/
Автор: Глушко В.П. Шмытинский В.В.
Теги: транспорт организация и управление движением почтовая связь электротехника рельсовый транспорт железнодорожное движение железнодорожный транспорт механика электросвязь
ISBN: 5-89035-067-6
Год: 2002
Текст
fejg. g^ >~"7 ... ^: r 7^”
^St-5S§K-:!tlS!£-£5S?a=^S
B.B. Wf*’rfT>* :сг.ий, В.П. ГлуШй>
В.В. Шмытинский, В.П. Глушко
МНОГОКАНАЛЬНЫЕ
СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
Утверждено
Департаментом кадров и учебных заведений МПС России
в качестве учебника для студентов техникумов
и колледжей железнодорожного транспорта
Москва
2002
УДК 656254.7+621.391.029.7:656.2
ББК 39.278
Ш 758
Ш 758 Шмытинский В.В., Глушко В.П. Многоканальные системы пе-
редачи: Учебник для техникумов и колледжей ж.-д. транспорта.
— М.: Маршрут, 2002. — 558 с.
ISBN 5-89035-067-6
Изложены основные вопросы организации многоканальной связи и прин-
ципы построения первичной сети связи железнодорожного транспорта. Рас-
смотрены способы разделения каналов в аналоговых и цифровых системах
передачи на общегосударственной взаимоувязанной сети связи и сети связи
железнодорожного транспорта. Дано описание аппаратуры аналоговых и циф-
ровых систем передачи плезиохронной и синхронной иерархий. Приведены
методики расчета качественных показателей каналов, линейных трактов ана-
логовых и цифровых систем, в том числе работающих по волоконно-опти-
ческим кабелям. Освещены вопросы технической эксплуатации и обслужива-
ния, включая принципы организации систем управления цифровой сетью связи.
Приведен материал по новой аппаратуре систем передачи информации, полу-
чившей применение на сети связи железнодорожного транспорта.
Предназначен для студентов техникумов и колледжей железнодорожного
транспорта по специальности Электросвязь на транспорте, также может быть
полезен работникам, занимающимся обслуживанием систем передачи много-
канальной связи.
Ил. 274, табл. 12, библиогр. 24 назв.
УДК 656254.7+621.391.029.7:656.2
ББК 39.278
Книгу написали: канд. техн, наук, доцент ПГУПСа
В.В. Шмытинский — предисловие, гл. 1,2,7—14 и 16; канд. техн, наук,
доцент ПГУПСа В.П. Глушко — гл. 3—6, 15.
Р е ц е н зе i+ты< Ю.И.^Филиппов — замесъитель-руководителя
Департамента информатизации и связи МПС; Р.Д. С|олбовский —
заместитель’начальника службы информатизации и связи Октябрьской
железной дороги; В.В. Крылова — преподаватель Ярославского
техникума железнодорожного транспорта.
ISBN 5-89035-067-6 © В.В. Шмытинский, В.П. Глушко, 2002
© Издательство “Маршрут”, 2002
Предисловие
В общем комплексе устройств связи, предусмотренном Прави-
лами технической эксплуатации железных дорог Российской Феде-
рации, многоканальная связь играет весьма важную роль. Кана-
лы магистральной связи, организованные многоканальной
аппаратурой связи между Министерством путей сообщения и уп-
равлениями дорог, служат для оперативного управления работой
дорог, проведения магистральных совещаний, а также сбора опе-
ративных данных в вычислительные центры. Каналы дорожной
связи между управлениями и отделениями дорог используются для
аналогичных целей в пределах одной дороги. По каналам переда-
чи организуется междугородная автоматическая телефонная связь,
а также современные виды связи, такие, как видеоконференции,
широкополосная передача данных и сети Internet. Совершенно
очевидно, что для организации всех перечисленных видов связей
первичная сеть связи железнодорожного транспорта должна содер-
жать весьма большое число высококачественных каналов, способ-
ных обеспечить передачу большого объема аналоговой и дискрет-
ной информации на любые расстояния.
Каналы могут быть получены с использованием соответствую-
щей аппаратуры, обеспечивающей ведение нескольких независимых
телефонных разговоров или передачу смешанного трафика (теле-
фония, данные, видеоконференция) по одной линии.
Идея образования нескольких одновременно действующих ка-
налов по общей линии передачи с использованием токов различ-
ных частот была высказана еще в 1860 г. Г.И. Морозовым. После
изобретения телефона Г.Г. Игнатьев в 1880 г. предложил схему од-
новременной передачи телеграфных и телефонных сигналов, осно-
ванную на их разделении прототипами электрических фильтров.
Таким образом, было положено начало принципу частотного раз-
деления различных связей, организуемых по общей цепи. В то же
время во Франции Пикар и Кайло разработали схему одновремен-
ного телеграфирования и телефонирования, построенную по прин-
ципу уравновешенного моста.
3
Практическое создание многоканальных телефонных систем
передачи стало возможным после изобретения в 1895 г. радио
А.С. Поповым, электронных ламп и применения их для усиле-
ния, генерации переменных токов, модуляции и демодуляции.
Важным шагом в разработке аппаратуры было освоение теории
и методов проектирования электрических фильтров, выравнива-
телей и других элементов.
Первая четырехканальная аппаратура высокочастотного теле-
фонирования (так называли ранее системы передачи) была введена
в действие в США на участке Балтимор — Питсбург в 1918 г. В СССР
многоканальную телефонную связь стали применять в начале 20-х гг.
Первая отечественная аппаратура высокочастотного телефониро-
вания на один разговор, разработанная под руководством
П.А. Азбукина при участии Я.И. Великина, была установлена на
участке Ленинград — Бологое в 1926 г. В 1928 г. под руководством
В.Н. Листова создана аппаратура, дающая возможность органи-
зовать три телефонных канала на воздушных цветных цепях. В
последующие годы был освоен выпуск более совершенной аппа-
ратуры с передачей электрических колебаний несущей частоты СМТ-34
и вслед за ней аппаратуры без передачи по линии тока несущей
частоты СМТ-35. Эта аппаратура была использована для органи-
зации телефонной связи Москва — Хабаровск. В 1940 г. была за-
кончена разработка 12-канальной системы передачи по воздушным
цветным цепям.
С 1956 г. в ряде стран, в том числе и в СССР, начались разработ-
ки многоканальных систем передачи с импульсно-кодовой модуля-
цией, которые появились на сетях связи в конце 60-х гг.
На сетях связи железных дорог активно внедряются цифро-
вые системы передачи (ЦСП), которые имеют более высокое
качество организуемых каналов, помехоустойчивость и техно-
логичность изготовления.
Однако внедрение ЦСП на кабельных линиях железнодорож-
ного транспорта проходит недостаточно интенсивно из-за прису-
щих сети технологической связи МПС особенностей. Они заклю-
чаются в структуре построения сети, конструкции кабелей,
специфике применения аппаратуры на линейных станциях и пе-
регонах, а также условий ее эксплуатации. Поэтому прямой пе-
ренос опыта внедрения цифровых систем передачи сети Министер-
4
ства связи Российской Федерации недостаточен для успешного их
использования на кабельных магистралях железных дорог.
Номенклатура систем передачи, применяемых на сетях связи Рос-
сии, многообразна и постоянно увеличивается вследствие постоян-
ного их совершенствования, выпуска различных модификаций по
требованиям конкретных заказчиков, применения импортного обо-
рудования, поэтому авторы не ставили перед собой задачу описа-
ния схем и особенностей всех известных типов аппаратуры. В книге
изложены принципы и логика построения различных систем на при-
мере наиболее распространенной и наиболее типичной аппарату-
ры. Такое построение материала поможет читателям самостоятель-
но разобраться в системах передачи любого типа, так как основные
технические решения в современной технике связи, особенно в циф-
ровой, унифицированы, а основные параметры стандартизованы.
В первой главе показано, что существующая первичная сеть связи
железнодорожного транспорта построена с применением различ-
ных магистралей, эксплуатируется большое количество старой ана-
логовой аппаратуры. Объем курса ’’Многоканальная связь” не мо-
жет вместить все разнообразие систем передачи от аналоговых для
воздушных линий связи до современных цифровых, работающих
по волоконно-оптическим кабелям. Поэтому авторы, изложив об-
щие принципы организации многоканальной связи на железнодо-
рожном транспорте, принципы организации аналоговых и цифро-
вых систем передачи, старались не повторять описание аналоговой
аппаратуры старых выпусков, а уделили основное внимание ап-
паратуре, появившейся на сетях связи в последнее десятилетие, прин-
ципам построения современных сетей связи, а также вопросам эк-
сплуатации и проектирования.
Цикл жизни аппаратуры первичной сети зачастую превышает
20 лет, и, безусловно, на сети связи железнодорожного транспорта еще
эксплуатируются системы передачи, не вошедшие в данную книгу. Для
их изучения авторы рекомендуют пользоваться учебниками: для
техникумов ’’Многоканальная телефонная связь на железнодорож-
ном транспорте\(Багуц В.П., Тюрин В.Л., 1988 г.); для вузов ’’Много-
канальная связь на железнодорожном транспорте” (под. редакцией
В.Л. Тюрина, 1992 г.) или специальной справочной литературой.
5
Глава 1. Организация первичной сети связи
на железнодорожном транспорте
1.1. Принципы организации сетей связи
Проведем краткий обзор терминов, которые будут встречаться
при изучении материала учебника. В последнее время в различ-
ной, особенно периодической, литературе часто используются тер-
мины, заимствованные из английского языка, которые не всегда
совпадают с понятиями, принятыми в нормативных документах
по сетям и системам связи, действующих в Российской Федерации.
В учебнике используются термины Государственных стандартов
по электросвязи, руководящих документов по Единой автомати-
зированной сети связи (ЕАСС), разработанной для СССР, концеп-
ция создания которой составляет основу Взаимоувязанной сети
связи Российской Федерации (ВСС РФ). В необходимых случаях
даются ссылки на рекомендации и другие материалы Международ-
ного консультативного комитета по телеграфии и телефонии
(МККТТ), которые после реформирования МККТТ разрабатыва-
ются в Секторе стандартизации электросвязи при Международном
союзе электросвязи (МСЭ-Т).
Как известно, в электросвязи сообщения передаются при помо-
щи электрических сигналов. Для передачи сигналов между терри-
ториально разделенными пунктами организуются ceTif/электросвя-
зи, которые в зависимости от назначения, пропускной способности,
требований к надежности и экономическим показателям имеют раз-
личные протяжённость и структуру.
В функции сети, независимо от ее структуры, входят:
преобразование сообщений в сигналы электросвязи. Оно выпол-
няется в оконечных абонентских устройствах (АУ) и обязательно
должно быть однозначным. В зависимости от вида передаваемых
сообщений функции АУ может выполнять телефонный (ТА) или
телеграфный (ТГ) аппарат, аппаратура передачи данных (АПД),
видеокамера и т.д.;
перенос сигналов из одного пункта в другой. Пространственный
перенос осуществляется по каналам передачи, для организации
6
которых могут использоваться физические цепи (ФЦ), а также типовые
каналы и групповые тракты, формируемые в системах передачи (СП).
Физической цепью называется одна или две пары проводов, пред-
назначенных для передачи электрических сигналов. Система пере-
дачи представляет собой совокупность технических средств, обес-
печивающих организацию типовых каналов, групповых и
линейных трактов требуемой протяженности. СП в зависимости
от способа разделения каналов подразделяются на системы с час-
тотным или временным разделением каналов (ЧРК, ВРК). Их от-
личие состоит в том, что в системах с ЧРК для передачи сигналов
по каждому каналу отводится определенная полоса частот, а в си-
стемах с ВРК — определенные интервалы времени. Типовой груп-
повой тракт — это совокупность технических средств, обеспечи-
вающих передачу сигналов группы каналов в сформированной
полосе частот (для аналоговых систем передачи (АСП) с ЧРК) или
с нормированной скоростью передачи (для цифровых систем пере-
дачи (ЦСП) с ВРК). Типовой канал представляет собой совокуп-
ность технических средств и среды распространения, обеспечиваю-
щих передачу сигналов электросвязи либо в нормированной полосе
частот (в системах с ЧРК), либо с определенной нормированной
скоростью (в системах с ВРК); .
выбор путей и перенос сигналов на обходные направления. Форми-
рование непрерывного канала по тому или иному пути от абонента к
абоненту обеспечивается системами коммутации, устанавливаемыми
в узлах сети, которые называются узлами коммутации (УК). В них
происходит как бы «наращивание» канала от пункта к пункту в за-
данном направлении. Таким образом, узел коммутации можно уп-
рощенно определить как совокупность технических средств, обес-
печивающих выбор каналов заданных направлений и их соединение.
В узлах сети располагается также аппаратура, обеспечивающая тран-
зит каналов при отсутствии необходимости их коммутации, а также
аппаратура переключения (АП) сигналов и трактов, которая позво-
ляет управлять структурой сети при авариях или перегрузках;
обратное преобразование электрических сигналов в исходное сооб-
щение. Как и прямое преобразование, оно должно быть однознач-
ным и осуществляется в оконечных абонентских установках, в каче-
стве которых применяются телефонные и телеграфные аппараты,
АПД, телеприемники и т.д.
7
В функции сети входят также снабжение средств связи электро-
энергией, контроль и измерение параметров передаваемых сигна-
лов и оборудования. Для реализации этих функций организуются
системы электропитания, диагностирования, управления и т.п.,
которые играют важную роль в обеспечении работоспособности
сети, но непосредственно в передаче сигнала не участвуют.
Сети связи строятся как совокупность первичных и вторичных
сетей. Причем основой являются первичные сети, на базе которых
формируются вторичные. Таким образом, единая сеть связи, охва-
тывающая территорию всей страны, представляет собой комплекс
взаимодействующих технических средств связи, который образует
первичную сеть типовых каналов и трактов и построенные на ее базе
вторичные сети, предназначенные для удовлетворения потребностей
предприятий, организаций, учреждений и населения в передаче лю-
бой информации, преобразованной в сигналы электросвязи.
Первичная сеть представляет собой совокупность сетевых узлов
(СУ), сетевых станций (СС) и линий передачи (Л П), образующих сеть
типовых каналов и групповых трактов. Линии передачи включают в
себя физические цепи и линейные тракты однотипных и разнотип-
ных СП, имеющие общую среду распространения, линейные соору-
жения и устройства их обслуживания. Они могут быть воздушные,
кабельные, радиорелейные и т.п. В сетевых узлах располагаются
оборудование СП и аппаратура транзита и переключения (в про-
цессе управления первичной сетью) каналов и трактов. В отличие от
СУ на сетевых станциях, как правило, не проводится маршрутиза-
ция каналов первичной сети, их основное назначение — организация
каналов и групповых трактов и предоставление их вторичным сетям.
Вторичная сеть представляет собой совокупность коммутаци-
онных станций (КС), узлов коммутации, оконечных абонентских
устройств и каналов вторичной сети, организованных на базе ка-
налов первичной сети. Так как вторичные сети формируются на базе
типовых каналов и групповых трактов первичной сети, структура
и протяженность вторичных сетей определяется структурой и про-
тяженностью соответствующих им первичных сетей связи. Вторич-
ные сети подразделяются в зависимости от вида передаваемой ин-,
формации на телефонную, телеграфную, сеть передачи данных и
т.п. Например, в состав телефонной вторичной сети входят авто-
8
матические телефонные станции (АТС) разных уровней, коммута-
торы, концентраторы и телефонные аппараты. Каналы вторичной
телефонной сети состоят из абонентских линий АЛ (между АУ и
УК) и соединительных линий (СЛ) (между УК), которые органи-
зуются на базе первичной сети связи (рис 1.1).
Рис. 1.1
Таким образом, основными средствами сетей электросвязи яв-
ляются: СП, обеспечивающие образование типовых каналов и груп-
повых трактов, аппаратура их переключения и транзита первич-
ной сети связи, а также АУ и УК вторичных сетей.
Сети связи состоят из станций соответствующего вида связи и
соединяющих их пучков каналов, служащих для передачи инфор-
мации того или иного рода и занимающих вместе со станциями
определенную территорию.
Наиболее часто используемые принципы построения сетей —
это радиальный, радиально-узловой и принцип соединения «каж-
дая (станция) с каждой».
Сеть, построенная по радиальному принципу (рис. 1.2, а), пре-
дусматривает установление соединения между различными стан-
циями через один и тот же центральный узел 1, что вызывает боль-
шую загрузку последнего. Кроме того, при таком построении сети
нельзя организовать связь по обходным направлениям, а при выхо-
де из строя центрального узла нарушается связь между станциями.
9
При использовании радиально-узлового принципа построения
сети (рис. 1.2, б) узловые станции 7 и 2 менее загружены, с другой
стороны, соединительная линия между ними используется более эф-
фективно, чем радиусы на рис. 1.2, а. При трех и большем числе
узловых станций можно организовать связь по обходным направ-
лениям. Между станциями, принадлежащими разным узлам
(при их соответствующем тяготении), может быть организована не-
посредственная связь (см. рис. 1.2, б, штриховая линия), что допол-
нительно разгружает узлы 7 и 2 и, кроме того, дает возможность
резервирования наиболее важных каналов и трактов по обходным
направлениям. «7
Принцип «каждая с каждой» характеризуется непосредствен-
ным соединением станций сети друг с другом пучком каналов
связи (рис. 1.2, в). Очевидно, что при такой организации сети воз-
растает ее стоимость. Вместе с тем обеспечивается непосредствен-
ная связь между любыми станциями и возможность организации
связи по обходным направлениям в случае повреждения или пере-
грузки каналов основного направления. Однако исходящая нагруз-
ка распределяется между большим числом организованных трак-
тов, вследствие чего последние не всегда используются эффективно.
1.2. Сеть связи железнодорожного транспорта и ее место
во Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации
Закон РФ «О связи» [1] определяет Взаимоувязанную сеть связи
Российской Федерации (ВСС РФ) как комплекс технологически со-
пряженных сетей связи общего пользования и ведомственных
10
сетей электросвязи на территории Российской Федерации, обеспе-
ченный общим централизованным управлением независимо от ве-
домственной принадлежности и форм собственности.
Развитие и совершенствование ВСС РФ осуществляются с уче-
том технологического единства всех сетей и средств электросвязи в
интересах их комплексного использования, повышения эффектив-
ности и устойчивости функционирования связи.
В п. 1.1. дано определение первичной и вторичных сетей и далее
будем рассматривать только первичную сеть, которая является ба-
зой для построения вторичных.
Первичная сеть ЕАСС изначально создавалась для организации
общегосударственной телефонной сети, в основу которой был по-
ложен так называемый зоновый принцип. Зона — это территория,
на которой абоненты всех местных телефонных сетей охвачены еди-
ной семизначной нумерацией. Границы зоны обычно совпадают с
границами административно-территориальной единицы (автоном-
ная республика, край, область).
Центры зон (например, областные центры) связаны между со-
бой стандартными линиями передачи магистральной первичной
сети. Современные эти линии строятся, как правило, на основе во-
локонно-оптических линий связи (ВОЛС) с использованием циф-
ровых систем передачи большой пропускной способности. Нашли
применение также коаксиальные кабельные линии связи, радиоре-
лейные и спутниковые каналы.
Несмотря на то, что первичная сеть ВСС РФ строится по терри-
ториальному принципу, она представляет собой единое целое и со-
стоит из трех уровней (рис. 1.3). Магистральный уровень сети (МС)
обеспечивает соединение между собой центров всех внутризоновых
первичных сетей (ВЗС), которые, в свою очередь, позволяют соеди-
нить центры местных первичных сетей. Магистральная сеть охва-
тывает территорию всей страны, поэтому максимальная протяженность
линейного тракта первичной сети принимается равной 12500 км. Внут-
ризоновая сеть располагается на территории одной зоны нумера-
ции. Эта сеть соединяет центр зоны с районными центрами и при
необходимости районные центры между собой. Протяженность
линейного тракта ВЗС составляет 600 км. Местная сеть строится в
N>
Рис. 1.3
пределах города или сельского района, максимальная длина ли-
нейного тракта не превышает 100 км.
Из рис. 1.2 видно, что сеть ЕАСС имеет, как правило, радиаль-
но-узловую структуру построения.
Сеть связи МПС, как ведомственная сеть, является составной
ВСС РФ и охватывает всю сеть железных дорог страны.
Особенности построения первичной сети связи железнодорожно-
го транспорта определяются в основном его административной струк-
турой и спецификой управления грузо- и пассажиропотоками, так
как по своей сущности транспортная связь является технологической.
Технологическая сеть связи МПС, являясь одним из компонен-
тов отрасли, обеспечивает передачу и распределение всевозмож-
ных информационных потоков, необходимых для нормального
функционирования производственных процессов всех подразделе-
ний железнодорожного транспорта и удовлетворения потребнос-
тей населения в услугах связи. Технологическая связь не просто
обслуживает то или иное производство железнодорожного транс-
порта, а, непосредственно проникая в него, является одним из важ-
нейших звеньев единого процесса управления производством.
В последние годы темпы роста средств связи опережают темпы
роста объемов перевозок, но, несмотря на это, в современных ус-
ловиях работы транспорта ощущается острый недостаток в сред-
ствах связи на всех уровнях иерархической структуры управления
отраслью, что связано с повсеместным внедрением на сети желез-
ных дорог автоматизированных систем управления технологичес-
кими процессами. Развитие информационных технологий является
насущной необходимостью совершенствования технологического
процесса перевозок. Успешное структурное реформирование от-
расли возможно только на основе внедрения автоматизированных
систем управления всеми видами деятельности железнодорожного
транспорта и, в первую очередь, путем создания автоматизирован-
ных дорожных центров управления перевозками, внедрения сис-
тем электронного документооборота, автоматизации расчетов за
перевозки, предоставления сервисных услуг пассажирам и т.д.
13
СЕТЬ СВЯЗИ МПС
14
Структура первичной сети связи на железных дорогах соответ-
ствует иерархии управления отраслью и включает в себя четыре
уровня сетей (рис. 1.4).
Магистральная сеть связывает главный магистральный узел свя-
зи (центральная станция связи МПС) со всеми магистральными
сетевыми узлами МУ. Между магистральными узлами, в качестве
которых используются узлы управления дорог, организуются ли-
нии связи, обеспечивающие надежность и живучесть первичной сети
электросвязи в целом. Максимальная протяженность линейного
тракта магистральной первичной сети железнодорожного транспор-
та принимается такой же, как и первичной сети Министерства свя-
зи, и составляет 12500 км.
Дорожная сеть обеспечивает связь между работниками управ-
лений дороги и отделений, находящихся в пределах этой дороги, а
также отделений и станций между собой. Она включает в себя до-
рожные ДУ, отделенческие ОУ сетевые узлы, а также сетевые узлы
крупных участковых станций УС. Дорожная первичная сеть мо-
жет рассматриваться как аналог внутризоновой сети Министер-
ства связи, однако максимальная длина ее линейного тракта дос-
тигает 1500 км, т.е. она больше протяженности линейного тракта
внутризоновой сети, которая составляет 600 км.
Отделенческая сеть связи является следующим уровнем иерар-
хии, ее структура построения имеет ряд специфических особеннос-
тей, которые поясняются ниже. Средняя длина линейного тракта
отделенческой первичной сети принимается равной 500 км. Отде-
ленческая сеть служит для организации связи внутри отделения
железной дороги и включает в себя все оконечные ОС и промежу-
точные ПС станции сети.
Местная сеть связи обычно организуется в пределах крупных
железнодорожных узлов и станций. Протяженность линий местной
сети связи, как правило, не превышает 10 км.
Структуры организации первичной сети связи железнодорож-
ного транспорта на магистральном и дорожном уровнях ана-
логичны структурам магистральной и зоновой связи ВСС РФ.
Для повышения живучести сети первичная сеть железных дорог
России имеет узлы взаиморезервирования с сетями Министерства
связи и других ведомств.
15
Существующая первичная сеть связи железнодорожного
транспорта является в основном аналоговой и организована на кабель-
ных и воздушных линиях передачи. Кабельные линии на Российских
железных дорогах (РЖД) строятся, как правило, с применением
специального кабеля марки МКПАБ 7x4x1,05 + 5x2x0,7 с поли-
этиленовой изоляцией жил, алюминиевой оболочкой и ленточной
стальной броней [2]. Из семи четверок кабеля три (вторая, четвер-
тая и шестая) симметрируются в спектре частот до 252 кГц и рас-
считаны для работы систем передачи с частотным разделением ка-
налов (ЧРК) К-бОп, К-60Т, по каналам которых организуются
магистральная и дорожная сети связи. Пятая четверка симметри-
руется в спектре до 108 кГц и предназначена для работы аппарату-
ры К-24Т. Оставшиеся три четверки предназначены для организа-
ции каналов низкой частоты (НЧ) отделенческой сети связи в
диапазоне частот 0,3—3,4 кГц. Пять сигнальных пар (5x2x07) ис-
пользуются для работы систем железнодорожной автоматики (ав-
тоблокировки, переездной сигнализации, частотно-диспетчерского
контроля и др.).
В зависимости от интенсивности перевозочного процесса, осна-
щенности участков железных дорог устройствами автоматики, те-
лемеханики, вычислительной техники и с учетом потребности в
каналах связи на РЖД используются одно-двух- и трехкабельные
линии передачи.
Однокабельные линии строятся в ограниченных объемах (в ос-
новном на тупиковых и рокадных участках железных дорог), где
потребность в каналах магистральной и дорожной связи невелика.
При этом применяется, как правило, малоканальная аппаратура ЧРК.
Широкое распространение на РЖД находят двухкабельные ли-
нии передачи, которые оборудуются 60-канальной аппаратурой
К-бОп или К-60Т [3]. Трехкабельные линии применяются на особо-
грузонапряженных участках железных дорог. Они строятся по
принципу использования для магистральной и дорожной сетей свя-
зи двух кабелей емкостью 4x4 каждый и одного (третьего) кабеля
емкостью 7x4,14x4 или сигнально-блокировочного с парной скрут-
кой жил емкостью до 19 пар. Здесь применяются системы передачи
К-бОп, К-24Т, К12+12 или аналогичные им по параметрам. Имеет-
ся опыт использования трехкабельных магистралей для органи-
зации линейных трактов цифровых систем передачи.
16
Двух-
и трех-
кабельные
Воздушные
РРЛ линии
ВОЛС
Однокабельные
Рис. 1.5
На начало 2001 г. на Рос-
сийских железных дорогах на-
ходились в эксплуатации око-
ло 20 тыс. км воздушных,
около 20 тыс. км однокабель-
ных, более 55 тыс. км двухка-
бельных и трехкабельных,
9,0 тыс. км радиорелейных РРЛ
и 11 тыс. км волоконно-оптических линий связи ВОЛС (рис. 1.5).
На указанных линиях (за исключением ВОЛС) применяется ап-
паратура разработки 70—80-х гг. емкостью от 3 до 60 каналов
тональной частоты [4].
Несмотря на то, что строительство ВОЛС ведется достаточно ин-
тенсивно, учитывая масштабы сети, очевидно, что аналоговое обо-
рудование будет еще довольно долго находиться в эксплуатации.
Поэтому действующая аналоговая сеть должна поддерживаться в ра-
ботоспособном состоянии и модернизироваться, являясь на магист-
ральных направлениях резервом цифровой сети связи.
В Концепции создания цифровой сети связи МПС России [5] в
качестве генерального направления принято развитие магистраль-
ных и дорожных линий на основе цифровых систем передачи ин-
формации с применением волоконно-оптических кабелей (ВОК).
Применение ВОК решает проблемы организации высококаче-
ственных каналов магистральной и дорожной связи на грузонапря-
женных участках, но является достаточно дорогостоящим спосо-
бом на местном уровне, особенно при доведении волокна до
абонента. Поэтому актуальность вопросов использования существу-
ющих кабельных линий передачи для работы ЦСП будет сохранять-
ся еще довольно длительное время. Эта проблема является общей
как в нашей стране, так и за рубежом. По оценкам специалистов,
существующие кабельные линии будут составлять основу сетей те-
лекоммуникаций в течение ближайших 15 лет, а на уровне местных
сетей до 30 лет.
Сеть связи МПС является сетью ограниченного пользования.
Доступ к сети возможен только для определенного контингента
абонентов. Однако, как отмечалось, созданная и функционирую-
щая дл^оёесдеченвд цроизво^сте^нных и специальных нужд
17
железнодорожного транспорта, находящаяся в ведении МПС и эк-
сплуатируемая им сеть связи МПС является частью ВСС РФ.
Сеть связи МПС имеет выход на сеть связи общего пользования,
сети связи для нужд управления, обороны, безопасности и охраны
правопорядка и сети связи других ведомств. Условия сопряжения
определяются Положением о порядке присоединения сетей элект-
росвязи к сетям общего пользования и порядке регулирования про-
пуска телефонного трафика по сетям электросвязи общего пользо-
вания Российской Федерации.
Подключение сооружений электросвязи железнодорожного
транспорта к общегосударственной сети предусматривается на до-
говорной основе в соответствии с техническими условиями, выда-
ваемыми территориальными органами Министерства связи.
В процессе совместного функционирования сетей, входящих в
ВСС РФ, для выполнения общих задач по обеспечению услугами
электросвязи их абонентов между сетями возникает технологичес-
кое, экономическое и правовое взаимодействие.
Технологическое взаимодействие определяется взаимодействи-
ем технических средств и эксплуатационного персонала сетей в про-
цессе решения задач обеспечения возможности связи между абонен-
тами сетей, комплексного использования ресурсов сетей и
повышения эффективности и устойчивости работы ВСС РФ.
Взаимное резервирование каналов и трактов общегосударствен-
ной первичной сети с каналами и трактами первичной сети элект-
росвязи железнодорожного транспорта осуществляется по специ-
альным соединительным линиям между магистральными,
дорожными, отделенческими сетевыми узлами, а при необходимо-
сти участковыми сетевыми станциями и сетевыми узлами, сетевы-
ми станциями первичной сети ВСС РФ.
Каналы и тракты, организованные в соединительных линиях
между сетями, должны удовлетворять действующим нормам на элек-
трические параметры типовых каналов, сетевых трактов (согласно
ГОСТ 21655-87 для аналоговых каналов и трактов и ГОСТ 26886-86
для цифровых каналов и трактов). В соединительных линиях дол-
жна быть предусмотрена возможность организации каналов теле-
механики, служебной связи между сетевыми узлами взаимодей-
\ \ - 'Г ч.. < д . е
18
ствующих первичных сетей для обмена служебной информацией
между оперативно-техническим персоналом и (или) ЭВМ.
Сопряжение цифровых каналов передачи и групповых трактов,
образованных на первичной сети общего пользования, с аналогич-
ными каналами передачи и групповыми трактами ведомственной
первичной сети должно выполняться в сетевых узлах с учетом реко-
мендаций МСЭ-Т и действующих ГОСТ 21655-87, ГОСТ 26886-86,
ГОСТ 27763-88 и ГОСТ 27908-88. Состояние всего составного ка-
нала или тракта, включающего участки соединительных линий
между сетевыми узлами первичных сетей разных операторов, дол-
жно контролироваться средствами операторов, которым эти кана-
лы и тракты предоставлены. ,
Министерство путей сообщения в соответствии с Законом РФ
«О связи» получило лицензию на право, без ущерба для основной
деятельности, использовать находящиеся в его ведении техничес-
кие средства в коммерческих целях. Таким образом, при выполне-
нии правил присоединения к ВСС РФ соответствующие подразде-
ления железнодорожной связи приобретают статус оператора сети
связи общего пользования.
Экономическое взаимодействие сетей и взаиморасчеты между опе-
раторами связи осуществляются на договорной основе по принци-
пам, определенным Министерством связи РФ.
Правовой статус железнодорожной сети связи определяется от-
ношением оборудования и средств связи МПС к федеральной соб-
ственности и регулируется всей системой законодательных, право-
вых и нормативно-технических актов Российской Федерации,
которые включают в себя акты общего характера и специальное
законодательство в области связи.
19
Глава 2, Принципы передачи информации
2.1. Понятие об информации и сообщении
Задачей техники электрической связи является одно- или дву-
сторонняя передача на расстояние различного рода информации.
Понятие «информация» охватывает широкий круг сведений, ко-
торыми в процессе повседневной деятельности и жизни обменива-
ются люди. Информацией могут быть речь абонента, буквенный
или цифровой текст, математические или другие условные знаки,
музыка, чертежи, рисунки, фотографии, движущиеся изображения,
различные сигналы и т.д. В обмене информацией могут принимать
участие машины или приборы, используемые для создания, переда-
чи, приема и переработки информации.
Обмен информацией между пользователями сети связи проис-
ходит в форме сообщений, которые могут передаваться от одного
абонента (источника сообщений) к другому или многим абонентам
(получателям сообщений), а также от нескольких источников сооб-
щений к одному получателю.
К сообщениям относится информация, представленная в опре-
деленной форме, например в форме речи при телефонной передаче.
Если сообщение в конечный промежуток времени имеет конечное
число значений, то его называют дискретным; если же в конечный
промежуток времени сообщение имеет бесконечно большое число
значений, т.е. характеризуется непрерывной функцией времени, то
оно является непрерывным или аналоговым. Помимо телефонных
сообщений по сети связи могут передаваться телеграфные, факси-
мильные сообщения, сообщения в виде потоков данных, программ
звукового и телевизионного вещания и т. д.
Сообщению свойственна избыточность, т.е. наличие в нем не-
существенных для понимания элементов. Такие элементы могут
быть отброшены без потери смысла передаваемого сообщения.
Степень избыточности речи зависит от свойств самого сообщения
и может составить 50 % и более. Уменьшение избыточности при
передаче сообщений позволяет снизить стоимость устройств свя-
зи. Так, при телефонной передаче в аналоговой форме избыточ-
20
ность уменьшают сужением полосы частот передаваемых речевых сиг-
налов. Речевые сигналы занимают диапазон частот от 80 до 12000 Гц,
а устройства связи (микрофон, канал тональной частоты, телефон
и т.д.) рассчитаны на передачу сигналов с частотами от 300 до
3400 Гц. Несмотря на такое сужение полосы частот передаваемых
речевых сигналов, разборчивость речи достигает 98 %, что вполне
достаточно для определения качества передачи как отличное.
Аналоговые сигналы характеризуются не только полосой час-
тот, но и такими характеристиками, как динамический диапазон,
отношением сигнал/помеха, допустимыми искажениями; дискрет-
ные—скоростью передачи, коэффициентом ошибок, фазовыми или
временными флуктуациями. Передача сообщений в сети характе-
ризуется также объемом, вероятностью отказа в передаче, време-
нем замедления в доставке, качеством приема, вероятностью утери.
При передаче данных предъявляются жесткие требования к вер-
ности передаваемой информации и, следовательно, к безошибоч-
ной работе устройств связи, с помощью которых эта информация
передается от источника к получателю. Столь высокие требования
к верности передачи заставляют создавать системы связи, работа-
ющие почти без помех и искажений (что практически невозможно)
или разрабатывать и применять соответствующие устройства, по-
вышающие верность передачи данных. Подобные устройства об-
наруживают и даже частично исправляют возникшие ошибки и ис-
кажения. Это достигается применением специального кодирования
сообщений, вследствие чего неизбежно появляется избыточность в
передаваемой информации, но обеспечивается, в конечном счете,
передача сообщения с требуемой верностью.
Таким образом, процесс обмена информацией может сопро-
вождаться как уменьшением, так и увеличением избыточности со-
общений, в зависимости от вида передаваемой информации и тре-
бований к качественным параметрам обмена. Качественные
показатели передачи для каждого вида информации устанавли-
ваются в зависимости от требований пользователей и возможно-
стей соответствующих сетей.
21
2.2. Принципы передачи сообщений при помощи
электрической энергии
Поступающая от источника сообщений ИС 1 информация (рис. 2.1)
может быть самой разнообразной (речевой сигнал, текст, изображе-
ние и т.п.). На выходе преобразователя П1 эта информация долж-
на приобретать форму электрического сигнала. Следовательно, под
электрическим сигналом будем понимать изменение электрическо-
Рис. 2.1
го состояния цепи (изменение тока, напряжения и т.п.), однознач-
но отображающее передаваемое сообщение. Требование однознач-
ности необходимо, так как только в этом случае можно по приня-
тому на приемной станции электрическому сигналу восстановить
передаваемое сообщение. В качестве преобразователя используют
микрофон при передаче речи, фотоэлемент при передаче, напри-
мер, неподвижных изображений, телеграфный аппарат и т. п.
При передаче электрического сигнала в реальных условиях в
передающем Пер, приемном Пр устройствах и линии передачи ЛП
будут возникать помехи, вызываемые различными факторами. Это
могут быть влияния от электростанций и линий электропередачи,
тягового тока электрифицированных дорог, атмосферные помехи
и импульсные помехи от устройств железнодорожной автоматики.
В процессе передачи сигнал может искажаться не только под воз-
действием помех, но и, например, вследствие ограничения его спек-
тра частот. Искажения и помехи нормируются, и на приеме они не
должны быть больше допустимых.
22
Принятый электрический сигнал в преобразователе Пп1 преоб-
разуется в форму, пригодную для получателя сообщения ПС1. Пре-
образователем Пп 1 может быть телефон или громкоговоритель при
передаче речи или музыки, приемная часть телеграфного или фак-
симильного аппарата при передаче текста и т.п.
Самым дорогостоящим элементом системы электрической свя-
зи является линия передачи, в качестве которой используют пару
проводов воздушной линии, симметричного или коаксиального
кабеля, волокна оптического кабеля, ствол радиорелейной линии
и т. п. Поэтому линию передачи невыгодно применять для переда-
чи только одного электрического сигнала.
На рис. 2.1 штриховыми линиями показано поступление на вход
передающего устройства Пер электрических сигналов от других
источников информации. В этом случае в передающем устройстве
необходимо так преобразовать электрические сигналы, чтобы при
передаче по ЛП они не мешали друг другу, могли быть раздельно
приняты в приемном устройстве Пр и направлены к соответствую-
щим получателям сообщений ПС1-ПС/.
В некоторых случаях Пер кодирует электрические сигналы. Ко-
дирование заключается в представлении электрического сигнала в
виде комбинации импульсов, составленной по определенному
коду. В этом случае в приемнике происходит декодирование, при
котором по принятой комбинации импульсов восстанавливается
требуемое значение сигнала.
Изучение различных способов преобразования сигналов, позво-
ляющих их разделение, т.е. независимый прием на приемной стан-
ции, является одним из основных вопросов изучаемого предмета.
Совокупность устройств и среды распространения сигналов,
обеспечивающая независимую передачу каждого данного электри-
ческого сигнала с передающей на приемную станцию по линии пе-
редачи, называется каналом передачи.
Система электрической связи, обеспечивающая одновременную
и независимую друг от друга передачу нескольких электрических
сигналов, называется многоканальной, если передается только один
сигнал — одноканальной.
23
2.3. Электрические сигналы и их характеристики
Для ознакомления со свойствами электрических сигналов и их ха-
рактеристиками рассмотрим один из простейших сигналов, представ- 7
ляющий собой периодически повторяющуюся серию импульсов, ин-
тервал между которыми равен длительности импульса (рис. 2.2, а).
Такой сигнал, как изменение электрического тока во времени, мож-
но представить в виде суммы постоянного тока (рис. 2.2, б), так
Рис. 2.2
называемой постоянной составляющей, равной в данном случае
половине амплитуды импульса 1/2, и суммы синусоидальных со-
ставляющих с различными частотами. Частота тока первой гармо-
ники соответствует частоте следования импульсов, а его амплиту-
да равна 2Ил (рис. 2.2, в). Ток третьей гармоники имеет частоту,
в 3 раза большую, и амплитуду 21/Зл (рис. 2.2, г). Ток пятой гар-
моники, частота которой в 5 раз больше первой, имеет амплитуду
21/5л (рис. 2.2, д) и т.д. Следовательно,
i(t) = //2 + 2//Tt[coscoZ -(l/3)cos3<o/ -(l/5)cos5o)Z - ...].
24
В справедливости этого ут-
верждения можно убедиться,
графически складывая указан-
ные составляющие (рис. 2.3).
Чем больше составляющих
складывается, тем точнее вы-
рисовывается форма исход-
ного импульса. Точно вос-
произведена форма сигнала
будет только при сложении
бесконечно большого числа
гармонических составляю-
щих. Практически абсолют-
но точного воспроизведения
электрического сигнала на
приемной станции не требу-
ется, поэтому всегда допуска-
ется некоторое, часто весьма
значительное, сокращение
числа гармонических состав-
ляющих сигнала.
Совокупность гармонических составляющих рассматриваемого
сигнала, называемая его спектром, приведена на рис. 2.4. На этом
рисунке: а — постоянная составляющая; б — первая гармоника; в —
третья гармоника; г — пятая гармоника.
В общем случае сигнал может иметь интервал между импуль-
сами, больший длительности самого импульса /о- (рис. 2.5, а). Та-
кой сигнал наряду с постоянной составляющей содержит четные
(2, 4, 6, ...) и нечетные (1, 3, 5, ...) гармонические составляющие
(рис. 2.5, 6) и может быть представлен выражением
и(/) » С/а/0 IT + 2£/а /7r[sin (со/0 /2)cos со/ + (1 /2)sin (2ш/0 /2)cos2со/ +
+ (1 /3)sin( ЗсоГо /2)cos Зоя +...] « Щ cos cat + U2 cos2co/ +
+ cos 3<dz + ... + Uk cos A'toz,
/
где t/a — амплитуда импульсов; (d = 2nf — круговая частота следова-
ния импульсов; (q — их длительность; T-\!f — период повторения; Uq —
постоянная составляющая сигнала.
25
Амплитуду А>й гармонической со-
ставляющей сигнала Uk =[2t7a/far]x
xsin &(«и0/2) сигнала можно пред-
ставить в виде
' I_____I____I____I____I___I________
О <О| 3(015(017(0(9(01 Ю(ц cd U. (СЛ rnco/7t:)[sin Лг(соГп/2)]/Аг(соГп/2) =
К « v V v
Рис. 2.4
= (26% /T)[sin (км0/T)]/(/att0/T).
Спектры периодически повторя-
ющихся сигналов (см. рис. 2.4 и 2.5, б) называются дискретными
или линейчатыми.
Электрические сигналы не являются периодическими функциями.
Непериодические функции, как и периодические, могут быть пред-
ставлены в виде суммы гармонических составляющих. Пояснить это
можно так. Будем увеличивать период Т последовательности им-
пульсов (см. рис. 2.5, а), сохраняя длительность импульса Iq и его
форму. Исходный спектр последовательности импульсов (рис. 2.6, а)
после удвоения периода Тпримет следующий вид (рис. 2.6, б). Чис-
ло линий спектра удвоилось, а расстояние между смежными лини-
ями сократилось в 2 раза и также в 2 раза уменьшилась амплитуда
линий. С дальнейшим безграничным увеличением периода Тчасто-
та первой гармоники Ю| = 2л/| =2л 1Т\ еще более уменьшится и в
пределе приблизится к нулю. Так же к нулю будет стремиться и ин-
тервал частот между смежными гармониками, так что линии сольются
и в результате образуется сплошной спектр. С ростом частоты бу-
дут стремиться к нулю и амплитуды линий спектра. Изобразить гра-
фически сливающиеся линии спектра невозможно. Поэтому вместо
амплитуд линий спектра показывают (рис. 2.6, в) их относительные
значения v. Функцию v называют спектральной плотностью.
