;

;

;

;

.

Определение коэффициента готовности системы передачи как вероятности того, что система передачи будет работоспособна в любой момент времени в период нормальной эксплуатации:

.

Список использованной литературы

1. Ю. К. Казаков, “Проектирование аналоговых систем передачи (АСП)”, Рязань, 1994г.

2. Ю. К. Казаков, “Описание аналоговых систем передачи (АСП)”, Рязань, 1999г.

Страницы: 1, 2