2<ц Зц 4<ц 5<ц
Рис. 2.5
26
1Ч1д
Л/с. 2.6
1^14
Речевой сигнал нельзя счи- а
тать периодическим. Лишь с не-
которым приближением можно
отнести к периодическому сиг-
налу длительное воспроизведе-
ние какой-либо гласной буквы, б
Речевые сообщения, а следова-
тельно, и отображающие их
электрические сигналы представ-
ляют собой некоторые функции
времени. Речевой сигнал, посту- в
пающий со стороны телефонно-
го аппарата на оборудование
систем передачи, имеет непре-
рывный характер, так как он
обусловлен воздействием не-
прерывно меняющегося звуко-
вого давления на мембрану микрофона. Такие непрерывно изме-
няющиеся сигналы называют аналоговыми. Пример речевого
сигнала, поступающего на вход передающего устройства, приве-
ден на рис. 2.7, а.
Как было отмечено выше, для передачи речи с удовлетвори-
тельной степенью разборчивости достаточно передать ограничен-
ный диапазон частот 300—3400 Гц. При этом не передаются высоко-
частотные составляющие спектра речевого сигнала, определяющие
главным образом тембр или окраску речи. Вследствие этого форма
электрических колебаний несколько изменяется (рис. 2.7, б).
а
Рис. 2.7
27
Итак, любой электрический сигнал — это процесс изменения
электрического состояния цепи во времени, при котором в ней по-
является спектр частот, дискретный при периодических и непрерыв-
ный при апериодических сигналах. Передать сигнал без искаже-
ний, не передавая его спектр, невозможно. Любое сокращение
спектра, допущенное при передаче, ведет к искажению сигнала.
Спектр реальных сигналов всегда ограничен и, следовательно,
при их передаче существуют некоторые искажения, не превышаю-
щие допустимых значений.
Таким образом, ширина спектра сигнала, равная разности мак-
симальной Fmax и минимальной Fmjn частот передаваемого спектра
(АГ = Fmax - Fmin), является одной из важнейших его характеристик.
Другая важная характеристика электрического сигнала — его
динамический диапазон, который представляет собой отношение
максимальной (пиковой) мощности РСтахсигнала к его минималь-
ной мощности Pmin, выраженное в логарифмических единицах. Под
пиковой мощностью понимается мощность сигнала, превышаемая
в течение определенного времени. Динамический диапазон сигна-
ла при использовании системы десятичных логарифмов
£>c«101g(Pc /Рс ).
max min
Динамический диапазон речевых сигналов составляет 35—40 дБ.
Длительность действия (время существования) сигнала также
является важной его характеристикой, так как определяет количе-
ство передаваемой информации.
Произведение трех перечисленных величин (ширины спектра,
динамического диапазона и времени существования сигнала) на-
зывается объемом сигнала, так как эта характеристика во многом
определяет объем передаваемой информации.
В реальных условиях сигналы связи передаются по линиям пе-
редачи, в которых действуют различного рода помехи. Поэтому
наиболее важным является не абсолютное значение мощности сиг-
нала, а ее соотношение с мощностью помехи. Из этих соображе-
ний обычно рассматривается и нормируется особая величина —
защищенность сигнала от того или иного вида помехи.
28
Под защищенностью понимается разность уровней сигнала и
помехи в данной точке канала связи:
^защ “ Ре ~ Рп “
Следует заметить, что реальный речевой сигнал является непе-
риодическим случайным процессом, поэтому при рассмотрении
его свойств следует, строго говоря, пользоваться понятиями и оп-
ределениями из теории случайных процессов и теории информа-
ции. Тем не менее в ходе дальнейшего изложения в целях упроще-
ния будем считать, что сигнал представляет собой спектр конечного
числа п дискретных составляющих, каждая из которых имеет оп-
ределенные амплитуду Uj, частоту Й/ и фазу <р,-:
п
и ~ cos(Qft + ср,-).
/=1
Иными словами, будем считать, что сигнал представляет собой пе-
риодический процесс. Этот подход позволит значительно упростить
анализ и понимание физических процессов в элементах аппаратуры.
2.4. Дальность передачи по проводным линиям
Прежде чем приступить к изучению способов организации на
одной линии передачи нескольких независимых друг от друга теле-
фонных разговоров, рассмотрим более простой случай передачи
электрического сигнала по физическим цепям воздушной или ка-
бельной линии. Задача организации, например, двусторонней те-
лефонной связи на относительно небольшие расстояния может быть
решена соединением двух телефонных аппаратов с местным элект-
ропитанием (системы МБ) двухпроводной физической цепью, так
как каждый телефонный аппарат позволяет вести передачу и прием
речевых сигналов и, кроме того, рассчитан для подключения
к двухпроводной цепи.
Однако дальность телефонной передачи по проводным линиям за-
висит от их затухания, амплитудных и фазовых искажений сигнала,
помех разного рода, времени распространения и некоторых других
явлений. В технике многоканальной телефонной связи необходимо
29
достаточно хорошо согласовывать входные сопротивления элемен-
тов цепи друг с другом. Поэтому дальность телефонной передачи
по затуханию в децибелах (дБ) может быть определена из выраже-
ния для собственного затухания цепи
а = а/, (2.1)
где а — коэффициент затухания физической цепи на расчетной часто-
те 800 Гц, дБ/км; / — длина цепи, км.
Из формулы (2.1) определяется дальность телефонной передачи, км
/ = «/а. (2.2)
Значения коэффициента затухания цепей различного типа изве-
стны. Поэтому для определения дальности телефонной передачи не-
обходимо найти допустимое значение затухания цепи. Следует учи-
тывать, что мощность электрических колебаний на выходе
телефонного аппарата Рпер = 1 мВт. Чувствительность телефона, т.е.
минимальная мощность электрических колебаний, которую нужно
подвести к нему, чтобы абоненты могли разговаривать, Рпр = 0,001 мВт.
Отсюда максимально допустимое значение затухания всего тракта
передачи
а = 10 lg( Рпер / Рпр) -10 1g 1000 = 30 дБ.
Это затухание принимают равным 29,4 дБ. Но телефонный ап-
парат абонента непосредственно в междугородную линию не вклю-
чают. Абонентскую линию АЛ включают (рис. 2.8) через местную
АТС, соединительные линии СЛ и междугородную телефонную
станцию МТС (отделения дороги). Учитывая, что затухание этих
элементов по существующим нормам не должно превышать 9,5 дБ,
максимально допустимое затухание линии передачи может быть не
более 10,4 дБ. Исходя из этого, дальность телефонной передачи по
каналу низкой частоты можно определить по формуле (2.2), при-
нимая затухание а = 9 + 10 дБ.
Расчеты показывают, что дальность непосредственной телефон-
ной передачи по воздушным медным цепям с проводами диамет-
ром 3—4 мм составляет 270—430 км, по воздушным биметалли-
ческим проводам диаметром 4 мм и толщиной медной оболочки
0,4 мм — 160—180 км, по стальным воздушным проводам диамет-
ром 4—5 мм — 40—75 км, по симметричным кабельным непупинизи-
рованным цепям с жилами диаметром 0,9—1,2 мм — 15—25 км и т.д.
30
ОС МТС Участок магистоальной МТС ОС
jMdllVK Mai HL IpaJlbnUl-1
АЛ q СЛ q и дорожной сетей связи q СЛ q АЛ
АТС Отделение Отделение АТС
_ 9,5дБ г[х Ю,4дБ >|< 9,5дБ
29,4 дБ
Рис. 2.8
Амплитудно- и фазочастотные искажения сигналов возрастают с
увеличением длины линейной цепи и поэтому также ограничивают
дальность передачи. При телефонной передаче большое значение
имеют амплитудно-частотные искажения, обусловленные зависимо-
стью затухания линейной цепи от частоты сигнала. С увеличением
длины цепи эти искажения могут вызвать столь большое искажение
передаваемых речевых сигналов, что нельзя будет понять говоря-
щего. Фазочастотные искажения обусловлены неодинаковой скоро-
стью распространения по линейной цепи составляющих сигнала
разных частот. Они не оказывают заметного влияния на качество
передачи речевых сигналов на небольшие расстояния.
Помехи в телефонных каналах — это посторонние электричес-
кие колебания, воспринимаемые как звук и влияющие на качество
тракта передачи — маскируют и заглушают передаваемую речь.
Значение помех (шумов, тресков, переходных разговоров и т.п.),
как правило, возрастает с увеличением длины линии передачи и
может стать настолько большим, что передача речевых сигналов
окажется невозможной.
Дальность телефонной передачи может быть увеличена умень-
шением коэффициента затухания цепи или усилением электричес-
ких сигналов. Для уменьшения коэффициента затухания помимо
применения проводов с большим диаметром или большей прово-
димостью может быть использован способ искусственного повы-
шения индуктивности цепи — пупинизация [2]. Этот способ позво-
ляет в несколько раз увеличить дальность передачи, однако не
решает задачи организации связи на любые расстояния. К тому же
пупинизированная цепь, т.е. цепь с включенными в нее через опре-
деленные расстояния катушками индуктивности, представляет со-
бой фильтр нижних частот, который ограничивает спектр частот
31
передаваемого сигнала. Поэтому пупинизированные цепи не могут
быть использованы для организации большого числа каналов связи.
Наиболее целесообразным и перспективным оказался метод уси-
ления электрических сигналов, который стал основным. Так как уси-
лительные элементы (УЭ) обладают односторонним усилением, для
усиления сигналов на двухпроводных линиях применяют двусторон-
ние телефонные усилители, в которых два усилительных элемента
включены встречно и через специальные переходные устройства под-
ключены к двухпроводной цепи (рис. 2.9). В качестве таких устройств
обычно используют дифференциальные системы (ДС) [6]. Назначе-
ние элементов и принцип действия усилителя изложены в п. 2.5.
Рис. 2.9
Каналы низкой частоты (НЧ), организованные по двухпровод-
ным цепям с двусторонними усилителями, называются каналами
НЧ однополосной двухпроводной системы, так как по таким цепям
в обоих направлениях передаются токи одной и той же полосы час-
тот. Система связи по двухпроводным цепям с такими усилителя-
ми, как будет показано ниже, оказалась пригодной для связи на срав-
нительно небольшие расстояния (до 2000 км по воздушным медным
и 300—350 км по стальным цепям) и, следовательно, не решала про-
блемы увеличения дальности телефонной передачи.
32
Организация двусторонней телефонной связи на большие рас-
стояния возможна по четырехпроводным цепям с односторонними
усилителями (рис. 2.10). Каждая двухпроводная цепь (из которых
образуется четырехпроводная) используется для передачи речевых
сигналов только в одном направлении. В конечных пунктах таких
цепей устанавливают устройства для перехода на двухпроводные
абонентские линии ДС. На рис. 2.10 ОУс1, ОУс2 — оконечные уси-
лители, ПУс — промежуточные.
Каналы НЧ четырехпроводной системы вследствие передачи в
обоих направлениях токов одной и той же полосы частот называются
каналами НЧ однополосной четырехпроводной системы. Основной
недостаток таких каналов состоит в использовании для их организа-
ции четырех проводов вместо двух, что экономически невыгодно.
Усилители можно включать в различных точках цепи: на пере-
даче, приеме или в промежуточных пунктах. На рис. 2.11 приведе-
ны зависимости мощности передаваемых сигналов от длины цепи
для перечисленных случаев.
Дальность передачи без усилителей (рис. 2.11, а) определяется
по формуле 10 = [10 lg( Рпер / Рпр )]/а.
С применением усилителей Ус на передаче (рис. 2.11, б), приеме
(рис. 2.11, в), на обоих оконечных станциях (рис. 2.11, г) или в
промежуточных пунктах (рис. 2.11, д) ее можно увеличить. В этих
случаях дальность
/ = {101g[(Pnep + Pyc)/Pnp]}/a,
где РуС — общее увеличение мощности сигнала усилителями.
2 Зак. 4611
33
a
Рис. 2.11
34
Увеличение дальности
A/ = /-/0=[101g(Pyc/Pnp)]/a.
Однако увеличение мощности сигнала ограничивается тока-
ми помех, создаваемых в соседних цепях, и помехозащищенно-
стью приемника:
А = Р - Р
эащ пр min п’
где Рп — мощность помех.
Таким образом, наиболее целесообразно включать усилители в
цепь каскадно через определенные, обычно равные расстояния. По-
ложительный эффект иногда приносит включение в канал оконеч-
ных усилителей для усиления исходящих и входящих сигналов.
Амплитудные, а в необходимых случаях и фазовые искажения в
усилителях устраняют соответствующими корректорами. Для уста-
новления необходимого уровня громкости передаваемой речи в
состав усилительных устройств вводят регуляторы усиления. Таким
образом, при применении усилителей обеспечивается комплексное
решение задачи увеличения дальности передачи.
Для защиты от помех при устройстве линий передачи исполь-
зуют ряд мероприятий. К ним относятся: скрещивание проводов
цепей на воздушных линиях передачи, скрутка, симметрирова-
ние и экранирование цепей в кабелях и т. д. Кроме того, устрой-
ства связи защищают от помех разного рода фильтрами и други-
ми способами. В результате этого обеспечиваются приемлемые
значения защищенности сигнала от помех.
2.5. Двусторонние усилители
Принцип действия. В двусторонних усилителях применяют два
усилительных элемента: УЭ1 и УЭ2 (см. рис. 2.9), каждый из кото-
рых усиливает токи, проходящие в одном направлении передачи.
Для разделения направлений передачи усилительные элементы
включают в двухпроводные цепи через дифференциальные систе-
мы ДС. Каждая дифференциальная система — это мостовая схема,
плечами которой являются линейные полуобмотки дифференци-
35
ального трансформатора
ДТ (рис. 2.12) с равным чис-
лом витков, линейная цепь
Л и балансный контур БК.
В диагонали моста вклю-
чены непосредственно
входная цепь усилитель-
ного элемента УЭ1 одного
направления передачи и
индуктивно выходная цепь
Рис 2 12 усилительного элемента
УЭ2 обратного направле-
ния передачи.
Если мост уравновешен, выходная цепь элемента УЭ2 и вход-
ная цепь элемента УЭ1 будут «развязаны», т.е. ток, усиленный УЭ2,
не будет ответвляться в элемент УЭ1. Равновесие дифференциаль-
ной системы при равенстве числа витков линейных полуобмоток
трансформатора ДТ достигается при
Zb=Zjj, (2.3)
где Ze — сопротивление балансного контура; Zj\ — входное сопро-
тивление линейной цепи.
Из этого следует, что балансный контур предназначен для ис-
кусственного воспроизведения входного сопротивления линейной
цепи. Если условие (2.3) соблюдено на обеих сторонах усилителя,
то при передаче, например, со стороны линейной цепи Л1 входя-
щий ток замкнется, как показывают стрелки на рис. 2.9, через вход-
ную цепь усилительного элемента УЭ1 и левую полуобмотку транс-
форматора ДТ1. Ток во вторичной обмотке ДТ2 индуцирует ток в
линейных полуобмотках этого трансформатора, который замыка-
ется через линейную цепь Л2 и балансный контур БК2.
Передача в обратном направлении происходит аналогично, но
разговорные токи, поступающие из линейной цепи Л2, усилива-
ются элементом УЭ2. При передаче в прямом и обратном направ-
лениях вследствие уравновешенности обеих дифференциальных
систем нет воздействия усиливаемых токов на усилительный эле-
мент обратного направления. Поэтому в рассматриваемых усло-
виях электрические сигналы проходят через усилитель в прямом и
36
обратном направлениях по электрически независимым друг
от друга цепям.
Направление усиления в обоих усилительных элементах мож-
но изменить на обратное. В этом случае выходы усилительных
элементов будут включены в средние точки дифференциальных си-
стем, а их входы — во вторичные обмотки дифференциальных
трансформаторов.
Если дифференциальные системы усилителя не уравновешены,
то на каждой его стороне часть тока, индуцируемого в линейных
полуобмотках трансформатора ДТ1 (и соответственно ДТ2), ответ-
вляется во входную цепь усилительного элемента обратного на-
правления передачи. В результате в усилителе образуется замкну-
тая цепь распространения электрических колебаний, называемая
цепью обратной связи (ОС) (см. рис. 2.9, штриховая линия). На-
личие цепи ОС в усилителе при определенных условиях может
привести к его самовозбуждению, или генерации. Усилительные
элементы в усилителях телефонной связи рассчитываются для уси-
ления токов разговорных частот. Поэтому частота генерации уси-
лителя также располагается в области разговорных частот. Вслед-
ствие этого токи, генерируемые усилителем и распространяющиеся
по линейной цепи в обе стороны от усилителя, воспринимаются в
аппаратах абонентов в виде свиста, нарушающего разговор.
Практически эти токи обратной связи всегда существуют в уси-
лителе, так как зависимость входного сопротивления линейной цепи
от частоты тока вследствие некоторой ее неоднородности имеет
волнообразный характер.
Таким образом, практически невозможно точно воспроизвести
волновое сопротивление линейной цепи и уравновесить его вход-
ным сопротивлением балансного контура на всех частотах исполь-
зуемого диапазона. Входное сопротивление линии Zjj, имеющее
волнообразный характер, будет отличаться от Zg. Вследствие это-
го переходное затухание дифференциальной системы ап не будет
равно бесконечности и возникнет указанная выше обратная связь,
которая может повлечь за собой генерацию усилителя.
Элементы теории. Генерация двустороннего усилителя появля-
ется только при одновременном выполнении двух условий, называ-
емых условиями возникновения генерации, а именно: когда сумма
37
усилений обоих усилительных элементов на какой-либо частоте
сигнала равна или больше суммы затуханий, вносимых обеими
дифференциальными системами в цепь обратной связи на этой ча-
стоте и тогда, когда сдвиг фаз в цепи обратной связи равен нулю
или кратен 2л.
Математически эти условия можно выразить так:
условие амплитуд
*^уэ1 +*$уэ1 +Лп2’ (2.4)
условие фаз
Фуэ!+Фуэ2+Ф1+Ф2 =«2^ (2.5)
где Sy3 — усиление усилительного элемента; ап — переходное затуха-
ние дифференциальной системы; фУЭ и гр — углы сдвига фаз, вносимые в
цепь ОС соответственно усилительным элементом и дифференциальной
системой; п — любое целое число.
Физически это значит, что появившиеся вследствие каких-либо
причин электрические колебания, обойдя контур обратной связи,
придут в их точку возникновения в такой же фазе и такого же (при
равенстве) или большего (при неравенстве) значения. Будут возни-
кать незатухающие или нарастающие по амплитуде колебания.
Начнется генерация.
Можно считать, что второе условие (2.5) будет обязательно вы-
полняться для какой-либо из относительно широкой полосы частот
усиливаемых сигналов. Поэтому условия возникновения или отсут-
ствия генерации будут определяться только первым условием (2.4).
Упростим формулу (2.4), введя усиление двустороннего усили-
теля в целом S и балансные затухания ае его дифференциальных
систем. В цепь тока основной передачи, проходящего через усили-
тель, каждая из двух дифференциальных систем вносит затухание
3,5 дБ. Вследствие этого усиление 5уэ каждого усилительного эле-
мента должно быть на 7 дБ больше усиления S' усилителя в целом.
Поэтому можно написать, что
Syj = S + 7 дБ.
Подставив это значение в формулу (2.4) и учитывая, что ап = ае+7,
получим Si + 7+ SS+7 s* ае\ + 7+ ае2 + 7; тогда Sj+S2
38
Из этого следует, что генерация будет отсутствовать тогда, ког-
да, обойдя контур обратной связи, возникшие электрические коле-
бания претерпят большее затухание, чем усиление, и не способны
будут поддержать себя. Тогда условие отсутствия генерации мож-
но записать так: ае]+ ае2> $1 + S2 или в простейшем случае, когда
ае\ = ае2 ~ ае И S| = S2 ~ S,
ae~S>0. (2.6)
Если усиление, при котором возникает генерация, считать кри-
тическим 5о (когда So = ае.), формулу (2.6) можно переписать так:
So - S > 0.
Чем больше разность между критическим усилением So и требу-
ющимся от усилителя рабочим усилением S, тем устойчивее рабо-
тает усилитель. Поэтому разность
o = S0-S (2.7)
называется устойчивостью двустороннего усилителя.
Если условия отсутствия генерации выполнены, усилитель не
генерирует и работает устойчиво. Однако существующий при этом
в усилителе ток обратной связи накладывается на усиливаемые сиг-
налы и вызывает их искажение. Это объясняется тем, что ток об-
ратной связи усилителя складывается с усиливаемыми разговорны-
ми токами в разных фазах. В результате на одних частотах
взаимодействующие токи складываются, на других вычитаются, а
на остальных частотах складываются геометрически. Это вызыва-
ет неравномерное усиление частотных составляющих разговорно-
го сигнала и является причиной искажений. Искажения такого рода
называются искажениями от обратной связи.
Выражение (2.7) показывает, что для обеспечения устойчивости
работы двустороннего усилителя необходима возможно лучшая ба-
лансировка его дифференциальных систем, что позволит увеличить
их балансное затухание ае. В то же время из него следует, что усиле-
ние, получаемое от усилителя, ограничено условием S < So - а.
Заметим, что устойчивость усилителя должна быть обеспечена
в наихудших условиях работы канала, в который включен усили-
тель, т.е. в режиме холостого хода на обоих концах, где подключе-
ны коммутаторы или АТС.
39
Покажем, что устойчивость канала определяется его остаточ-
ным затуханием. Численно остаточное затухание канала а$ равно
разности между суммой затуханий, действующих в канале, и сум-
мой введенных в него усилений:
а0 ш
Рассмотрим простейший случай, когда в канал НЧ включен один
усилитель (рис. 2.13) точно в середине цепи и когда яЛ1 = яЛ2 = б/Л
и, следовательно, Sy3\=Sy32=Sy3, где 5уэ = S+7 дБ. Тогда остаточное
затухание для этого канала ао = 2а j] - S.
Предположим, что балансные контуры идеально отображают
волновые сопротивления подключаемых участков Zg = Zj[. Вслед-
ствие полного рассогласования (условия холостого хода) затуха-
ния отражения на концах канала будут равны нулю. Отсюда зату-
хание между точками а и б токов, отраженных от концов цепи (на
рис. 2.13 путь токов показан штриховыми линиями), а = 3,5+3,5+2#л~
=7+2б/л.
Тогда условия генерации усилителя и, следовательно, канала
25уэ = 2(7+2«л) или 5уэ = 7+2ял, но Sy3 = 5+7, отсюда 5 = 2«д или
2aji~S = 0. Следовательно, если остаточное затухание канала
Рис. 2.13
40
б?о = 2aji~S равно нулю, канал будет генерировать. Устойчиво ка-
нал будет работать только в случае наличия в нем остаточного
затухания, которое и определяет его устойчивость. Исходя из ус-
ловия допустимых искажений от действия обратной связи, оста-
точное затухание выбирается равным 7 дБ.
Рассмотренный пример соответствует идеальному случаю, ког-
да Zg = Zj\ В реальных условиях, когда Zg # Zjy устойчивость
канала всегда ниже его остаточного затухания По действую-
щим нормам устойчивость канала с двусторонними усилителями
должна быть не ниже 1,7 дБ при условии режима холостого хода
на обоих его концах.
Устойчивость связи можно повысить снижением усиления усилите-
лей, но это повлечет за собой увеличение остаточного затухания канала.
Каналы НЧ с двусторонними усилителями, как показано выше,
обладают склонностью к самовозбуждению. С увеличением числа
двусторонних усилителей в канале эта склонность к самовозбужде-
нию возрастает вследствие того, что токи обратной связи, появив-
шиеся в каждом усилителе, распространяются в обе стороны от ме-
ста своего возникновения (рис. 2.14). Сплошными стрелками на
рисунке показаны токи обратной связи, возникающие в усилителе
Ус1 вследствие неуравновешенности его дифференциальных систем.
Можно видеть, что ток обратной связи, направляющийся из усили-
теля Ус1 в цепь 2, пройдя последнюю, поступает в левую дифферен-
циальную систему усилителя Ус2 (штриховые стрелки), где усили-
вается и вследствие разбалансировки его дифференциальных систем
поступает обратно по цепи 2 в усилитель Ус1. Результирующий ток
Ус1 Ус2
Рис. 2.14
41
обратной связи в усилителе Ус1 в зависимости от соотношения фаз
токов может возрасти или уменьшиться. Если этот ток возрастает,
то в Ус! может возникнуть генерация, в то время как до включения
усилителя Ус2 генерация в нем отсутствовала. То же самое произой-
дет и в усилителе Ус2 вследствие влияния на него тока обратной
связи, замыкающегося через усилитель Ус1.
Чем больше усилителей включено в цепь, тем больше токов об-
ратной связи будет поступать от других усилителей цепи. В худ-
ших условиях с точки зрения самовозбуждения находятся средние
усилители, так как на них воздействует наибольшее число токов
обратной связи, приходящих с каждой из сторон усилителя. Прак-
тически устойчивая работа двухпроводных каналов с двусторон-
ними усилителями обеспечивается при числе каскадно включен-
ных усилителей не более четырех—пяти.
Глава 3. Принципы построения аналоговый
систем передачи информации
3.1. Разделение каналов по частоте
Основным элементом линии связи является физическая цепь. Она
представляет собой одну или две пары проводов, волновод или све-
товод, предназначенные для передачи сигналов электросвязи. Эко-
номически целесообразно использовать каждую физическую цепь
многократно, т.е. передавать по ней одновременно сигналы от не-
скольких абонентов. Следует наделять эти сигналы определенными
признаками, по которым можно было бы их отличить друг от друга
и разделить на приемной станции. Существует несколько способов
разделения каналов: частотный, временнбй, фазовый, амплитудный.
При частотном разделении каналов (ЧРК) отличительным при-
знаком является частота передаваемых сигналов. При ЧРК спектры
нескольких сигналов, например 1\, /2, /3, размещаются в неперекры-
вающихся частотных полосах //- /|" /2 _ Л ' Л " ЛЛ (рис. 3.1, а).
Условно спектры этих сигналов изображаются в виде треугольни-
ков. Рассмотрим случай, когда первый сигнал будет иметь макси-
мальное значение амплитуды при максимальной частоте /f, тре-
тий — при минимальной частоте /3, а второй — при среднем
значении частоты. В соответствии с принципом независимости (су-
перпозиции) при передаче в линию электрических колебаний, спек-
тры частот которых не перекрываются, они распространяются по
линии независимо друг от друга.
Однако спектры сигналов, поступающих от абонентов, />, I2, /3,
занимают одинаковую полосу частот 0,3—3,4 кГц (рис. 3.1, б). По-
этому необходимо преобразовать спектры сигналов каждого из
абонентов, распределив их по диапазону частот, передаваемому по
линии. Указанное преобразование осуществляется в модуляторах
Ml, М2, М3 токами несущих частот/ь/2,/3 (рис. 3.1, в). Значения
частот несущих токов/|,Л,/з выбираются такими, чтобы спектры
модулированных колебаний не перекрывались. Например, при ши-
рине полосы частот исходных сигналов 3,1 кГц значения несущих
43
a
б
д
44
могут отличаться друг от друга на 4 кГц. Полезный продукт пре-
образования на выходе модулятора выделяется электрическими
полосовыми фильтрами Ф1, Ф2, ФЗ. Указанные фильтры имеют
полосы пропускания соответственно - //', /2 - /2» /3 “ /з- По-
лезные продукты преобразования в каждом канале /1,I2,/3 сохра-
няют соотношения амплитуд, частот и фаз составляющих исход-
ных сигналов z‘i, z’2> 6 и несут всю информацию о них.
Используя в качестве устройства разделения на приемной стан-
ции систему электрических полосовых фильтров Ф Г, Ф2', ФЗ', мож-
но выделить сигнал каждого канала (рис. 3.1, г).
После разделения фильтрами ФГ,Ф2',ФЗ' спектров сигналов
/1, /2, h на приемной станции необходимо выполнить обратное
преобразование. Указанная операция выполняется в демодулято-
рах ДМ1, ДМ2, ДМ3 токами несущих частот, значения которых
должны быть такими же, как на передающей станции (рис. 3.1, д).
На выходе каждого демодулятора появляются электрические ко-
лебания, содержащие составляющие со спектром частот исходно-
го сигнала и высокочастотные продукты преобразования. Фильт-
ром нижних частот ФНЧ, включаемым на выходе демодулятора,
высокочастотные составляющие подавляются и сигнал с исходным
спектром частот поступает абоненту.
Частотное разделение каналов характеризуется: постоянным
подключением всех каналов системы к общему тракту; минималь-
ным диапазоном частот, занимаемым одним каналом; потерей оп-
ределенной части диапазона частот на полосы расфильтровки между
соседними каналами; наличием взаимных помех между каналами
одной системы вследствие конечного затухания фильтров в полосе
непропускания, совпадающего с частотной полосой соседнего ка-
нала; ограничением уровней передачи по каждому каналу для избе-
жания перегрузки групповых элементов системы передачи; высо-
кими требованиями, предъявляемыми к линейности тракта, для
уменьшения уровней гармонических и комбинационных составля-
ющих, которые создают помехи в соседних каналах; накоплением
помех и искажений сигналов с увеличением дальности связи.
Основными преимуществами систем передачи с ЧРК являются:
использование минимального диапазона частот для передачи по
линии сигналов одного канала;
45
возможность использования линий передачи, не обладающих
широкой полосой пропускания;
достаточно высокая помехоустойчивость при воздействии им-
пульсных помех от цепей железнодорожной автоматики и телеме-
ханики, тяговых токов.
К основным недостаткам систем передачи с ЧРК относятся:
большие размеры, масса и стоимость аппаратуры из-за значитель-
ного числа применяемых в ней дорогостоящих полосовых фильтров;
наличие взаимных помех между каналами одной системы пере-
дачи вследствие того, что затухание фильтров в полосе непропус-
кания, совпадающей с частотной полосой соседнего канала, имеет
конечное значение.
Способ ЧРК используется в системах передачи: В-3-3, В-12-4, по-
зволяющих организовать по паре проводов воздушной линии соот-
ветственно 3 и 12 каналов связи; К-ЗТ, К-24Т, К-60Т, К-бОп, К-300,
К-1920, К-3600, К-5400, К-10800, дающих возможность организо-
вать соответственно 3, 24, 60, 300, 1920, 5400 и 10800 каналов по
кабельным линиям передачи.
На сети связи железнодорожного транспорта используются сис-
темы передачи К-ЗТ, К-24Т и К-60Т и К-бОп, работающие по цепям
симметричных кабелей.
3.2. Виды модуляции при частотном разделении каналов
Как указывалось выше, при ЧРК размещение сигналов различ-
ных каналов в неперекрывающихся частотных полосах невозмож-
но без преобразования их спектров. Оно представляет собой про-
цесс воздействия исходного сигнала на один из параметров
(амплитуду, частоту, фазу) вспомогательного гармонического ко-
лебания несущей частоты U = Ц() cos(u)0z + (p). Этот процесс называ-
ется модуляцией. В зависимости от того, какой параметр (амплиту-
да, частота или фаза) гармонического колебания изменяется по
закону изменения исходного сигнала, получается амплитудная
(AM), частотная (ЧМ), фазовая (ФМ) модуляции.
При AM для организации одного канала требуется значитель-
но меньшая полоса частот, чем при ЧМ и ФМ. В системах передачи
46
информации с ЧРК по воздушным или кабельным линиям связи
применяется AM. Это дает возможность организовать наиболь-
шее число каналов в отведенном диапазоне частот. При ЧМ и ФМ
помехозащищенность каналов значительно выше, чем при AM.
Таким образом, ЧМ и ФМ целесообразно использовать на лини-
ях передачи, которые пропускают достаточно широкий спектр ча-
стот и подвержены влиянию помех, например коротковолновой и
ультракоротковолновой радиосвязей.
Рассмотрим процессы, происходящие при амплитудной моду-
ляции в системе с ЧРК, когда исходный сигнал одночастотный
i - /Q cosQf. (рис. 3.2, а). Тогда выражение для амплитудно-моду-
лированного тока будет иметь вид
/Дм = + % cos Qr)cos (о0?. (3.1)
Осциллограмма амплитудно-модулированного колебания при-
ведена на рис. 3.2, б. Сомножитель (1 + К cos Q?) в данном выраже-
нии характеризует изменение амплитуды тока несущей частоты
/ф в соответствии с мгновенными значениями тока исходного сиг-
нала. Коэффициент модуляции К определяется отношением мак-
симального изменения амплитуды тока или напряжения модули-
рованного сигнала к амплитуде тока или напряжения несущей
частоты (см. рис. 3.2, а).
а
б
в
Рис. 3.2
47
Раскрыв скобки в выражении (3.1), получим спектральный со-
став АМ-сигнала
/(DnK 1(1)пК
I AM = cos "— cos (<°0 + + —2— C0S (0)° ~ (3.2)
Первое слагаемое представляет собой ток несущей частоты, вто-
рое и третье — токи соответственно верхней и нижней боковых
частот. Осциллограммы этих колебаний даны на рис.3.2, б справа
от модулированного колебания. Спектрограмма АМ-сигнала при-
ведена на рис. 3.2, в.
Рассмотрим случай, когда исходный сигнал будет многочастот-
ным (рис. 3.3). Пусть максимальная амплитуда в нем будет соот-
ветствовать максимальной частоте Fn. Значения частот верхней бо-
ковой полосы, получаемой при модуляции, будут определяться
суммированием значений частот несущей /о и исходного сигнала
F\,...Fn. В верхней боковой полосе максимальная амплитуда бу-
дет иметь место при максимальной частоте fa+Fn. В нижней боко-
вой полосе значения частот будут рассчитываться вычитанием из
/о частот исходного сигнала Fi,...F„. Таким образом, максималь-
ная амплитуда будет при минимальной частоте /о - Fn> т е- спектр
нижней боковой инверсирован («перевернут») по отношению
к исходному сигналу.
Если исходный многочастотный сигнал представить как
N
ZQ= 2ZQ cos(Qn+q>n)t,
и=1 "
48
то спектральный состав AM-сигнала на выходе модулятора
N
'am = /<»() C0S "o' + 2 ZQ —f— COS[( ОЭ04-Оп)/4-ф01 +
0 Л=1 " 2
/V 1Ш к
+ 2 ZQ —COS[( (О0 -Йп)/-<р0].
Второе и третье слагаемые будут представлять верхнюю и ниж-
нюю боковые полосы частот (см. рис. 3.3). Боковые полосы частот,
как и боковые частоты в выражении (3.2), появляются только при
наличии исходного сигнала. В верхней и нижней боковых часто-
тах или полосах частот содержится вся информация, заключенная
в исходном сигнале. Таким образом, по каналу достаточно пере-
давать одну боковую полосу частот — верхнюю или нижнюю.
Несущая частота необходима только для преобразования спек-
тра исходного сигнала, его перемещения в нужный диапазон ча-
стот. Поэтому передавать по каналу ток несущей частоты также
нецелесообразно.
Рассмотрим четыре возможных способа организации каналов
систем передачи с ЧРК. По каналу можно передавать сигнал, спектр
частот которого содержит: несущую, верхнюю и нижнюю боковые
полосы частот; несущую и одну боковую полосу частот (верхнюю
или нижнюю); верхнюю и нижнюю боковые полосы частот; одну
боковую полосу частот (верхнюю или нижнюю).
К преимуществам систем передачи с передачей токов несущих час-
тот по каналам относится простота оборудования приемной станции.
Вследствие наличия в спектре принимаемого сигнала токов несущей
частоты нет необходимости в высокостабильном генераторном обору-
довании. Существенными недостатками таких систем передачи являются:
ограничение дальности связи и увеличение влияний на соседние цепи.
Дальность действия связи ограничивается по следующим при-
чинам. При организации промежуточного пункта по групповому
принципу его усилитель оказывается перегруженным. Действитель-
но, один групповой усилитель при поступлении на его вход сигна-
лов всех каналов начинает работать в нелинейном режиме. Это
происходит из-за того, что амплитуды напряжений несущих час-
тот во много раз больше, чем боковых. Перегрузка группового уси-
лителя приводит к значительному увеличению помех нелинейного
49
происхождения в каналах. Таким образом, промежуточные усилитель-
ные пункты целесообразно организовывать в данном случае по ин-
дивидуальному принципу. Для того чтобы сигнал j-го канала был
усилен в j-M усилителе, он должен быть выделен из линейного спектра
полосовым фильтром. Характерное для фильтра увеличение его зату-
хания на крайних частотах полосы прозрачности приводит к ослабле-
нию сигнала. При прохождении сигнала через большое число усили-
тельных пунктов происходит сужение полосы эффективно передаваемых
частот и снижение разборчивости речи на приемной станции.
Увеличение влияний на соседние цепи происходит из-за наличия в
линии несущих токов, уровни которых достаточно высоки. Так как
мешающий сигнал, появляющийся в соседней цепи, содержит токи
несущей и боковой полос частот, после демодуляции на выходе трак-
та приема будет прослушиваться внятный переходный разговор.
При передаче токов двух боковых полос в линии занимается
диапазон частот более чем в 2 раза шире исходного сигнала.
Для систем передачи с ЧРК характерны высокие требования син-
хронности работы генераторного обоорудования на передающей и
приемной станциях. Если частоты несущих токов на передающей и
приемной станциях отличаются на величину Д/, спектр сигнала на
выходе канала будет смещен также на величину Д/. Это приведет к
уменьшению разборчивости и ухудшению натуральности воспро-
изведения речевого сигнала.
Таким образом, в современной аппаратуре систем передачи с
ЧРК, работающей по воздушным и кабельным линиям, использу-
ется амплитудная модуляция и способ передачи одной боковой по-
лосы частот (ОБП). Дальность действия связи систем передачи с
ОБП не ограничена. Для них разработаны весьма эффективные ме-
тоды уменьшения взаимных влияний, обеспечивающие выполнение
норм на параметры организуемых каналов передачи.
3.3. Образование каналов тональной частоты
На рис. 3.1 приведена схема организации канала передачи с ис-
пользованием ЧРК для передачи информации от оконечной стан-
ции ОС в одном направлении: А—Б или Б—А. Для организации
двусторонней связи сигнал должен передаваться в обоих направ-
50
а
ОСА
Каналы
одностороннего
действия
ОС Б
Линейный спектр частот
Абоненты
Абоненты
Б—А
Рис. 3.4
51
лениях (рис. 3.4, ci). Однако применение одного и того же спектра
частот для образования по паре жил кабеля двусторонних каналов много-
канальной системы передачи не представляется возможным (рис. 3.4, б).
Действительно, на промежуточных станциях ПС, построенных по прин-
ципу двусторонних усилителей низкой частоты, устанавливать значи-
тельное усиление нельзя. Из-за трудности настройки балансных кон-
туров в широкой полосе частот появятся переходные токи с выхода
одного усилителя на вход другого. Это может привести к увеличению
амплитудно-частотных искажений из-за появления обратной связи и
генерации (самовозбуждению усилителя), приводящей к невозможно-
сти использования канала для передачи информации. Уменьшение уси-
ления на промежуточных усилителях потребует увеличения их коли-
чества на магистрали. Это также приводит в конечном итоге к
увеличению путей для обратных связей и генерации усилителей.
Поэтому двустороннюю связь можно организовывать по двух-
проводной двухполосной (рис. 3.5, а) или четырехпроводной од-
нополосной (рис. 3.5, б) схемам. При двухпроводной схеме пере-
дача в направлении А—Б ведется в полосе частот f\—/2, а в
направлении Б—А — в полосе /3—/4 одной и той же пары жил
кабеля. В четырехпроводной схеме передача в одном и другом
направлениях ведется в полосе частот f\—/2 по двум различным
парам жил. Двухпроводная схема обеспечивает значительную эко-
номию металла, а четырехпроводная — рациональное использо-
вание линейного спектра частот и увеличение числа организуе-
мых каналов в два раза.
К абонентам на оконечные пункты с экономической точки зре-
ния целесообразно подводить двух-, а не четырехпроводную цепь.
Для перехода с четырех- на двухпроводную часть канала служит
дифференциальная система ДС, представляющая собой схему элект-
рического моста (рис. 3.6). При подборе сопротивления балансного
контура, равного сопротивлению абонентской линии (Zg = 2д), мост
будет сбалансирован. Перехода тока из тракта приема канала в
тракт передачи не будет.
Для устойчивой работы канала передачи с двухпроводным окон-
чанием необходимо, чтобы он обладал остаточным затуханием.
52
Оно обозначается и рассчитывается как разность между сум-
мой всех затуханий £ а,- и суммой всех усилений £ Sj, действую-
щих в канале:
ао *
Предполагается, что все элементы тракта передачи включены
последовательно по принципу согласования входных сопротивле-
ний (с учетом нагрузок на входе и выходе канала) и дополнительно-
го затухания вследствие несогласованности нагрузок не вносится.
Таким образом, остаточное затухание, являясь рабочим затухани-
ем, представляет собой часть общего затухания, вносимого всеми
элементами канала, которая осталась нескомпенсированной уси-
лением усилителей.
53
ОСА
ОС Б
Двухпроводная
Четырехпроводная
Двухпроводная
часть канала . часть канала । часть канала
Рис. 3.6
Наличие остаточного затухания в канале означает, что уровень
сигнала на его выходе рвых должен быть меньше, чем на его входе
рвх . Остаточное затухание
а0 = Рвх “ Рвых •
Для канала ТЧ устанавливается норма остаточного затухания,
равная 7 дБ. Это означает, что при рекомендованном МСЭ-Т уровне
на входе канала рвх = 0 дБ, нормированное значение уровня на
его выходе рВЬ|Х = -7 дБ. Тогда а0 = рвх - рвых - 0 - (-7) = 7 дБ.
Устойчивость канала о, под которой понимается его способность
работать, не генерируя, будет определяться остаточным затухани-
Рис.3.7
54
ем: а = а0. Наличие остаточного затухания в канале снижает так-
же мешающее действие токов электрического эха и искажений от
токов обратной связи.
На структурной схеме двустороннего канала передачи (рис. 3.7)
приведены нормированные значения уровней для четырехпроводно-
го окончания канала: рвх - -13 дБ, рвь|Х = +4 дБ. Таким образом,
для двустороннего канала ТЧ с четырехпроводным окончанием
имеет место остаточное усиление So = рВЬ|Х - рвх -17 дБ.
Транзитные удлинители ат, затухание которых ат = 3,5 дБ, обес-
печивают при двухпроводном транзитном соединении остаточное
затухание а0 = 7 дБ составного канала ТЧ, состоящего из двух и
более простых каналов. Для этого они выключаются обслуживаю-
щим персоналом в узле связи, где осуществляется транзит кана-
лов. Удлинители с затуханием ау| =6 дБ и ау2 =4 дБ служат для
установления нормируемых уровней -13 дБ на входе и +4 дБ на
выходе четырехпроводного окончания канала.
3.4. Принципы построения систем передачи с частотным
разделением каналов
Индивидуальный и групповой принципы построения оборудова-
ния. В зависимости от метода формирования общего группового
сигнала из отдельных канальных сигналов различают индивидуаль-
ный и групповой принципы построения оборудования оконечных
и промежуточных станций систем с ЧРК.
При индивидуальном принципе оборудование каждого канала
является отдельным и повторяется в составе ОС и ПС столько раз,
сколько каналов имеет система передачи.
В качестве примера рассмотрим принцип построения системы
передачи К-ЗТ (кабельной, трехканальной, технологической). Она
предназначена для организации на местной сети трех каналов ТЧ
по двухполосной схеме на симметричных цепях однокабельных ли-
ний связи. В состав аппаратуры входят: оконечная (ОК-ЗТ) и про-
межуточная (ПК-ЗТ) станции.
Преобразование тонального спектра частот 0,3—3,4 кГц трех ка-
налов в линейный спектр частот 18—30 кГц на оконечной станции,
55
а также в 0,3—12 кГц на промежуточной станции осуществляется
одной ступенью (рис. 3.8, а) в модуляторах (преобразователях) несу-
щими частотами. Их значения на оконечной станции (рис. 3.8, а) выб-
раны: в канале 1 — 26 кГц, канале 2 — 22 кГц и в канале 3 — 30 кГц. Из
спектра частот на выходе каждого преобразователя полосовыми
фильтрами (характеристики показаны штриховыми линиями) вы-
деляются нижние боковые полосы частот. Таким образом, в ли-
нию ОК-ЗТ передает сигналы с инверсированными спектрами час-
тот в диапазоне 18—30 кГц.
Принимаемые на промежуточной станции ПК-ЗТ сигналы трех
каналов (рис. 3.8, а) разделяются фильтрами с полосами пропуска-
ния, аналогичными фильтрам в тракте передачи ОК-ЗТ: 22—26 кГц,
18—22 кГц, 26—30 кГц. Затем они направляются на индивидуаль-
ные демодуляторы каналов 1, 2 и 3 с несущими частотами 26, 22 и
30 кГц. Сигналы с полосой частот 0,3—3,4 кГц выделяются из спек-
тра, появляющегося на выходе демодулятора, фильтрами нижних
частот, характеристики которых показаны штриховыми линиями.
Аналогично преобразуются спектры сигналов в тракте переда-
чи ПК-ЗТ и тракте приема ОК-ЗТ (рис. 3.8, б). Отличие состоит в
том, что значения несущих частот в каналах 1 и во 2 выбраны со-
ответственно 12 и 8 кГц. Сигнал канала 3 передается в линию без
преобразования со спектром частот 0,3—3,4 кГц. Это позволяет
обеспечить передачу требуемой полосы частот 0,3—12 кГц в на-
правлении от ПК-ЗТ к ОК-ЗТ и облегчить требования к фильтрам,
разделяющим тракты передачи и приема каждого канала.
56
Как видно из приведенного примера, индивидуальный прин-
цип построения систем передачи имеет ряд существенных недостат-
ков. К ним относятся: ограничение дальности действия связи, не-
возможность организовать большое количество каналов, наличие
значительного числа разнотипных элементов, трудности стандар-
тизации, а также увеличение размеров и стоимости оборудования.
При групповом принципе часть оборудования ОС и все обору-
дование ПС являются общими для всех каналов. Часть же обору-
дования ОС, формирующая отдельные каналы, — индивидуаль-
ная. Групповой принцип построения аппаратуры дает возможность
стандартизировать значительную часть оборудования ОС и ПС,
снизить его стоимость и улучшить качественные характеристики
каналов. К его недостаткам относятся: сложность выделения кана-
лов на ПС, необходимость выполнения высоких требований к по-
казателям надежности и качественным характеристикам группо-
вых элементов ОС и ПС.
Системы передачи К-24Т, К-60Т и К-бОп, используемые на отде-
ленческих, дорожных и магистральной сетях связи МПС, строятся
по групповому принципу.
Принцип многократного преобразования частоты. Другим важ-
ным принципом построения аппаратуры с ЧРК является много-
кратное преобразование частоты. Его суть состоит в том, что ис-
ходные сигналы в передающем оборудовании ОС несколько раз
перемещаются по диапазону частот, прежде чем поступают в ли-
нию. В приемном оборудовании ОС происходит аналогичное пе-
ремещение по диапазону частот, но в обратном порядке.
Многократное преобразование позволяет применять в системах с
различным числом каналов стандартное унифицированное обору-
дование, построенное на базе высококачественных фильтров, сокра-
тить количество типов фильтров, уменьшить число различных зна-
чений несущих частот, более рационально использовать линейную
полосу частот, повысить экономические показатели каналов связи.
В системах передачи К-24Т, К-60Т и К-бОп применяется прин-
цип многократного преобразования частоты.
57
3.5. Стандартизация спектров систем передачи
с частотным разделением каналов
Формирование типовых групп каналов. В соответствии с Реко-
мендациями МСЭ-Т аппаратура систем передачи должна обеспе-
чивать организацию как национальной, так и международной сети
Канал
Рис. 3.9
связи. Поэтому при разработке аппаратуры используются унифи-
кация и стандартизация каналообразующего оборудования фор-
мированием типовых групп каналов.
В качестве исходной группы используется первичная 12-каналь-
ная группа (ПГ) со стандартной полосой частот 60—108 кГц (рис. 3.9).
Она формируется из сигналов 12 каналов с эффективно передаваемой
полосой частот 0,3—3,4 кГц. По Рекомендациям МСЭ-Т сигналы
канала ТЧ изображаются треугольником, у которого максималь-
ной частоте соответствует максимальное напряжение. Первичная
группа изображается треугольником с цифрой 12, указывающей на
58
то, что группа содержит сигналы 12 каналов и канал 12 размещает-
ся в нижней части спектра частот.
Вторичная группа (ВГ) образуется объединением пяти первич-
ных групп. Она занимает стандартную полосу частот 312—552 кГц
и содержит токи 60 каналов, причем 60 канал размещается в верх-
ней части спектра частот. Третичная группа (ТГ), формируемая объе-
динением пяти вторичных групп, использует стандартный спектр
частот 812—2044 кГц. Она включает в себя токи 300 каналов,
300 канал занимает нижнюю часть спектра частот. Четверичная груп-
па (ЧГ) со спектром частот 8516—12388 кГц получается объедине-
нием трех третичных групп и содержит токи 900 каналов, 900 канал
расположен в верхней части используемого спектра частот.
Как видно из рис. 3.9, спектр сигнала на выходе каждой ступени
преобразования инверсирован по отношению к входным сигна-
лам. Это позволяет бороться с внятными переходными влияния-
ми, которые могут приводить к появлению в каналах хорошо про-
слушиваемых переходных разговоров. Они могут нарушать
секретность связи и отвлекать абонентов от основного разговора.
Совокупность оборудования указанных групп носит название
каналообразующей аппаратуры. Ее назначение состоит в преобра-
зовании исходных сигналов, занимающих полосу частот 0,3—3,4 кГц,
в групповой сигнал одной из разновидностей стандартных групп.
Каналообразующая аппаратура различных систем передачи не обя-
зательно содержит все перечисленные группы.
Унификация и стандартизация позволяют независимо от спосо-
бов конструирования ПГ, страны и фирмы-изготовителя получать
высококачественное оборудование ВГ, ТГ, ЧГ и всей системы пере-
дачи. Это дает возможность образовывать кроме стандартных кана-
лов ТЧ широкополосные каналы для высокоскоростной передачи
данных. На сетях связи МПС имеется необходимость высокочастот-
ного транзита групп каналов из одного участка линии передачи в
другой. Наличие унифицированого стандартного оборудования ПГ
и ВГ значительно облегчает решение этой задачи.
Полоса частот каждой типовой группы выбирается так, чтобы ее
абсолютная и относительная ширина была как можно меньше. От-
носительная ширина полосы частот каждой типовой группы кана-
лов зависит от места ее размещения на шкале частот и должна выби-
раться, исходя из требования к соотношению частот: /тах / /min < 2.
59
Тогда вторые и более высокие гармоники и комбинационные со-
ставляющие будут попадать за пределы полосы частот данной груп-
пы и не будут оказывать мешающее воздействие. Кроме того, при
выборе полосы частот каждой типовой группы учитываются: сто-
имость, технологичность изготовления и количество требуемых
полосовых фильтров, режимы работы основных элементов аппа-
ратуры, структура формирования более крупных типовых групп
и линейного спектра.
Аппаратура канального
преобразования. Первичная
группа формируется в аппа-
ратуре канального преобра-
зования (АКП) из сигналов
12 каналов ТЧ с эффективно
передаваемой полосой частот
0,3—3,4 кГц и имеет абсолют-
ную ширину спектра с учетом
полосы расфильтровки 48 кГ ц.
Каждый полосовой каналь-
ный фильтр передающей части
аппаратуры должен подавлять
неиспользуемую боковую по-
лосу частот, которая отстоит от
полезной боковой на 600 Гц,
обеспечивая затухание а3 2* 60дБ
(рис. 3.10, а, б). Таким образом, крутизна нарастания характеристики
затухания должна составлять не менее 0,1 дБ/Гц. Кроме этого, он
должен обеспечивать затухание примерно 8,6 дБ для остатка несу-
щей частоты /н, отстоящей от пропускаемых частот боковой по-
лосы на 300 Гц. В тракте приема спектры соседних каналов отсто-
ят друг от друга на 600 Гц. (рис. 3.10, в). Поэтому к крутизне нарастания
характеристик затухания полосовых фильтров приема могут предъяв-
ляться менее жесткие требования. Однако для унификации оборудо-
вания фильтры передачи и приема делают одинаковыми.
Учитывая изложенное выше, достичь затухания 60 дБ для по-
давления неиспользуемой боковой полосы частот (верхней или
нижней) можно лишь при изготовлении фильтров из элементов с
60
высокой добротностью. К ним относятся пьезоэлектрические (квар-
цевые), магнитострикционные или электромеханические резонато-
ры. Кварцевые и магнитострикционные фильтры, созданные на их
основе, имеют высокую стабильность характеристик в диапазоне
60—108 кГц. Именно этим МСЭ-Т и руководствовался при выборе
для ПГ стандартной полосы частот 60—108 кГц. В Рекомендациях
определено инверсное расположение частот, занимаемых каждым
каналом (т.е. в верхней части диапазона располагается первый ка-
нал, а в нижней — двенадцатый).
Стремление уменьшить стоимость, размеры и массу АКП при-
вело к появлению нескольких способов формирования спектра пер-
Рис. 3.11
вичной группы. В зависимости от типов применяемых полосовых
фильтров спектр ПГ может формироваться с использованием од-
ной или двух ступеней преобразования.
Для формирования спектра ПГ одной ступенью преобразова-
ния на входы 12 индивидуальных преобразователей подаются ис-
ходные сигналы со спектром 0,3—3,4 кГц и несущие токи с часто-
тами 108,104—64 кГц (рис. 3.11). Неиспользуемые верхние боковые
61
полосы частот подавляются полосовыми кварцевыми (пьезоэлект-
рическими) или магнитострикционными фильтрами, имеющими
достаточно хорошую крутизну нарастания затухания. Полезные
нижние боковые полосы проходят на выход оборудования преоб-
разования, формируя спектр ПГ.
К недостаткам этого метода формирования спектра ПГ отно-
сятся: использование 12 типов полосовых фильтров с различными
полосами пропускания и их относительно высокая стоимость. При
этом общее количество полосовых фильтров в трактах передачи и
приема оборудования ПГ составляет 24.
При формировании спектра ПГ двумя ступенями с использова-
нием трехканальной предгруппы в качестве канальных могут ис-
пользоваться фильтры LC или электромеханические фильтры.
При использовании фильтров LC учитывается, что они имеют
наилучшие характеристики в диапазоне 12—24 кГц. Для получе-
ния 12-канальной группы вначале формируются четыре трехканаль-
ных предгруппы в диапазоне 12,3—23,4 кГц (рис. 3.12). Это осуще-
ствляется преобразованием исходных сигналов 0,3—3,4 кГц
несущими 12, 16 и 20 кГц и выделением полосовыми фильтрами
LC верхних боковых полос. Для образования спектра частот ПГ
токи трехканальных предгрупп подаются на групповые преобра-
зователи с несущими 120, 108, 96, 84 кГц. После преобразования
каждой трехканальной предгруппы полосовые фильтры LC выде-
ляют нижние боковые полосы частот. Требования к крутизне на-
растания затухания этих фильтров не жесткие, так как частотный
промежуток между пропускаемой и задерживаемой боковыми со-
ставляет 24 кГц. Таким образом, применяя недорогие фильтры LC,
обеспечивают высокие качественные характеристики формируемой
ПГ. К преимуществам данного метода относится уменьшение ко-
личества типов полосовых фильтров до семи. Поэтому производ-
ство АКП такого типа становится дешевле.
В качестве недостатка следует отметить увеличение общего чис-
ла полосовых фильтров в тракте передачи и приема до 32. Кроме
того, использование двух ступеней преобразования приводит к уве-
личению помех и искажений в каналах.
При применении электромеханических фильтров первого типа ис-
пользуется диапазон 132—144 кГц, в котором они имеют наилучшие
характеристики. Формирование 12-канальной группы осуществляется
образованием четырех трехканальных предгрупп в диапазоне 132,3—
143,4 кГц (рис. 3.13). Это выполняется преобразованием сигналов ис-
ходной полосы частот 0,3—3,4 кГц несущими 132,136,140 кГц и выде-
62
a
Рис. 3.12
лением полосовыми электромеханическими фильтрами верхних боко-
вых полос. Затем токи трехканальных предгрупп подаются на группо-
вые преобразователи с несущими 240, 228, 216 и 204 кГц. Нижние бо-
ковые полосы частот, образующие спектр ПГ, отделяются от верхних
боковых одним общим фильтром нижних частот. Преимуществом дан-
ного метода является уменьшение количества типов полосовых фильт-
ров до трех и повышение технологичности производства АКП.
63
a
1
ПГ 60—108
Рис. 3.13
64
К недостаткам метода относится увеличение общего числа до-
рогостоящих электромеханических полосовых фильтров в тракте
передачи и приема до 24. Применение двух ступеней преобразова-
ния в каналах. ТЧ приводит к увеличению помех и искажений.
При формировании спектра ПГ двумя ступенями преобразования
могут использоваться электромеханические фильтры. Электромеха-
нические фильтры второго типа имеют наилучшие характеристики в
диапазоне 200—204 кГц. Поэтому для формирования спектра ПГ на
первой, индивидуальной ступени преобразования используется несу-
щий ток с частотой 200 кГц для всех каналов (рис. 3.14). Выделяемая
данным фильтром верхняя боковая полоса частот 200,3—203,4 кГц
а
65
3 Зак. 4611
каждого канала поступает как и первая, на вторую, индивидуальную
ступень. В преобразователях второй ступени используются несущие
токи 308, 304—264 кГц. Так как полезные нижние боковые полосы
частот отстоят от верхних боковых на 356,6 кГц, то их селекция осу-
ществляется одним фильтром нижних частот.
Рис. 3.15
66
Электромеханические фильтры третьего типа имеют наилучшие
характеристики в диапазоне 128—132 кГц. Используя эти фильтры и
применяя несущую 128 кГц на первой ступени и 192, 196—236 кГц
на второй (рис. 3.15), можно аналогично сформировать ПГ. Досто-
инством данного метода является применение одного типа поло-
сового электромеханического фильтра и одного типа фильтра ниж-
них частот, что снижает стоимость производства и упрощает
эксплуатацию АКП. Всего полосовых фильтров в тракте передачи
и приема 24. Недостаток у данного метода формирования спектра
ПГ такой же, как у всех АКП с двумя ступенями преобразования.
Аппаратура преобразования первичных, вторичных и третичных
групп. Аппаратура преобразования первичных групп (АППГ) пре-
образует одной ступенью спектры частот пяти ПГ в полосу частот
ВГ, которая размещается в диапазоне 312—552 кГц (рис. 3.16, а).
АППГ используется для формирования линейного спектра частот
систем передачи с числом каналов от 60 до 300 или создания ТТ.
Выбор значений несущих частот позволяет сформировать основной,
инверсный или дополнительный спектры частот (рис. 3.16, б и в).
При использовании несущих 420, 468, 516, 564 и 612 кГц формиру-
ется основной спектр ВГ, частот 252, 300, 348, 396, 444 кГц — ин-
версный спектр. Для удобства выделения из спектра ВГ 24 каналов
(4 и 5 ПГ) применяется дополнительный спектр частот, который
формируется при замене несущей 5 ПГ 612 кГц другой несущей,
которая выбирается равной 444 кГц (см. рис. 3.16, б). Полезные
боковые полосы частот (в основном варианте — нижние, а в инверс-
ном — верхние) выделяются полосовыми фильтрами. Для снижения
стоимости оборудования АППГ они могут выполняться на LC-эле-
ментах, требования к крутизне нарастания затухания которых не яв-
ляются достаточно высокими. Это объясняется тем, что промежуток
между отделяемыми боковыми составляет 120 кГц. Развязывающее
устройство РУ улучшает условия параллельной работы фильтров.
Аппаратура преобразования вторичных групп (АПВГ) выпол-
няет преобразование одной ступенью спектров частот пяти ВГ в
полосу частот ТГ в диапазоне 812—2044 кГц (рис. 3.17, а и б). Значе-
ния несущих частот выбраны равными 1364,1612,1860,2108,2356 кГц.
67
Рис. 3.16
Это дает возможность организовать защитный частотный интервал
8 кГц между соседними нижними боковыми полосами, которые вы-
деляются полосовыми LC-фильтрами. Наличие указанного частот-
ного интервала позволяет облегчить на оконечных и промежуточ-
ных пунктах выделение в случае необходимости 60-канальных групп.
Аппаратура преобразования третичных групп (АПТГ) осуще-
ствляет одноступенчатое преобразование спектров частот трех ТГ
68
в полосу частот ЧГ в диапазоне 8516—12388 кГц несущими 10560,
11880,13200 кГц (рис. 3.18, а и б). Полезные нижние боковые поло-
сы частот выделяются LC-фильтрами. Наличие защитного частот-
ного интервала 88 кГц между ТГ в спектре ЧГ позволяет проще
выделять 300-канальные группы на оконечных и промежуточных
станциях системы передачи.
69
Использование каналообразующей аппаратуры для построения
систем передачи информации. Как указывалось выше, оборудова-
ние перечисленных групп называется каналообразующей аппаратурой.
Она предназначена для преобразования исходных сигналов, кото-
рые занимают полосу частот 0,3—3,4 кГц в групповой сигнал тре-
буемой стандартной группы. Каналообразующая аппаратура ка-
кой-либо конкретно рассматриваемой системы передачи может и
не содержать все перечисленные группы. Это определяется общим
числом каналов в системе передачи. Так, например, оборудование
аппаратуры К-24Т состоит из двух первичных групп. Системы пе-
редачи К-бОп и К-60Т содержат пять первичных групп, объединен-
ных во вторичную группу. Аппаратура К-1920п включает в себя
шесть третичных групп, каждая из которых состоит из пяти вто-
ричных и дополнительно двух вторичных. Таким образом, ука-
занная система позволяет организовать 1920 каналов ТЧ.
Однако, используя только каналообразующую аппаратуру, по-
строить систему передачи, которая была бы адаптирована под ли-
нию передачи, не представляется возможным. Для этого применя-
ется аппаратура сопряжения (АС), преобразующая спектр сигналов
групп каналов (ПГ, ВГ, ТГ или ЧГ) в линейный спектр частот, ко-
торый передается по линейному тракту. Аппаратура сопряжения
располагается в системах с числом каналов N, равным 12 или 24,
после аппаратуры АКП; при А = 60—300 — после АППГ, при
А = 300—1000 — после АПВГ, при N = 1000—5000 — после АПТГ.
70
Нижняя граничная частота /н линейного спектра систем, рабо-
тающих по симметричному кабелю, выбирается равной 12 кГц.
Ниже указанного значения имеет место резкая частотная зависи-
мость затухания кабеля и его волнового сопротивления. Это при-
водит к усложнению конструкций и удорожанию корректоров ам-
Рис. 3.19
плитудно-частотных искажений и устройств согласования входных
сопротивлений аппаратуры кабеля. Верхняя граничная частота/в
не должна превышать 250—300 кГц, так как выше этих значений
защищенность между парами и четверками кабеля резко падает.
За основу формирования линейного спектра принимается ПГ
или ВГ. Если на выходе преобразовательной аппаратуры и в линей-
ном спектре наблюдается перекрытие (совпадение) частотных полос
спектров, в АС необходимо выполнять две ступени преобразования.
Спектры частот первичных групп 60—108 кГц (рис. 3.19) перекрыва-
ются с линейным спектром 12—108 кГц. Поэтому первая первичная
группа преобразуется дважды несущими 420 и 108 кГц. Вторая первич-
ная группа передается в линейный тракт без преобразования.
Если спектры частот не перекрываются, в аппаратуре сопряже-
ния выполняется преобразование одной ступенью (рис. 3.20). Такое
преобразование имеет место в системах передачи К-бОп и К-60Т.
В двухполосных двухпроводных системах, работающих по одно-
му симметричному кабелю, для получения линейного спектра
71
Линейный
спектр
12—252 1
12 252
Линейный
спектр
Рис. 3.20
направлений А—Б и Б—А на последней ступени преобразования
станций А и Б используются разные несущие (рис. 3.21).
В системах передачи, работающих по коаксиальному кабелю,
нижняя граничная частота/н не должна быть ниже 60 кГц, что обес-
печивает высокую защищенность цепей от внешних помех. Значе-
а
420
Линейный
спектр
12—60
72—120
АББА
Л инейный
спектр
Рис. 3.21
72
ние верхней граничной частоты /в зависит от числа каналов, на
которое рассчитывается система передачи. Однако увеличение /в
требует увеличения и /н, так как трудности реализации линейных
усилителей при ширине спектра более пяти октав (Д / f > 25 ) зна-
чительно возрастают. Схема АС для однополосных четырехпро-
водных и двухполосных двухпроводных систем передачи по ко-
аксиальным кабелям строится аналогично схемам, приведенным
на рис. 3.20—3.21. Следует учитывать, что одна из ВГ или ТГ в
многоканальных системах передается в линию без преобразова-
ния. Это позволяет упростить выделение групп каналов и распре-
деление их по системам с меньшим числом каналов передачи.
Для определения полосы частот линейного спектра, в которой
располагается многократным преобразованием сигнал рассматри-
ваемого канала, удобно пользоваться понятием виртуальной не-
сущей частоты. Она показывает, какую частоту надо использовать,
чтобы переместить однократным преобразованием в линейный
спектр рассматриваемый сигнал, минуя все промежуточные ступе-
ни преобразования. Виртуальная несущая занимает в линейном
спектре то положение, которое занимала бы в нем нулевая часто-
та, если бы она имелась в исходном сигнале.
Таким образом, при построении аппаратуры системы передачи
выполняют следующее. Выбирают схему построения оборудова-
ния АКП, исходя из типа применяемых канальных фильтров. Со-
ставляют структурные схемы АППГ и в случае необходимости
АПВГ, АПТГ, а также аппаратуры сопряжения. С учетом типа ис-
пользуемого кабеля выбирают нижние и верхние границы линей-
ного спектра. Зная полосы частот групп каналов, определяют чис-
ло ступеней преобразования в аппаратуре АС. Затем рассчитывают
значения несущих частот, подаваемых на ее преобразователи и
полосы частот пропускания фильтров.
73
Глава 4. Оборудование аналоговых слотом
передачи информации
4.1. Состав оборудования
В сетевых узлах и на сетевых станциях первичной сети связи ус-
танавливается аппаратура систем передачи. Система передачи пред-
ставляет собой совокупност ь технических средств обеспечивающих
образование линейного тракта, типовых групповых трактов и типо-
вых каналов передачи. В аналоговых системах передачи (АСП) кана-
лы и тракты организовываются частотным разделением каналов.
Образование каналов и групповых трактов выполняется в обо-
рудовании оконечных станций (ОС) (рис. 4.1). Последняя кроме
преобразования спектров усиливает мощность сигналов. Аппара-
тура ОС размещается в оконечных пунктах (ОП), представляющих
собой здания, в которых устанавливается также оборудование дис-
танционного питания (ДП), телемеханики и телеконтроля (ТМ и ТК)
и служебной связи (СС).
ОС ПС
ТМ и ТК ДП СС
Рис. 4.1
74
Каналы ТЧ Каналы ТЧ
128 192
Рис. 4.2
Линейный тракт обеспечивает передачу сигналов в полосе час-
тот, определяемой числом каналов в данной системе передачи.
Например, в 60-канальной системе К-60Т линейный спектр частот
составляет 12—252 кГц, а ширина полосы — 240 кГц. Это соответ-
ствует полосе частот 60 каналов ТЧ при условии, что на каждый
канал отводится с учетом потерь на «расфильтровку» 4 кГц. В со-
став оборудования линейного тракта входят оконечная (ОАЛТ),
усилительная аппаратура Ус и аппаратура выделения групп кана-
лов промежуточных станций ПС и усилительные участки. Аппара-
тура ПС размещается в усилительных пунктах, которые в зависи-
мости от способа обслуживания называются обслуживаемыми
(ОУП) или необслуживаемыми (НУП) усилительными пунктами.
Оконечная станция состоит из аппаратуры канального преоб-
разования (АКП), аппаратуры преобразования первичных групп
(АППГ), аппаратуры преобразования вторичных и третичных групп
(АПВГ) и (АПТГ), аппаратуры сопряжения АС, оконечной аппа-
ратуры линейного тракта ОАЛТ. В зависимости от количества
организуемых каналов АПВГ и АПТГ могут отсутствовать, на-
пример в системе передачи К-60Т, упрощенная структурная схема
которой приведена на рис. 4.2. Как видно, важнейшими функцио-
нальными узлами аппаратуры АСП являются преобразователи
частоты, электрические фильтры, усилители, генераторное обо-
рудование. На рис. 4.1 и 4.2 /н — несущая частота; — групповая
несущая; /ин — индивидуальная несущая и/кч — контрольная частота.
4.2. Преобразователи частоты
Преобразователи частоты, называемые также модуляторами и
демодуляторами, служат для перемещения спектра частот сигнала
из исходного диапазона частот в заданный. Основу преобразовате-
ля частоты составляет нелинейный элемент. В качестве нелинейно-
го элемента может использоваться диод, имеющий нелинейную
вольт-амперную характеристику z = или транзистор, облада-
ющий нелинейной зависимостью коллекторного тока от напряже-
ния на базе относительно эмиттера /к = U§3.
76
Полезным продуктом преобразования является одна из боковых
полос частот ( верхняя или нижняя). В боковых полосах частот со-
храняются такие же амплитудные, частотные и фазовые соотноше-
ния между отдельными составляющими спектра частот, как и в ис-
ходном сигнале. Таким образом, верхняя и нижняя боковые частоты
переносят всю информацию, содержащуюся в исходном сигнале. Для
выделения одной из боковых используется полосовой фильтр. Ос-
тальные составляющие являются вредными, побочными продукта-
ми преобразования. Чем больше мощность боковой полосы и чем
меньше мощность остальных составляющих (а также, чем дальше по
частоте они отстоят от боковой), тем лучше схема преобразователя.
В зависимости от количества используемых нелинейных элемен-
тов схемы преобразователей подразделяются на: однотактные, со-
держащие один нелинейный элемент; двухтактные, имеющие два
нелинейных элемента; двойные двухтактные, собранные на четы-
рех нелинейных элементах.
Однотактная диодная схема преобразователя частоты приведе-
на на рис. 4.3, а. На вход трансформатора Т1 поступает напряже-
ние исходного сигнала частотой Q, подлежащего преобразованию.
Напряжение несущей частоты ш подается на вход трансформатора Т2.
При этом напряжение несущей частоты по значению обязательно
должно значительно превышать напряжение звуковой частоты, т.е.
должно выполняться условие l/w » <7q. На рис. 4.3, б показаны
вольт-амперная характеристика диода и суммарное напряжение,
прикладываемое к нему: U^+Uq. Оно представляет собой напря-
жение несущей частоты с амплитудой, изменяющейся по закону
исходного сигнала. Под действием указанного напряжения в схе-
ме протекает ток импульсной формы. Его амплитуда также будет
изменяться в соответствии с исходным сигналом. В состав этого
тока будут входить: / — постоянная составляющая, 2 — составляю-
щая с частотой исходного сигнала, 3 — амплитудно-модулирован-
ные высокочастотные колебания, которые в свою очередь состоят из
верхней боковой частоты 4, несущей 5 и нижней боковой частоты 6.
На рис. 4.3, в приведена спектрограмма сигнала на выходе од-
нотактной схемы. Для выделения полезного продукта преобра-
зования — напряжения одной из боковых частот ш + Q и w - Q
используется полосовой фильтр. Как видно из спектрограммы,
77
a
б
в
= Напряжения, поданные в схему
Круговая
частота
Токи, появляющиеся в схеме
s
<
1.1 1
а а
а за ®
2Q4Q
2(0
+ +
8 8
ill?
Зсо
Круговая
частота
Рис. 4.3
амплитуда напряжения несущей частоты о значительно превышает
амплитуду боковой. Кроме того, несущая отстоит от боковой всего
на 300 Гц. Поэтому даже высококачественным фильтром несущую
не удасться отфильтровать от боковой. Вместе с боковой она будет
поступать в групповой тракт и вызывать его перегрузку. Это явля-
ется одним из недостатков однотактного преобразователя частоты.
К другим существенным недостаткам относится наличие в спек-
тре составляющих со = 2Q и а> = 3Q, которые при преобразовании
многочастотного (например, речевого) сигнала будут совпадать по
частоте с полезным продуктом преобразования и приводить к ис-
кажениям. Отделить эти составляющие полосовым фильтром не
представляется возможным. Кроме того, в спектре преобразован-
ного сигнала присутствует составляющая с частотой Q, которая
проходит по обмотке трансформатора Т2. Поэтому питание
78
Рис. 4.4
нескольких преобразователей от одного генератора несущей час-
тоты приведет к появлению внятных, хорошо прослушиваемых
переходных разговоров между различными каналами. Указанные
недостатки не позволяют применять однотактные схемы преобра-
зователей частоты в современной аппаратуре систем передачи.
Двухтактная схема преоб-
разователя частоты приведена
на рис. 4.4. Напряжение несу-
щей частоты подается на сред-
ние точки трансформаторов Т1
и ТЗ. При подведении напряже-
ния указанной полярности
и идентичности вольт-ампер-
ных характеристик нелинейных
элементов ток с частотой ш/0) в
средней точке трансформатора
Т1 будет разделяться на два одинаковых тока (zj = /*2). Протекаю-
щие по обмотке трансформатора ТЗ во встречных направлениях
равные токи i\ и /2 будут создавать равные и направленные на-
встречу друг другу магнитные потоки Ф] = Ф2 . Поэтому суммар-
ный магнитный поток, создаваемый током с частотой ш, во вто-
ричной обмотке трансформатора ТЗ будет равен нулю. Таким
образом, составляющей с частотой несущей в выходном сигнале не
будет. При смене полярности
напряжения несущей оба нели- а
нейных элемента будут в зак-
рытом состоянии и тока на вы-
ходе преобразователя не будет.
Осциллограмма сигнала на 6
выходе схемы приведена на
рис. 4.5,. а. В состав модулиро- в
ванного сигнала входят низко-
частотная составляющая
(рис. 4.5, б) и высокочастотные г
колебания (рис. 4.5, в). Они, в свою
очередь, могут быть представле-
ны в виде биений (рис. 4.5, г),
79
которые состоят из верхней ш + Q и нижней ш - Q боковых частот.
Спектрограммы сигналов, поданных в схему и полученных на вы-
ходе, приведены на рис. 4.6. К достоинствам схемы относятся: от-
сутствие на выходе составляющих с частотой несущей со, а также
Подано в схему
со а а Получено на ТЗ а а Круговая частота
+ + СП а а
з + о + + +
1 I 3 3 3 3
1.1 । . 1.1 Г4 СП 1 . 1 СП
(1) 2(0 3(0 Круговая частота
Рис. 4.6
cd+2Q и co-2Q, что значительно облегчит выделение верхней или
нижней боковой полосовым фильтром; возможность питания не-
скольких преобразователей от общего генератора несущей, так как
составляющая с частотой Q не проходит по обмотке трансформа-
тора Т2. К недостатку схемы можно отнести
необходимость подбора диодов с идентич-
ными вольт-амперными характеристиками.
Однако этот недостаток устраняется при ис-
пользовании микроинтегральных схем, в
которых диоды создаются на одном крис-
талле и имеют идентичные характеристики.
Продольно-мостовая и поперечно-мос-
—о со о--
Рис. 4.7
товая схемы преобразователей частоты
приведены на рис. 4.7. Основой этих схем
является электрический мост, собранный
из нелинейных элементов. При подведе-
нии к точкам с и d напряжения, открыва-
ющего все четыре нелинейных элемента
продольно-мостовой схемы (рис. 4.7, а)
через нагрузку потечет ток с частотой Q.
В поперечно-мостовой схеме (рис. 4.7, б)
80
в этом случае ток через сопротивление нагрузки протекать не бу-
дет, так как мост шунтирует нагрузку. Осциллограммы и спектро-
граммы токов на выходе данных преобразователей такие же, как у
двухтактной схемы (см. рис. 4.5 и 4.6). Продольно-мостовая схема
является несимметричной, поэтому применяется в устройствах, не
критичных к асимметрии. Поперечно-мостовая схема использует-
ся в случаях, если включенный на ее выходе элемент нормально
функционирует в режиме шунтирования входного сопротивления.
Двойная двухтактная схема преобразователя частоты приведе-
на на рис. 4.8, а. Эту схему, состоящую из четырех диодов, можно
представить как наложенные друг на друга две двухтактные схемы
(рис. 4.8, б и в). При подведении к трансформатору напряжения
несущей частоты Um положительной полярности открываются ди-
оды 1 и 3 (см. рис. 4.8, а). Направление протекания тока несущей
частоты показано на рис. 4.8, б. При смене полярности напряже-
ния несущей частоты открываются диоды 2 и 4 (рис.4.8, в). Ампли-
туда тока на выходе двойной двухтактной схемы превышает в два
раза амплитуду на выходе двухтактной (рис. 4.9, а). Таким обра-
зом, амплитуды напряжений полезных продуктов преобразования
с частотами и + Q и ю- Q будут в два раза больше, чем в двухтак-
тной, т.е. схема обладает наименьшим рабочим затуханием. При
идентичности вольт-амперных характеристик диодов напряжения
несущей UUi и исходной частоты Uq на выходе схемы будут отсут-
ствовать. Спектр выходного сигнала содержит меньше ненужных
составляющих (рис. 4.9, б). Несколько схем преобразователей
Рис. 4.8
81
Подано в схему
Круговая частота
+ cn Получено на ТЗ +
Круговая частота
Рис. 4.9
частоты могут питаться от
одного генератора несущей,
не вызывая при этом появ-
ления внятных переходных
разговоров в каналах связи.
Двойная двухтактная схема
преобразователя частоты ис-
пользуется в оборудовании
группового преобразования
многоканальных систем пе-
редачи.
Рассмотрим применение
транзисторов и интегральных
микросхем для создания ак-
тивных преобразователей час-
тоты. Диодные преобразовате-
ли частоты вносят затухание в
тракты передачи и приема аппаратуры. Это ухудшает отношение сиг-
нал/помеха и приводит в конечном итоге к снижению качества орга-
низуемых каналов. Рабочее затухание двухтактной продольно-мос-
товой и поперечно-мостовой схем составляет 10 дБ. Затухание двойной
двухтактной схемы в идеальном случае равно 3,9 дБ.
Применение транзисторов позволяет увеличением коэффициен-
та передачи схемы компенсировать указанные значения затухания.
В транзисторных преобразователях частоты увеличиваются вход-
ные и выходные сопротивления схемы, уменьшается степень влия-
ния между ее выходом и входом. Кроме того, снижается потребляе-
мая мощность от генератора несущей. Так как характеристики
транзисторов более линейны, нелинейные искажения, появляющи-
еся при работе преобразователей, будут меньше.
Схема двухтактного транзисторного преобразователя часто-
ты, используемая в комплекте индивидуального преобразования
КИП-24 системы передачи К-24Т, приведена на рис. 4.10. При под-
ведении напряжения несущей частоты указанной полярности оба
транзистора окажутся в открытом состоянии. Эмиттерные, базо-
вые и коллекторные токи будут протекать в схеме так, как показа-
но на рис. 4.10. При смене полярности оба транзистора будут на-
82
ходиться в закрытом состоянии. Таким образом, осциллограмма
и спектрограмма напряжения сигнала на выходном сопротивле-
нии будут такими же, как у диодной схемы (см. рис. 4.5 и 4.6).
Резисторы R3 j и ЛЭ2 уменьшают влияние разброса параметров тран-
зисторов. Сопротивлением ЛреГ регулируется затухание схемы.
На рис. 4.11 приведена схема двойного двухтактного преобра-
зователя частоты, выполненного с использованием микросхем D1
и D2. При подведении напряжения несущей с полярностью, ука-
занной на данном рисунке, открываются транзисторы микросхемы
D1, при смене полярности — транзисторы микросхемы D2. На-
пряжение сигнала на выходе данной схемы преобразователя зна-
чительно превышает напряжение на выходе аналогичной диодной
схемы, т.е. рассматриваемая схема помимо функции преобразования
выполняет также усиление. Осциллограмма и спектрограмма напря-
жения на выходе такие же, как у диодной схемы (см. рис. 4.9, « и б).
Указанные микросхемы содержат выращенные на одном кристал-
ле транзисторы, параметры которых не отличаются. Это позволяет
подбрать для преобразователей частоты транзисторы с одинаковыми
83
00
О
Т1
pH
Рис. 4.11
параметрами, улучшить условия балансировки схемы и снизить
уровни вредных продуктов преобразования, попадающих в поло-
су частот линейного тракта. Таким образом, использование мик-
росхем для реализации преобразователей частоты систем переда-
чи позволяет улучшить качественные показатели организуемых
каналов связи. Двойные двухтактные схемы преобразователей часто-
ты в микросхемном исполнении применяются в аппаратуре К-60Т.
4.3. Электрические фильтры
Электрические фильтры представляют собой четырехполюсники,
которые электрические колебания ограничивают по спектру в опре-
деленном диапазоне частот. Электрические колебания требуемого
спектра выделяются и направляются в нагрузку, т.е. те колебания,
которые не пропускаются фильтром, не должны им поглощаться,
так как они могут использоваться для передачи других сообщений.
По назначению фильтры в аппаратуре АСП можно разделить
на канальные, групповые, направляющие и. линейные. Канальные
фильтры используются в аппаратуре канального преобразования
АКП (см. рис. 4.2). Они являются полосовыми фильтрами и обо-
значаются на схемах ППФ. Требования к канальным фильтрам из-
ложены в главе 3. Характеристика затухания полосового каналь-
ного фильтра приведена на рис. 3.10. Групповые фильтры также
являются полосовыми. Они применяются в аппаратуре преобразо-
вания первичных, вторичных и третичных групп каналов (см. рис.
3.16—3.18). Направляющие фильтры используются в двухполосных
двухпроводных системах передачи для разделения полос передава-
емых и принимаемых частот f\—fz и fy—fa (см. рис. 3.5, а). Они
являются фильтрами нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот. Ли-
нейные фильтры служат для разделения токов разных систем пере-
дачи, работающих по одной и той же физической цепи. Они также
являются фильтрами ФНЧ и ФВЧ.
Из всех перечисленных видов фильтров в аналоговых системах
передачи канальные полосовые фильтры составляют большинство.
Наиболее перспективны для построения каналообразующего обо-
рудования электромеханические фильтры.
85
В аппаратуре К-24Т и К-60Т применяются электромеханические
гантельные фильтры (рис. 4.12, а). Они состоят из входного преоб-
разователя Вх П, механической резонансной системы МРС и вы-
ходного преобразователя Вых П. Входной преобразователь пре-
Вых П
„ Вх П МРС „ К _
Рис. 4.12
образует электрические колебания, подаваемые на вход, в меха-
нические крутильные колебания входного резонатора. Указанные
колебания поступают в механическую резонансную систему, ко-
торая состоит из восьми резонаторов Р гантельного типа, соеди-
ненных механическими связками С. Выходной преобразователь
преобразует механические крутильные колебания в электричес-
кий сигнал, содержащий только спектр отфильтрованных элект-
рических колебаний, которые соответствуют полосе пропускания
данного фильтра.
86
Входной и выходной преобразователи имеют одинаковую кон-
струкцию. Они представляют собой трубку Т из магнитострикци-
онного материала, постоянное магнитное поле Ф которой стаби-
лизировано термомагнитной обработкой. Трубка помещается
внутри катушки О. По ее обмотке протекает входящий ток, созда-
ющий переменное магнитное поле. При взаимодействии этих по-
лей и получаются механические крутильные колебания входного
магнитострикционного резонатора, которые передаются гантель-
ному резонатору Р. Восемь каскадно включенных с помощью свя-
зок С резонаторов обеспечивают требуемую селективность. Это
объясняется тем, что каждый резонатор для механических колеба-
ний ведет себя как эквивалентная электрическая цепь, состоящая из
двух последовательных контуров L1C1 и параллельного контура
L2C2, для электрических колебаний.
В качестве материала для изготовления резонаторов использу-
ются ферроникилевые сплавы с присадкой кобальта для термо-
стойкости. Механические крутильные колебания выходного маг-
нитострикционного преобразователя создают изменяющееся
магнитное поле. Оно наводит в выходной обмотке преобразовате-
ля электрические колебания с частотой пропускаемого данным
фильтром сигнала. Трубки магнитострикционных резонаторов кре-
пятся с помощью эластичных резиновых колец К, обеспечиваю-
щих стабилизацию всей резонансной избирательной механичес-
кой системы фильтра. Последовательно с обмоткой преобразователя
для компенсации индуктивной составляющей ее сопротивления на
входе и выходе фильтра включается конденсатор С.
Характеристики рабочего затухания а и группового времени
прохождения т фильтра приведены на рис. 4.12, б. Размеры элек-
тромеханического канального фильтра (15x2x2 см3) значи-
тельно меньше размеров фильтров типа LC, имеющих анало-
гичные характеристики. Применение электромеханических
фильтров позволяет значительно сократить размеры, массу и
стоимость каналообразующего оборудования, упростить про-
цесс его настройки, обеспечивая при этом высокое качество орга-
низуемых каналов. Таким образом, достижения в области филь-
тростроения влияют на качественные и экономические показатели
аппаратуры систем передачи.
87
Линейные, направляющие, а особенно групповые и канальные
фильтры включаются в системах передачи параллельно (рис. 4.13, а).
Для уменьшения влияния характеристик затухания и сопротивле-
ния в полосе непропускания фильтра Ф( на соседние фильтры Ф/+1,
Ф,+2, .. и т.д. применяются развязывающие устройства или вклю-
чаются компенсирующие элементы. Наиболее перспективный спо-
соб создания развязывающего устройства — включение последо-
вательно к выходу каждого фильтра резисторов сопротивлением
150 Ом, которые затем подключаются к низкому входному сопро-
тивлению /?вх усилителя. При выборе значения /?вх < 3 Ом данное
развязывающее устройство обеспечивает переходное затухание между
каналами 40 дБ. Это практически устраняет влияние между ними.
Указанный способ используется в системах передачи К-60Т и К-24Т.
88
В качестве развязывающего устройства может использоваться так-
же дифференциальная система, в одну диагональ которой включены
фильтры нечетных каналов, а в другую — четных (рис. 4.13, б). Со-
противления нагрузочных резисторов RI и R2 подбираются таким
образом, что приходящие с выхода нечетных фильтров токи будут
создавать на левой полуобмотке трансформатора такое же паде-
ние напряжения, как и на резисторе R2. Тогда падение напряжения
на правой полуобмотке трансформатора, являющейся входом
фильтров четных каналов, будет отсутствовать. Таким образом обес-
печивается требуемое переходное затухание между группой филь-
тров четных и нечетных каналов. Влияния между собой параллель-
но включенных фильтров только четных или только нечетных
каналов будут незначительны, так как они разнесены по полосе
используемых частот.
Компенсирующими элементами при параллельном соединении
ФНЧ и ФВЧ могут быть катушка индуктивности L и конденсатор С,
включаемые последовательно с выходным сопротивлением фильт-
ров (рис. 4.13, в). Это дает возможность увеличить индуктивное
или емкостное сопротивление фильтров (рис. 4.13, г) и исключить
взаимные влияния между ними.
При включении полосовых фильтров может применяться также
компенсирующий двухполюсник (рис. 4.13, д). В худших услови-
ях оказываются крайние фильтры. Они шунтируются реактивными со-
противлениями других параллельно включенных фильтров (рис. 4.13, е,
штриховые линии). Для компенсации этих влияний можно приме-
нить параллельный колебательный контур. Элементы контура рас-
считываются так, чтобы его характеристика компенсировала емко-
стное влияние для фильтра Ф1 и индуктивное влияние для фильтра
ФЗ (штриховая линия). Фильтр Ф2 работает в лучших условиях,
так как индуктивная ветвь сопротивления фильтра Ф1 компенси-
руется емкостной ветвью фильтра Ф2.
Таким образом, применяя более совершенные и менее дорогие
типы фильтров и улучшая условия их параллельной работы, можно
уменьшить мощность помех в каналах и улучшить экономические
показатели аппаратуры систем передачи.
89
4.4. Усилители
Усилитель представляет собой четырехполюсник, обеспечива-
ющий увеличение мощности подводимых на его вход электричес-
ких сигналов. Усилители, применяемые в аппаратуре систем пере-
дачи, подразделяются в соответствии с назначением на
индивидуальные, групповые и вспомогательные.
Индивидуальные усилители предназначены для усиления сигна-
лов, передаваемых в пределах полосы пропускания одного канала
ТЧ. Так как они усиливают токи диапазона частот 0,3—3,4 кГц, то
называются усилителями низкой частоты (УНЧ).
Групповые усилители усиливают сигналы группы (первичной,
вторичной, третичной) каналов или линейного спектра. Групповые
усилители, входящие в состав аппаратуры оконечных пунктов, обес-
печивают получение номинальных уровней передачи в различных
точках схемы.
Линейные усилители (ЛУс) обслуживаемых и необслуживаемых
усилительных пунктов позволяют получить номинальные значения
уровней передачи на всей длине магистрали.
Вспомогательные усилители усиливают сигналы токов несущих
или контрольных частот, сигналов набора и вызова.
Особенностью эксплуатации аппаратуры систем передачи явля-
ется большое количество включенных каскадно усилителей в каж-
дой цепи. В таких условиях небольшое изменение усиления усили-
телей может вызвать значительные колебания уровня сигнала на
концах магистрали. Незначительная нелинейность амплитудной
характеристики усилителей может привести к большим нелинейным
искажениям в каналах и трактах всей магистрали. Поэтому усили-
тели должны обеспечивать: получение необходимого коэффициен-
та усиления с возможностью его регулировки; высокую стабиль-
ность усиления во времени; требуемые амплитудно-частотную и
фазочастотную характеристики; заданное затухание нелинейности;
заданную защищенность от собственных шумов; согласование вход-
ного и выходного сопротивлений усилителя с другими четырехпо-
люсниками; требуемую устойчивость (т.е. способность работать, не
генерируя электрические колебания); требуемую надежность.
90
Рассмотрим важнейшие характеристики усилителей.
Коэффициент усиления по току, напряжению или мощности:
/ п р
к, -^-'ку ~^ЧкР
/вх ^вх -Рвх
Широко используется выражение коэффициента усиления
в логарифмических единицах — децибелах (дБ) или неперах (Нп):
1 и р
S = 201g = 201g = 10lg £в«х.;
^вх Uвх ^вх
5 - lnArz ” InA^ ” ^-InZrp.
Если известны уровни передачи на входе рвх и выходе /?вых уси-
лителя, усиление S - рвых - рвх.
Рабочий диапазон частот усилителя определяет интервал час-
тот от/min до/тах, внутри которого фактический коэффициент уси-
ления 5ф отклоняется от номинального значения SH не более чем
на заданную величину AS (рис. 4.14, а).
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) представляет со-
бой зависимость коэффициента усиления от частоты k(J) или £(/).
Исходя из назначения усилителя, его АЧХ должна иметь опреде-
ленный вид (см. рис. 4.14, «). Отклонение &S(f) = SH(/) - 5ф(/) ха-
рактеризует появляющиеся амплитудно-частотные искажения.
Амплитудная характеристика (АХ) — это зависимость уровня
на выходе усилителя рвых или коэффициента усиления S от измене-
ния уровня на его входе рвх (рис. 4.15, о и б). Отклонение АХ от
линейной зависимости приводит к появлению продуктов нелиней-
ности, которые представляют собой гармоники и комбинацион-
ные составляющие. Количественно нелинейные искажения оцени-
ваются коэффициентом гармоник — отношением действующего
значения напряжения или тока высших гармоник (Uy, Uy, ly, ly),
появившихся в результате нелинейных искажений, к действующе-
му значению напряжения или тока основной частоты (Uy;/y):
y/^2f + U3f+- )//2f + /3f+-
Гг-------п-------; Гг------7~-----•
91
Нелинейность АХ в индивидуальных усилителях приводит к
появлению продуктов нелинейности в пределах спектра частот од-
ного канала. Они вызывают искажения передаваемых по этому ка-
налу сигналов. В групповых усилителях нелинейность АХ приво-
дит к возникновению продуктов нелинейности, которые
распределяются по всему рабочему диапазону частот и могут про-
являться в виде внятных и невнятных переходных разговоров. По-
этому требования к линейности АХ групповых усилителей явля-
ются более жесткими.
Для оценки степени искажений используется такой параметр, как
затухание нелинейности по второй и третьей гармоникам («2г, «Зг):
1 1 ^2 f
а- = 201g—;а, = 201g—
2г ° _ ЗГ ° _ 2Г г/ ’ Зг гг
'2г 'Зг uf uf
Фазовая характеристика (ФХ) определяет зависимость от час-
тоты фазового угла <р между векторами выходного (С/ВЫх) и вход-
ного (С/Вх) напряжений (см. рис. 4.14, б). Нелинейность ФХ приво-
дит к появлению фазочастотных искажений.
Входное сопротивление ZBX представляет собой сопротивление,
согласованное с сопротивлением четырехполюсника, подключае-
мого к усилителю со стороны входа |Z]|. Выходное сопротивление
92
ZBX — это сопротивление, согласованное с сопротивлением нагруз-
ки, подключаемой к усилителю IZ2I- Реальные входные и выход-
ные сопротивления и степень несогласованности их с нагрузками
оцениваются коэффициентами несогласованности:
8
ВХ
Z -Z.
вх 1
ZBX+Z1 ;6вЫХ
Zbmx — Z2
Zbux + Z2
Часто используется понятие «затухание несогласованности»,
которое рассчитывается, дБ, по формуле ^нс = 20 lg^.
Превышение коэффициентом несогласованности его допустимо-
го значения приводит к увеличению рабочего затухания каналов и
трактов систем передачи информации.
Получить постоянное усиление в широкой полосе частот, дос-
тичь высокой стабильности усиления при изменении напряжения
питания, сопротивления нагрузки и параметров элементов схемы,
существенно снизить нелинейные искажения в усилителях можно,
вводя глубокую отрицательную обратную связь.
Классификация ООС по характерным признакам. Как извест-
но, обратная связь в зависимости от фазовых соотношений напря-
жения, подаваемого по цепи обратной связи, и напряжения вход-
ного сигнала может быть положительной (ПОС) и отрицательной
(ООС). При ПОС фазы указанных напряжений совпадают или от-
личаются на целое число периодов (2л, 4л), при ООС — на нечет-
ное число полупериодов (л, Зл, 5л...). Положительная обратная
связь используется в автогенераторах.
В усилителях применяются различные виды ООС: по току
(рис. 4.16, а), при которой напряжение обратной связи (/о.с. пропор-
ционально току нагрузки (С/ос = р/2), по напряжению (рис. 4.16, б),
при которой Сос пропорционально напряжению на нагрузке
(С/0.с. = и комбинированная (по току и напряжению), когда
Цз.с. = Р1/2+Р2^2 (рис. 4.16, в).
По способу подачи С/О.с. на вход усилительного элемента ООС
подразделяется на последовательную (рис. 4.17, а) и параллельную
(рис. 4.17, б).
93
Рис. 4.16
По принципу организации различают однопетлевую ООС
(рис. 4.18, а) и многопетлевую (рис. 4.18, б). По степени охвата
ООС подразделяется на местную с коэффициентом передачи 0) и
общую с коэффициентом 0? (рис. 4.18, б).
94
Рис. 4.19
Рассмотрим влияние ООС на параметры усилителя.
Амплитудно- и фазочастотная характеристики. На рис. 4.19, а
приведена принципиальная схема однокаскадного усилителя. Эле-
ментом, позволяющим реализовать ООС по току, является резис-
тор R3. В случае, если он зашунтирован емкостью конденсатора С/,
ООС отсутствует. Амплитудно-частотная и фазочастотная харак-
теристики усилителя без ООС (штриховая кривая) и с ООС (сплош-
ная кривая) приведены на рис. 4.19, бив. Наличие в усилительном
каскаде реактивных элементов обуславливает зависимость коэф-
фициента усиления и фазового сдвига от частоты. Снижение коэф-
фициента усиления на нижних частотах объясняется влиянием
включенного на входе разделительного конденсатора Ср, а на верх-
них частотах — паразитной емкостью монтажа Сп. В случае при-
менения ООС (см. рис.4.19, б) усилительная способность схемы Icq
становится меньше, чем усиление усилительного элемента к и оп-
ределяется выражением
0 (1 + РЛ)’
где о “ и ’ и ’ р — коэффициент передачи четырехполюс-
ника обратной связи.
95
Рис. 4.20
Это объясняется тем, что входное
напряжение <7ВХ становится меньше
U\ на величину Uo c; UBK = U\-U0^c.
На средних частотах в однокаскадном
усилителе вектор Uz отличается по фазе
от вектора U\ на л рад (рис. 4.20, а).
Если четырехполюсник ООС выпол-
нен из активных элементов, вектор
совпадает по фазе с Тогда UBK< U\.
Фазовые углы фо(^2, ^1), ф(^2, ^вх)
равны между собой и составляют л
рад. На низких частотах вектор Uz
будет отличаться по фазе от вектора t/j, на угол, меньший л (рис.
4.20, б). Вектор UBX станет больше, чем на средних частотах. Таким
образом, подаваемое на вход усилительного элемента напряжение
t/BX увеличивается, компенсируя уменьшение коэффициента к на низ-
ких частотах. Обеспечивается постоянство величины Uz и коэффи-
циента усиления схемы с ООС. Угол сро(^2, t/j) станет больше ср( Uz.
t/BX), т.е. АЧХ усилителя с ООС (см. рис. 4.19,6) становится более рав-
номерной, а ФЧХ (см. рис. 4.19, в) более прямолинейной. Аналогично
можно построить векторную диаграмму для частот выше среднего зна-
чения.
В двухкаскадных усилителях на верхних и нижних частотах усилива-
емого диапазона коэффициент к$ может увеличиваться (см. рис. 4.19, б).
Это происходит вследствие перехода обратной связи из отрицатель-
ной в положительную, когда t/BX > U\.
Нелинейные искажения. Введение ООС в усилителе снижает не-
линейные искажения. Этот эффект объясняется тем, что с выхода
усилителя гармоники и комбинационные составляющие по цепи об-
ратной связи попадают на вход усилителя и снова появляются в
точке своего зарождения в фазе, противоположной начальной. Сле-
довательно, при действии ООС затухание нелинейности становит-
ся больше, чем при ее отсутствии:
ЙН -«H+201g(l+pAr).
"(ООО) "
Стабильность коэффициента усиления. Этот параметр оценивает-
ся относительной нестабильностью 'E^clkl к. Для усилителя с отри-
96
цательной обратной связью нестабильность §() = dk$ / к{) определя-
ется выражением
Относительное изменение коэффициента усиления усилителя с
ООС при воздействии дестабилизирующих факторов (изменение
напряжения питания, сопротивления нагрузки, параметров элемен-
тов схемы) получается меньше, чем усилителя без ООС, в (1+р/с)
число раз. Рассмотрим, например, случай увеличения ЕК для одно-
каскадной схемы усилителя с ООС (см. рис. 4.19, а). Ток эмиттера /э
возрастет, ток коллектора /к возрастет, падение напряжения UH на
сопротивлении нагрузки в начальный момент возрастет. Одна-
ко увеличение /э приведет к росту падения напряжения ЦОос)на эле-
менте ООС — резисторе Ry Потенциал эмиттера срэ станет более
отрицательным по отношению к базе. Это приведет к тому, что тран-
зистор призакроется. Величины S(OCC) и zk(OCC) под воздействием
ООС уменьшаются и падение напряжения на нагрузке при воздей-
ствии ООС С/Н(оос) уменьшается, т.е. ООС приводит к тому, что UH
не изменяется, а значит, стабильность коэффициента усиления ко
при изменении напряжения питания повышается. Условно процес-
сы, происходящие в схеме усилителя с ООС при изменении напря-
жения питания, можно записать так: пусть , z3t, rKt > ЦЛ»но ПРИ
этом t/(ooc) t» Фэ1? ^э(оос)!’ ^к(оос)!’ ^н(оос) I> т.е. вследствие воздей-
ствия ООС t/H(ooc)= const, ко - const при ЕК = var. Аналогично можно
записать процессы, которые будут происходить при изменении сопро-
тивления нагрузки или элементов схемы в усилителях с ООС.
Выходное сопротивление. Влияние ООС на выходное сопротив-
ление схемы рассмотрим на примере работы двух схем с обратной
связью по току и напряжению (см. рис. 4.16, а и б). В схеме с ООС по
току при ее работе в режиме холостого хода уменьшение тока на-
грузки I2 приведет к снижению напряжения обратной связи t/ox. В
результате возрастает входное напряжение t/BX и, как следствие, ток
нагрузки /2(оос). Таким образом, ток нагрузки I2 останется постоян-
ным. Свойством поддерживать ток нагрузки постоянным обладают
схемы с большим выходным сопротивлением. Следовательно, ООС по
току увеличивает выходное сопротивление схемы усилителя.
4 Зак. 4611
97
Работа схемы с ООС по напряжению (см. рис. 4.16, б) в режиме
короткого замыкания состоит в следующем. Уменьшение напря-
жения нагрузки lh приводит к снижению напряжения обратной
связи Со с , что вызовет увеличение входного напряжения t/BX, и,
как следствие, возрастание напряжения нагрузки вследствие дей-
ствия обратной связи Lfyooc)- Таким образом, напряжение нагруз-
ки останется постоянным. Свойством поддерживать напряжение
нагрузки постоянным обладают схемы с малым выходным со-
противлением. Следовательно, ООС по напряжению уменьшает
выходное сопротивление усилителя.
4.5. Устройства автоматической регулировки усиления
Устройства автоматической регулировки усиления (АРУ) пред-
назначены для поддержания постоянным остаточное затухание ка-
налов и обеспечения неизмен-
ной в заданных пределах
диаграммы уровней линейно-
го тракта системы передачи.
Остаточное затухание канала и
уровни в точках приема и пе-
редачи аппаратуры могут изме-
няться вследствие увеличения
или уменьшения затухания уча-
стков кабеля, которое проис-
ходит из-за изменения темпе-
ратуры грунта на глубине
прокладки кабеля. На рис. 4.21
приведены зависмости затуха-
ния участка от частоты при средней /ср, максимальной Т и минималь-
ной t температурах грунта.
В усилительных пунктах, размещаемых на магистрали, реализуют-
ся так называемые установочные усиления Sy„, которые компенсируют
затухания участка при средней температуре грунта Диаграмма уров-
ней на двух усилительных участках УСУЧ для температуры /q, приведена
на рис. 4.22 (сплошная линия). В этом случае уровни передачи на выхо-
де усилительных пунктов будут равны номинальному значению.
98
ОС
(ОП)
ПС
(ОУП или НУП)
ПС
(ОУП или НУП)
С увеличением температуры грунта до максимального значе-
ния Т затухание усилительных участков возрастает и уровень сиг-
нала, приходящего на вход усилителя, уменьшится. При неизмен-
ном усилении 5уст уровень передачи на выходе первой ПС будет
ниже номинального. Уровень приема на входе второй ПС будет
меньше, чем на входе первой. Это приведет к увеличению неском-
пенсированного значения затухания, а значит, и к возрастанию ос-
таточного затухания канала. Кроме того, снижение уровня при-
ема будет приводить к уменьшению разности Д/> между уровнем
сигнала /?ПрТ и уровнем помех рпом, определяющей качество орга-
низуемых каналов. Уменьшение величины Др приведет к увеличе-
нию уровня помех в каналах.
Со снижением температуры грунта до минимального значения
t затухание кабельных участков уменьшается. При том же значе-
нии усиления усилителей SyCT уровни передачи на выходе первой
и второй ПС будут превышать номинальное значение рП(ном)- Уси-
ление в канале увеличится, что вызовет уменьшение остаточного
затухания и может привести к генерации канала. Кроме того,
увеличение уровней передачи на 6pt может вызвать перегрузку группо-
вых усилителей и привести к росту помех нелинейного происхождения
99
в каналах. Таким образом, усиление усилителей необходимо ре-
гулировать в соответствии с изменением затухания участков, соот-
ветственно увеличивая его с ростом затухания и уменьшая при его
снижении. Это будет способствовать поддержанию остаточного за-
тухания организуемых каналов постоянным.
С увеличением температуры грунта происходит не только воз-
растание затухания участка, но и изменяются наклон и кривизна
его характеристики (см. рис. 4.21). Таким образом, устройство АРУ
должно иметь регуляторы, компенсирующие плоскую, наклонную
и криволинейную составляющие изменения затухания. Так как наи-
большее значение изменения затухания будет на частоте /в, плос-
кую регулировку устройства АРУ целесообразно выполнять на верх-
ней частоте линейного спектра. Для выполнения наклонной
регулировки необходимо сравнивать затухание участка на верхней
/в и нижней /н частотах. Криволинейная регулировка осуществля-
ется на средней частоте линейного спектра.
Для работы устройств АРУ в линейный тракт с оконечной стан-
ции передаются токи контрольных частот от специального генера-
тора ГКЧ. Значения уровней и частот контрольных токов должны
быть стабильными во времени, во избежание ложной регулировки
устройств АРУ. Например, в системе передачи К-бОп для плоской
регулировки выбирается частота 248 кГц, для наклонной — 16 кГц,
а для криволинейной — 112 кГц. Уровни передаваемых токов кон-
трольных частот устанавливаются на 15—20 дБ ниже номинально-
го уровня передачи измерительного сигнала. Это обусловлено не-
обходимостью исключить перегрузку групповых усилителей
постоянно передаваемыми токами КЧ.
Рассмотрим принцип работы АРУ с плоской регулировкой
(рис. 4.23, а). Вследствие изменения затухания участка изменяется
и уровень мощности контрольного тока частотой 248 кГц , посту-
пающего с выхода линейного усилителя ЛУс на приемник конт-
рольного канала ПКК. После прохождения через узкополосный
фильтр и усиления в усилителе контрольный ток выпрямляется и
поступает на схему сравнения СС. В ней выпрямленный ток сигна-
ла КЧ сравнивается со значением опорного (эталонного) тока. В
случае их несоответствия изменяется параметр регулирующего эле-
мента РЭ, который вызывает изменение затухания регулятора Per
100
ЛУс
Рис. 4.23
на одинаковое значение во всем диапазоне частот. Указанный ре-
гулятор включается в петлю отрицательной обратной связи уси-
лителя ЛУс и изменяет ее глубину. Происходит изменение усиле-
ния ЛУс также на одинаковое значение во всей полосе передаваемых
частот. Таким образом, выполняется плоская регулировка усиле-
ния вследствие работы АРУ.
В качестве регулирующего элемента РЭ наиболее часто приме-
няются терморезисторы косвенного подогрева (ТКП). Тепло, вы-
деляемое при прохождении тока через отдельный подогреватель,
101
воздействует в них на рабочее тело, вызывая изменение сопротивле-
ния Ry. Значение тока подогрева определяется схемой сравнения СС.
На рис. 4.23, б приведена схема плоского регулятора РП.
Аналогично функционируют приемники контрольного ранала
наклонной и криволинейной АРУ. Схемы регуляторов наклонной
PH и криволинейной РК АРУ приведены на рис. 4.23, б.
Структурная схема усилителя с трехчастотной АРУ приведена
на рис. 4.24, диаграмма уровней для кабельной линии передачи с
усилителями, оборудованными трехчастотной АРУ.— на рис. 4.25.
Усиление усилителей при минимальной и максимальной темпера-
турах грунта компенсирует затухание участков УсУч: S, = at, S^a-p.
Разность между уровнем приема и уровнем помех Дру, определяю-
щая качество организуемых каналов связи и влияющая на значение
напряжения помех, не будет уменьшаться. Превышения номиналь-
ного значения уровня передачи на выходе ПС не будет (5р, = 0).
Таким образом, трехчастотная АРУ будет поддерживать остаточ-
ное затухание канала постоянным и диаграмму уровней на маги-
страли связи неизменной. Однако установка трехчастотной АРУ
на каждой помехоустойчивой станции экономически невыгодна из-
за ее большой стоимости. Она размещается в обслуживаемом уси-
лительном пункте (ОУП) через 500—600 км или при организации
Рис. 4.24
102
ОС
ПС
ПС
выделения каналов. Двухчастотные АРУ (без криволинейных регу-
ляторов) устанавливаются на ОУП через 250—300 км.
В необслуживаемом усилительном пункте (НУП) размещаются
усилители с температурным АРУ (Т-АРУ). На расстоянии 10—12 м
от НУП на глубине прокладки кабеля закапывается термодатчик,
представляющий собой терморезистор ТР (рис. 4.26). В зависимо-
сти от температуры грунта происходит изменение сопротивления
терморезистора, что приводит к изменению затухания регулирую-
щего элемента в цепи ООС и усиления ЛУс. Температурные АРУ
гораздо дешевле частотных. Однако они обладают большей погреш-
ностью. Таким образом, Т-АРУ выполняют грубую регулировку,
103
облегчая условия работы АРУ по токам КЧ. В системе передачи
К-60Т НУП оборудуется устройством АРУ по току контрольной
частоты 248 кГц, осуществляющим плоско-наклонную регулиров-
ку. Это позволило при незначительном увеличении стоимости
НУП существенно повысить точность регулировки диаграммы
уровней на магистралях большой протяженности и обеспечить ста-
бильность остаточного затухания организуемых каналов связи.
4.6. Гевераторвое оборудовавве
Генераторное оборудование служит для получения: в системах
передачи с ЧРК токов несущих, контрольных и вызывных частот;
в системах передачи с ВРК токов импульсных последовательнос-
тей, осуществляющих тактирование и синхронизацию работы от-
дельных узлов аппаратуры.
Генераторное оборудование систем передачи строится по груп-
повому принципу, при котором требуемые частоты получают ум-
ножением, делением или дробно-кратным преобразованием часто-
ты электрических колебаний задающего генератора (ЗГ). Упрощенная
структурная схема генераторного оборудования комплекта индиви-
дуального преобразования КИП, входящего в состав оконечной и
промежуточной станций СО К-24Т, СП К-24Т, приведена на рис. 4.27.
104
Основными элементами генераторного оборудования являются: ЗГ,
делители частоты Д1—ДЗ, гармонический умножитель ГУ, узкопо-
лосные фильтры Ф-372, Ф-60, а также Ф-64—Ф-108 (настроенные на
16—27 гармоники) и усилители Ус.
Задающий генератор представляет
собой автогенератор—устройство, пре-
образующее энергию источника посто-
янного тока в энергию гармонических
колебаний с определенными частотой
и амплитудой. В общем виде схема ав-
тогенератора может быть представле-
на в виде электрически замкнутой схе-
мы (рис. 4.28), основными элементами
Рис. 4.28
которой являются усилитель и цепь по-
ложительной обратной связи (P-цепь). Для работы автогенератора
необходимо, чтобы энергия, вводимая от внешного источника в ко-
лебательный контур, была достаточной для компенсации активных
потерь в нем, а обратная связь по характеру была бы положитель-
ной, т.е. выполнялось условие баланса амплитуд и баланса фаз.
Под действием дестабилизирующих факторов частота и фаза ко-
лебаний ЗГ незначительно флюктуирует около средних значений.
При умножении значения этих флюктуаций увеличиваются, а при
делении уменьшаются пропорционально соответственно коэффици-
енту умножения или деления. Поэтому целесообразнее создавать
ЗГ на более высокие частоты, а затем выполнять деление частоты.
Степень постоянства частоты электрических колебаний, вы-
рабатываемых ЗГ, оценивается относительной нестабильностью
Afo/fo, под которой понимается отношение отклонения частоты Д/о
к значению этой частоты /о- Нормами устанавливается значение
максимального изменения частоты сигнала ДГ при прохождении
его по каналу.
Как правило, несущие частоты являются гармониками основной
частоты электрических колебаний ЗГ/ij. Поэтому максимальным
будет отклонение частоты так называемой виртуальной несущей /в.
Виртуальной частотой преобразования называется фиктивная не-
сущая частота при многократном преобразовании, с помощью
105
которой можно было бы исходную полосу частот сигнала перемес-
тить в область линейного спектра однократным преобразованием.
Иными словами, виртуальной является такая частота в линейном
спектре, которая соответствует нулевой частоте в исходном сигнале.
Требования к абсолютной Д/о и относительной нестабильности
Д/Ь//о определяются соотношением Д/0//0 s bFHf*.
Для обеспечения допустимого изменения частоты сигнала, рав-
ного для простого (без транзитов) канала AF= 1 Гц, величина Д/о//о
в системах К-60Т и К-бОп должна составлять 2-10’6. Требования к
стабильности частоты ЗГ повышаются с увеличением числа кана-
лов в системе передачи, т.е. относительная нестабильность должна
быть тем меньше, чем шире используемый линейный спектр.
Требования к постоянству амплитуды электрических колебаний
ЗГ могут быть сформулированы с учетом следующих факторов.
В отношении стабильности выходной мощности наиболее жест-
кие требования предъявляются к источникам контрольных частот,
так как ее изменение приводит к ложному срабатыванию устрой-
ства АРУ. Исходя из допустимой погрешности АРУ принято, что
отклонение уровней токов от контрольных частот номинальных
значений не должно превышать ±0,2 дБ.
Уровни токов несущих частот также должны быть достаточно
стабильны, поскольку в противном случае возможно существенное
изменение рабочих затуханий преобразователей частоты и, как след-
ствие, недопустимо большое изменение остаточного затухания ка-
налов. Принято, что отклонение уровней токов несущих частот от
номинальных значений не должно превышать ±0,5 дБ. Необходи-
мая стабильность уровней токов, вырабатываемых генераторным
оборудованием, достигается применением в усилителях устройств
АРУ или дополнительного ограничения сигнала.
Рассмотрим способы стабилизации частоты электрических
колебаний ЗГ.
На изменение частоты колебаний, вырабатываемых ЗГ, суще-
ственное влияние оказывает ряд дестабилизирующих факторов:
изменение напряжения источника питания, вызывающее изме-
нение динамических параметров транзисторов, а значит, и потерь,
вносимых в колебательный контур;
106
изменение нагрузки, приводящее к изменению потерь, вноси-
мых в колебательный контур;
старение элементов схемы и замена транзисторов, влияющих
на режим работы генератора;
изменение температуры, влажности и давления окружающей сре-
ды, вызывающее изменение параметров колебательного контура;
механические вибрации и деформация деталей, ведущих к изме-
нению парметров колебательного контура;
влияние внешних электромагнитных и электростатических по-
лей, изменяющих параметры колебательного контура.
К мерам, способствующим ослаблению дестабилизирующего
действия указанных факторов, относятся:
стабилизация напряжения источников питания: общая — на стой-
ках автоматической регулировки напряжения (САРН), местная —
непосредственно в генераторном оборудовании с использованием
стабилизирующих элементов;
подключение нагрузки к выходу генератора не непосредствен-
но, а через эмиттерный повторитель или удлинитель, уменьшаю-
щие влияние изменения сопротивления нагрузки на частоту коле-
баний генератора;
предварительный подбор транзисторов по статистическим параметрам;
помещение колебательного контура в термостат, в котором
поддерживается постоянная температура, а также использова-
ние материалов, малоизменяющих свои размеры и свойства
с изменением температуры;
применение различных амортизационных устройств для ослаб-
ления механических вибраций;
экранирование колебательного контура и в целом всего генера-
тора для ослабления влияния внешних электромагнитных и элект-
ростатических полей.
Реализация перечисленных мероприятий позволяет достичь зна-
чений Д/о//о = 10*4 + 10“5. Наиболее эффективными средствами для
стабилизации частоты ЗГ является использование кварцевых ре-
зонаторов (КР). Последний представляет собой устройство, со-
стоящее из кварцевого элемента, электродов и кварцедержате-
ля, размещенных в стеклянном баллоне, металлическом или
пластмассовом корпусе.
107
Кварцевый элемент представляет собой прямоугольную плас-
тину, вырезанную определенным образом из кристалла кварца.
Электроды выполнены в виде металлической пленки, нанесенной
на кварцевый элемент. Кварцедержатели изготовляют из упругих
металлических пластин или проволочных растяжек, припаянных
к электродам. Кварцевые резонаторы могут быть герметизирован-
ными или негерметизированными.
Использование кристаллов кварца для стабилизации частоты ЗГ
основано на явлении, которое называется пьезоэлектрическим эффек-
том. Это свойство заключается в том, что при механическом воз-
действии на пластину, вырезанную из кристалла кварца, на ее по-
верхности появляются электрические заряды, противоположные по
знаку. Пьезоэлектрический эффект обратим. Кварцевая пластина,
помещенная в переменное электрическое поле, создаваемое источ-
ником тока с эдс Е и внутренним сопротивлением Rj (рис. 4.29, а),
б
108
начинает совершать механические колебания в такт с изменением
электрического поля, причем амплитуда этих колебаний не остает-
ся постоянной. На одних частотах колебания сильно возрастают,
на других почти отсутствуют. Это объясняется тем, что кварцевая
пластина, как любое упругое тело, обладает инерционными свой-
ствами и является механической колебательной системой с опреде-
ленными резонансными частотами. Как показывает опыт, при из-
менении частоты источника тока напряжение на электродах
кварцевой пластины, а следовательно, и сопротивление ее для пе-
ременного тока будут изменяться в значительных пределах: почти
от 0 до Е (рис. 4. 29, б). Следует, что кварцевую пластину можно в
электрическом отношении рассматривать как двухполюсник, со-
стоящий из реактивных сопротивлений, обеспечивающих резонанс
напряжений на частоте f\ и резонанс токов на частоте/2-
Схема такого двухполюсника приведена на рис. 4.29, в, зависи-
мость изменения сопротивления для эквивалентной схемы кварце-
вого резонатора без учета потерь — на рис. 4.29, г.
Значения элементов LK и Ск в основном определяются геометри-
ческими размерами кварцевой пластины и типом среза. Сопротивле-
ние Лк, эквивалентное потерям в элементах, зависит от качества об-
работки пластины и способа крепления. Емкость Со определяется
емкостью электродов, держателя и монтажа. Указанные параметры
достигают следующих значений: LK = 103 * Ю4 Гн, Ск = 10‘2 * 10‘3 пФ,
Лк = 102 •*- 103 Ом, Со = 2 4- 20 пФ. Частота резонанса напряжения
(последовательного резонанса) определяется значениями LK, Ск
резонатора:
f =____!___
1 2”#Л'
Частота резонанса токов (параллельного резонанса) зависит так-
же от емкости кварцедержателя Q:
/ =---- 1
2 2nJL С С /(С + С )
V к к 0 v к О'
Частоты /1 и /2 очень близко расположены друг к другу. Раз-
ность /]—-fi зависит от емкости Со, природы кристалла, типа среза
и может достигать 0,4—2 % от/2-
109
Колебания температуры окружающей среды приводят к изме-
нению размеров кварцевого резонатора, что вызывает незначитель-
ное изменение значений резнансных частот кварца.
Для получения относительной нестабильности 10‘6 и выше для
уменьшения влияния изменения температуры окружающей среды
применяют термостат. Его рабочая температура выбирается
от 50 до 70°С.
Применяемые в аппаратуре схемы задающих генераторов можно
условно разделить на две группы: с кварцевым резонатором в конту-
ре (трехточечные схемы) и в цепи положительной обратной связи.
Схемы с кварцевым резонатором в контуре наиболее часто применя-
ются в термостатированных высокостабильных генераторах с отно-
сительной нестабильностью частоты 10'6—10'9. Существуют емкост-
ная трехточечная схема с кварцевым резонатором КР между базой и
коллектором транзистора (рис. 4.30, а) и индуктивные трехточечные
схемы с КР между базой и эмиттером или эмиттером и коллектором.
Наиболее широко используется емкостная трехточечная схема,
в которой КР работает как индуктивность с высокой добротнос-
тью, а частота генерируемых колебаний находится между частота-
ми резонансов напряжений и токов. Данная схема позволяет полу-
чить максимальную стабильность частоты ЗГ, более проста в
регулировке, надежнее по сравнению с индуктивными трехточеч-
ными схемами.
В схемах ЗГ с КР в цепи ПОС применяются двухкаскадные уси-
лители. Выбором режимов транзисторов можно обеспечить взаим-
ную компенсацию изменений частоты, вызываемых различными
дестабилизирующими факторами. Поэтому такие схемы применя-
ются без термостатирования в тех устройствах, где требуется отно-
сительная нестабильность частоты 10’5—10‘6 .
При последовательном включении КР в цепь ПОС (рис. 4.30, б)
генерация возможна на частоте/j, при которой сопротивление КР
мало, падение напряжения на нем минимально, а глубина обрат-
ной связи максимальна. При параллельном включении КР в цепь
ПОС (рис. 4.30, в) генерация возможна на частоте/2, при которой
сопротивление КР велико, падение напряжения на нем максималь-
но. Это соответствует максимальной глубине ПОС. Так как значе-
ние/] зависит только от параметров кварцевой пластины, а /2 за-
110
! P-цепь!
в
висит еще и от емкости кварцедержателя Q, то схема ЗГ с последо-
вательным включением КР в цепь ПОС более предпочтительна.
Схемы с КР в цепи ПОС менее критичны к значению динами-
ческого сопротивления резонатора: в них можно применять ре-
зонаторы с большим /?к по сравнению с трехточечными схемами. При
той же мощности, рассеиваемой на кварцевом резонаторе, эти схемы
позволяют получить больший уровень напряжения на нагрузке.
В схемах ЗГ для коррекции отклонения частоты электрических
колебаний из-за старения кварцевого элемента резонатора к КР
последовательно или параллельно подключают реактивное сопротив-
ление. При последовательном подключении конденсатора С частота
резонанса напряжения смещается в сторону больших значений.
Параллельное включение КР и С позволяет изменять значение
111
частоты резонанса токов в сторону меньших значений. Таким об-
разом, изменяя емкость С, можно подстроить частоту резонанса
напряжений или токов и скорректировать отклонение частоты
генерируемых с ЗГ колебаний.
Рассмотрим схему ЗГ,
Рис. 4.31
входящего в состав генера-
торного оборудования
системы передачи К-24Т
(рис. 4.31). Генератор со-
бран на транзисторе VT
по емкостной трехточеч-
ной схеме. В состав кон-
тура входят конденсаторы
С5, С6, а также последова-
тельно включенные квар-
цевый резонатор G и кон-
денсатор С4. Эквивалентное
сопротивление резонатора
и конденсатора С4 долж-
но иметь индуктивный ха-
рактер, только в этом случае ЗГ будет генерировать электрические
колебания. Частота колебаний 4464 кГц стабилизируется кварце-
вым резонатором-термостатом. Он помещен в стеклянный баллон
вместе с позисторами, которые представляют собой термосопро-
тивления с положительным температурным коэффициентом. При
включении питания позистор функционирует как подогреватель и
термочувствительный элемент, т.е. с увеличением температуры внут-
ри баллона сопротивление позистора возрастает и ток подогрева
уменьшается. Таким образом, в баллоне поддерживается темпера-
тура +65°С с точностью термостатирования ±0,2°С. Конденсатор
С4 служит для коррекции частоты генерации при настройке аппа-
ратуры, варикап VD — для подстройки частоты генерируемых ко-
лебаний в процессе эксплуатации системы передачи, что достигает-
ся изменением емкости варикапа при изменении подводимого к
нему напряжения потенциометром R1.
Гармонический умножитель (ГУ) (рис. 4.32, а), входящий в со-
став генераторного оборудования, состоит из катушки индуктивно-
112
a
б
в
^н2
17 1921 232527 Номер гармоники
16 1820222426
Номер гармоники
Рис. 4.32
сти (дросселя) LH, конденсатора С и двухполупериодного выпрями-
теля ВМ. Сердечник катушки индуктивности LH изготавливается из
оксифера или пермаллоя, обладающих малым остаточным магне-
тизмом и большой магнитной проницаемостью ц. Поэтому кривая
гистерезиса В = ф(Я) для больших амплитуд подводимых токов
113
может быть приближенно изображена в виде ломаной линии
(рис. 4.32, б). На этом же рисунке представлены также процессы,
происходящие в гармоническом умножителе. Масштаб кривой тока
/(/) выбран так, чтобы в каждый момент времени его значение соот-
ветствовало бы напряженности магнитного поля Н.
При пропускании через катушку LH синусоидального тока ее
индуктивность будет периодически изменяться от Гтах до Lmjn. Так
как индуктивность может быть представлена как L = dB/dH, макси-
мального значения она достигнет при ненасыщенном состоянии
сердечника, а минимального — при его насыщении. В моменты
времени Д/, когда ток в катушке изменится от /+ до /., происходит
значительное изменение магнитного потока. На зажимах катуш-
ки индуктивности будут появляться импульсы эдс самоиндукции
е = -L(dildt). В остальные моменты времени значение L будет близ-
ким нулю и импульсов эдс на ее зажимах не будет. Чем больше
амплитуда тока и отношение /,„//+ или тем больше скорость
изменения магнитного потока, выше и короче импульсы эдс.
Возрастание импульсов эдс будет наблюдаться также с увеличе-
нием «крутизны» петли гистерезиса dBldH. От этих импульсов за-
ряжается конденсатор С через сопротивление нагрузки Ящ. После
резкого уменьшения индуктивности катушки конденсатор С будет
разряжаться на цепь, содержащую сопротивление нагрузки Яи] и
весьма малое сопротивление индуктивности. Параметры этой цепи
определяют форму кривой разрядного тока. Обычно выбирается
апериодический разряд, близкий критическому режиму. Это обес-
печивает благодаря малой постоянной времени цепи появление
весьма кратковременных импульсов. Напряжение подобной слож-
ной формы содержит большое число нечетных гармонических со-
ставляющих (7Hi с незначительно изменяющимися амплитудами с
увеличением номера гармоники (рис. 4.32, в).
Для получения четных гармонических составляющих необходимо
существующие электрические колебания пропустить через двухполу-
периодный выпрямитель ВМ. На сопротивлении нагрузки ЯН2 появит-
ся последовательность кратковременных импульсов одинаковой по-
лярности, содержащих четные гармонические составляющие t/H2-
Таким образом, на выходе ГУ будет широкий спектр разделенных
на две группы (четных и нечетных) гармонических составляющих.
114
Это позволит облегчить требования к узкополосным фильтрам
Ф-64—Ф-108, выделяющим колебания нужных гармоник (рис. 4.27).
Делители частоты, входящие в состав генераторного обору-
дования, позволяют снизить частоту электрических колебаний в
целое число раз. В современных системах передачи применяют-
ся счетчиковые делители частоты, выполненные на основе триг-
геров, которые работают в счетном режиме. Наиболее часто ис-
пользуются D- и JK-триггеры, входящие в состав многих серий
интегральных микросхем.
4.7. Оборудование оконечных станций
В состав оконечного пункта ОП системы передачи входят стой-
ки, на которых размещается аппаратура преобразования, сопряже-
ния и оконечная аппаратура линейного тракта (см. рис. 4.1). С око-
нечного пункта осуществляется дистанционное питание (ДП) НУП,
оганизуется цепь телемеханики и телеконтроля ТМ и ТК аппарату-
ры промежуточных усилительных пунктов, обеспечивается служеб-
ная связь СС (рис. 4.33). Она устанавливается между персоналом
ОП и ОУП, ОУП и ОУП, а также ОП или ОУП и работниками,
выехавшими для устранения повреждений или проведения работ
по техническому обслуживанию НУП.
Рис. 4.33
115
В качестве примера рассмотрим систему К-60Т, упрощенная схе-
ма которой приведена на рис. 4.2. Ее оборудование размещается
на стойках (рис. 4.34): канального преобразования СКП-Т, груп-
пового преобразования СГП-Т, линейного оборудования СЛО-Т,
Рис. 4.34
вводно-кабельного оборудования СВКО-Т, дистанционного пита-
ния СДП-Т, служебной связи ССС-Т, телемеханики СТМ-Т.
В стойке СКП-Т сигналы тонального спектра частот 0,3—3,4 кГц
60 каналов преобразуются в спектр колебаний 60—108 кГц пяти стан-
дартных 12-канальных первичных групп в передающем тракте и под-
вергаются обратному преобразованию в приемном тракте. В слу-
чае, если стойка комплектуется на 120 каналов (две системы К-60Т),
она имеет шифр СКП-Т-2, если на 60 каналов — шифр СКП-Т-1.
Стойка СГП-Т в тракте передачи преобразует токи пяти 12-ка-
нальных групп в полосу частот 312—552 кГц вторичной группы, а
затем токи В Г — в полосу частот линейного спектра 12—252 кГц.
В тракте приема выполняется обратное преобразование.
Данная стойка комплектуется оборудованием двух систем К-60Т.
116
В случае, если на стойке установлено генераторное оборудование
для получения несущих и контрольных частот, она имеет шифр
СГП-ТГ, если генераторное оборудование отсутствует — шифр
СГП-Т. Стойка СГП-Т используется на магистралях с числом параллель-
но работающих систем К-60Т больше двух для доукомплектования.
В тракте передачи стойки СЛО-Т усиливается уровень мощнос-
ти сигналов линейного спектра частот до номинального значения -5 дБ
при работе без предыскажения, формируются и подаются в линейный
тракт токи контрольных частот 16 и 248 кГц, вводится режим пре-
дыскажения уровней передачи аналогично принятому в системах
К-бОп, П-ЗО6.
В тракте приема СЛО-Т усиливаются токи линейного спектра
частот для компенсации затухания, вносимого прилегающим уси-
лительным участком, корректируются амплитудно-частотные ис-
кажения сигналов, вносимые прилегающим усилительным участ-
ком, автоматически регулируется усиление по токам контрольных
частот 16 и 248 кГц при изменении температуры грунта на глубине
прокладки кабеля.
Следует отметить, что в отличие от системы АРУ в К-бОп, К-60Т
АРУ выполнена двухчастотной благодаря исключению КЧ 112 кГц.
Такая возможность появилась вследствие введения одночастотной кри-
волинейной регулировки уровня в каждом НУП на частоте 248 кГц.
Стойка СЛО-Т рассчитана на установку двух систем К-60Т.
Стойка СВКО-Т обеспечивает: подключение и обслуживание
двух кабелей (высокого и низкого уровней); защиту обслуживаю-
щего персонала и станционного оборудования от опасных напря-
жений; организацию цепей дистанционного питания оборудова-
ния НУП, а также фантомных цепей для каналов служебной
связи и телемеханики.
Стойка СДП-Т предназначена для дистанционного питания обо-
рудования НУП (линейного усилителя, аппаратуры служебной свя-
зи и телемеханики) по симметричным парам кабеля постоянным
стабилизированным током до 210 мА. При работе по схеме «про-
вод—земля» могут получать питание от одного до шести НУП,
при работе по схеме «провод—провод» — от одного до трех НУП.
Напряжение на выходе в линию может изменяться от 75 до 470 В.
Стойка позволяет организовать две цепи дистанционного питания.
117
Стойка ССС-Т дает возможность организовать: два канала по-
станционной служебной связи ПСС1 и ПСС2 для ведения перего-
воров персонала ОУП с обоими ОП или ОУП и ОУП; два канала
участковой служебной связи УСС-А, УСС-Б для ведения перего-
воров персонала ОУП с работниками, выехавшими в НУП; канал
магистральной служебной связи для ведения переговоров персо-
нала ОП и ОУП, где предусматриваются выделение групповых трак-
тов и каналов, а также их транзит.
Стойка СТМ-Т обеспечивает: контроль за состоянием оборудо-
вания до 14 НУП с каждой стороны от ОУП в пределах секции
дистанционного питания (при этом семь из 14 НУП могут быть
объектами СПК-24Т, СПК-60Т); прием до 28 сигналов извещения
с любого из контролируемых пунктов; передачу обобщенных сиг-
налов Авария, Повреждение, Предупреждение о состоянии конт-
ролируемых пунктов в центры автоматизированной системы
технической эксплуатации сети.
4.8. Оборудование линейного тракта
В состав оборудования линейного тракта входят: оконечное обо-
рудование линейного тракта ОАЛТ, кабельные участки и усили-
тельные пункты (см. рис. 4.1). На сетях МПС применяются сим-
метричные кабели МКПА, МКС и реализуется однополосная
четырехпроводная (двухкабельная) схема связи. Сигналы в одном
направлении передаются по паре жил одного кабеля, а в обратном —
по паре другого. Этим достигается уменьшение мощности помех
в каналах из-за влияния цепи (пары) с высоким уровнем сигнала
на цепь с низким уровнем. Упрощенная структурная схема уси-
лительного пункта однополосной четырехпроводной системы
приведена на рис. 4.35. Усилители Ус усиливают линейные сигна-
лы для компенсации затуханий, вносимых усилительными учас-
тками. Корректоры К устраняют амплитудно-частотные искаже-
ния, появляющиеся при прохождении сигналов по линии.
Устройства АРУ компенсируют временное изменения затухания
усилительного участка.
118
Рис. 4.35
Рассмотрим на примере системы К-60Т оборудование обслужи-
ваемого усилительного пункта ОУП, в состав которого входят
(рис. 4.36): стойка линейного тракта СЛ-Т; две стойки СВКО-Т (одна
для включения двух кабелей низкого уровня, вторая — двух кабе-
лей высокого уровня), две стойки СДП-Т, стойки ССС-Т и СТМ-Т.
Стойка СЛ-Т обеспечивает: усиление токов линейного спектра
частот для компенсации затуханий, которые вносятся усилитель-
ными участками, прилегающими к ОУП с одной и другой сторон;
коррекцию амплитудно-частотных искажений сигналов, вносимых
прилегающими усилительными участками; автоматическую регу-
лировку усиления по токам КЧ 16 и 248 кГц аналогично ОП. Стойка
СЛ-Т комплектуется на две системы К-60Т.
Оборудование остальных стоек выполняет такие же функции,
как оборудование на ОП.
Стойки аппаратуры системы передачи К-60Т (кроме СВКО-Т),
размещаемые в ОП и ОУП, имеют типовую для аппаратуры мно-
гоканальной связи конструкцию «Вертикаль-М». Их размеры: вы-
сота 2600 мм, ширина 120 мм, глубина 240 мм. Стойка СВКО-Т
119
свко-т
Рис. 4.36
обеспечивает требуемые значения переходного затухания между дву-
мя высокочастотными парами одного и различных направлений пере-
дачи. Ее размеры: ширина 680 мм, высота 2600 мм и глубина 332 мм.
В состав необслуживаемого усилительного пункта НУП систе-
мы передачи К-60Т входят (рис. 4.37): стойка промежуточных не-
обслуживаемых усилителей СПУН-Т и вводно-кабельный шкаф ВКШ-Т.
Стойка СПУН-Т выполняет: компенсацию затухания и коррек-
цию амплитудно-частотных искажений, вносимых усилительны-
ми участками длиной от 8,0 до 19,5 км в диапазоне частот 12—252 кГц;
автоматическую регулировку усиления в линейных усилителях по
току КЧ 248 кГц при температурных изменениях затухания; ком-
пенсацию затухания и коррекцию амплитудно-частотных искаже-
ний сигналов в фантомных цепях в диапазоне частот 0,3—8,0 кГц.
Кроме этого, СПУН-Т обеспечивает: автоматическую регули-
ровку усиления на частоте 3,0 кГц в каналах служебной связи и
телемеханики; возможность вызова и переговоров с прилегающими
120
Боксы ВКШ-Т
Рис. 4.37
ОУП по каналам служебной связи; формирование и передачу на
прилегающий ОУП сигналов извещения по системе телемеханики;
прием и распределение по отдельным видам оборудования тока
дистанционного питания.
При организации связи по четырем системам К-60Т оборудова-
ние размещается на стойке СПУН-Т-1. Для организации связи по
пяти — восьми системам передачи добавляется стойка СПУН-Т-2,
которая отличается от СПУН-Т-1 отсутствием оборудования
телемеханики.
Стойки СПУН-Т имеют шкафную конструкцию размерами
1792x680x332 мм. У всех блоков, входящих в СПУН-Т, есть рези-
новое уплотнение для защиты от влаги.
Вводно-кабельный шкаф предназначен для включения четырех
магистральных кабелей емкостью 4x4 и используется в существу-
ющей или вновь разработанной (ВКШ-Т) конструкции, его раз-
меры 1685x650x300 мм.
121
Глава 5. Электрические характеристики
каналов и групповых трактов аналоговых
систем нередачи
5.1. Общие сведения
Электрические сигналы при прохождении по элементам кана-
лов и трактов систем передачи информации претерпевают искаже-
ния. Искажения сигналов происходят из-за ограничения передава-
емой полосы частот, нелинейной зависимости амплитудно- и
фазочастотной характеристик, а также нелинейности амплитудной
характеристики каналов и трактов. На электрические сигналы ока-
зывают воздействие помехи, которые представляют собой появля-
ющиеся в каналах и трактах посторонние токи. Их частоты могут
совпадать со спектром частот передаваемых сигналов. После пре-
образования в тракте приема они прослушиваются как шумы, внят-
ные (разборчивые) или невнятные переходные разговоры, гармони-
ческие составляющие. Внятные переходные разговоры представляют
собой помехи, спектр частот которых совпадает со спектром исход-
ного влияющего сигнала. Они могут прослушиваться в паузах ос-
новного разговора. Это будет отвлекать внимание абонентов от ос-
новного разговора и нарушать секретность переговоров.
Качество воспроизведения передаваемых сообщений оценивается
по громкости, разборчивости и натуральности речи, а также по верно-
сти передачи данных. На практике такая оценка затруднена, так как
требует больших затрат времени. Поэтому расчетным и эксперимен-
тальным способами определено влияние нескольких основных элект-
рических характеристик канала и тракта на качество воспроизведе-
ния передаваемой информации. Таким образом, оценивая
электрические характеристики каналов и трактов, можно судить о ка-
чественных показателях воспроизводимых сообщений. Для обеспече-
ния объективности указанной оценки с учетом рекомендаций МСЭ-Т
Министерством связи Российской Федерации введены нормы на
электрические параметры и характеристики каналов и трактов.
122
Нормами называются номинальные значения параметров характерис-
тик каналов и трактов, а также их допустимые отклонения, при кото-
рых обеспечивается достаточно высокое качество передачи сообщений.
К основным нормируемым параметрам и характеристикам кана-
лов относятся: остаточное затухание и остаточное усиление, амплитуд-
но-частотная и фазочастотная характеристики, амплитудная характерис-
тика, коэффициент нелинейных искажений, уровни передачи, мощность
и напряжение помех, защищенность от переходных влияний.
Значения указанных параметров зависят от длины линии пере-
дачи, количества преобразовательного оборудования в пунктах
переприема в тональной полосе частот и спектре частот первичной
ПГ и вторичной ВГ групп каналов. Поэтому нормирование выпол-
няется для рекомендованной эталонной (гипотетической) цепи сим-
метричной кабельной линии длиной 2500 км (рис. 5.1). Эталонная
ТЧ ПГ ТЧ ПГ ТЧ ПГ тч
2500
□ Индивидуальный
преобразователь
В Преобразователь
первичной группы
Рис. 5.1
0 Преобразователь
вторичной группы
цепь состоит из трех переприемных участков по ТЧ, каждый из
которых имеет также переприем по ПГ. Это означает, что в цепи
длиной 2500 км включаются шесть индивидуальных преобразова-
телей (три модулятора и три демодулятора), 12 преобразователей
первичных групп и 12 преобразователей вторичных групп. Преоб-
разователи на каждой ступени преобразования вносят в каналы и
тракты дополнительные помехи. Полосовые фильтры, включаемые
в преобразовательном оборудовании, ограничивают полосу пере-
даваемых частот, что приводит к дополнительным искажениям сиг-
налов. Для организации дорожной и отделенческой оперативно-
технологической сетей связи требуются более частый переприем и
выделение каналов и групп. Это будет приводить к появлению
123
дополнительных искажений передаваемых сигналов и увеличению
мощности помех в каналах связи. Однако основные параметры
каналов и трактов ведомственной сети связи МПС должны удов-
летворять нормам, принятым для Взаимоувязанной сети связи
Российской Федерации.
5.2. Остаточное затухание и остаточное усиление канала
тональной частоты
Остаточным затуханием ао канала или группового тракта на-
зывается разность между суммой затуханий а, и суммой усилений
Sj, вносимых всеми его элементами:
п т
1 1
Остаточное затухание (ОЗ) имеет место, когда в канале или тракте
преобладает сумма затуханий. В случае преобладания суммы усиле-
ний канал или тракт имеет остаточное усиление (ОУ), обозначаемое
So- Например, канал ТЧ в двухпроводном окончании имеет остаточ-
ное затухание, а в четырехпроводном окончании — остаточное уси-
ление. Наличие ОЗ в канале ТЧ с двухпроводным окончанием обес-
печивает устойчивую работу канала, отсутствие в нем генерации.
В соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т ОЗ и ОУ определяются
и нормируются как рабочее затухание и рабочее усиление при оди-
наковых активных оконечных нагрузках /?г = /?н. Сопротивление
нагрузок выбирается равным номинальным входным и выходным
сопротивлениям. Для канала ТЧ они равны 600 Ом. Тогда
«О =Л -Рн‘^0 = РН -Рх,
где р\ — уровень напряжения, измеряемый при нагрузке RH = Яг и соот-
ветствующий половине эдс источника измерительного сигнала; рИ — уро-
вень напряжения на нагрузке канала с номинальным сопротивлением.
Нормируются ОЗ и ОУ для условной средней частоты рабочего
диапазона/ф. Для канала ТЧ она выбирается равной 1020 Гц для
аналоговых и цифровых систем передачи.
124
Норма ОЗ для канала ТЧ с двухпроводным окончанием равнд
7 дБ. Это значит, что при подаче на двухпроводный вход канала
измерительного сигнала частотой 1020 Гц и нулевым уровнем на
его выходе должен быть измерительный сигнал с той же частотой
и уровнем -7 дБ (см. рис. 3.7). Следует отметить, во избежание
перегрузки группового тракта ОЗ рекомендуется измерять при
уровне сигнала на входе канала -10 дБ. Тогда уровень сигнала на
двухпроводном выходе канала ТЧ должен быть на 10 дБ ниже, т.е.
-17 дБ. Погрешность установки номинального остаточного зату-
хания не должна превышать ± (0,2—0,3) дБ.
Норма ОУ канала ТЧ при четырехпроводном окончании со-
ставляет 17 дБ, т.е. при подаче на четырехпроводный вход канала
ТЧ измерительного сигнала с уровнем -13 дБ уровень на его четы-
рехпроводном выходе будет составлять +4 дБ. Во избежание пере-
грузки на четырехпроводный вход канала рекомендуется подавать
измерительный сигнал с уровнем -23 дБ. Тогда уровень сигнала
на четырехпроводном выходе должен быть равен -6 дБ.
Остаточное затухание и остаточное усиление канала изменяются
во времени по случайному закону. Это происходит вследствие изме-
нения затухания усилительных участков и неточности компенсации
этих изменений устройствами АРУ. Поэтому нормами устанавлива-
ются два основных статистических параметра: допустимое среднее
квадратичное отклонение остаточного затухания или усиления во
времени от его среднего значения на частоте 1020 Гц; максимальное зна-
чение отклонения остаточного затухания или усиления за любой час.
Для простых каналов протяженностью L < 2500 км допустимое
среднее квадратичное отклонение остаточного затухания (усиле-
ния) во времени от его среднего значения на частоте 1020 Гц не
должна превышать 1 дБ. При протяженности канала L > 2500 км
значение этой величины не должно быть более 1VL/2500, а для
составных каналов, имеющих п транзитов по ТЧ, не более 17п + 1 •
Максимальное значение отклонения остаточного затухания за
любой час в каналах, находящихся в трактах с АРУ, не должна
превышать с вероятностью 0,95: для простых каналов протяжен-
ностью до 2500 км ±2,5 дБ, для простых каналов протяженностью
L > 2500 км — ±2,5-Zl/2500, для составных каналов при п транзи-
тах по ТЧ — ± 2,5-УйТТ. Кроме того, нормируются также допустимые
нерегулируемые отклонения остаточного затухания или остаточ-
ного усиления. Они не должны превышать: для простых каналов
±2,5 дБ, для составных — ±3,5 дБ.
125
5.3. Амплитудно-частотная характеристика
Амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) канала или
тракта называется зависимость остаточного затухания «о или оста-
точного усиления So от частоты синусоидального сигнала. В иде-
альном случае все частотные составляющие сигнала должны про-
ходить по каналу с одинаковым затуханием или усилением, т.е.
идеальная АЧХ будет представлять собой прямую линию.
Форма фактической АЧХ канала ТЧ зависит от частотной харак-
теристики затухания полосовых фильтров аппаратуры канального
преобразования (см. рис. 3.10). Она будет отличаться от прямой ли-
нии из-за увеличения затухания фильтров в нижней и верхней частях
используемой полосы пропускания. В простом канале односторон-
него действия будет включено два таких фильтра: после модулятора
в оборудовании тракта передачи и перед демодулятором в тракте
приема. При организации одного транзита по тональной частоте
количество фильтров увеличивается на два. Таким образом, с увели-
чением числа транзитов неравномерность АЧХ будет возрастать.
Нормируется АЧХ в пределах полосы эффективно передаваемых
частот. Полоса эффективно передаваемых частот канала является
важнейшим параметром любой системы передачи, начиная с трех-
канальной и заканчивая 10800-канальной. Под полосой эффектив-
но передаваемых частот понимается та область частот, на грани-
цах которой ОЗ увеличивается относительно значения на средней
частоте на допустимое заданное значение, равное 8,7 дБ (1,0) Нп.
Для стандартных каналов ТЧ полоса эффективно передаваемых
частот 300—3400 Гц.
Нормируется АЧХ допустимым отклонением ОЗ (Дао) или
ОУ (Д5о) на различных частотах от его фактического значения на сред-
ней частоте. Для канала ТЧ допустимые отклонения при/ср =1020 Гц:
. До() = а0 - й0(1020)’ A-Sb “ А» ~ ^0(1020)’
На рис. 5.2 приведены нормы допустимого отклонения АЧХ для
канала ТЧ. Ступенчатые кривые 1,2иЗ ограничивают допустимое уве-
личение ОЗ на различных частотах относительно значения на частоте
1020 Гц. Ограничивающая линия 1 соответствует одному, 2 — пяти,
3—двенадцати переприемным участкам по ТЧ. Как видно из рис. 5.2,
более жесткие нормы на допустимое увеличение ОЗ установлены
126
для средней части полосы
передаваемых частот. Это
объясняется их большим
влиянием на разборчи-
вость и натуральность
воспроизведения принима-
емых сигналов. Если факти-
ческая кривая АЧХ (утол-
щенная линия), не
выходит за пределы до-
пустимых отклонений, то
амплитудно-частотные
искажения в канале не
W77^7W777>77^^^ j
-41 । । । 1 . 1 । । it
О 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 3,4
/кГц
Рис. 5.2
будут превышать норму.
Прямые ограничивающие линии /, 2 и 3 показывают допусти-
мые пределы уменьшения ОЗ на одном, пяти и 12 переприемных
участках по ТЧ. Уменьшение ОЗ происходит из-за увеличения уси-
ления элементов канала. Это может привести к дополнительным
искажениям вследствие обратной связи и самовозбуждению (гене-
рации) канала. Генерация на любой частоте является аварийным
режимом канала. Поэтому предельно допустимое уменьшение ОЗ
установлено одинаковым во всем диапазоне частот. Пронумеро-
ванные кривые и прямые ограничивающие линии называются шаб-
лонами. Если фактическая АЧХ канала для заданного числа пере-
приемных участков не выходит за пределы шаблона, можно считать,
что амплитудно-частотные искажения в канале находятся в норме.
Как видно из рис. 5.2, полоса эффективно передаваемых частот
составляет 300—3400 Гц при наиболее протяженной линии связи,
состоящей из 12 переприемных участков. Это означает, что каче-
ство воспроизведения речевых сигналов по громкости, разборчи-
вости и натуральности будет высоким.
5.4. Фазочастотная и частотная характеристики
группового времени прохождения. Явление эха
Фазочастотной характеристикой канала (ФЧХ) называется за-
висимость от частоты его фазового коэффициента, представляющего
127
собой мнимую составляющую b (рис. 5.3, а) постоянной передачи g.
Как известно, постоянная передачи кроме мнимой составляющей
содержит также и вещественную, обозначаемую а, т.е. g = а + jb.
Фазочастотная характеристика определяет изменение фазовых со-
отношений между отдельными составляющими многочастотного
сигнала при их передаче по каналу. Если фазовые соотношения
будут неизменными, фазовые искажения будут отсутствовать. Ус-
ловием отсутствия фазовых искажений являются: прямолинейность
ФЧХ во всем рабочем диапазоне частот и отсечение на оси b при
продолжении ФЧХ отрезка кратного четному числу 2л. В каче-
стве подтверждения сказанного рассмотрим сигнал, состоящий из
первой (кривая 1) и третьей (кривая 2) гармоник (рис. 5.4, а). При
изменении фазы каждой из указанных составляющих на л/2 форма
суммарной кривой исказится (рис. 5.4, б). ФЧХ реального канала
определяется в основном полосовыми фильтрами, входящими в
состав аппаратуры канального преобразования. Так как вход и вы-
ход канала территориально разнесены, то измерение ФЧХ связано с боль-
шими трудностями. Поэтому фазовые искажения оцениваются по час-
тотной зависимости относительного группового времени прохождения.
Групповое время прохождения (ГВП) представляет собой про-
изводную ФЧХ по частоте: Ггр = db(w) / tfto. Относительное группо-
вое время прохождения Аггр определяется как разность между
128
абсолютными значениями ГВП при любой рассматриваемой час-
тоте полосы эффективно передаваемых частот /гр и при некоторой
средней частоте , Аггр e frp - . В качестве средней частоты
принимается частота 1900 Гц, так как при этой частоте величина zrp
принимает минимальное значение. На рис. 5.3, бив приведены
характеристики абсолютного ГВП — и относительного ГВП — А/гр.
Как видно из данных рисунков, при прямолинейной зависимости
ФЧХ значения абсолютного и относительного ГВП не меняются.
Легче всего на практике измеряется относительное ГВП. Таким
образом, о фазочастотных искажениях в канале можно судить по
степени кривизны характеристики относительного ГВП.
Нормируется относительное ГВП для каналов, предназначенных для
передачи речевых сообщений, на границе полосы эффективно передавае-
мых частот: приf = 300 Гц приf = 3400 Гц Аггр = Ггр 300 - ггр 1900 £ 20 мс;
А/гр " Zrp3400 ~ % 1900 *10 мс-
При организации п транзитов по ТЧ данные нормы увеличива-
ются в (п+1) раз. Выполнение указанных норм гарантирует, что
фазочастотные искажения не будут снижать качество воспроизве-
дения передаваемых по каналам ТЧ сообщений.
Нормированию также подлежит абсолютное ГВП, определяю-
щее время распространения сигналов между двумя абонентами.
Это объясняется тем, что, во-первых, в каналах большой протяжен-
ности при превышении абсолютным ГВП значения 250—300 мс на-
чинает сказываться потеря «психологического контакта», появля-
ются переспросы. Нормами установлено, что значение абсолютного
ГВП не должно превышать 250 мс. Во-вторых, увеличение абсо-
лютного ГВП приводит к возникновению явления эха в канале.
Это происходит из-за несовершенства балансировки оконечных диф-
фсистем канала и возвращения части тока говорящего абонента по
каналу обратного направления к нему же в телефонный аппарат.
Явление эха начинает сказываться на кабельных линиях протя-
женностью более 2000 км. Мешающее действие, которое ока-
зывает эхо, зависит от значений токов эха и времени их рас-
пространения.
Существует Рекомендация МСЭ-Т, которая устанавливает кри-
вую зависимости минимально допустимого затухания для токов
эха а3 от времени их распространения по каналу ТЧ t3 (рис. 5.5).
5 Зак. 4611
129
Для двухпроводного канала ТЧ
величина а3 будет складываться
из удвоенного значения остаточ-
ного затухания и переходного
затухания нагруженной на ли-
нию абонента диффсистемы, при-
нимаемого равным 6 дБ. Таким
образом, величина а3 = 20 дБ.
Как видно из рис. 5.5, указанно-
му значению а3 будет соответствовать /э = 60 мс. При этом значение абсо-
лютного ГВП будет составлять половинное значение t3 = 30 мс. Таким
образом, если измеренное абсолютное ГВП превышает 30 мс, в канале
необходимо устанавливать эхозаградители. Они представляют собой ус-
тройства, увеличивающие затухание канала обратного направления, когда
по прямому каналу идет передача речевых сигналов.
5.5. Амплитудная характеристика и нелинейные
искажения
Рис. 5.6
о Ры
Амплитудной характеристикой (АХ) канала называется зависи-
мость остаточного затухания (рис. 5.6, а) или усиления (рис. 5.6, б)
канала от уровня синусоидального сигнала с постоянной частотой
на входе: ciq = ф(рвх) или S) = Ч’О’вх) при f~ const.
В процессе эксплуатации АХ удобно измерять
в виде зависимости уровня на выходе канала от
уровня синусоидального сигнала с постоянной
частотой на входе канала: />вых = ф(рвх) при f=
=const (рис.5.7). Кривая 1 представляет собой АХ
канала связи с остаточным затуханием, а кривая
2—АХ с остаточным усилением. Независимо от
вида АХ в идеальном случае она должна быть
прямолинейной. Реальная амплитудная характе-
ристика имеет загиб в области больших уровней,
который появляется из-за нелинейности характе-
ристик преобразователей частоты, усилителей и
элементов с ферромагнитными сердечниками.
130
При нормировании указыва-
ется, что амплитудная характе-
ристика канала при включенном
ограничителе амплитуд должна
быть прямолинейной с точнос-
тью 0,3 дБ (т.е. Дао * 0,3 дБ) при
изменении уровня на входе ка-
нала в точке с нулевым относи-
тельным уровнем от 0 до +3,5 дБ
(рис. 5.8). Для составного кана-
ла, содержащего п транзитов по
ТЧ, величина Да0 ±;0,5л/л + 1
при изменении уровня на входе
от 0 до +3,5 дБ. В четырехпро-
водную часть канала ТЧ вклю-
чаются ограничители амплитуд
во избежание перегрузки групповой части аппаратуры. При нор-
мальной работе ограничителя амплитуд возрастание уровня на
входе канала от 0 до 9 дБ должно вызвать увеличение Дао до значе-
ний, превышающих 1,7 дБ. При росте уровня на входе канала от 0
до 20 дБ значение Дао должно увеличиться более чем на 8 дБ.
Нелинейные искажения появляются при прохождении сигналов
по элементам канала, обладающим даже малой нелинейностью.
131
Они проявляются в виде возникающих гармоник и комбинацион-
ных составляющих от передаваемых по каналам и трактам частот.
Оценивается мешающее действие продуктов нелинейности коэффи-
циентом нелинейности к}19 называемым также коэффициентом не-
линейных искажений, %:
^с/2 +и}+и}+...
Для каналов ТЧ определяют также коэффициенты нелинейности
по второй и третьей гармоникам, %:
к,г---2-100; к-.г--3.100.
2Г Ц зг их
Нормами установлено, что коэффициент нелинейности в кана-
ле ТЧ не должен превышать 1,5 %, а коэффициент нелинейности по
третьей гармонике — 1 %.
5.6. Помехи и защищенность от внятных переходных
влияний
Помехи представляют собой появляющиеся в каналах и трак-
тах посторонние токи, частоты которых могут совпадать со спект-
ром частот передаваемых сигналов. В результате преобразования
в оборудовании приемной станции они проявляются как шумы,
гармонические составляющие, внятные или невнятные переходные
разговоры. Спектр частот токов от внятных переходных разгово-
ров совпадает со спектром исходного влияющего сигнала. Поэто-
му они прослушиваются в паузах основного разговора, что нару-
шает секретность переговоров и отвлекает внимание абонентов от
основного разговора.
В соответствии со схемой эталонной цепи (см. рис. 5.1) общую
мощность помех в каналах аналоговых систем передачи можно
разделить на две группы: мощность помех, возникающих в стан-
ционном оборудовании, и мощность помех линейного тракта:
^общ “ ^ст + ^лт*
132
Основным источником станционных помех является преоб-
разовательное и усилительное оборудование каналообразую-
щей аппаратуры. Станционные помехи включают в себя поме-
хи оконечных станций Рок, оборудования переприема по ТЧ Ртч,
переприема по первичным группам Рпг и выделения каналов Рв:
Р^ ” + Рг..- +
СТ ОК ТЧ ПГ в
Мощность помех линейного тракта складывается из собствен-
ных помех Рс, помех от нелинейных Рн и линейных Рл переходов:
^лт “ + + •
Собственные шумы обусловлены тепловым движением элект-
ронов в жилах кабеля и элементах аппаратуры линейного тракта.
Значение их обратно пропорционально уровням сигналов на вхо-
дах усилителей. Усиливаясь вместе с полезным сигналом, собствен-
ные помехи накапливаются по магистрали от участка к участку.
Для уменьшения мощности собственных помех необходимо уве-
личивать уровни полезного сигнала на входах необслуживаемых
и обслуживаемых усилительных пунктов. Это достигается умень-
шением длины усилительных участков.
Шумы от нелинейных переходов появляются в групповых эле-
ментах тракта, например в групповых усилителях из-за нелинейно-
сти их амплитудных характеристик. Они представляют собой гар-
моники и комбинационные составляющие сигналов и занимают
широкий диапазон частот. Указанные составляющие могут прони-
кать в каналы системы передачи и приводить к возникновению внят-
ных переходных разговоров. Нелинейные помехи пропорциональ-
ны уровням сигналов на выходе линейных усилителей.
Помехи от линейных переходов возникают вследствие влияний
между одноименными каналами систем, работающих по соседним
цепям кабеля. Шумы зависят от числа параллельно работающих
систем передачи и качества симметрирования кабеля.
Учитывая, что человеческое ухо неодинаково чувствительно к
различным частотам спектра 300—3400 Гц, для оценки мешающе-
го действия напряжений шума используется псофометрическое на-
пряжение или мощность шумов. Псофометрическое напряжение
(£/псоф) измеряется псофометром — прибором, состоящим из элект-
ронного вольтметра с фильтром на входе, частотная характерис-
тика затухания которого отображает частотную зависимость
133
чувствительности уха человека. В тех случаях, когда можно пред-
положить, что составляющие шума складываются по квадратич-
ному закону, т. е. по закону сложения мощностей, пользуются по-
нятием псофометрической мощности шума РПсоф = ^псоф^ 600-
Мощность шума в каналах кабельных линий передачи очень
мала. Поэтому она измеряется в пиковаттах (пВт). В этом случае
Р . = (t/2 , /600)1012.
псоф v исоф '
Связь между псофометрической мощностью и мощностью невзве-
шенного шума определяется соотношением Рпсоф = Р/1,332 = 0,752 Р.
В типовых каналах ТЧ, организованных на кабельных цепях
длиной 2500 км, результирующая псофометрическая мощность шума
в час наибольшей нагрузки не должна превышать 10 000 пВт в точ-
ке с относительным нулевым уровнем. Это соответствует псофо-
метрическому напряжению шума 1,1 мВ в точке с относительным
уровнем -7 дБ. Указанные 10 000 пВт распределяются следующим
образом: 7500 пВт относятся к шумам, возникающим в линейном
тракте, 2500 пВт — к станционным шумам, т.е. к шумам в оконеч-
ных пунктах (500 пВт) и пунктах переприема по первичной группе
(333x3 пВт) и тональной частоте (500x2 пВт).
Мощность шума, допускаемая в линейном тракте длиной
2500 км, распределяется так: 3750 пВт — шумы от линейных пе-
реходов, 1875 пВт — шумы от нелинейных переходов, 1875 пВт —
собственные шумы. Таким образом, на 1 км линейного тракта прихо-
дится мощность шумов 3 пВт. Они распределяются так: 1,5 пВт —
шумы от линейных переходов, 0,75 пВт — шумы нелинейного про-
исхождения и 0,75 пВт собственные помехи. При длине переприемно-
го участка L, отличной от 2500 км, допустимая мощность шума опре-
деляется умножением указанных значений на отношение L / 2500.
Если линия связи состоит из нескольких переприемных участ-
ков, то результирующая мощность помех равна сумме мощностей
шума отдельных участков, а результирующее напряжение помех
находится как корень квадратный из суммы квадратов напряжений
шума, возникающих на каждом переприемном участке.
Защищенность от внятных переходных влияний является важ-
нейшим параметром, который нормируется и проверяется при вво-
де в эксплуатацию и настройке аппаратуры системы передачи. Как
указывалось выше, внятные переходные влияния в канале связи
134
отвлекают внимание разговаривающих абонентов и, что особенно
важно, нарушают секретность передачи. В соответствии с норма-
ми защищенность от внятного переходного разговора Лзпв между
составными каналами ТЧ протяженностью 12500 км на частоте
1020 Гц должна удовлетворять условию Лзпв а 58 дБ для 90 %
каналов и Лзпв а 52 дБ для 100 % каналов. Такая же норма защи-
щенности установлена для одноименных каналов ТЧ параллель-
ных симметричных кабельных линий протяженностью 2500 км.
Защищенность от внятного переходного разговора между раз-
ными направлениями передачи одного простого канала ТЧ протя-
женностью 2500 км на любой частоте в полосе эффективно переда-
ваемых частот должна быть не менее 55 дБ. При составном канале,
состоящем из п простых, защищенность от внятного переходного
разговора Лзпв а 55 - 10 1g п. Выполнение указанных норм гаран-
тирует отсутствие мешающего воздействия внятных переходных
разговоров в каналах связи.
5.7. Уровни передачи и приема. Устойчивость
двусторонних каналов связи
Уровни передачи и приема. Уровнем передачи называется зна-
чение измерительного уровня на выходе основных элементов ап-
паратуры. Значение уровня передачи на выходе усилителя выби-
рается с учетом следующих факторов. Увеличение уровня передачи
приводит к перегрузке групповых усилителей и возрастанию мощ-
ности помех нелинейного происхождения. Уменьшение уровня
передачи вызовет ухудшение отношения сигнал/помеха и увели-
чению мощности собственных помех в каналах связи. С ростом
числа каналов в аппаратуре уровень передачи на выходе линей-
ных усилителей оконечной и промежуточной станций должен
уменьшаться во избежание перегрузки элементов группового трак-
та. Например, в аппаратуре К-60Т норма уровня передачи с предыска-
жением составляет на частоте нижнего канала -11 дБ, на частоте верхне-
го канала -1 дБ. В аппаратуре К-300 уровень передачи на частоте
нижнего канала равен -23 дБ, а на частоте верхнего канала -13 дБ.
Такая тенденция к снижению нормы уровня передачи наблюдается и
135
в других более многоканальных системах. Для настройки и регули-
ровки аппаратуры, размещаемой на магистрали, строится диаграм-
ма уровней. На ней изображаются значения уровней на выходах и
входах усилителей, показываются усиления усилителей и затухания
участков. Примеры диаграммы уровней приведены на рис. 4.22 и 4.25.
Устойчивость канала. Этот параметр характеризует работу кана-
ла без генерации (самовозбуждения). Параметр, называемый
запасом устойчивости а, при номинальном значении остаточного
затухания канала ciq, равен остаточному затуханию: о = «о = 1 дБ.
Вследствие изменения остаточного затухания канала во времени
происходит и изменение запаса устойчивости. Особенно опасно
его уменьшение, так как это может привести к генерации канала.
Запас устойчивости определяют следующим образом. В режиме
холостого хода на обоих концах канала доводят канал до генера-
ции. Затем уменьшают усиление усилителей до момента прекра-
щения генерации. Измеряют остаточное затухание канала в обоих
направлениях «К| и акч Устанавливают номинальное остаточ-
ное затухание канала в обоих направлениях aoi и аог- Запас
устойчивости:
о _ а01 + °02 _ ак1 + ак2
2 2
Увеличение запаса устойчивости канала достигается уменьше-
нием колебаний остаточного затухания или увеличением его номи-
нального значения.
136
Глава 6. Аналоговые системы передачи
информации ио кабельным линиям
6.1. Система передачи К-24Т
Назначение и краткая характеристика. Система передачи К-24Т
«Астра» предназначена для организации по двухкабельной четы-
рехпроводной схеме 24 каналов оперативно-технологической свя-
зи между отделениями дороги и ее линейными подразделениями
на участках длиной до 500 км. По ним осуществляются оператив-
ное управление звеньями административно-хозяйственной струк-
туры железнодорожного транспорта и регулирование движения по-
ездов. Первые 12 каналов, занимающие линейный спектр частот
12—60 кГц, проходят транзитом от одной оконечной стойки СО к
другой, не выделяясь на промежуточных станциях (рис. 6.1). Они
называются прямыми. Каналы с 13 по 24, занимающие спектр частот
60—108 кГц, выделяются на промежуточных станциях и называют-
ся групповыми.
Каналы аппаратуры К-24Т используются также для организа-
ции связи совещаний, автоматически коммутируемой телефонной свя-
зи общеслужебного пользования, телеграфной связи, передачи данных.
На симметричных цепях двухкабельной линии связи устанавлива-
ются оконечные и промежуточные стойки аппаратуры К-24Т (рис. 6.2).
Для организации линейного тракта данной системы используются
стойки необслуживаемых усилительных пунктов СПУН аппара-
137
туры К-60п или V-60E. Выполнение условий электромагнитной со-
вместимости систем, работающих в одном кабеле на параллель-
ных цепях, достигается благодаря соответствию диаграмм уров-
ней системы К-24Т и аппаратуры К-бОп, V-60E. Включение
промежуточных станций К-24Т в любой точке линейного тракта
не должно вызывать изменения диаграммы уровней.
В системе К-24Т тональный спектр частот 0,3—3,4 кГц 24 кана-
лов преобразуется в линейный спектр частот 12—108 кГцтремя сту-
пенями (см. рис. 6.1). Этот способ спектрообразования в отличие
от используемого ранее в разработанной аппаратуре К-24 позво-
лил применить более простые по схеме фильтры.
На первой ступени колебаниями несущих частот 64, 68—104,
108 кГц образуются (при использовании нижних боковых полос)
две 12-канальные группы. На второй ступени преобразования
посредством токов несущих частот 444 и 564 кГц получается одна
24-канальная группа со спектром 456—552 кГц. На третьей ступе-
ни указанная 24-канальная группа токами несущей частоты 564 кГц
переносится в полосу частот линейного тракта 12—108 кГц.
Сформированный таким образом линейный спектр частот ап-
паратуры К-24Т соответствует одному из вариантов линейного спек-
тра 60-канальных систем передачи. Вследствие этого транзитные
соединения каналов и групповых трактов отмеченных систем мо-
гут устанавливаться без дополнительных преобразований.
Оконечная стойка СО К-24Т. Аппаратура стойки выполняет в
тракте передачи преобразование токов с полосой частот 0,3—3,4 кГц
24 каналов в спектр колебаний 60—108 кГц двух первичных групп,
а также перенос сигналов 12-канальных групп в линейный спектр
138
частот 12—108 кГц. В тракте приема она осуществляет обратное
преобразование спектров сигналов.
В состав оконечной стойки входит следующее оборудование (рис. 6.3):
индивидуальная и групповая типовая преобразовательная аппа-
ратура (ИТПА, ГТПА), аппаратура сопряжения АС и оконечная
аппаратура линейного тракта ОАЛТ.
К индивидуальной типовой преобразовательной аппаратуре от-
носится комплект индивидуального преобразования КИП-24, ко-
торый обеспечивает: в тракте передачи преобразование тонально-
го спектра частот 24 каналов в спектре колебаний 60—108 кГц двух
первичных 12-канальных групп; в тракте приема обратное преоб-
разование сигналов двух 12-канальных групп в тональный спектр
частот 24 каналов.
Групповая типовая аппаратура, аппаратура сопряжения и око-
нечная аппаратура линейного тракта составляют комплект груп-
пового оборудования КГрО (рис. 6.4). На этом рисунке частоты
указаны в кГц. К групповой типовой преобразовательной аппара-
туре относятся блоки передачи первичных групп ППГ1, ППГ2, при-
ема первичных групп ПрПП, ПрПГ2 и усилителя приема УсПр.
Блоки объединения и разъединения первичных групп ОПГ и РПГ,
групповых преобразователей передачи и приема ГрППер, ГрППр
входят в состав аппаратуры сопряжения. Групповые усилители пе-
редачи ГрУсПер и приема ГрУсПр, а также блок линейного вырав-
нивателя Л В составляют оконечную аппаратуру линейного тракта.
Комплект ГрО осуществляет:
в тракте передачи преобразование полосы частот двух первич-
ных групп 60—108 кГц в линейный спектр частот 12—108 кГц с
последующим усилением мощности многоканального сигнала до
номинального значения;
в тракте приема коррекцию накапливающихся амплитудно-ча-
стотных искажений сигналов, их усиление и обратное преобразо-
вание линейного спектра частот 12—108 кГц в спектр частот двух
первичных групп.
Рассмотрим работу комплекта ГрО.
В тракте передачи токи разговорных сигналов 24 каналов посту-
пают на входы КИП-24, в котором их тональный спектр частот пре-
образуется в спектр колебаний 60—108 кГц двух 12-канальных групп.
139
о
Рис. 6.3
КГрО
ППГ1 (ППГ2)
60—108 кГц
дБ
-34 дБ
150 Ом
(-3,9 Нп)
ОП г
ГрППер
ГрУсПер
12—108 кГц
135 Ом
Ус2 Уд4
УсЗ
кпн
ГМЗ Ф4
УдЗ Ф2 ГМ1 (ГМ2) ФЗ !
ОтППГ2
112 кГц
-24 дБ
150 Ом
(-2,75 Нп)
Ус7
60—108 кГц!
УсПр
564 (444) кГц
РПГ
564 кГц-
ГрППр
КОН
;|кпрпг2
<1 Hi
Усб Ф8
Ф10 ГМ5 (ГМ6) Ф9
ПрПГ1 (ПрПГ2)
Уд5
Ус4
Ф6 Ус5 В УС ИЭ
ПКК
дБ ПР5
IF \
ГрУсПр
11,3 дБ (12 кГц)
(-1,3 Нп)
-7,1 дБ (108 кГц)
(-0,82 Нп)
или
(-0,55 Нп)
][
лв
ЛВ
Ф5 Т
12—108 кГц
1 135 0м
Рис. 6.4
Упрощенная структурная схема КИП-24 и преобразование спект-
ров сигналов приведены на рис. 3.11.
Токи сигналов двух первичных групп (см. рис. 6.4) со спектром
60—108 кГц поступают с КИП-24 на вход блоков передачи первич-
ных групп ППГ2, ППГ1 комплекта ГрО. Оборудование блока ППГ1
отличается от ППГ2 значением несущей частоты, подаваемой на
модулятор ГМ2, и полосой пропускания полосового фильтра ФЗ.
Переменный удлинитель УдЗ предназначен для регулировки уров-
ней сигналов в условиях эксплуатации системы передачи. Фильтр
нижних частот Ф2 защищает тракт передачи от высокочастотных
помех (более 125 кГц). В групповых модуляторах ГМ1 и ГМ2 с
токами несущих частот 564 и 444 кГц полоса частот каждой 12-ка-
нальной группы преобразуется в полосу 450—504 кГц и 504—552 кГц.
Фильтр ФЗ выделяет соответственно нижнюю (в блоке ППГ1) и
верхнюю (в блоке ППГ2) боковые полосы частот. Выходы фильт-
ров указанных блоков для улучшения условий параллельной ра-
боты подключаются через усилитель развязки Ус2 в блоке объеди-
нения первичных групп ОПГ. Удлинитель Уд4 согласовывает
выходное сопротивление усилителя Ус2 с входным сопротивлени-
ем группового модулятора ГМЗ. Током несущей частоты 564 кГц
в ГМЗ и фильтром Ф4, выделяющим нижнюю боковую полосу
частот, спектр колебаний 456—504 кГц и 504—552 кГц преобразу-
ется в спектр частот 12—108 кГц. Указанные элементы составляют
блок группового преобразователя передачи ГрППер.
Блок группового усилителя передачи ГрУсПер входит в состав
оконечной аппаратуры линейного тракта. Усилитель УсЗ обеспе-
чивает требуемое в тракте передачи усиление. Номинальный из-
мерительный уровень мощности на выходе оконечной стойки
равен -4,8 дБ (-0,55 Нп) при работе системы без предыскажения либо
-7,1 дБ (-0,82 Нп) и -11,3 дБ (-1,3 Нп) на частотах соответственно
108 и 12 кГц при работе с предыскажением. Предыскажение уров-
ней передачи осуществляется включением контура предваритель-
ного наклона КПН в цепь отрицательной обратной связи усилите-
ля УсЗ. Данный усилитель обеспечивает также ввод линейного
контрольного тока частотой 112 кГц.
В тракте приема токи линейного спектра частот 12—108 кГц
поступают на вход приемной части оконечной аппаратуры линей-
142
ного тракта. В ее состав входят: блок линейного выравнивателя
ЛВ и групповой усилитель приема ГрУсПр. Блок ЛВ состоит из
симметрирующего трансформатора Т, фильтра верхних частот Ф5
и линейного выравнивателя Л В. Фильтр Ф5, частота среза которо-
го составляет 12 кГц, служит для защиты тракта приема от низко-
частотных линейных помех. Линейный выравниватель компенси-
рует амплитудно-частотные искажения сигналов, вносимых
предшествующим усилительным участком. Усилитель Ус4 блока
группового усилителя приема ГрУсПр повышает уровень прини-
маемых сигналов, улучшая условия работы группового преобра-
зователя приема ГрППр.
Для регулировки усиления усилителя Ус4 в цепь его обратной
связи включен контур плоской регулировки ПР. Затухание данно-
го контура зависит от уровня контрольного тока частотой 112 кГц.
Изменение этого уровня происходит вследствие изменения темпе-
ратуры грунта на глубине прокладки кабеля. Ток контрольной ча-
стоты выделяется узкополосным фильтром Ф6 приемника конт-
рольного канала ПКК. Затем он усиливается усилителем Ус5
и преобразуется в постоянный ток выпрямителем В. На выходе
выпрямителя включено устройство сравнения УС, которое управ-
ляет работой исполнительного элемента ИЭ, изменяющего зату-
хание контура плоской регулировки ПР.
На выходе усилителя Ус4 имеется возможность включения вмес-
то удлинителя Уд5 контура обратного наклона КОН. Он выполня-
ет функцию, обратную функции контура предварительного наклона
КПН тракта передачи, компенсируя предыскажение уровней сигналов.
Фильтр Ф7, имеющий частоту среза 108 кГц, защищает группо-
вой модулятор ГМ4 от высокочастотных помех. ГМ4 служит для
преобразования сигналов линейного тракта 12—108 кГц в диапа-
зон частот 456—552 кГц. Фильтр Ф8 блока разделения первичных
групп РПГ выделяет из спектра сигналов, появляющегося на вы-
ходе ГМ4, токи нижней боковой полосы частот. Усилитель Усб
позволяет улучшить условия параллельной работы полосовых
фильтров Ф9 блока приема двух первичных групп ПрПГ1, ПрПГ2.
Эти фильтры разделяют спектр частот 456—552 кГц на две части:
456—504 и 504—552 кГц. Затем в групповых модуляторах ГМ5 и
ГМ6 блоков ПрПГ1, ПрПГ2 токами несущих частот 564 и 444 кГц
143
выполняется преобразование указанных полос частот в полосы ча-
стот двух 12-канальных групп. Токи нижней боковой полосы час-
тот 60—108 кГц, которые выделяются фильтром Ф10, подаются на
усилитель Ус7, расположенного в блоке усилителя приема УсПр.
Усиление Ус7 регулируется в зависимости от уровня контрольно-
го тока первичной группы 84,14 кГц. Уровень мощности измери-
тельного сигнала на выходе комплекта группового оборудования
должен составлять -24 дБ (-2,75Нп).
Далее токи сигналов обеих 12-канальных групп поступают на
вход комплекта индивидуальных преобразователей КИП-24.
Промежуточная стойка СП К-24Т (см. рис. 6.2). Стойка пред-
назначена для параллельного ответвления из кабельных линий пе-
редачи, оборудованных устройствами линейного тракта системы
передачи К-бОп, сигналов одной 12-канальной группы в спектре
частот 60—108 кГц и преобразования их в тональный спектр частот.
Стойка обеспечивает: прохождение токов линейного спектра
частот 12—112 кГц без изменения диаграммы уровней независимо
от места подключения аппаратуры; ведение служебных перегово-
ров и передачу сигналов телеконтроля о состоянии ее основных элек-
трических параметров на оконечную станцию.
В состав стойки СП К-24Т входит следующее оборудование
(см. рис. 6.5):
устройство ввода и защиты (УВЗ), выполняющее согласование
волнового сопротивления линии с входным сопротивлением стан-
ции, а также защиту обслуживающего персонала и оборудования
от опасных напряжений, вызванных влиянием ЛЭП и электрифи-
цированных железных дорог;
комплект линейного оборудования (КЛО), обеспечивающий
транзит токов линейного спектра частот 12—112 кГц, а также па-
раллельное выделение и введение сигналов одной 12-канальной
группы в спектр частот 60—108 кГц в направлениях А—Б, и Б—А;
комплект индивидуального преобразования (КИП-24), обеспе-
чивающий: в тракте передачи — преобразование тонального спект-
ра частот 12 каналов в спектр колебаний 60—108 кГц первичной
12-канальной группы; в тракте приема — обратное преобразо-
вание сигналов 12-канальной группы в тональный спектр частот
12 каналов.
144
Тракт транзита (рис. 6.5) состоит из устройства ввода и защи-
ты УВЗ, блока фильтров БФ и блока линейного усилителя ЛУс. В
состав блока БФ входят симметрирующий трансформатор Т1, филь-
тры Ф1, Ф2 и дифференциальная система ДС1. Токи линейного спек-
тра частот 12—108 кГц от УВЗ поступают на вход симметрирую-
щего трансформатора Т1 блока БФ. Он обеспечивает согласование
входных сопротивлений оборудования УВЗ и КЛО, а также пере-
ход с симметричной схемы на несимметричную. Фильтр верхних
частот Ф1, имеющий частоту среза 12 кГц, обеспечивает защиту
трактов транзита и выделения от низкочастотных линейных по-
мех. Фильтр нижних частот Ф2 с частотой среза 135 кГц служит
для снижения уровня помех от линейных переходных влияний со
стороны систем передачи К-бОп, работающих на параллельных це-
пях в этом же кабеле. Включение фильтра Ф2 необходимо также
для повышения устойчивости работы аппаратуры К-24Т на высо-
ких частотах. Дифференциальная система ДС1 в блоке БФ обеспе-
чивает развязку между трактами выделения и транзита.
В состав блока ЛУс входят линейный усилитель Ус1 и диффе-
ренциальная система ДС2. Линейный усилитель компенсирует
затухание, вносимое пассивными узлами оборудования УВЗ и
КЛО в тракте транзита. Дифференциальная система ДС2 в блоке
ЛУс объединяет сигналы вводимой группы каналов с сигнала-
ми транзитного тракта.
В тракте выделения токи выделяемой 12-канальной группы со
спектром частот 60—108 кГц из блока БФ поступают на вход блока
линейного выравнивателя ВЛ-1. На рис. 6.5 показано оборудова-
ние трактов выделения направлений А—Б и Б—А, которое отли-
чается лишь частотой среза фильтров ФЗ и Ф8 блоков К-60 и К-72.
Поэтому рассмотрим назначение элементов одного их трактов вы-
деления, например, направления А—Б.
В состав блока ВЛ-1 входит удлинитель Уд1 и линейный вырав-
ниватель ЛВ1. Последний служит для компенсации амплитудно-
частотных искажений, вносимых кабельным участком. Переменный
удлинитель Уд1 обеспечивает постоянство уровня приема на входе
блока усилителя тракта выделения УсВ-1 независимо от длины
усилительного участка. Удлинитель Уд2 компенсирует ослабление сиг-
налов 12-канальной группы, появляющееся вследствие прохождения
145
; КЗУ
’ Ш1 увз
А
150
Q"Bx
СП"
Транзит
ЛУс
БФ
“ИЗМ”Т| ф| ф? ДС1 j Ус1 ДС2“ИЗМ
КЗУ
УВЗ Ш2
“Л С
“Ус Лин”
60—108
“Вых
СП”
150 Q
ВЛ-1 уд|
ЛВ1 JJ
дБ
<* 60-108
I ИЛ 1 ил->
дБ
Уд2
УсВ-1
£
ш
УсПр
КОП
К-60 ФЗ
со
ПКЧ — V
ИЗМ’О^
УсПр ___ >Т
УсЗ
Г дез
IX “Л с
0,3—3,4 i ш
13 ... 24 ’ х
КИП-24 j “
60-
дс'
Ус5
УсПер
КПН
108
К-72
Ф5
кГц
;""‘д-Тб8Т.
Т2 Ф4 i
УсВ-11
> Ус4
пкч[-| Д |yc8i
К-72 г
Ф8
-! -24 дБ
150 Ом
(-2,75 нП)
“ИЗМ”
-34 дБ
150 Ом
(-3,9 нП)
УсВ-1
КОП
S
ш
Ус7
ВЛ-1
ЛВ2 JJ
УдЗ
.toy
i^'4
15010
kir УВЗ
ш
ш.
±71 _ К-60 !
УсПер ;
КПН!
Ус9 V
дБ Уд4 ИЛ-1
I ИЛ2
СО
дБ
60-108
60-108
X
Ш
UJ
00
са
БФ
“ИЗМ”
‘Лин Ус”
ДС5 Усб
‘Л С
ДС4 Ф7 Ф6 ТЗ
. ТРАНЗИТ
ЛУС
“ИЗМ"
КЗУ шз
О1 от
УВЗ СП*
Рис. 6.5
146
их через пассивные элементы тракта выделения. В блоке УсВ-1 раз-
мещен контур обратного предыскажения КОП. Он компенсирует
предыскажение уровней передачи сигналов в полосе частот 60—108 кГц
при работе системы К-24Т в режиме с предыскажением. Фильтр
верхних частот ФЗ с частотой среза 60 кГц (в тракте выделения А—Б)
пропускает токи 12-канальной группы 60—108 кГц на вход блока
усилителя приема УсПр. В тракте выделения Б—А включен фильтр
верхних частот с частотой среза 72 кГц. Данная конструктивная
особенность позволяет организовать передачу дискретной инфор-
мации по трем каналам, занимающим спектр частот 60—72 кГц в
направлении от оконечной станции А ко всем промежуточным пун-
ктам и к оконечной станции Б, а также в обратом направлении.
Дискретная информация, передаваемая последующей промежуточ-
ной станцией, не будет приниматься предыдущей.
Усилитель УсЗ повышает уровень сигналов, что уменьшает вли-
яние собственных шумов последующих узлов тракта выделения. В
состав блока УсПр входит также приемник тока контрольной час-
тоты 84, 14 кГц ПКЧ. С его помощью осуществляется контроль за
диаграммой уровня тракта выделения. Регулировка усиления в УсЗ
при отклонении уровня контрольного тока от номинального зна-
чения выполняется вручную; 12-канальные группы, приходящие с
направлений А—Б и Б—А, объединяются дифференциальной сис-
темой ДСЗ. С выхода блока ДС токи со спектром частот 60—108 кГц
поступают в комплект индивидуального преобразования КИП-24,
где преобразуются в тональный спектр частот 0,3—3,4 кГц.
В тракте введения токи разговорных сигналов 13—24 каналов
поступают на входы блоков индивидуального преобразования
(ИП1—ИП12) комплекта КИП-24.
С выхода комплекта КИП-24 токи сигналов первичной группы
со спектром частот 60—108 кГц приходят на вход блока Д-108 КЛО.
Оборудование тракта введения обеспечивает ввод этих токов в тракт
транзита направлений передачи А—Б и Б—А. На рис. 6.5 показано
оборудование трактов введения обоих направлений. Оно отлича-
ется частотами среза фильтров Ф5 и Ф9 блоков К-72 и К-60. Учи-
тывая это, рассмотрим лишь назначение элементов тракта введе-
ния направления А—Б.
147
Токи сигналов первичной группы через симметрирующий транс-
форматор Т2 поступают на вход фильтра Ф4. Он обеспечивает по-
давление продуктов преобразования, поступающих с КИП-24, ча-
стоты которых превышают 108 кГц. Тракты введения разделяются
по направлениям А—Б и Б—А в блоке усиления УсВ-П. Усили-
тель Ус4 улучшает условия параллельной работы фильтров верх-
них частот Ф5 и Ф9 блоков К-72 и К-60. Фильтр блока К-72 вклю-
чен в тракт введения направления А—Б. Он обеспечивает защиту
тракта от токов со спектром частот 60—72 кГц при передаче диск-
ретной информации с ПК-24Т на станцию А. Усилитель Ус5 блока
УсПер повышает уровень сигналов, что уменьшает влияние соб-
ственных шумов последующих элементов. Предыскажение уров-
ней передачи осуществляется контуром предварительного накло-
на КПП, включенным в цепь обратной связи усилителя. С выхода
блока УсПер токи вводимой 12-канальной группы поступают в блок
искусственной линии ИЛ1. В его состав входят удлинитель Уд2 и
искусственная линия ИЛ1. С их помощью подбирается такой пе-
репад затуханий сигналов на частотах 60 и 108 кГц, который соот-
ветствует перепаду затуханий на этих же частотах токов транзит-
ного тракта в точке подключения стойки СП К-24Т к кабельной
магистрали. С выхода блока ИЛ-1 токи вводимой 12-канальной
группы поступают через дифференциальную систему ДС2 блока
ЛУс в устройство ввода и защиты, а затем в линию.
6.3. Система передачи К-ЗТ
Назначение и основные характеристики. Система передачи К-24Т
обеспечивает выделение на промежуточных станциях до 12 кана-
лов, девять из которых предназначены для организации техноло-
гических связей диспетчерского типа и три — для передачи дан-
ных. В то же время существует большое число малых станций, где
требуется выделение небольшого числа каналов (до трех). Уста-
новка дорогостоящей промежуточной станции аппаратуры К-24Т
в таких случаях нерациональна. Для организации каналов связи с
148
этими станциями или абонентами, находящимися на перегонах, и
предназначена система передачи К-ЗТ. Она используется как бы
для «подтягивания» указанных абонентов к крупным станциям,
где выделяются каналы системой К-24Т.
Таким образом, аппаратура К-ЗТ (кабельная, трехканальная,
транспортная) предназначена для организации способом частного
разделения трех каналов тональной частоты по принципу двухпо-
лосной системы связи на симметричных цепях однокабельных или
по одному из кабелей двухкабельных линий передачи.
В состав аппаратуры входят: оконечная (ОК-ЗТ), промежуточ-
ная (ПК-ЗТ) и усилительная (УК-ЗТ) станции.
Система К-ЗТ может быть использована для организации
(рис. 6.6) прямых и групповых каналов оперативно-технологи-
ческой связи или связи общего пользования. Рассмотрим некото-
рые варианты ее применения. На рис. 6.6 частоты указаны в кГц.
Оборудование распределительного пункта Р диспетчерских ви-
дов связи размещается на крупной отделенческой железнодорож-
ной станции, где устанавливается оконечная аппаратура К-24Т и
К-ЗТ и подключается, например, к их каналу 1 через комплект уп-
равляемых дифференциальных систем КДСУ. К каналу 1 аппара-
туры ПК-ЗТ, размещаемому на малых станциях участков 1 и 2,
подключаются исполнительные пункты И. Датчики дистанционно-
го управления ДДУ управляют работой дифференциальных сис-
тем в аппаратуре К-24Т и К-ЗТ при установлении соединений.
Канал 2 К-ЗТ на участке 1 применяется, например, для органи-
зации автоматической телефонной связи малых железнодорожных
станций с крупной. На участке 2 этот канал используется для орга-
низации постанционной связи. По каналу 3, например, может быть
организована связь совещаний СС.
Кроме этого, система К-ЗТ может использоваться для организа-
ции обходных каналов и резервирования цепей поездной диспетчер-
ской связи, подключения удаленных абонентов и промпунктов и т.д.
Специфической особенностью системы К-ЗТ, которая опреде-
ляется двухполосностью линейного спектра, является то, что
связь между двумя промежуточными станциями не может быть
149
150
СО К-24Т Кабели
СП К-24Т
СП К-24Т
р
12—108
II
система
1
система
2 12—108
1 12—108
2 12—108
Участок 1
II
система
I
система
Кабели
Участок 2
КИП-24 <
КИП-24 +
КДСУ
Л = 20 км
КДСУ
L = 18,5 км
ок-зт
18—30
I
система
II
система
КИП-24
КДСУ
ДДУ
ТСНДАТС
СС —
2
3
Кабель 1
пк-зт
пк-зт
ок-зт
СС
18—30
Кабель 1
пк-зт
пк-зт
й| СС
5 СС
СС
и
СС
Рис. 6.6
установлена непосредственно, а организуется только через
«шлейф», идущий через оконечную станцию (рис. 6.7). Для орга-
низации «шлейфа» на одной из оконечных станций в каждом из
трех каналов устанавливается удлинитель Уд с затуханием 17 дБ,
обеспечивающий передачу сигнала из приемной в передающую
часть данного канала. Указанный сигнал передается на любую про-
межуточную станцию линии передачи в диапазоне частот верхней
группы каналов. На рис. 6.7 частоты указаны в кГц.
Оконечная станция ОК-ЗТ осуществляет: в тракте передачи —
преобразование тонального спектра частот (0,3—3,4 кГц) трех ка-
налов в линейный спектр частот (18—30 кГц); в тракте приема —
преобразование линейного спектра частот (0,3—12 кГц) в тональ-
ный спектр частот (0,3—3,4кГц) трех каналов.
Технические характеристики аппаратуры ОК-ЗТ приведены ниже.
Рис. 6.7
151
Тракт передачи
Эффективно передаваемая полоса частот, кГц.............. 0,3—3,4
Сопротивление канала ТЧ, Ом:
входное.................................................. 600
выходное................................................. 250
Входной измерительный уровень напряжения канала, дБ (Нп):
с двухпроводным окончанием................................. 0 (0)
с четырехпроводным окончанием......................... -13 (-1,5)
Выходной измерительный уровень напряжения, дБ (Нп)..... -10,5 (-1,2)
Тракт приема
Сопротивление канала, Ом:
входное со стороны линии................................ 250
выходное................................................. 600
Уровень напряжения принимаемого из линии сигнала, дБ, на частоте:
0,3 кГц.............................................. -15
12 кГц................................................ -29
Выходной измерительный уровень напряжения канала ТЧ, дБ (Нп):
с двухпроводным окончанием................................ -7 (-0,8)
с четырехпроводным окончанием.......................... +4 (+0,46)
Промежуточная станция ПК-ЗТ предназначена для параллель-
ного подключения к линии передачи и осуществляет:
выделение из линейного тракта сигналов со спектром частот
18—30 кГц и последующее преобразование их в тракте приема стан-
ции в тональный спектр частот 0,3—3,4 кГц трех каналов;
ввод в линейный тракт сигналов со спектром частот 0,3—12 кГц,
получаемых в тракте передачи станции в результате преобразова-
ния тонального спектра частот 0,3—3,4 кГц трех каналов.
Выходное сопротивление тракта передачи ПК-ЗТ составляет не
менее 2000 Ом. Выходной измерительный уровень зависит от рас-
стояния между пунктами включения ПК-ЗТ и ОК-ЗТ и выбирается
таким образом, чтобы уровни приема сигналов на ОК-ЗТ от каж-
дой промежуточной станции были бы одинаковы, независимо от
места установки ПК-ЗТ.
152
Тракт приема ПК-ЗТ отличается высоким входным сопротивле-
нием со стороны линии (не менее 2000 Ом). Уровень принимае-
мых из линии сигналов зависит от длины линии.
- Остальные характеристики тракта передачи и приема ПК-ЗТ
идентичны характеристикам ОК-ЗТ.
Указанные полосы частот на передаче ОК-ЗТ и ПК-ЗТ выбраны
с учетом выполнения требований электромагнитной совместимос-
ти для уменьшения взаимных влияний на каналы систем передачи
К-бОп, П-306, К-60Т, К-24Т, К-12+12, В-3-3, которые могут рабо-
тать по параллельным цепям общей линии передачи.
Затухание, вносимое в линейный тракт параллельно подклю-
ченной ПК-ЗТ, не превышает 0,5 дБ, что позволяет подключать в
линию несколько стоек.
Как указано выше, для связи промежуточных станций ПК-ЗТ
между собой по какому-либо каналу необходимо на оконечной
станции соединить «шлейфом» тракты приема и передачи данного
канала (см. рис. 6.7), согласовав уровни сигналов.
Аппаратура К-ЗТ обеспечивает максимальную дальность дей-
ствия связи (см. рис. 6.6) 19—21 км, т.е. в пределах одного усили-
тельного участка систем передачи К-24Т и КбОп. Это является при-
чиной, ограничивающей применение К-ЗТ для организации связи
на большие расстояния. Для устранения указанного недостатка раз-
работана усилительная станция УК-ЗТ, включаемая в линию пере-
дачи в усилительных пунктах систем К-бОп, К-24Т и позволяющая
увеличивать дальность действия связи на отделенческом участке
сети. Это дает возможность значительно расширить область при-
менения аппаратуры К-ЗТ.
Схема ОК-ЗТ (рис. 6.8). В тракте передачи при использовании
на сети связи четырехпроводных абонентских линий токи разговор-
ных сигналов первого, второго или третьего абонента поступают на
гнезда четырехпроводного входа канала «4пр», «М» блока низкоча-
стотных устройств УН оборудования 1, 2 или 3 каналов.
В модуляторах М блоков индивидуального преобразования ка-
налов 1,2 ИП1/2 или 3 ИПЗ выполняется преобразование спектров
исходных сигналов. Тракты передачи этих блоков отличаются
153
Рис. 6.8
значениями несущих частот, которые выбираются, как указано
выше, равными соответственно 26, 22 и 30 кГц. Удлинитель Уд1
служит для предохранения от перегрузки полосового фильтра Ф1,
выделяющего из спектра частот на выходе модулятора М нижнюю
боковую полосу. Значения частот полосы пропускания фильтров
1,2 и 3, размещаемых в блоках ПФ1, ПФ2, ПФЗ, составляют 22—26,
18—22, 26—30 кГц.
Для повышения мощности сигналов включается групповой уси-
литель передачи Ус1 в блоке УсГр. С выхода усилителя групповой
сигнал через линейный дифференциальный трансформатор ДТЛ
блока вводно-защитных устройств ВЗУ поступает в линию. На ли-
нейном выходе блока включен разрядник Р, обеспечивающий за-
щиту оборудования и персонала от наводимых напряжений, пре-
вышающих 70 В. К вторичным обмоткам ДТЛ подключена вторая
ступень защиты (на рис 6.8 не показана), которая позволяет снизить
наводимые напряжения до значений, не представляющих опасность для
полупроводниковых и микроинтегральных схем аппаратуры.
При использовании на сети связи двухпроводных линий або-
нент, нажимая тангеиту микротелефона, подключает датчик дис-
танционного управления ДЛУ (на рис. 6.8 не показан) к блоку УН.
Срабатывает реле R и контактами 1—2 подключает ДС к тракту
передачи, а контактами 3—4 включает удлинитель УдЗ, затухание
которого 10 дБ в тракте приема. Это повышает запас устойчивости
канала вследствие увеличения переходного затухания между трак-
том приема и передачи.
Токи разговорных сигналов каналов 1—3 приходят на двухпро-
водные входы каналов «2ПР» в блоки УН и через гнезда «Л», «С»
поступают на вход дифференциальной системы ДС. Она позволяет
перейти токам с двухпроводной части канала на четырехпровод-
ную и через замкнутые контакты 1—2 реле R, а также гнезда «ДС»
и «М» попасть на вход модулятора блоков ИП1/2 или ИПЗ.
В дальнейшем процессы, происходящие в тракте передачи, ана-
логичны описанным выше при поступлении токов на четырех-
проводные входы каналов.
155
В тракте приема поступающие из линии от промежуточной стан-
ции ПК-ЗТ токи трех каналов со спектром частот 0,3—12 кГц про-
ходят линейный трансформатор блока ВЗУ и поступают на вход
группового усилителя приема Ус2. С его выхода усиленный груп-
повой сигнал поступает на входы фильтров ПФ1, ПФ2, ПФЗ с по-
лосой пропускания соответственно 8—12, 4—8, 0,3—-3,4 кГц. Токи
сигналов каналов 1, 2 и 3 выделяются указанными фильтрами и
направляются на входы блоков индивидуального преобразования
ИП1/2, ИПЗ.
Для регулировки уровня приема на входе блоков ИП1/2 кана-
лов 1 и 2 предусмотрены переменные удлинители Уд2, проходя ко-
торые сигнал поступает на демодуляторы Д. Они выполняют пре-
образование сигналов линейного спектра частот в токи тонального
спектра 0,3—3,4 кГц, выделяемые фильтром нижних частот ФЗ.
Преобразовывать спектр частот канала 3 нет необходимости, так
как спектр сигнала, поступающего в блок ИПЗ, 0,3—3,4 кГц. В
тракте приема данного блока установлен амплитудный выравни-
ватель АВ, выполняющий коррекцию амплитудно-частотных ис-
кажений. Они появляются вследствие значительной неравномер-
ности характеристики километрического затухания кабеля в
полосе частот 0,3—3,4 кГц. Аналогичные выравниватели в бло-
ках ИП1/2 каналов 1 и 2 не устанавливаются, так как характери-
стика километрического затухания кабеля в диапазоне 4—8 и
8—12 кГц более равномерна.
С выхода блоков ИП1/2 и ИПЗ сигналы трех каналов посту-
пают в блоки низкочастотных устройств УН, на входе каждого из
которых включен корректирующий контур КК. Он выполняет кор-
рекцию амплитудно-частотных искажений, вызванных неравномер-
ностью амплитудно-частотных характеристик фильтров на часто-
тах, близких к 0,3 и 3,4 кГц.
Усилитель низкой частоты повышает мощность сигналов то-
нальных частот. Номинальное значение измерительного уровня
на четырехпроводном выходе канала в гнездах «ДМ» должно быть
равно +4 дБ (+0,5 Нп). На втором выходе усилителя включен уд-
линитель Уд4, имеющий затухание 17 дБ. Он используется для со-
единения шлейфом трактов приема и передачи канала ОК-ЗТ в слу-
чае установления связи между абонентами одноименных каналов
156
нескольких ПК-ЗТ. Соединение шлейфом осуществляется подачей
управляющего импульса постоянного тока от датчика дистанци-
онного управления ДДУ на ПК-ЗТ.
При использовании на сети связи двухпроводных абонентских
линий дифференциальная система ДС постоянно подключается че-
рез гнезда «ДМ» к тракту приема блока УН. Это позволяет непре-
рывно принимать сигналы от ПК-ЗТ и «прослушивать» канал на
ОК-ЗТ, что необходимо при организации диспетчерских видов свя-
зи. При ответе абонент на станции ОК-ЗТ нажимает тангету и
подключает ДДУ (на рис. 6.8 не показан) к блоку УН. Реле R, рас-
положенное в данном блоке, срабатывает и контактами 1—2 под-
ключает Д к тракту передачи, а контактами 3—4 включает удлини-
тель УдЗ в тракте приема для повышения запаса устойчивости
канала. Он будет работать устойчиво при подключении по груп-
повому принципу в режиме передачи не более трех абонентов.
В состав станции ОК-ЗТ входит блок генераторного оборудо-
вания ГО, предназначенный для получения токов контрольной
(16 кГц) и несущих частот.
Схема ПК-ЗТ (рис. 6.9). Тракт передачи имеет следующие отли-
чительные особенности от оконечной станции:
использование в блоках индивидуального преобразования ка-
налов 1 и 2 ИП1/2 несущих частот 12 и 8 кГц и отсутствие модуля-
тора в блоке ИПЗ канала 3;
применение полосовых фильтров в блоках ПФ1 и ПФ2 каналов
1 и 2 с полосой пропускания 8—12, 4—8 кГц и фильтра нижних
частот в блоке ПФЗ канала 3 с частотой среза 3,4 кГц;
использование вспомогательного усилителя УВ1 в блоке груп-
пового усилителя передачи, который повышает мощность сигнала
канала 3 на 10 дБ;
применение искусственной линии ИЛ в блоке УсГр для созда-
ния перепада уровней передачи канала 3 от 2 до 9 дБ на частоте
3,4 кГц по отношению к частоте 0,3 кГц в зависимости от длины
участка кабеля между ПК-ЗТ и ОК-ЗТ.
Таким образом, в тракте передачи ПК-ЗТ появляется возмож-
ность регулировки уровней передачи. По каналам 1 и 2 регули-
ровка выполняется удлинителем Уд1 блока ИП1/2, по каналу 3 —
вспомогательным удлинителем УдВ (блок ПФЗ), вспомогательным
157
158
“4np” “M” УН 1(2,3)
“ДС”“М”
ИП1/2(3) *; ПФ 1(2,3)
М Уд1
дБ |—
12
8
Ф1
К2
2^ ДБ
РГ УдВ
8-12
4-8
0,3-3,4
К1
К2
КЗ
---Частоты указаны в кГц
КЗ
К2
К1
Вых 1>
Пр’ Г пр-
ФЗ Д УВ2 уд2
Ус Гр
УВ1 ИЛ
ВЗУ
“Пер”ус| "ГР ПеР°
“С" "Л"
30
22
26
26-30
18-22
22-26
“Вх
пР”
дб]
ф2£2
КЗ
пр” “Гр Пр’
Ус2
‘Ли
‘Лин”
ДТЛ
БК
8
30
гсг
Рис. 6.9
усилителем УсВ и искусственной линией ИЛ (блок УсГр). Это по-
зволяет установить такие уровни передачи на всех имеющихся на
участке ПК-ЗТ, при которых уровни приема сигналов на ОК-ЗТ от
каждой промежуточной станции будут равными для обеспечения
одинаковой громкости принимаемых сигналов.
Остальные элементы схемы тракта передачи ПК-ЗТ имеют та-
кое же назначение, как и элементы схемы ОК-ЗТ.
Тракт приема отличается от тракта приема оконечной станции:
установкой на входе тракта приема в блоке ВЗУ фильтра Ф4 верх-
них частот К-18 для увеличения переходного затухания между трак-
том передачи и приема; применением полосовых фильтров в бло-
ках ПФ1—ПФЗ каналов 1, 2 и 3 с полосой пропускания 22—26,
18—22, 26—30 кГц; наличием демодулятора в блоке ИПЗ канала 3;
использованием в блоках ИП/12, ИПЗ несущих частот 22, 26 и 30 кГц;
наличием в блоках ИП1/2, ИПЗ вспомогательных усилителей УВ2.
Остальные элементы схемы тракта приема ПК-ЗТ имеют такое
же назначение, как и элементы схемы ОК-ЗТ.
6Л» Система передачи К-60Т
Назначение и краткие технические данные. Система передачи
К-60Т предназначена для организации 60 каналов ТЧ первичной
магистральной, дорожной и отделенческой сетей связи по симмет-
ричным цепям двухкабельной линии. Структура каналов аппара-
туры К-60Т удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ним при
организации общеслужебных и оперативно-технологических вто-
ричных сетей. Аппаратура К-60Т адаптирована к условиям функ-
ционирования железнодорожной сети связи. Она позволяет рабо-
тать по кабелям МКПАБ с жилами диаметром 1,05 мм и МКСБ с
жилами диаметром 1,2 мм. Аппаратура обеспечивает максималь-
ную, дальность передачи 12 500 км при максимальной длине тран-
зитного участка по ТЧ 2500 км. Оборудование системы передачи
размещается на магистрали связи в оконечных, а также в обслужива-
емых и необслуживаемых усилительных пунктах (ОП, ОУП, НУП).
Номинальные значения уровней мощности на выходе ОП, ОУП, НУП
при работе без предыскажения составляют -5 дБ, при работе с пре-
дыскажением -1 дБ на частоте 252 кГц и -11 дБ на частоте 12 кГц.
159
Аппаратура К-60Т с помощью стойки промежуточной СП
К-60Т позволяет многократно выделять токи первичной группы
по принципу, реализованному в аппаратуре К-24Т. Это дает воз-
можность организовать между двумя оконечными пунктами в спек-
тре частот одного линейного тракта 12—252 кГц сорок восемь пря-
мых, девять групповых и три многоточечных канала ТЧ.
Кроме этого, К-60Т с помощью дополнительно разработанной
аппаратуры выделения первичных групп АВПГ-Т выделяет из
линейного спектра частот токи двух первичных групп в полосах
12—60 кГц и 60—108 кГц, преобразует их в тональный спектр час-
тот 24 каналов и вводит в указанную полосу частот линейного спек-
тра преобразованные токи 24 каналов ТЧ.
Система передачи К-60Т корректирует амплитудно-частотные
искажения сигналов, появляющиеся при работе по симметричным
цепям указанных типов кабелей, компенсирует затухание и ампли-
тудно-частотные искажения, вносимые усилительными участками,
длина которых изменяется от 8,0—19,5 км. Она обеспечивает элек-
тромагнитную совместимость организуемых каналов ТЧ с канала-
ми, функционирующими на параллельных цепях систем передачи
К-60, К-бОп, П-306, К-24Т, К-ЗТ и цепях железнодорожной автома-
тики и телемеханики. В аппаратуре соблюдаются нормы на пара-
метры каналов ТЧ и трактов в соответствии с требованиями созда-
ваемой ВСС РФ и Рекомендациями МСЭ-Т. Система передачи
компенсирует помехи в каналах связи со стороны радиостанций,
проводит достоверный телеконтроль параметров обслуживаемых
и необслуживаемых усилительных пунктов. Она снимает данные о
состоянии оборудования ОУП, НУП, линейного тракта для пере-
дачи их в пункты автоматизированной системы технической эксп-
луатации (АСТЭ) сети. На действующих линиях оборудование ус-
таревших 60-канальных систем аппаратурой К-60Т должно
заменяться секциями регулирования ОП (ОУП) - ОУП.
При разработке аппаратуры К-60Т использовались современ-
ные миниатюрные электронные радиоизделия, опыт создания фун-
кциональных узлов системы передачи К-5400 и конструктивная уни-
фикация оборудования. Это позволило уменьшить в 3—4 раза
размеры, снизить в 2—3 раза потребление электроэнергии обору-
160
дованием ОП и ОУП, а также создать новую аппаратуру НУП с
меньшей потребляемой мощностью.
Состав оконечного пункта ОП, обслуживаемого ОУП и не-
обслуживаемого НУП пунктов системы передачи К-60Т приве-
ден в пп. 4.7 и 4.8.
Для использования с системой передачи К-60Т создана аппара-
тура выделения первичных групп АВПГ-Т. Она состоит из двух сто-
ек: выделения первичных групп СВПГ-Т и канального преобразо-
вания СКП-Т-1.
Аппаратура АВПГ-Т позволяет выделять из линейного спектра
частот 12—252 кГц токи двух ПГ в спектре 12—108 кГц с преоб-
разованием их в тональный спектр частот 24 каналов, а также пре-
образование токов тонального спектра частот 24 каналов в спектр
12—108 кГц двух ПГ и введение их в полосу частот линейного спек-
тра. Таким образом, АВПГ-Т дает возможность использовать спектр
12—108 кГц для работы в обоих направлениях передачи.
Для организации групповых и многоточечных каналов по прин-
ципу, реализованному в аппаратуре К-24Т, разработана стойка
промежуточная СП К-60Т.
Эта аппаратура обеспечивает прямое прохождение сигналов
линейного спектра частот 12—252 кГц в обоих направлениях пере-
дачи без изменения диаграммы уровней независимо от места под-
ключения стойки в линейном тракте; многократное выделение из
линейного спектра частот 12—252 кГц токов одной ПГ в спектре
60—108 кГц и преобразование их в тональный спектр частот 12 ка-
налов в тракте выделения; обратное преобразование токов тональ-
ных частот 12 каналов в спектр ПГ и введение их в линейный спектр
в тракте введения. Выделение и введение токов 12-канальной группы
происходят в групповом оборудовании ГрО, преобразование —
в оборудовании канального преобразования КП.
Оба вида аппаратуры АВПГ-Т и СП К-60Т включаются на вы-
ходе линейных усилителей прямого и обратного направлений стой-
ки СЛ-Т в ОУП или стойки СПУН-Т НУП. Одновременное их вклю-
чение в одну систему не предусматривается. Стойки СВПГ-Т, СП
К-60Т разработаны в типовой базовой конструкции «Вертикаль-М»
размерами 2600x120x240 мм.
6 Зак. 4611
161
Схема организации связи (рис. 6.10). На схеме дан пример орга-
низации линейных трактов двух систем передачи К-60Т. Необслу-
живаемые усилительные пункты I и II систем размещены на разъез-
де у пикета ПК 1, на Ст. В, на перегоне у ПК 2. Обслуживаемый
усилительный пункт располагается на Ст. Д. Здесь выделяются 24
канала ТЧ двух ПГ из линейного тракта I системы передачи аппа-
ратурой АВПГ-Т. Эти каналы могут использоваться для органи-
зации дорожной общеслужебной и оперативно-технологической
сети связи. Остальные 48 каналов этой системы предназначены для
построения магистральной сети.
На станциях Б, В, Г и Д выделяются групповые каналы с 13 по 24
из линейного тракта II системы передачи аппаратурой СП К-60Т. Они
могут использоваться для организации отделенческой оперативно-
технологической связи, автоматической связи общеслужебного пользо-
вания, передачи данных, телеграфной связи, передачи сигналов телеуп-
равления, телесигнализации, диспетчерского контроля и др.
Прямые каналы II системы К-60Т можно применять в качестве об-
ходных для построения структуры сети между узлами коммутации.
Учитывая, что на двухкабельных магистралях могут одновре-
менно работать до восьми систем передачи К-60Т, их использо-
вание позволит решить проблему организации необходимого
числа высококачественных каналов ТЧ для развития всех видов
вторичных сетей связи.
Стойка канального преобразования СКП-Т. Стойка предназначе-
на для преобразования токов тонального спектра частот 0,3—3,4 кГц
60 каналов в спектр 60—108 кГц пяти основных первичных 12-каналь-
ных групп в тракте передачи, а также обратного преобразования сиг-
налов пяти 12-канальных групп со спектром частот 60—108 кГц каж-
дая в тональный спектр частот 0,3—3,4 кГц 60 каналов в тракте приема.
Указанные преобразования выполняются двумя ступенями
(см. рис. 3.15). На первой (предканальной) ступени исходные сиг-
налы всех 12 каналов ТЧ одной ПГ со спектром 0,3—3,4 кГц пре-
образуются несущей частотой 128 кГц. Полезный продукт преоб-
разования — верхняя боковая полоса частот 128,3—131,4 кГц
выделяется электромеханическим полосовым фильтром (ППФ). В
этом диапазоне он имеет наилучшие характеристики.
162
Ст. А Ст. Б ПК 1 Ст. В Ст. Г ПК2
Окм 10 км 17 км 70 км 42 км 52 км
ОП НУП НУП НУП
Ст. Д
70 км
ОУП
Управление
АВПГ-Т
Рис. 6.10
На второй (канальной) ступени несущими частотами 236, 232—
196,192 кГц спектр сигналов 1—12 каналов переносятся в полосу стан-
дартной ПГ 60,6—107,7 кГц. Так как полезный продукт преобразова-
ния этой ступени—нижние боковые полосы частот—отстоят от верхних
боковых на 212,6 кГц, то токи верхних боковых частот подавляются
фильтром нижних частот — (один на всю 12-канальную группу). Та-
ким образом, используемое в СКП-Т спектрообразование позволяет
сократить число типов полосовых фильтров до одного. Общее число
однотипных ППФ в тракте передачи 12 и столько же в тракте приема.
Необходимые для преобразования токи несущих частот полу-
чаются на стойке СКП-Т благодаря делению и преобразованию
тока управляющей частоты (УЧ) 1024 кГц, поступающего от стой-
ки группового преобразования СГП-ТГ.
В стойке СКП-Т получается ток контрольной частоты 84,14 кГц
от поступающего со стойки СГП-ТГ тока УЧ 168,28 кГц и осуще-
ствляются: ввод тока КЧ в тракт передачи, защита в тракте переда-
чи тока КЧ от помех, совпадающих с ним по частоте, и подавление
в тракте приема тока КЧ.
В зависимости от комплектации стойка канального преобразо-
вания имеет шифр СКП-Т-1 или СКП-Т-2. Стойка СКП-Т-1 комп-
лектуется на одну систему (60 каналов), стойка СКП-Т-2 — на две
системы (120 каналов). Стойка СКП-Т-1 может использоваться в
аппаратуре выделения первичных групп АВПГ-Т. Остальные тех-
нические данные стоек идентичны.
Технические характеристики аппаратуры СКП-Т приведены ниже.
Тракт передачи
Эффективно передаваемая полоса частот по каналу ТЧ, кГц.. 0,3—3,4
Входное сопротивление канала ТЧ, Ом......................... 600
Входной измерительный уровень напряжения, дБ (Нп)........ -13 (-1,5)
Выходное сопротивление, Ом.................................. 150
Выходной измерительный уровень, дБ (Нп):
мощности.............................................. -35 (-4)
напряжения............................................ -41 (-5)
Выходная рабочая полоса частот первичной группы, кГц..... 60—108
164
Тракт приема
Сопротивление, Ом:
входное................................................... 150
выходное............................................... 600
Входной измерительный уровень, дБ (Нп):
мощности.................................................. -30 (-3,4)
напряжения............................................. -24 (-2,7)
Выходной измерительный уровень напряжения, дБ (Нп)........ +4 (+0,5)
Входная рабочая полоса частот первичной группы, кГц........ 60—108
Выходная полоса частот в канале ТЧ, кГц.................... 0,3—3,4
Канал ТЧ
Остаточное усиление на частоте 1020 Гц, дБ..................... 17
Нестабильность остаточного усиления на частоте 1020 Гц
в течение 30 сут., дБ, не более................................ ±0,5
Амплитудно-частотная характеристика...................... 1/7 нормы МККТТ
Амплитудная характеристика остаточного усиления
при измерении уровня на входе канала от 0 до 3,5 дБм
отклоняется от прямой, дБ, не более............................ 0,3
Псофометрическое напряжение собственного шума, мВ, не более.... 0,35
Защищенность от внятных переходных влияний между
каналами ТЧ одной первичной группы, дБ, не менее............... 70
Основными конструктивными единицами стойки СКГ-Т явля-
ются секция, блок и печатная плата.
Структурная схема стойки СКП-Т с указанием значений несу-
щих и контрольных частот, диапазонов передаваемых частот при-
ведена на рис. 6.11. В состав аппаратуры стойки входят секции: ка-
нального преобразования КП, образования сетевых трактов
первичных групп ОСТ ПГ, получения токов несущих частот ПНЧ,
получения токов контрольных частот первичных групп ПКЧ ПГ-1,
сигнализации СИГН, обслуживания каналов ОК, питания
ПИТ 24/20, а также устройство ввода питания ВП2-24.
165
166
-Цд^-хлкииякт'
Ж~л_г
BxnXsZ
Вых riff;
+4 дБм*?
Ё>ЛОК
КП
Канал
Блок
ГУ
вхпх:
Вых Пр*г
ВхПТГ
Вых Пр^
Вх1Щ
Вых Пр^Т
ВхПТ-
ВхП2[
128,
128
.Ш.Ш. V4
Секция ПНЧ
128 •
Блок
КП
Канал 2
Канал 8
ттт
208
232
128
КП
128
216 192
.J*T024 / °
Секция ОК ;
! Секция СИ ГН i
Секция
ПКЧП ПГ-1
168.28
УЧ 168.28
ОтСГП-Т
Частоты указаны в кГц
Рис. 6.11
КЧ 84,14
•Секция»—►• Секция ОСТ ПГ2 Вых
• КП6 ’—►* LeKUH5,UL 11112 г>ППГ
Вых
Вх
>ПрПГ
В стойке СКП-Т-1 пять секций КП, одна ОСТ ПГ при том же
числе секций ПНЧ, ПКЧ ПГ-1, ОК, СИГН, ПИТ 24/20, а также
одно устройство ВП2-24.
Стойка СКП-Т-2, комплектуемая на 120 каналов, содержит
10 секций КП, две секции ОСТ ПГ, по одной секции ПНЧ, ПКЧ
ПГ-1, ОК, СИГН, ПИТ 24/20 и одно устройство ВП2-24.
Секция канального преобразования КП является основным обо-
рудованием стойки СКП-Т. Она состоит из шести блоков КП и
блока групповых устройств ГУ.
В блоке КП токи тонального спектра частот 0,3—3,4 кГц кана-
ла ТЧ преобразуются в соответствующий номеру этого канала уча-
сток спектра ПГ в тракте передачи и подвергаются обратному пре-
образованию в тракте приема. Указанные преобразования
выполняются двумя ступенями (см. рис. 3.15).
В каждом блоке КП содержатся функциональные узлы трактов
передачи и приема двух каналов. Так, в первом блоке КП находятся
узлы каналов 1, 7, во втором блоке каналов 2, 8 и т.д. (см. рис. 6.11).
Конструктивно блок КП состоит из печатной платы, на кото-
рой размещены следующие функциональные узлы (рис. 6.12): ог-
раничитель амплитуды ОА, модулятор предканальный передачи
Рис. 6.12
167
МПКП, электромеханический полосовой фильтр передачи ЭМФП,
модулятор канальный передачи МКП, модулятор канальный при-
ема МКПр, электромеханический полосовой фильтр приема
ЭМФПр, модулятор предканальный приема МПКПр, усилитель
низкой частоты УНЧ.
В тракте передачи ОА устраняет перегрузки групповых трактов
аппаратуры, МПКП преобразует спектр исходного сигнала
0,3—3,4 кГц в спектр 128,3—131,4 кГц несущей частотой 128 кГц,
ЭМФП выделяет боковую полосу частот со спектром 128,3—131,4 кГц,
МКП преобразует спектр частот сигнала 128,3—131,4 кГц в соот-
ветствующий номеру этого канала участок спектра стандартной ПГ
одной из несущих частот 192, 196—236 кГц.
В тракте приема МКПр выполняет обратное преобразование
части спектра сигнала ПГ, соответствующей номеру канала, в по-
лосу частот 128,3—131,4 кГц, ЭМФПр осуществляет функцию, ана-
логичную ЭМФП, МПКПр преобразует спектр частот сигнала
128,3—131,4 кГц в тональный спектр частот 0,3—3,4 кГц, УНЧ по-
вышает уровень мощности сигналов тонального спектра на выхо-
де канала ТЧ до номинального значения +4 дБм.
Все функциональные узлы трактов передачи и приема канала,
за исключением ЭМФП и ЭМФПр, объединены в микросборку
04ХА048. Преобразователи частоты выполнены подвойной балан-
сной схеме на микросхемах Ф174ПС1. Преобразователи МПКП и
МПКПр соединены последовательно по питанию постоянным то-
ком и параллельно по питанию током несущей частоты. Анало-
гично соединяются МКП и МКПр. Для балансировки уровней на-
пряжений несущих частот на выходе преобразователей в схеме
блока установлены подстроечные резисторы. Коэффициент пере-
дачи преобразователей регулируется подгоночными резисторами.
Блок ГУ секции КП (рис. 6.13) предназначен для объединения
преобразованных в блоках КП токов 12 каналов в полосу частот
стандартной первичной группы. Конструктивно блок ГУ представ-
ляет собой печатную плату. На ней расположены основные функ-
циональные узлы трактов передачи, приема и усилитель напряже-
ния несущей частоты 128 кГц.
В состав тракта передачи входят входной и выходной симметри-
рующие трансформаторы Т2, Т4, групповой усилитель передачи Ус,
168
>' fB секцию
►—4ОСТПГ
Рис, 6,13
фильтр нижних частот ФНЧ-108П и удлинитель Уд1. Фильтр ниж-
них частот ФНЧ-108П типа LC служит для подавления остатков токов
несущих частот второй ступени преобразования 192, 196—236 кГц, и
неиспользуемых верхних боковых полос частот в диапазоне 320—
368 кГц. Групповой усилитель, выполненный на микросхеме
1407УД1А, повышает мощность сигнала первичной группы. Зна-
чение уровня мощности на нормально замкнутых контактах из-
мерительной розетки «П» должно составлять -36 дБм (-4 Нп). Пе-
ременный удлинитель Уд1 позволяет компенсировать затухание
соединительного кабеля между секциями КП и ОСТ ПГ.
В состав тракта приема блока ГУ входят: симметрирующие
трансформаторы Т1, ТЗ, фильтр нижних частот ФНЧ-108Пр и уд-
линители Уд2, УдЗ. Назначение удлинителя Уд2 такое же, как и
удлинителя Уд1. Фильтр нижних частот ФНЧ-108Пр предназначен
для подавления продуктов преобразования с частотами выше 108 кГц.
Они поступают из тракта приема стойки СГП-Т. Удлинитель УдЗ по-
зволяет снизить уровень загрузки преобразователя МКПр блока КП
и установить требуемую диаграмму уровней в тракте приема.
В блоке ГУ расположен усилитель напряжения несущей часто-
ты предварительного преобразования УсНПП. С его выхода на-
пряжение несущей частоты 128 кГц с уровнем -8 дБн подается в
шесть блоков КП на предканальные преобразователи частоты
передачи и приема.
169
Секция образования сетевых трактов первичных групп ОСТ ПГ
(рис. 6.14) состоит из пяти блоков передачи образования сетевых
трактов ПГ (ПОСТ ПГ) А1—А5 и пяти блоков приема образова-
ния сетевых трактов ПГ (ПрОСТ ПГ) А6—А10.
В блоке передачи секции ПОСТ ПГ образуются первичные сете-
вые тракты с номинальной полосой частот 60—108 кГц, происхо-
дят ввод тока КЧ 84,14 кГц в тракт передачи СКП-Т и защита тока
КЧ от помех, совпадающих с ним по частоте. В блоке приема рас-
сматриваемой секции ПрОСТ ПГ подавляется ток КЧ 84,14 кГц на
выходе сетевого тракта ПГ.
В состав блока ПОСТ ПГ входят два симметрирующих транс-
форматора Т1 и Т2, удлинители Уд1—Уд5, режекторный фильтр
ФР-84,14 и усилитель передачи УсП.
Удлинитель Уд 1 обеспечивает развязку между трансформатором
Т1 и режекторным фильтром. Удлинитель Уд2, выполненный на
микросборке НРООЗ, регулирует усиление тракта передачи. Фильтр
ФР-84,14 подавляет токи с частотой 84,14 кГц, совпадающие с кон-
трольной частотой ПГ. Усилитель УсП, собранный на микросбор-
ке УВ001, повышает уровень мощности сигнала на выходе тракта
передачи до номинального значения -35 дБ или -41 дБн. Удлини-
тель УдЗ, выполненный на микросборке НР001, предназначен для
компенсации затухания станционного соединительного кабеля.
Удлинитель Уд4 совместно с Уд5, выполненным на микросборке
НРООЗ, позволяют установить нормируемое значение уровня на-
пряжения контрольной частоты 84,14 кГц, которое на выходе УсП
должно быть -75 дБн.
В состав блока ПрОСТ ПГ входят два симметрирующих транс-
форматора Т1 и Т2, удлинители Уд1—УдЗ, режекторный фильтр
ФР-84,14 и усилитель приема УсПр. Удлинитель Уд1 выполнен на
микросборке НР001 и имеет то же назначение, что и УдЗ в тракте
передачи. Удлинители Уд2 и УдЗ выполняют те же функции, что
Уд 1 и УдЗ в тракте передачи. Режекторный фильтр РФ-84,14 подав-
ляет ток контрольной частоты на выходе первичного группового
тракта. Усилитель УсПр усиливает уровень мощности группового
сигнала до номинального, равной на выходе тракта приема -35 дБ
(-41 дБн). Он, как и УсП, собран на микросборке УВ001.
170
5лрк.тст.пг...
А1
-42 дБн (-36 дБ)
150 Ом
84.14кГц "’VnS
Уд4
“Вх П”
Х2 ХЗХ4
Из блока ГУ»-, <<ТГ»П
секции КП 1 > 1 ZZjKyJ
Т1
Уд1
L- дБ
дБ —
‘-75дБн’
Уд2 рф.84,14 усП
-41 дБн(-35дБ)
.150 Ом___
ВыхП” уд3 ВыхПГ
\Х7 -г*—i60— 108 к Гц
пт*пГ дБ-------------------------►
>
Блок ПОСТ ПГ1
•А2
! Из блока ГУ w
• секции КП 2 —►
Блок Пр ОСТ ПГ А6 - 29 дБн~Г23 дБ) - 30 дБн'(-24 дБ) “Вых. Пр" г— (ЭДОМ v, . 1ЖЫ Х7 Х6 xj Т2 Ус Пр РФ-84 14 < уД2 TI Х4 ХЗ Х2 у11 Я! -Eh К «Б -лЕ - и Вх ПГ 60—108 кГц
• ---
Xх'' , „и. । 1. । L—.... L-и—J XX < <
Блок Пр ОСТ ПГ
А7 ВблокГУ Ч— секции КП2 —
А10
Рис. 6.14
Секция получения несущих частот ПНЧ (см. рис. 6.11) предназна-
чена для образования токов предканальной несущей частоты 128 кГц
и канальных несущих частот 192, 196—236 кГц. Ток предканаль-
ной несущей частоты 128 кГц получается непосредственным деле-
нием на восемь частот управляющего тока 1024 кГц, вырабатыва-
емого задающим генератором, размещенным на стойке группового
преобразования СГП-ТГ. Канальные несущие частоты получают-
ся в блоке генератора сетки частот (ГСЧ), входящем в состав сек-
ции. В рассматриваемой секции осуществляется стопроцент-
ное «горячее» резервирование основных блоков.
Секция получения токов контрольных частот первичных групп
ПКЧ ПГ-1 предназначена для преобразования тока управляющей
частоты 168,28 кГц. Она вырабатывается в задающем генераторе,
размещенном на стойке СГП-ТГ, в ток контрольной частоты
84,14 кГц. Схема получения тока КЧ состоит из двух резервирующих
друг друга трактов с автоматическим переключением на резерв.
Секция сигнализации СИГН предназначена для сигнализации
об основных технических повреждениях на стойке СКП-Т: пропа-
дании рабочего или сигнального напряжения питания -24 В, пони-
жении рабочего напряжения питания на выходе секции ПИТ 24/20,
пропадании или снижении уровней тока контрольной или несущих
частот; перегорании предохранителей.
Секция обслуживания каналов ОК позволяет измерять уровни
мощности и напряжения сигналов в основных блоках стойки, кон-
тролировать значение остаточного усиления каналов ТЧ. Она со-
стоит из блоков генератора фиксирующих частот, индикаторов
уровня, испытательных усилителей.
Электропитание стойки СКП-Т осуществляется от двух незави-
симых источников постоянного тока напряжением (-24±2,4) В с
заземленным положительным полюсом. От одного источника пи-
таются рабочие цепи, от другого — цепи сигнализации. Источник
для питания рабочих цепей подключается к вводу «РАБ» устрой-
ства ввода питания ВП2-24 стойки, которое размещается в верхней
части каркаса (на рис. 6.11 не показано).
Источник для питания сигнальных цепей подключается соответ-
ственно к вводу «СИГН». Далее напряжение рабочего источника с
устройства ВП2-24 подается на вторичный источник питания —
172
секцию питания ПИТ 24/20, с выхода которой напряжение +20 В
распределяется по секциям стойки СКП-Т.
Напряжение для питания цепей сигнализации с устройства
ВП2-24 поступает на секцию СИГН, где преобразуется в напряже-
ние +5 В и распределяется по секциям стойки.
Масса стойки СКП-Т-2 при полной комплектации не превыша-
ет 65 кг. Стойка выполнена в типовой конструкции «Вертикаль-М»
размерами 2600x120x240 мм.
Стойка группового преобразования СГП-Т. В состав оборудо-
вания оконечной станции входит стойка группового преобразова-
ния, которая в зависимости от комплектации имеет шифр СГП-ТГ
или СГП-Т. В стойке СГП-ТГ установлено оборудование задаю-
щего генератора (ГЗ). Оно предназначено для получения токов уп-
равляющих частот, которые используются для получения несущих
и контрольных токов. Основные характеристики стоек СГП-ТГ
и СГП-Т идентичны. Обе стойки комплектуются на две системы
(120) каналов. Однако СГП-Т будет Использоваться в узлах свя-
зи, где организуется более 120 каналов, для наращивания емко-
сти системы передачи.
Стойки СГП-ТГ и СГП-Т предназначены для:
преобразования в тракте передачи токов пяти первичных
12-канальных групп со спектром частот 60,6—107,7 кГц в спектр коле-
баний вторичной 60-канальной группы по основному (312,3—551,4 кГц)
или дополнительному (312,3—551,7 кГц) вариантам;
преобразования токов ВГ в линейный спектр частот 12,6—251,7 кГц
(основной вариант) и 12,3—251,7 кГц (дополнительный вариант);
обратного преобразования в тракте приема токов линейного
спектра частот в спектр частот ВГ;
преобразования токов ВГ в спектр частот пяти первичных
12-канальных групп;
получения, фильтрации и распределения мощности токов несу-
щих частот 420, 468, 516, 564, 612, 444 кГц.
Кроме этого, СГП-ТГ получает и распределяет токи следующих
управляющих частот: 2592 кГц — для образования несущих частот
преобразования ПГ и ВГ; 1024 кГц — для образования несущих
частот канального преобразования 128, 192, 196—236 кГц;
173
168,28 кГц — для образования тока контрольной частоты первич-
ной группы 84,14 кГц.
Основной и дополнительный варианты линейного спектра об-
разуются двумя ступенями преобразования (см. рис. 3.16). Посту-
пающие с выхода стойки канального преобразования СКП-Т токи
пяти ПГ со спектром частот 60,6—107,7 кГц преобразуются элект-
рическими колебаниями несущих частот 420, 468, 516, 564, 612 кГц
в полосу частот основной ВГ со спектром 312,3—551,4 кГц. Исполь-
зуются нижние боковые полосы частот, выделяемые полосовыми филь-г
трами ППФ. Указанная группа характеризуется прямым расположе-
нием каналов. Дополнительная ВГ со спектром 312,3—551,7 кГц
получается преобразованием несущими частотами 420, 468, 516,
564, 444 кГц и характеризуется инверсным расположением кана-
лов в пятой ПГ вследствие использования верхней боковой Поло-
сы частот со спектром 504,6—551,7 кГц.
Токи линейного спектра частот (основного и дополнительного
вариантов) получаются преобразованием электрических колебаний
ВГ несущей частотой 564 кГц и выделением нижней боковой поло-
сы. Наличие дополнительного варианта организации линейного
спектра позволяет выделить одну (IV) или две (V и IV) 12-канальные
группы, используя аппаратуру стойки промежуточной СП К-60Т или
АВПГ-Т, либо существующие стойки выделения первичных групп.
Технические характеристики аппаратуры СГП-ТГ и СГП-Т при-
ведены ниже.
Тракт передачи
Сопротивление, Ом:
входное................................................. 150
выходное............................................. 150
Входной измерительный уровень, дБ (Нп):
мощности................................................. -37 (-4,25)
напряжения........................................... -43 (-5)
Выходной измерительный уровень, дБ (Нп):
мощности................................................ -35 (-4)
напряжения........................................... -41 (-4,7)
Входная рабочая полоса частот первичной группы, кГц..... 60—108
Выходная рабочая полоса частот вторичной группы, кГц.... 12—252
174
Тракт приема
Сопротивление, Ом:
входное................................................... 150
выходное............................................... 150
Входной измерительный уровень, дБ (Нп):
мощности.................................................. -24 (-2,7)
напряжения............................................. -30 (-3,5)
Выходной измерительный уровень, дБ (Нп):
мощности.................................................. -22 (-2,5)
напряжения............................................. -28 (-3,2)
Входная рабочая полоса частот вторичной группы, кГц........ 12—252
Выходная рабочая полоса частот первичной группы, кГц....... 60—108
Основные конструктивные элементы стоек СГП-ТГ и СГП-Т —
секция, блок и печатная плата.
Структурная схема стойки СГП-ТГ приведена на рис. 6. 15.
Секция преобразования первичных групп ППГ (рис. 6.16) пред-
назначена для преобразования и объединения в тракте передачи
пяти ПГ с рабочей полосой частот 60,6—107,7 кГц в полосы частот
основной (312,3—551,4 кГц) или дополнительной (312,3—551,7 кГц)
вторичной группы, а также для разделения спектра частот вторич-
ной группы в тракте приема и обратного преобразования в поло-
сы частот пяти ПГ 60,6—107,7 кГц.
В секцию ППГ входят: пять блоков преобразования ПГ ППГ-1—
ППГ-5, блок полосовых фильтров ФППГ, блок объединения ПГ
ОПГ, блок разделения ПГ РПГ, блок приемника тока КЧ 84,14 кГц
ПТКЧ-84, 14, блок поочередного управления АРУ УП АРУ, а также
блок преобразования ПГ ППГ-5-1, который включается вместо
блока ППГ-5 при использовании дополнительного варианта орга-
низации ВГ.
В блоке преобразования первичной группы ППГ токи ПГ со спект-
ром 60—108 кГц преобразуются в соответствующую номеру этого блока
полосу частот ВГ (312—360 кГц в ППГ-1, 506—562 кГц в ППГ-5). Та-
ким образом, блоки ППГ отличаются друг от друга значениями
подаваемых на модуляторы тракта передачи МП и приема МПР
несущих частот и полосами пропускания полосовых фильтров
175
Секция
ПИТ 24/15
Секция
ПИТ 24/15
Рис. 6.15
от ППГ-5
Блоки ППГ-1 — ППГ-5
от ППГ-4^
Блок ФППГ
Блок ОПГ
ФППГ-5
-43 дБн (-37 дБ)
•60—108 кГц
i ППГ-1 (420 кГц)
эфнчмпУдЗ
Т1УД2 .|25МП X
дБ л дБ
'ФНПУсН
/X/ <
• ППГ-5 (612 кГц)
i60—108 кГц Ус Поуд4 фнч
• J Х7 Х6 Х5 Т7 X -’25
£2 дБ
! уд5 Вых Пр
! -28 дБн (-22
МПр
ФППГ-1
ФППГ-3
ФППГ-1
1фппг-з_!
к ППГ-4
ФППГ-4
"кФ'ппТ-i
к ФППГ-3
-45 дБн (-36 дБ)
от ФППГ-1
от ФППГ-3
“Вых П"w
ФППГ-4
75
‘-75 дБн”
Блок РП Г
Ус РТ
-32 дБн (-23 дБ)
Детектор
150
Блок ПТКЧ-84,14 Блок УП АРУ
к ППГ-5
/ “Вых П”
л4 ХЗ Х2
312-552
• ФППГ-5
АРУ выключено "
Рис. 6.16
кГц
несущих частот ФПН. Конструктивно блок ППГ состоит из печат-
ной платы. На ней размещены функциональные узлы тракта пере-
дачи: удлинители Уд1, Уд2, УдЗ; симметрирующий трансформа-
тор Т1, фильтр нижних частот ФНЧ-150, модулятор передачи МП.
В тракте приема на плате расположены: модулятор приема МПр,
фильтр нижних частот ФНЧ-125, удлинители Уд4, Уд5, усилитель
приема УсПр, симметрирующий трансформатор Т2.
В состав блока ППГ входят также усилитель-ограничитель то-
ков несущих частот УсН и полосовой фильтр ФПН.
Удлинители Уд1 и Уд5 предназначены для компенсации затуха-
ния соединительных кабелей между стойками СКП-Т и СГП-Т. Они
выполнены на микросборках НР001. Их затухание изменяется от
О до 1,4 дБ. С помощью удлинителей Уд2—Уд4 выполняются ре-
гулировки в процессе настройки и эксплуатации стойки. Эти удли-
нители выполнены на микросборках НР002 с затуханием 0—3 дБ.
Симметрирующий трансформатор Т1 позволяет перейти от урав-
новешенной схемы с сопротивлением 150 Ом к неуравновешенной
с сопротивлением 75 Ом. Трансформатор Т2 выполняет обратный
переход. Фильтр нижних частот ФНЧ-150 в тракте передачи подав-
ляет остатки токов несущих и верхних боковых полос частот, по-
ступающих от СКП-Т, и ограничивает полезную полосу передава-
емых частот. Фильтр ФНЧ-125 в тракте приема выполняет
аналогичную функцию. Оба фильтра выполнены на элементах L, С.
Модулятор МП предназначен для преобразования токов ПГ со
спектром 60—108 кГц в соответствующую номеру этого ППГ по-
лосу частот ВГ. Модулятор в тракте приема МПр выполняет об-
ратное преобразование. Оба модулятора собраны на микросбор-
ке МА001 и выполнены подвойной балансной схеме на микросхеме
Ф174ПС1. Питание их током несущей частоты осуществляется па-
раллельно через УсН, обеспечивающий усиление и двустороннее
ограничение напряжения несущей. Это дает возможность получить
стабильный коэффициент передачи преобразователя при измене-
нии уровня мощности несущего тока и обеспечить лучшее подав-
ление четных продуктов модуляции на выходе преобразователя.
Усилитель приема УсПр позволяет повышать уровень мощнос-
ти (напряжения) сигнала до номинального значения -21,9 дБм
(-30,9 дБн) и поддерживать его постоянным устройством автома-
178
тического регулирования усиления. Схема усилителя выполнена
на микросборке УВ001 с регулируемым элементом в цепи обрат-
ной связи. Она имеет возможность не только автоматического ре-
гулирования, но и ручного.
В состав блока полосовых фильтров ФППГ входят три фильтра
• ФППГ-1—ФППГ-3. Они предназначены для выделения нижней
боковой полосы частот первой, второй и третьей ПГ. Фильтры чет-
вертой и пятой ПГ (ФППГ-4, ФППГ-5) входят в состав блоков объе-
динения и разделения первичных групп ОПГ, РПГ. Нормирован-
ные значения полос пропускания ФППГ-1—ФППГ-5 составляют:
312,3—359,4; 360,3—407,4; 408,3—455,4; 456,3—503,4; 504,3—551,7 кГц.
Указанные фильтры реализованы на L, С элементах и имеют зату-
хание 89 дБ в диапазоне верхней боковой полосы частот.
Блок объединения первичных групп ОПГ объединяет токи пяти
ПГ во вторичную группу и усиливает мощности сигнала ВГ, ком-
пенсируя тем самым затухание пассивных элементов блоков ППГ и
ФППГ. В состав блока входят: усилитель объединения трактов УсОТ
и полосовые фильтры трактов передачи четвертой и пятой ПГ. Уси-
литель УсОТ предназначен для объединения колебаний пяти ПГ и
обеспечения условий параллельной работы фильтров ФППГ-1 —
ФППГ-5. Усилитель выполнен на микросборке УВ001 и имеет низ-
кое входное сопротивление, что обеспечивает защищенность меж-
ду трактами передачи различных ПГ не менее 43 дБ. В схеме блока
имеется возможность регулировки усиления УсОТ при настройке
стойки СГП-Т для обеспечения номинального значения уровня
мощности (напряжения) на выходе тракта передачи в измеритель-
ных гнездах «ВыхП» -36 дБ (-45 дБн). Фильтры ФППГ-4 и ФППГ-5
реализованы на элементах L, С и имеют затухания такие же, как и
ФППГ-1 —ФППГ-3. Один ФППГ-5 с полосой пропускания
504,3—551,7 кГц используется при работе по основному и допол-
нительному вариантам организации ВГ.
Блок разделения первичных групп разделяет токи основной ВГ
на пять ПГ, выполняя тем самым функцию развязывающего уст-
ройства. В его состав входят усилитель разделения трактов УсРТ и
полосовые фильтры ФППГ-4, ФППГ-5. Усилитель УсРТ, выпол-
• ненный на микросборке УВ001, имеет низкое входное сопротивление,
что обеспечивает независимую параллельную работу полосовых
179
фильтров ФППГ-1—ФППГ-5 и повышает защищенность между
трактами приема ПГ. Характеристики фильтров ФППГ-4 и ФППГ-5
такие же, как у аналогичных фильтров в блоке ОПГ.
Блок приемника тока КЧ 84, 14 кГц ПТК-84, 14, подключаясь
поочередно к блокам ППГ-1—ППГ-5, выделяет, усиливает и детек-
тирует электрические колебания контрольных частот РГ.
Блок поочередного управления АРУ УП АРУ подает управ-
ляющие напряжения на регулирующее устройство пяти блоков
ППГ и контролирует напряжение на инерционных звеньях ПГ
при блокировке АРУ.
Секция сопряжения С-60 (рис. 6.17) предназначена для преобра-
зования в тракте передачи токов ВГ с основным вариантом спектра
частот 312,3—551,4 кГц или дополнительным 312,3—551,7 кГц в
полосу линейного спектра частот с основным (12,6—251,7 кГц) или
дополнительным (12,3—251,7 кГц) вариантом и обратного преоб-
разования в тракте приема.
В состав секцйи входят блоки: передачи вторичной группы ПВГ-0,
приема вторичной группы ПрВГ-0, усилителя приема УсПр и ис-
пытательного усилителя УсИ.
В блоке передачи вторичной группы ПВГ-0 токи полосы частот
ВГ с основным или дополнительным вариантом преобразуются в
полосу частот линейного спектра несущей 564 кГц. Конструктив-
но блок представляет собой печатную плату. На ней размещены
удлинители Уд1—УдЗ, модулятор передачи МП, фильтр нижних
частот ФНЧ-252, групповой усилитель передачи УсП, симметри-
рующий трансформатор Т1.
Удлинитель Уд1 позволяет снизить уровень загрузки модуля-
тора МП. Удлинитель Уд2 обеспечивает развязку между преобра-
зователем МП и фильтром ФНЧ-252. Модулятор МП преобразует
токи полосы частот ВГ в линейный спектр частот. Он собран на
микросборке МА001 по двойной балансной схеме на микросхеме
Ф174ПС1. Фильтр нижних частот ФНЧ-252 типа LC ограничивает
полосу частот линейного спектра 12—252 кГц и подавляет побоч-
ные продукты преобразования на выходе МП.
Усилитель передачи УсП повышает уровень группового сигна-
ла и улучшает соотношение сигнал/шум в тракте передачи в полосе
частот 12—252 кГц. Он выполнен в объемном варианте, так как
180
QO
Блок ПВГ-0
Блок Ус_Пр_
Уд1 Х2
Рис. 6.17
реактивные элементы в указанном диапазоне частот не соответству-
ют размерам микросборки. Усилитель имеет два взаимно развя-
занных выхода. Второй выход позволяет контролировать тракт
передачи (без внесения в него помех) по уровню тока преобразо-
ванной КЧ 84,14 кГц в контрольной розетке: «-75 дБн».
Трансформатор Т1 обеспечивает переход от неуравновешенной
схемы с сопротивлением 75 Ом к уравновешенной схеме с сопротив-
лением (входным) 150 Ом. Удлинитель УдЗ позволяет компенсиро-
вать затухание соединительного кабеля между стойками СГП-Т и
СЛО-Т. Номинальное значение уровня мощности измерительного
сигнала в гнездах розетки «ВыхП» составляет -35 дБ — (-4 Нп) и
уровня напряжения -41 дБ (-4,7 Нп).
В блоке приема вторичной группы ПрВГ-0 происходят ограни-
чение полосы принимаемых частот линейного спектра 12—252 кГц
и преобразование его в спектр частот ВГ. Блок представляет собой
печатную плату. На ней размещены: удлинители Уд1—УдЗ, равно-
плечная дифференциальная система ДС; фильтр нижних частот
ФНЧ-252; модулятор приема МПр.
Назначение удлинителей Уд1—УдЗ такое же, как и в тракте пе-
редачи секции С-60. Дифференциальная система ДС имеет один вход
с сопротивлением 150 Ом и два выхода с сопротивлением 75 Ом.
Второй выход используется для контроля тракта по току преоб-
разованной контрольной частоты ПГ 84,14 кГц в контрольной
розетке «-75 дБн».
Модулятор МПр преобразует токи линейного спектра частот в
полосу частот ВГ. Он также выполнен на основе микросборки
МА001 по двойной балансной схеме. Назначение полосового филь-
тра ФНЧ-564 и усилителя-ограничителя УсН такое же, как и анало-
гичных элементов в секции ППГ.
В блоке усилителя приема УсПр выделяется полоса частот ВГ
312—552 кГц и остатки несущей частоты, появляющиеся на выходе
МПр, и усиливается мощность токов ВГ. Блок представляет собой
печатную плату. На ней расположены: фильтр нижних частот
ФНЧ-552, усилитель приема УсПр и удлинитель Уд1.
Фильтр нижних частот ФНЧ-552 типа LC ограничивает полез-
ную полосу частот тракта приема 552 кГц. Усилитель УсПр усили-
вает мощность сигналов ВГ до номинального значения. Он собран
182
с использованием микросборки УВ001 и имеет два взаимно развя-
занных выхода. Второй выход позволяет контролировать тракт
приема по уровню напряжения преобразованной КЧ 84,14 кГц в
контрольной розетке «-75 дБн». Номинальное значение уровня
мощности (напряжения) измерительного сигнала на основном
выходе УсПр составляет -23 дБ (-2,6 Нп), а уровня напряжения
-32 дБ (-3,7 Нп).
Блок испытательного усилителя УсИ предназначен для органи-
зации шлейфа секции ППГ, обеспечивая усиление 13 дБ на 75-
омном выходе, и секции С-60 при номинальном усилении 11 дБ
на 150-омном выходе. Усилитель представляет собой трехкаскад-
ную схему с двумя входами («Вх75 Ом», «Вх150 Ом») и двумя
выходами с теми же номинальными сопротивлениями.
Секция задающего генератора ГЗ (см. рис. 6.15) образует токи
управляющих частот 2592; 1024 и 168,28 кГц. Ток частоты 2592 кГц
получается делением на два тока частоты 5,184 МГц, вырабатыва-
емого задающим генератором ГК27-ТС1. Задающий генератор тока
частотой 2592 кГц имеет три выхода. Первый выход соединен с
усилителем, имеющим четыре взаимно развязанных выхода для
питания четырех стоек СГП-Т (на рис. 6.15 не показаны), второй —
с блоком получения управляющего тока частотой 1024 кГц, кото-
рый также имеет четыре взаимно развязанных выхода для питания
четырех стоек СКП-Т. Третий выход соединен с блоком получения
управляющего тока частотой 168,28 кГц. Четыре его взаимно развя-
занных выхода могут использоваться для получения КЧ 84,14 кГц
на четырех стойках СКП-Т. На стойке СГП-ТГ устанавливаются
основная и резервная секции ГЗ.
Секция получения токов несущих частот ПНЧС-60 предназна-
чена для получения и распределения по потребителям (модуляторам
и демодуляторам) токов несущих частот 420, 468, 516, 564, 612 кГц
при основном варианте спектра ВГ. При дополнительном вариан-
те Вместо несущей частоты 612 кГц вырабатывается несущая 444 кГц
в блоке ПНЧПГ-5С, входящем в ЗИП стойки СГП-ТГ или СГП-Т.
Токи указанных несущих частот получаются преобразованием тока
управляющей частоты 2592 кГц. Стойки СГП-ТГ и СГП-Т комп-
лектуются двумя секциями ПНУС-60.
183
Секция автоматического регулирования усиления АРУ состоит
из двух блоков формирования импульсов переключения, двух бло-
ков сигнализации и контроля и блока питания (на рис. 6.15 не пока-
заны). Эти блоки совместно с регулируемым устройством АРУ и
ручным регулятором (устанавливается в ППГ-1—ППГ-5), блока-
ми приемника тока контрольной частоты 84,14 кГц (ПТКЧ-84, 14)
и поочередного управления АРУ (УП АРУ) составляют устройства
АРУ ПГ. Они предназначены для поддержания постоянства номи-
нального уровня на выходе группового тракта ПГ.
Секция СИГН-1 сигнализирует об основных технических повреж-
дениях на стойках СГП-ТГ или СГП-Т: пропадании рабочего или
сигнального напряжения питания -24 В, снижении сигнального на-
пряжения питания 5В, пропадании или снижении уровней токов
несущих частот, снижении уровней напряжения КЧ в тракте при-
ема ПГ, перегорании предохранителей.
Электропитание стоек СГП-ТГ и СГП-Т осуществляется от двух
независимых источников постоянного тока напряжением (24±2,4) В
с заземленным положительным полюсом. От одного источника
получают питание рабочие цепи, от другого — сигнальные. Уст-
ройством ввода питания ВП2-24, которое располагается в верхней
части каркаса, стойка подключается к токораспределительной сети
(на рис. 6.15 не показана). К клемме «Б1» подведено рабочее напря-
жение -24 В, к клемме «Б2» — сигнальное напряжение -24 В.
Вторичными источниками питания оборудования стойки явля-
ются две секции ПИТ-24/15. С их выходов напряжение +15 В рас-
пределяется по секциям стойки. Для повышения надежности фун-
кционирования оборудования, увеличения времени наработки его на
отказ каждая секция ПИТ-24/15 питает половину оборудования стой-
ки. Секции Г31, ПНЧС-60-1, ППГ1, АРУ получают питание от одной
секции ПИТ-24/15, а секции Г32, ПНЧС-60-2, ППГ2 — от другой.
Напряжение питания цепей сигнализации с клемм «Б2» устрой-
ства ВП2-24 поступает в секцию СИГН-1, где преобразуется в на-
пряжение +5 В и распределяется по секциям стойки. Секция СИГН-1
может получать питание как от одной секции ПИТ-24/15, так и от
другой. Это позволяет повысить надежность функционирования
системы сигнализации стойки.
184
На стойках СГП-ТГ и СГП-Т установлено устройство коммута-
ции УК. Оно позволяет в случае эксплуатационной необходимости
подключать к выходу секции ППГ межстоечные кабели (они вво-
дятся в стойку на уровне верхнего вводного устройства и проложе-
ны в шахте стойки) и, кроме этого, дает возможность в процессе
эксплуатации переключать выход секции ППГ одной системы ко
входу секции С-60 другой.
Стойки СГП-ТГ и СГП-Т выполнены в типовой конструкции
«Вертикаль-М» размерами 2600x120x240 мм. Масса стойки СГП-ТГ при
полной комплектации не превышает 55 кг, стойки СГП-Т — 50 кг.
Оборудование линейного тракта. В его состав входят следующие
технические средства. Это оконечная аппаратура, размещаемая на
стойке СЛО-Т оконечного пункта; промежуточные усилители, рас-
полагаемые на стойке СЛ-Т обслуживаемого усилительного пунк-
та и промежуточные усилители, находящиеся в блоках БУЛ на стой-
ке СПУН-Т необслуживаемого усилительного пункта.
Кроме этого, в состав оборудования линейного тракта входит
аппаратура: дистанционного питания (на стойке СДП-Т в ОП и
ОУП и в блоке питания и защиты БПЗ НУП), телемеханики (на стой-
ке СТМ-Т ОП, ОУП и в блоках телемеханики БТ НУП), служебной
связи (на стойке ССС-Т в ОП и ОУП и в блоках БУСС НУП), а
также вводно-кабельное оборудование (на стойке СВКО-Т в ОП и
ОУП, а в НУП — в блоках БВК и вводно-кабельном шкафу ВКШ-Т).
Стойка линейная оконечная СЛО-Т. Стойка комплектуется ап-
паратурой двух систем (120 каналов). В тракте передачи происхо-
дит усиление токов со спектром частот 12—252 кГц, поступающих
со стойки группового преобразования СГП-Т с уровнем -42 дБн,
на 31 дБ; обеспечивается номинальный уровень напряжения на вы-
ходе стойки -11 дБн при работе без предыскажения; вводится пре-
дыскажение уровней передачи, аналогичное используемому в ап-
паратуре К-бОп, П-306. Кроме того, в тракте передачи происходят:
получение и введение в линейный тракт токов линейных конт-
рольных частот 16 и 248 кГц, а также подавление не менее чем на
23 дБ поступающих со стойки СГП-Т токов, значения частот кото-
рых совпадают с частотами линейных контрольных токов.
В тракте приема усиливаются поступающие с выхода усили-
тельного участка токи линейного спектра частот 12—252 кГц;
185
компенсируются предыскажения уровней приема при работе сис-
темы в режиме с предыскажением уровней передачи. Здесь также
выполняются: коррекция амплитудно-частотных искажений, вно-
симых предшествующим усилительным участком длиной от 8 до
19,5 км кабеля МКСБ и от 8,2 до 20 км кабеля МКПАБ; коррекция
регулярных амплитудно-частотных искажений, возникающих на
участке магистрали ОП-ОУП; автоматическая регулировка усиле-
ния (АРУ) по токам линейных контрольных частот 16 и 248 кГц;
подавление токов линейных контрольных частот на выходе тракта
приема стойки.
Технические характеристики аппаратуры СЛО-Т приведены ниже.
Тракт передачи
Сопротивление, Ом:
входное.................................................... 150
выходное................................................... 150
Входной измерительный уровень напряжения, дБ (Нп)........... -42 (-А8)
Выходной измерительный уровень напряжения, дБ (Нп), при работе:
без предыскажения....................................... -11 (-1,26)
с предыскажением на частоте:
12 кГц.............................................. -17,5 (-2,0)
252 к Гц............................................ -7 (-0,8)
Входная полоса частот, кГц.................................. 12—252
Выходная полоса частот, кГц................................. 12—252
Уровень напряжения контрольных частот 16 и 248 кГц на выходе
тракта, дБ.................................................... -28±0,3
Усиление тракта, дБ, при работе:
без предыскажения .......................................... 31
с предыскажением на частоте:
12 кГц............................................... 24,5
252 кГц............................................... 35,0
Затухание несогласованности со стороны входа и выхода, дБ, не менее 20
Амплитудная характеристика при повышении уровня на выходе
тракта до +17 дБн прямолинейна с точностью, дБ.............. ±0,3
Уровень напряжения собственных шумов в спектре частот одного .
канала 248—252 кГц на выходе тракта, дБ, не более........... 104
186
Тракт приема
Сопротивление, Ом:
входное..................................................... 150
выходное..................................................... 150
Входной измерительный уровень напряжения, дБ (Нп)............ -29 (-3,3)
Входная полоса частот, кГц......................................... 12—252
Выходная полоса частот, кГц........................................ 12—252
Затухание несогласованности на входе и выходе тракта, дБ, не менее. 20
Амплитудная характеристика при повышении уровня на входе
тракта до -10 дБн прямолинейна с точностью, дБ..................... ±0,3
Уровень напряжения собственных шумов в полосе частот
248—252 кГц на выходе тракта, дБ................................... -109
Затухание тракта, дБ, при работе без предыскажения на частоте 12 кГц... 4,6
Усиление тракта, дБ, при работе:
без предыскажения на частоте 252 кГц............................ 21,8
с предыскажением на частоте:
12 кГц................................................... 1,9
252 кГц................................................. 24,1
Пределы регулировки АРУ, дБ, на контрольной частоте:
16 кГц................................................. ±3,0
248 кГц................................................. +2,04
Изменение АЧХ корректорами в УсН и УсК, дБ......................... —1,63±3
Кроме этого, тракты передачи и приема характеризуются сле-
дующими данными: затухание асимметрии не менее 40 дБ; защи-
щенность от линейных переходов в диапазоне частот 12—252 кГц
не менее 96 дБ для 75 % комбинаций и не менее 87 дБ для 25 %
комбинаций. Уровни напряжений продуктов нелинейности на вы-
ходе тракта не превышают значений, указанных в табл. 6.1.
Основными конструктивными единицами стойки СЛО-Т явля-
ются секция, блок и печатная плата. В состав стойки, комплектуе-
мой на две системы (120 каналов), входят секции: передачи I и II
систем, приема I и II систем и генераторная.
187
Таблица 6.1
Частота измеритель- кого сигнала, кГц Уровень, дБн, продуктов нелинейности
2/ 3/ 2/ 3/
Выход тракта передачи' Выход тракта приема1
12 -69 -75 -84 -92
126 -58 — -74 -
84 - -67 — -83
1 При уровне измерительного сигнала +10 дБн (+1,2 Нп).
2 При уровне измерительного сигнала -8 дБн (-0,9 Нп).
Структурная схема секции передачи аппаратуры СЛО-Т приве-
дена на рис. 6.18. На этом рисунке уровни указаны в дБн, частоты
в кГц, уровни в круглых скобках — при включенном в тракт кон-
тура предварительного наклона КПН, уровень в розетке «Вых
Изм» — при уровне в розетке «Вых» — 11 дБн.
Секция передачи состоит из блоков: полосового фильтра ФП 12-252,
усилителя оконечного УсО, фильтра режекторного контрольных
частот ФРКЧ, усилителей предыскажения УсП и выходного УсВ,
стабилизатора напряжения СН24-18/0,6 (на рис. 6.18 не показан).
Токи линейного спектра частот 12—252 кГц от стойки группо-
вого преобразования СГП-Т поступают на вход секции передачи
СЛО-Т. Полосовой фильтр ФП 12-252 подавляет токи помех с час-
тотами ниже 12 и выше 252 кГц. Этим самым исключается пере-
грузка элементов линейного тракта и снижается уровень шумов.
Оконечный усилитель УсО повышает уровень сигнала на 18 дБ,
что улучшает отношение сигнал/помеха в каналах системы передачи.
Блок режекторного фильтра контрольных частот ФРКЧ состо-
ит из режекторных фильтров ФР16 и ФР248. Здесь происходит
подавление поступающих от стойки СГП-Т токов частотами 16 и
248 кГц, которые совпадают с линейными контрольными токами
устройства АРУ.
В блоке усилителя предыскажения УсП усиливаются токи ли-
нейного спектра частот. При включении на входе усилителя Ус уд-
линителя Уд2 реализуется режим работы без предыскажения уров-
ней передачи. Усиление составляет 12,1 дБ во всем диапазоне частот.
Переход к режиму с предыскажением уровней передачи выполняется
188
-41,6 -23,6
Вх'
-42 -42,7
ФП12-252 Ус 0
^7 -36,7 УсП
УдУ
“Вых Изм’
-28,0 -29,0
(-24,0)
(-25,0/=252)
(-37,6) ________________ _________
(W) (-30,1) (-34,5) (-35,57=12)
(-19,6)
Ус
Кор Пер
дБ
дБ
УдЗ| л
дБ
-12дБн/75 Ом
-2£2 ФРКЧ
• фР1б" ФР248
Уд4
дБ
дБ
“Вх Изм
ПЧ248
248
518*
о
КЧ16
^0
Ус КЧ248
17дБн/450 Ом
Ус КЧ16
к ПЭС ±0,5 Сигн.
кч
vTjycB
Вых
i -11,0
----Ы J(-7,0/=252)
Вых Изм г , „
* -42 !(-17,5/=12)
1 • -28КЧ
1-46КЧЫ
-юкч
£ 4
-12 дБн/75 On/-17,2 дБн/3,9 кОм
Рис. 6.18
к пэс ±0,5 Сигн. —40
4 КЧ
включением контура предварительного наклона КПН на входе уси-
лителя Ус. Усиление на частоте 12 кГц составляет 5,6 дБ, а на часто-
те 252 кГц — 16,1 дБ. Входная цепь усилителя, состоящая из удлини-
теля Уд1, обеспечивает ввод в линейный тракт токов измерительных
частот. Их уровень регулируется удлинителем УдЗ.
В блоке выходного усилителя УсВ усиливаются токи линейных
частот на 12,6 дБ. Входная цепь усилителя состоит из корректора
передачи Кор Пер. Он обеспечивает заданную амплитудно-частот-
ную характеристику линейного тракта в рабочей полосе частот.
Токи контрольных частот 16 и 248 кГц вводятся через удлинитель
Уд4. Номинальное значение уровней напряжений контрольных ча-
стот на выходе стойки СЛО-Т, равное -28 дБ, устанавливается уд-
линителями Уд5 и Удб.
Блок стабилизации напряжения СН24-18/0,6 (на рис. 6.18 не пока-
зан) обеспечивает электропитание блоков секции передачи
СЛО-Т и их защиту от перегрузок. Напряжение на выходе блока
стабилизации: (-24±2,4) В с пульсацией не более 250 мВ, (-18±0,36) В
с пульсацией не более 2 мВ.
Секция генераторного оборудования состоит из задающего ге-
нератора ГЗ, блока получения токов линейных контрольных час-
тот 16 кГц ПЧ16 и 248 кГц ПЧ248, усилителей токов контрольных
частот 16 и 248 кГц Ус КЧ16 и Ус КЧ248; блока сигнализации кон-
трольных частот СигнКЧ.
Блок задающего генератора служит источником высокостабиль-
ных колебаний частоты 5,184 МГц. Основным узлом блока являет-
ся кварцевый автогенератор КГ 27-ТС1. Он собран по емкостной
трехточечной схеме с резонатором, возбуждаемым на частоте
5,184 МГц. Резонатор помещен в вакуумированный стеклянный
баллон, где также находятся позисторы, выполняющие функции
нагревателя и датчика температуры.
Температура в баллоне поддерживается постоянной, что позво-
ляет значительно уменьшить температурный коэффициент частоты
генератора. Ток через позистор-нагреватель регулируется устрой-
ством управления температурой. Оно представляет собой усили-
тель постоянного тока, режим работы которого определяется по-
зистором-датчиком. Напряжение с выхода генератора подается на
буферный усилитель, а затем на формирователь двухуровневой
190
импульсной последовательности и выходные усилители, обеспе-
чивающие необходимые уровни сигналов.
Блоки ПЧ16 и ПЧ248 служат для получения токов линейных
контрольных частот соответственно 16 и 248 кГц. Ток частоты
16 кГц получается прямым цифровым делением входной частоты
5184 кГц на 324, ток частоты 248 кГц — прямым цифровым синте-
зом согласно выражению [5184 - (5184 - 5184:6): 6]: 18 = 248.
Напряжение контрольных частот усиливается в усилителях
УсКЧ16 и УсКЧ248 и подается в блок выходного усилителя УсВ
секции передачи.
Блок СигнКЧ предназначен для формирования сигнала неисп-
равности при отклонении за установленные пределы уровня на-
пряжения контрольной частоты на выходе блока УсКЧ. Сообще-
ние о неисправности дублируется оптическим сигналом.
Структурная схема секции приема приведена на рис. 6.19. На
этом рисунке уровни указаны в дБн, частоты в кГц, уровни в круг-
лых скобках — при включении контура обратного наклона КОН,
уровень в розетке «Вых Изм» — при уровне в розетке «Вых» -29 дБн.
Секция приема состоит из полосового фильтра ФП 12-252, уси-
лителя линейного УсЛ, корректора станционного оконечного
Кор СО, усилителей наклона УсН и коррекции УсК, фильтра
режекторного контрольных частот ФРКЧ, приемников токов
контрольных частот ПТКЧ16, ПТКЧ24В, стабилизатора напря-
жения СН24-18/0,6 (на рис. 6.19 не показан).
С вводно-кабельной стойки СВКО-Т токи линейного спектра ча-
стот 12—252 кГц поступают на вход секции приема стойки СЛО-Т.
Полосовой фильтр ПФ 12-252 выполняет ту же функцию, что и ана-
логичный фильтр на входе секции передачи.
Рис. 6.19
191
В блоке линейного усилителя УсЛ происходит коррекция амп-
литудно-частотных искажений, вносимых усилительным участком,
в корректорах Кор Ml и Кор М2, а также усиливается напряжение
линейного сигнала. Корректоры Кор Ml и Кор М2, включаемые
соответственно на входе УсЛ и в цепи его отрицательной обратной
связи, дают возможность установить усиление СЛО-Т, компенси-
рующее затухание кабеля МКСБ длиной от 8 до 19,5 км и кабеля
МКПА длиной от 8,2 до 20 км ступенями по 0,5 км.
В состав Кор Ml входят: искусственные линии (на рис. 6.19 не
показаны) с характеристиками, эквивалентными участкам кабеля
0,5 и 1 км (ЛИО,5, ЛИ 1); три входных выравнивателя (ВВ1—ВВЗ)и
удлинитель Уд1.
Корректор Кор М2 содержит следующие элементы (на рис. 6.19
не показаны): четыре искусственные линии, характеристики кото-
рых эквивалентны 0,5; 1; 1 и 1,5 км кабеля (ЛИО,5, ЛИ 1, ЛИ1 и ЛИ
1,5), три удлинителя (Уд2—Уд4); устройство плоской регулировки
ступенями по 0,5 дБ в пределах ±1 дБ (ПР); контур АРУ (КАРУ) и
контур основного наклона (КОН).
Виды включаемых элементов коррекции в Кор М1 и Кор М2 за-
висят от используемого кабеля и длины усилительного участка.
На выходе блока УсЛ уровень напряжения измерительного сиг-
нала с частотой 12 кГц должен быть -17,5 дБ (-2,0 Нп), а на частоте
252 кГц----7 дБ (-0,8 Нп). Усиление УсЛ регулируется автомати-
чески на ±3 дБ в зависимости от уровня контрольного тока
частотой 248 кГц системы АРУ.
В блоке корректора станционного оконечного Кор СО проис-
ходит коррекция АЧХ тракта приема стойки корректором при-
ема Кор Пр. Предыскажения компенсируются включением вместо
удлинителя Уд1 контура обратного наклона КОН в случае работы си-
стемы передачи К-60Т в режиме с предыскажением уровней передачи.
В блоке усилителя наклона УсН выполняется коррекция оста-
точных регулярных искажений АЧХ на участке ОУП-ОП перемен-
ным корректором Кор П1, а также усиление напряжения линейного
сигнала. Усиление регулируется автоматически на ±3 дБ в зависи-
мости от уровня контрольного тока частотой 16 кГц системы АРУ.
В блоке усилителя коррекции УсК выполняется коррекция оста-
точных регулярных искажений АЧХ на участке ОУП-ОП перемен-
192
ным корректором Кор П2, а также усиление сигнала с возмож-
ностью регулировки в пределах ±1 дБ. Усилитель Ус обеспечи-
вает необходимое для поддержания диаграммы уровней в стой-
ке среднее усиление 2 дБ.
В блоке фильтра режекторного контрольных частот ФРКЧ про-
исходит подавление токов контрольных частот 16 и 248 кГц систе-
мы АРУ во избежание их попадания в тракт приема стойки СГП-Т.
В состав блоков приемников тока контрольной частоты ПТКЧ16
и ПТКЧ248 системы АРУ входят следующие элементы (на рис. 6.19
не показаны): полосовой кварцевый фильтр тока контрольной час-
тоты соответственно 16 и 248 кГц; усилитель и детектор тока конт-
рольной частоты; устройства управления регулятором усиления,
блокировки ПТКЧ при пропадании тока контрольной частоты 16
или 248 кГц, а также сигнализации отклонений уровня указанного
тока на выходе регулируемого усилителя на ±3 дБ и более от номи-
нального значения; стабилизатор опорных напряжений.
Токи контрольных частот 16 и 248 кГц с выхода усилителя соот-
ветственно УсН и УсЛ поступают на вход приемника ПТКЧ 16 или
ПТКЧ248. В приемниках полосовыми кварцевыми фильтрами вы-
деляются токи с частотами соответственно 16 или 248 кГц, усили-
ваются, выпрямляются и сравниваются с эталонным напряжени-
ем. Получаемые разностные токи управляют схемой питания
подогрева термисторов, включенных в цепь отрицательной обрат-
ной связи усилителей УсН или УсЛ. Таким образом осуществляет-
ся автоматическая регулировка усиления в тракте приема СЛО-Т
по токам контрольных частот 16 или 248 кГц.
Блок стабилизации напряжения СН24-18/0.6 (на рис. 6.19 не по-
казан) секции приема выполняет такие же функции, как и блок
секции передачи.
Устройства сигнализации стойки выдает сигналы извещения в слу-
чаях: отклонения уровня напряжения контрольной частоты на пере-
даче на ±0,7 дБ, на приеме на ±3 дБ; с занижением уровня напряже-
ния контрольной частоты на приеме на 8 дБ; пропадания напряжения
в любом источнике первичного или вторичного электропитания.
Стойка линейного тракта СЛ-Т. Она комплектуется на две сис-
темы (120 каналов) и предназначена для: усиления токов линейно-
го спектра частот 12—252 кГц в направлениях А—Б и Б—А;
7 Зак. 4611
193
коррекции амплитудно-частотных искажений, вносимых предше-
ствующим ОУП усилительным участком направлений А—Б и Б—А
длиной от 8,0 до 19,5 км кабеля МКСБ и от 8,2 до 20 км кабеля
МКПАБ; коррекции регулярных амплитудно-частотных искаже-
ний участков ОУП-ОУП; автоматической регулировки усиления
по токам линейных контрольных частот 16 и 248 кГц.
Технические характеристики аппаратуры СЛ-Т приведены ниже.
Сопротивление, Ом:
входное...................................................... 150
выходное................................................. 150
Выходной измерительный уровень напряжения, дБ (Нп) при работе:
без предыскажения......................................... -11 (-1,26)
с предыскажением на частоте:
12 кГц............................................... -17,6 (-2,0)
252 к Гц............................................. -7,0 (-0,8)
Входная полоса частот, кГц.................................. 12—252
Выходная полоса частот, кГц................................. 12—252
Уровень напряжения КЧ 16 и 248 кГц на выходе тракта, дБ..... -28±0,3
Усиление тракта, компенсирующее затухание кабеля номинальной
длины 17,5 км при температуре грунта 8°С, дБ, на частоте:
12 кГц.................................................. 13,1
252 к Гц................................................ 45,6
Затухание несогласованности со стороны входа и выхода тракта,
дБ, не менее................................................... 20
Амплитудная характеристика при повышении уровня на входе до
+ 17 дБн прямолинейна с точностью, дБ.............................±0,3
Уровень напряжения, дБ, собственных шумов, приведенный ко
входу тракта в полосе частот 3,1 кГц, на частоте:
12 кГц.................................................... -120,5
252 к Гц................................................... -136
Пределы регулировки АРУ, дБ, на КЧ:
16 кГц..................................................... ±0,3
248 кГц....................................................+?>0?
-1,63
Пределы регулировки амплитудно-частотных искажений каждым
контуром переменных корректоров, дБ.......................... ±0,3
Затухание ассимметрии, дБ, не менее............................ 43
Защищенность от внятных переходов, дБ, не менее................ 90
Уровни напряжений продуктов нелинейности на выходе тракта
не превышают значений, указанных в табл. 6.2 (при уровне изме-
рительного сигнала +10 дБн).
194
Таблица 6.2
Частота измерительного сигнала, кГц Уровень, дБн, продуктов нелинейности
2/ 3/
12 126 84 -67,5 -55,5 -71,5 -65,5
В состав стойки СЛ-Т входят секции приема-передачи: направ-
ления А—Б первой системы, направления Б—А первой сис-
темы, направления А—Б второй системы, направления Б—А
второй системы.
Секция приема-передачи (рис. 6.20) состоит из полосового филь-
тра ФП 12-252, усилителей линейного УсЛ, корректора станцион-
ного Кор С, усилителей наклона УсН и коррекции УсК, приемни-
ков токов контрольных частот ПТКЧ 16, ПТКЧ248, сигнализации
Сигн 24-18/0,6 (на рис. 6.20 не показан).
Элементы указанных блоков выполняют такие же функции, что
и элементы аналогичных блоков секции приема стойки СЛО-Т.
На рис. 6.20 уровни указаны в дБн, частоты в кГц, уровни в
круглых скобках — при включенном в тракт КПН, уровень в ро-
зетке «Вых Изм» — при уровне в розетке «Вых» — 11 дБн.
Стойка промежуточная необслуживаемая СПУН-Т. Стойка в за-
висимости от комплектации имеет шифр СПУН-Т-1 или СПУН-Т-2.
Рис. 6.20
195
Стойка СПУН-Т-1 комплектуется на четыре системы (240 кана-
лов). При организации связи по пяти—восьми системам на НУП
добавляется стойка СПУН-Т-2. Она отличается от СПУН-Т-1 от-
сутствием блока телемеханики.
Стойка СПУН-Т-1 предназначена для: усиления токов линейно-
го спектра частот 12—252 кГц; коррекции амплитудно-частотных
искажений, вносимых предшествующим усилительным участком
длиной от 8,0 до 19,5 км кабеля МКСБ и от 8,2 до 20 км кабеля
МКПАБ; автоматической регулировки усиления по току конт-
рольной частоты 248 кГц с точностью не хуже 0,4 дБ при темпе-
ратурных изменениях затухания кабеля на прилегающих участках;
компенсации затухания и коррекции амплитудно-частотных иска-
жений сигналов в фантомных цепях в диапазоне частот 0,3—8,0 кГц.
СПУН-Т-1 обеспечивает автоматическую регулировку усиления
на частоте 3,0 кГц в каналах служебной связи и телемеханики; вы-
зов и переговоры с прилегающими ОУП по каналам служебной свя-
зи; формирование и передачу на прилегающий ОУП сигналов изве-
щения по системе телемеханики; прием и распределение по
отдельным видам оборудования тока дистанционного питания.
Технические характеристики аппаратуры СПУН-Т приведены ниже.
Полоса частот, кГц:
линейного тракта.......................................... 12—252
канала служебной связи......;.......................... 0,3—3,4
канала телемеханики.................................... 4,1—7,7
Выходной измерительный уровень напряжения, дБ (Нп),
при работе:
без предыскажения.......................................... -11 (-1,26)
с предыскажением на частоте:
12 кГц.............................................. -17,5 (-2,0)
252 кГц............................................. -7,0 (-0,8)
Уровень напряжения КЧ 248 кГц на выходе блока линейного уси-
лителя БУЛ, дБ................................................ -28
Точность поддержания уровня напряжения КЧ 248 кГц на выходе
БУЛ при изменении уровня на входе от -2 до +1,6 дБ, дБ..... 0,4
196
Пределы регулировки АРУ на КЧ 248 кГц, дБ............................. ’
Усиление линейного тракта, компенсирующее затухание кабеля
номинальной длины (17,5 км) при температуре грунта +8°С,
дБ, на частоте:
12 кГц...................................................... 13,1
252 кГц..................................................... 45,6
Затухание несогласованности со стороны входа и выхода линейного
тракта по отношению к сопротивлению 180 Ом на частоте 252 кГц, дБ.... 18
Амплитудная характеристика линейного тракта при повышении уровня
нашего выходе до+17 дБн прямолинейна с точностью, дБ............... ±0,3
Уровень напряжения собственного шума в полосе частот канала
248—252 кГц на выходе БУЛ, дБ, не более............................. -95
Защищенность между линейными трактами, дБ, для комбинаций:
75 %.......................................................... 96
25 %.......................................................... 87
Уровни напряжений продуктов нелинейности при уровне тока
основной частоты на выходе БУЛ, равном +10 дБн, не превышают
значений, указанных в табл. 6.3. Состав оборудования СПУН-Т
приведен в табл. 6.4.
Таблицаб.З
Частота измерительного сигнала, кГц Уровень, дБн, на выходе тракта передачи продуктов нелинейности
2/ 3/
12 -71 -76
126 -60 —
84 — -70
Таблица 6.4
Блок Число блоков на стойке
СПУН-Т-1 СПУН-Т-2
Вводно-кабельный (БВК) 4 4
Усилителей линейных (БУЛ) 4 4
Питания и защиты (БПЗ) 4 4
Участковой служебной связи (БУСС) 1 2
Постанционной служебной связи (БПСС) 1 2
Телемеханики (БТМ) 1 —
197
Из магистрального кабеля токи линейного спектра частот
12—252 кГц поступают на входной линейный трансформатор ЛТ1
вводно-кабельного блока БВК1 (рис. 6.21).
Блок БВК1 служит для организации двух высокочастотных трак-
тов передачи; гальванического разделения магистрального кабеля и
станционных устройств; согласования выходного сопротивления ли-
нии 180 Ом с входным сопротивлением станционных устройств
150 Ом; организации фантомных цепей дистанционного питания обо-
рудования НУП; образования канала служебной связи и телемеха-
ники; защиты станционных устройств от наводимых в линии эдс.
В состав блока входят: четыре линейных трансформатора ЛТ1,
ЛТ2, ЛТ5, ЛТ6, два фантомных трансформатора ФТЗ, ФТ4, четыре
полузвена фильтра нижних частот ФНЧ-8, четыре дросселя фильт-
ра защитных устройств ЗУ, четыре разрядника Р-64 в линейной
цепи и четыре разрядника Р-73 в станционной обмотке линейных
трансформаторов (на рис. 6.21 не показаны). Со вторичной обмот-
ки линейного трансформатора ЛТ1 токи линейного спектра частот
поступают на вход блока линейного усилителя БУЛ.
Блок БУЛ предназначен для усиления линейных токов со спект-
ром частот 12—252 кГц; коррекции амплитудно-частотных иска-
жений линейных сигналов, вносимых усилительными участками
длиной от 8 до 19,5 км кабеля МКСБ и от 8,2 до 20 км кабеля
МКПАБ; автоматической компенсации изменений затухания учас-
тка кабеля по току контрольной частоты 248 кГц при изменении
температуры грунта на глубине прокладки кабеля от-10 до +30°С.
В состав блока БУЛ входят платы: полосового фильтра
ФП 12-252, усилителя линейного УсЛ, приемника тока контрольной
частоты ПТКЧ 248.
Полосовой фильтр ФП 12-252 подавляет токи помех с частота-
ми ниже 12 и выше 252 кГц.
Плата УсЛ состоит из трех основных функциональных узлов:
корректора, включенного на входе усилителя, Кор Вх; корректора
в цепи обратной связи Кор ОС; усилителя Ус. Корректоры пред-
ставляют собой пассивные четырехполюсники. Они служат для
формирования АЧХ усиления под заданный кабель с учетом раз-
броса длины усилительного участка. Необходимая характеристика
устанавливается перепайкой перемычек на плате. Усилитель Ус
198
Рис. 6.21
199
имеет четыре каскада. Его исходное усиление на частоте 12 кГц со-
ставляет 13,4 дБ, на частоте 252кГц—46,1дБ. Плата ПТКЧ 248 со-
стоит из тех же узлов, что и блок ПТКЧ 248 стойки СЛО-Т.
Ток контрольной частоты 248 кГц с выхода линейного усилите-
ля поступает на вход ПТКЧ248, где выделяется полосовым кварце-
вым фильтром, усиливается, выпрямляется и сравнивается с эталон-
ным. Разностный ток управляет схемой питания подогрева
термистора, включенного в цепь отрицательной обратной связи ли-
нейного усилителя.
Таким образом, усиленные в БУЛ сигналы линейного спектра
частот с номинальными значениями уровней (-11 дБн при работе
без предыскажения или - 17,5 дБн на частоте 12 кГц и -7 дБн на
частоте 252 кГц при работе с предыскажением) поступают на выходной
линейный трансформатор ЛТ2 того же блока БВК и далее в линию.
200
Глава 7. Принципы построения цифровых
систем передачи информации
7.1. Развитие и преимущества цифровых и волоконно-
оптических систем передачи информации
Теоретические исследования в области цифровых методов мо-
дуляции известны давно, в частности, первый патент на использо-
вание импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) для передачи фототе-
леграфных сигналов был зарегистрирован еще в 1926 г. В 1937 г.
этот метод был предложен для передачи речевых сигналов и вскоре
запатентован во Франции (1936 г.), Англии (1939 г.) и США (1942 г.) [7].
Однако в эти годы принципы ИКМ не могли быть реализованы в
аппаратуре. Основная причина — отсутствие элементной базы.
Электровакуумные приборытне имеют необходимого быстродей-
ствия, кроме того, ламповая аппаратура была очень громоздка,
требовала больших токов питания, что исключало возможность
организации линейных трактов ИКМ с дистанционным питанием.
Разработка реальной аппаратуры с ИКМ началась с изобрете-
нием и внедрением в широкую практику транзисторов. Пионером
в области систем передачи информации с ИКМ явилась фирма
«Белл» (США), которая вывела исследования в области цифровых
методов модуляции и передачи из стадии экспериментов и стала
внедрять системы передачи с ИКМ на городских телефонных се-
тях. Первой системой передачи, появившейся на сети связи в на-
чале 60-х гг., была аппаратура Т1, позволяющая в цифровом трак-
те со скоростью передачи 1544 кбит/с организовать 24 телефонных
канала. В дальнейшем система Т1 претерпела многочисленные мо-
дернизации, однако до сих пор является основой для Северо-Аме-
риканской и Японской цифровых иерархий. В 60-х гг. цифровые
системы передачи очень бурно развивались и к середине 70-х гг. в
Японии была разработана система с пропускной способностью
почти 400 Мбит/с и числом каналов 5760.
В нашей стране родоначальником ЦСП являлось Научно-про-
изводственное предприятие «Дальняя связь» (С.-Петербург). Пер-
вой работой по ЦСП было исследование и создание 12-канальной
201
аппаратуры для городских телефонных сетей, которая производи-
лась в конце 50-х гг. Эти исследования проводились с учетом ис-
пользования электроламп, и, следовательно, аппаратура имела
массу недостатков, связанных с устаревшей элементной базой.
В 1962—1963 гг. были разработаны макетные образцы 24-ка-
нальной системы передачи, которые прошли испытания на линии
между двумя АТС Ленинграда. JK началу 70-х гг. производство
таких систем было подготовлено в Перми. В это время в СССР
была принята Европейская система иерархии ЦСП, которая осно-
вывается не на 24-, а на 30-канальном стандарте, со скоростью пе-
редачи первичного цифрового потока 2048 кбит/с, поэтому систе-
ма И КМ-24 развития в нашей стране не получила.
В 70-е гг. было создано первое поколение отечественной аппа-
ратуры: ЦСП ИКМ-30, ИКМ-120, ИКМ-480, которая хорошо за-
рекомендовала себя на городских и внутризоновых сетях Мини-
стерства связи. В начале 80-х гг. была разработана и в 1983 г.
запущена в эксплуатацию на участке Вильнюс — Каунас высоко-
скоростная ЦСП ИКМ-1920.
Следующие поколения аппаратуры разрабатывались с примене-
нием гибридных и больших интегральных схем, что позволило су-
щественно уменьшить размеры, снизить потребляемую мощность,
повысить надежность систем передачи. Цифровые системы передачи,
разработанные в 80-е гг, работают по симметричным и коаксиальным,
волоконно-оптическим кабелям и радиорелейным линиям связи.
В начале 80-х гг. начался процесс внедрения ЦСП на железно-
дорожном транспорте. Сначала ЦСП использовались только на
коротких участках для организации соединительных линий между
АТС на крупных железнодорожных узлах, например в Киеве, Ле-
нинграде, Москве (ИКМ-30). Затем стали оборудовать ЦСПучаст-
ки вдоль железнодорожных магистралей. В конце 80-х гг. нача-
лось использование аппаратуры ИКМ-120.
Перечислим основные преимущества ЦСП, которые позволяют
говорить о перспективности их использования на сети связи желез-
нодорожного транспорта:
высокая помехозащищенность, что позволяет значительно об-
легчить требования к переходным влияниям и обеспечивает возмож-
ность их применения на линиях с большим уровнем шумов;
202
возможность практического устранения накопления шумов в
линиях большой протяженности вследствие регенерации цифровых
сигналов;
малая чувствительность к изменению параметров линий передачи;
стабильность параметров организуемых каналов и их идентичность;
эффективность использования пропускной способности при пе-
редаче данных;
более простая оконечная аппаратура по сравнению с аппарату-
рой систем передачи с частотным разделением каналов, техноло-
гичность ее изготовления благодаря широкому применению ин-
тегральной техники.
Эти и другие достоинства цифровых систем передачи позволяют
говорить о том, что они в сочетании с цифровым коммутационным
оборудованием будут основой для создания интегральной сети связи.
Основными недостатками ЦСП всегда считались широкий спектр
используемых частот и подверженность импульсным помехам, и
эти факторы следует учитывать при проектировании и эксплуата-
ции ЦСП на существующих кабельных линиях передачи (КЛП).
Так как линейные сигналы ЦСП занимают значительно более
широкий, чем в АСП, спектр частот, регенерационные пункты не-
обходимо размещать более часто, чем усилительные пункты в ли-
ниях передачи с аналоговыми системами. Это приводит к появле-
нию дополнительного оборудования на перегонах между
станциями, что усложняет комплекс работ при монтаже и настройке
магистралей.
При внедрении ЦСП на существующих КЛП необходимо про-
водить отбор пар по переходному затуханию для обеспечения ра-
боты как самих ЦСП, так и АСП, на которые они оказывают вли-
яние вследствие перекрытия спектров сигналов и более высокого
уровня цифрового сигнала на передаче.
В условиях железнодорожных кабельных магистралей ЦСП под-
вергаются воздействию импульсных помех, создаваемых низкоча-
стотными цепями оперативно-технологической связи (ОТС) и ли-
нейными цепями СЦБ. На местных сетях связи ЦСП подвергаются
воздействию импульсных помех, создаваемых электромеханичес-
ким оборудованием АТС-ДШ, работой номеронабирателей, батарей-
ной трансляцией импульсов набора номера и, следовательно, необхо-
димо предусматривать специальные меры по снижению этих воздействий.
203
Практика применения ЦСП показала, что эти факторы не явля-
ются сдерживающими в развитии цифровых систем связи. Задача
состоит в том, чтобы, внедряя ЦСП, максимально использо-
вать их преимущества и возможности развитой сети существу-
ющих кабельных линий.
Имеется опыт использования систем передачи ИКМ-120 для
организации дорожной связи на линиях с кабелями типа МКСА,
МКПАШ. Целесообразно использование отдельных кабелей, не
содержащих источников импульсных помех, и, следовательно, стро-
ительство трехкабельных магистралей (два высокочастотных кабе-
ля, например, МКС или ЗКП и сигнально-блокировочный кабель
для организации линейных цепей СЦБ).
Так как сеть связи железнодорожного транспорта развивается
вдоль железнодорожных магистралей, одной из основных особен-
ностей построения первичных сетей связи МПС является одновре-
менная организация по одной и той же кабельной линии передачи,
проложенной вдоль полотна железной дороги, всех видов магист-
ральных, дорожных и отделенческих связей. Это обстоятельство
непосредственно влияет на структуру построения первичной сети
и предъявляет особые требования к системам передачи.
Анализ вариантов организации цифровой сети связи МПС на
разных уровнях, включая связь отделений железных дорог, с исполь-
зованием аппаратуры ЦСП, выпускаемой отечественной промыш-
ленностью (ИКМ-30, -120, -480), показал невозможность комплекс-
ного решения этой задачи, что связано, прежде всего, с
принципиальными отличиями в организации каналов технологи-
ческой связи и в условиях эксплуатации кабельных магистралей по
сравнению с общегосударственной сетью связи.
В начале 90-х гг. было принято решение о разработке специа-
лизированной системы передачи информации для организации тех-
нологической связи. Система передачи была разработана по тех-
ническому заданию МПС на ГП «Дальняя связь» (С.-Петербург)
на базе серийной аппаратуры ИКМ-120У.
Комплекс аппаратуры цифровой системы передачи информа-
ции для организации технологической связи ИКМ-120Т [8] учиты-
вал особенности организации каналов сети связи отделения доро-
ги и повышенный уровень помех на кабельных магистралях
204
железнодорожного транспорта, однако по ряду причин, прежде всего
из-за кризиса отечественной промышленности, не стал выпускать-
ся серийно. Тем не менее опыт, приобретенный при разработке
и испытаниях системы, не пропал даром. Отдельные элементы
разработки применяются в аппаратуре, выпускаемой по зака-
зам различных ведомств.
Традиционные цифровые линии передачи, использующие симмет-
ричные и коаксиальные кабели, на многих направлениях сети связи
уже исчерпали свою пропускную способность. Наиболее перспектив-
ным направлением является применение кабелей, в которых в каче-
стве направляющей среды используются оптические волокна.
По сравнению с традиционными кабелями связи волоконно-оп-
тические обладают следующими преимуществами: большая про-
пускная способность; защищенность от внешних электромагнит-
ных воздействий; отсутствие взаимных влияний между сигналами,
передаваемыми по различным оптическим волокнам; малые поте-
ри энергии сигнала при его распространении; электрическая безо-
пасность; небольшие масса и размеры. Кроме того, использование
волоконно-оптических кабелей способствует экономии дефицитных
цветных металлов таких, как медь и свинец.
Создание на основе волоконно-оптических кабелей цифровых
волоконно-оптических систем передачи является одним из важней-
ших достижений последних десятилетий в области связи. Волокон-
но-оптические системы передачи имеют высокие эксплуатационно-
технические характеристики, значительно превосходящие
характеристики всех существующих систем передачи информации.
Принципиальная возможность передачи информации с помощью
пучка света внутри прозрачного проводника известна давно, одна-
ко практическая реализация этой идеи стала возможной после со-
здания высокостабильных источников оптического излучения —
лазеров (1960 г. — СССР) и оптических волокон с затуханием ме-
нее 20 дБ/км (1970 г. — США).
Последующие достижения в технологии изготовления оптичес-
ких волокон позволили снизить их затухание до 3—5 дБ/км в об-
ласти длин волн X. = 0,82—0,85 мкм и приступить к промышленному
изготовлению волоконно-оптических кабелей, а начиная с 1979 г. к
эксплуатации волоконно-оптических систем передачи.
205
Учитывая преимущества цифровых волоконно-оптических сис-
тем передачи, опыт их эксплуатации за рубежом и в России, можно
сделать вывод, что применение волоконно-оптических систем пе-
редачи на железнодорожном транспорте позволит: существенно
увеличить пропускную способность железнодорожных магистра-
лей связи; повысить качество каналов; увеличить протяженность
регенерационных участков; сосредоточить промежуточную аппа-
ратуру цифровых систем передачи на станциях.
Варианты построения кабельных линий связи с применением
волоконно-оптических кабелей, способ прокладки кабеля и тип ис-
пользуемой волоконно-оптической системы передачи зависят от
конкретного участка железной дороги. Наиболее очевидным на-
правлением применения волоконно-оптических кабелей на желез-
нодорожном транспорте является увеличение пропускной способ-
ности сети связи. Рядом с существующими двухкабельными
магистралями прокладывается волоконно-оптический кабель, по
которому организуются цифровые тракты с высокой пропускной
способностью (до сотен Мбит/с). Требования к волоконно-опти-
ческим системам передачи в этом случае аналогичны требовани-
ям, предъявляемым к общегосударственной сети связи (максималь-
ная длина регенерационных участков и максимальное число
каналов). Это позволяет повысить эффективность применения во-
локонно-оптических кабелей благодаря снижению стоимости ка-
нало-километра и затрат на его обслуживание.
При новом строительстве или замене воздушных линий связи
кабельными нужно максимально использовать волоконно-опти-
ческие кабели для организации не только магистральной и дорож-
ной связи, но и технологической на уровне отделения дороги.
В случае отсутствия на участке кабелей с металлическими жилами
такое решение было бы наиболее удобным для железных дорог,
электрифицированных на переменном токе.
Однако, как показывает практика, вариант построения кабель-
ной линии только на волоконно-оптическом кабеле нереален, так
как помимо сетей магистральной и дорожной связи необходима
организация цепей СЦБ с многочисленными отпаями от кабеля
ко всем релейным шкафам и сигнальным точкам. Кроме того,
имеется довольно большое число абонентов оперативно-техноло-
гической связи на перегонах и малых станциях, где экономически
206
нецелесообразно устанавливать аппаратуру выделения каналов из
цифрового оптического тракта.
Таким образом, при новом строительстве и замене воздуш-
ных линий связи кабельная магистраль должна состоять из двух
(волоконно-оптический кабель + симметричный кабель для опе-
ративно-технологической связи и цепей СЦБ) или трех (воло-
конно-оптический кабель + симметричный кабель связи + сигналь-
но-блокировочный кабель СЦБ) кабелей. Причем последний
вариант является основным, так как при проектировании систем
централизованной автоблокировки обязательным является требо-
вание организации цепей СЦБ в отдельном кабеле.
Интересно отметить, что сеть связи железнодорожного транс-
порта, как и на заре телеграфной и телефонной связи, когда первые
линии передачи прокладывались вдоль железных дорог, явилась
полигоном для современных технологий. Первая в нашей стране
протяженная ВОЛС (120 км) была построена в 1984—1985 гг. меж-
ду Ленинградом и Волховом [9]. На базе двух цифровых потоков
со скоростью передачи 8448 кбит/с были организованы высокока-
чественные каналы передачи между промежуточными станциями,
что в свою очередь тоже явилось первым опытом многократного
выделения каналов из цифровых трактов. А через 10 лет, в 1994 г.,
была сдана в эксплуатацию первая в России ВОЛС на базе совре-
менного оборудования синхронной цифровой иерархии (СЦИ) меж-
ду С.-Петербургом и Москвой (около 700 км) [10]. Скорость пере-
дачи цифрового сигнала в каждом из двух волоконно-оптических
трактов на момент пуска линии составляла 155 520 кбит/с. Часть
пропускной способности этих трактов используется Октябрьской
железной дорогой для прямой связи Москва — С.-Петербург и орга-
низации каналов дорожной и отделенческих сетей связи.
Возможности применения волоконно-оптической техники на
железнодорожном транспорте не ограничиваются системами теле-
фонной связи и передачи данных. Преимущества цифровых воло-
конно-оптических линий связи важны для организации сетей про-
мышленного телевидения, видеосвязи. Большой интерес представляет
применение волоконно-оптических кабелей в автоматизированных
системах управления и контроля за подвижным составом, особенно
в условиях сильных электромагнитных помех.
207
Область применения цифровых и волоконно-оптических сис-
тем передачи все время расширяется, появляются новые функции,
позволяющие использовать их наиболее эффективно, что в конеч-
ном итоге позволит поднять на качественно новый уровень систе-
му управления железнодорожным транспортом.
7.2. Иерархии цифровых систем передачи информации
Плезиохронная цифровая иерархия. Исторически первой появи-
лась плезиохронная иерархия, которая была единственной с нача-
ла 60-х гг. до конца 80-х гг. и поэтому свое теперешнее название
«плезиохронная цифровая иерархия» (ПЦИ) она получила толь-
ко с возникновением и началом использования систем передачи,
основанных на принципах синхронной иерархии.
Первой системой передачи информации с ИКМ, выпущенной
предприятием фирмы «Белл» в 1961 г., была 24-канальная система
со скоростью передачи цифрового сигнала в линии 1544 кбит/с. Она
послужила основой для североамериканского стандарта ПЦИ, ко-
торый получил признание МККТТ и используется по настоящее
время. Однако для Европейского региона МККТТ принят другой
стандарт иерархии, который основывается на первичной ЦСП типа
ИКМ-30 со скоростью передачи цифрового сигнала 2048 кбит/с(рис. 7.1).
Первые разработки ЦСП в нашей стране — аппаратура ИКМ-12,
ИКМ-24 не отвечали этим требованиям, поэтому в дальнейшем был
организован выпуск аппаратуры, соответствующий стандартному
ряду ИКМ-30, -120, -480, -1920.
Первичная ЦСП ИКМ-30 используется на телефонных сетях в
основном для организации соединительных линий между автома-
тическими телефонными станциями, а также как каналообразую-
щая аппаратура для аналого-цифрового преобразования в систе-
мах передачи более высоких ступеней иерархии. Основные ее
параметры, установленные в соответствии с рекомендациями
МККТТ, таковы: количество телефонных каналов 30 при 32 каналь-
ных интервалах, частота дискретизации 8 кГц, число разрядов ко-
дека 8, скорость передачи 32x8x8 = 2048 кбит/с. Два дополнитель-
ных канальных интервала предусмотрены для передачи сигналов
208
Рис. 7.1
синхронизации и других служебных сигналов, например сигна-
лов управления и взаимодействия между АТС, или данных при
организации общего канала сигнализации. Современная терми-
нология, применяемая в цифровой технике телекоммуникаций, все
дальше отходит от традиционного названия ИКМ-30 и все чаще
используется понятие «первичный мультиплексор» или «аппара-
тура цифрового каналообразования» (АЦК). Это объясняется тем,
что назначением первого этапа иерархического преобразования сиг-
налов является мультиплексирование различных сигналов, посту-
пающих на вход мультиплексора, в первичный цифровой канал
(ПЦК) 2048 кбит/с на передаче, демультиплексирование и обрат-
ное преобразование на приеме, а объединяемые сигналы могут быть
аналоговые и цифровые и в качестве метода аналого-цифрового
преобразования может использоваться не только импульсно-ко-
довая модуляция.
Если раньше можно было с определенностью считать, что вто-
ричная ЦСП ИКМ-120 предназначена для организации 120 каналов
тональнрй частоты, то, учитывая предыдущее замечание, а также то,
что ПЦК может быть целиком использован как широкополос-
ный канал передачи данных, правильным будет утверждение,
209
что оборудование второй ступени ПЦИ предназначено для объе-
динения четырех первичных цифровых каналов ПЦК с пропуск-
ной способностью 2048 бит/с в один групповой вторичный канал
ВЦК с пропускной способностью 8448 кбит/с. Основным обору-
дованием ИКМ-120 является оборудование вторичного временнб-
го группообразования ВВГ, в котором, как и на последующих сту-
пенях ПЦИ, используется посимвольный метод объединения
цифровых сигналов.
Третичные ЦСП рассчитаны на объединение сигналов четырех
вторичных систем и в случае использования стандартного ИКМ-
преобразования на первой ступени иерархии могут обеспечить пе-
редачу сигналов до 480 телефонных каналов. Пропускная способ-
ность третичного канала (ТЦК) — 34368 кбит/с. Он формируется в
оборудовании третичного временного группообразования (ТВГ).
Четверичные ЦСП, объединяющие сигналы четырех третич-
ных систем, позволяют организовать 1920 телефонных каналов.
По четверичному цифровому каналу, формируемому в ЧВГ
(пропускная способность 139264 кбит/с), можно обеспечить вы-
сококачественную передачу телевизионных сигналов и сигналов
других широкополосных систем.
Представляет интерес сравнение действующих уровней цифро-
вой иерархии в Европе, Северной Америке и Японии (табл. 7.1).
Таблица 7.1
Цифровая иерархия
Уровень европейская североамериканская японская
Скорость передачи, М бит/с Кратность Скорость передачи, М бит/с Кратность Скорость передачи, М бит/с Кратность
Первичный 2048 х4 1544 х4 1544 х4
Вторичный 8448 х4 6312 х7 6313 х5
Третичный 34368 х4 44 736 хб 32 064 хЗ
Четверичный 139264 274 176 97 728 х4
Пятеричный — — 397 200
210
Дальнейшим объединением цифровых потоков четырех систем
передачи можно получить более мощные пятеричные, шестерич-
ные цифровые системы передачи. Пятеричные системы со скорос-
тью передачи 565 Мбит/с использовались на ряде магистральных
волоконно-оптических линий связи за рубежом, однако не нашли
широкого применения, так как не выдержали конкуренции с новы-
ми принципами организации цифровых систем передачи информа-
ции — принципами синхронной цифровой иерархии.
Синхронная цифровая иерархия. Потребности существенного
увеличения объемов, надежности и экономичности передачи циф-
ровой информации предопределили дальнейшие поиски в области
разработки ЦСП. Семейство оборудования, разработанное на прин-
ципах синхронной цифровой иерархии (СЦИ), явилось качествен-
но новым этапом развития техники систем передачи.
Концепция СЦИ позволяет оптимальным образом сочетать про-
цессы высококачественной передачи больших объемов цифровой
информации с процессами автоматизированного управления, кон-
троля и обслуживания сети в рамках единой системы.
Появление следующего этапа в создании ЦСП во многом было
обусловлено освоением современных волоконно-оптических кабе-
лей (ВОК), скорость передачи цифрового сигнала по которым мо-
жет достигать нескольких Гбит/с. Так, например, один из первых
стандартов СЦИ, разработанный в США, где впервые появились
системы синхронной иерархии, назывался SONET (Synchronous
Optical NETwork). Уже в его названии определялся тип используе-
мого линейного тракта. МККТТ принял стандарт сравнительно
недавно, в 1988 г., однако в настоящее время такие системы выпус-
каются и используются на сетях всех стран мира, имеющих разви-
тые цифровые сети.
МККТТ принял целый комплекс рекомендаций, в которых из-
лагается концепция СЦИ. Они продолжают корректироваться и
дополняться в рамках работы МСЭ-Т. Эти рекомендации описы-
вают сетевые параметры и структуры (G.707—G.709), принципы
построения оборудования (G.781—G.783), а так же автоматизации
контроля, управления и обслуживания (G.704).
Синхронная цифровая иерархия определяется как набор цифровых
структур, стандартизированных для транспортирования определенных
211
объемов информации и реализуется как комплексный процесс пе-
реноса информации, включая функции контроля и управления. СЦИ
рассчитана на транспортирование сигналов действующих цифровых
иерархий, которые организуются по уровням, приведенным в табл. 7.1
(кроме пятеричного), и широкополосных сигналов, связанных с
внедрением на цифровой сети новых услуг связи.
Как и в ПЦИ, на каждом уровне СЦИ стандартизированы скоро-
сти передачи группового сигнала и структуры циклов. МККТТ при-
няло рекомендации по трем уровням. Для первого уровня СЦИ ус-
тановлена скорость передачи 155520 кбит/с. Скорости высших уровней
получаются умножением скорости первого уровня на число, соответ-
ствующее наименованию уровня. Кроме первого стандартизирова-
ны и широко применяются на сетях связи четвертый уровень со ско-
ростью передачи 622080 кбит/с и 16-й — 2488320 кбит/с (рис.7.2).
G703
Рис. 7.2
Для переноса информации в СЦИ используются синхронные
транспортные модули (STM — Synchrcnons Trunsport Modul), ко-
торые представляют собой циклическую структуру с периодом по-
вторения 125 мкс. Основной модуль — STM-1 модули высших уров-
ней — STM-4 и STM-16. Кроме информационной нагрузки STM
212
несут значительный объем дополнительных сигналов, обеспечи-
вающих функции контроля, управления и обслуживания, а также
вспомогательные функции. Оборудование СЦИ может работать
при различной организации линии передачи: передача цифровых
сигналов между оконечными станциями, между оконечными стан-
циями с выделением каналов на промежуточных станциях. Наи-
большее распространение получили кольцевые структуры с защит-
ным переключением каналов и трактов в случае повреждения
кабельных линий или выхода из строя оборудования.
В главе 13 подробно рассмотрены вопросы построения обору-
дования СЦИ. Отметим основные преимущества систем передачи
синхронной цифровой иерархии. Это, прежде всего, транспортиро-
вание больших объемов информации с использованием минимума
оборудования по сравнению с оборудованием ПЦИ, гибкость орга-
низации надежных и живучих сетевых структур с ответвлениями и
выделением цифровых потоков на промежуточных станциях, с ав-
томатическими переключениями, резервированием и автоматиза-
цией процессов контроля и управления сетью. Стандартные интер-
фейсы действующих иерархий ПЦИ дают возможность
оборудованию СЦИ встраиваться в существующие цифровые сети
и взаимодействовать с ними, в максимальной степени обеспечивая
использование уже работающей на сети аппаратуры.
Благодаря своим преимуществам системы передачи СЦИ быст-
ро завоевали свое место на сетях связи всего мира. Прежде всего,
это магистральные и региональные линии передачи, требующие
большой пропускной способности, высокого качества передачи
сигналов, надежности функционирования и возможности дистан-
ционного мониторинга и управления. Развитие систем СЦИ не
только в части повышения пропускной способности, но и в части
расширения функциональности, позволяют строить разветвленные
сети широкополосного доступа на базе технологии СЦИ не толь-
ко на региональном, но и местном уровне, а также сети связи ве-
домственной принадлежности.
В соответствии с решениями Государственной комиссии по элек-
тросвязи (ГКЭС) [11] оборудование синхронной цифровой иерар-
хии стало основой для развития и совершенствования первичной сети
связи России. Все построенные в последние годы магистральные
213
линии используют оборудование СЦИ, аппаратура ПЦИ успеш-
но эксплуатируется на существующих сетях связи. В новых проек-
тах многоканальные системы передачи ПЦИ используются на уров-
не доступа к существующим сетям или в качестве привязки к
удаленным от магистралей СЦИ объектам.
7.3» Цифровые стыки
Как уже отмечалось, важным условием взаимодействия обору-
дования систем передачи ПЦИ разных уровней, а также оборудо-
вания ПЦИ и СЦИ при работе в единой цифровой сети является
соответствие параметров аппаратуры определенным требованиям,
характеризующим передачу и прием цифрового сигнала. К этой
категории, например, относятся параметры цифровых стыков и
структура циклов групповых сигналов, алгоритмы формирования
цифрового сигнала (стыковой код), коэффициент ошибок прини-
маемого сигнала и его статистика, допуски на значение джиттера.
Наконец, есть группа параметров ЦСП, которые являются спе-
цифическими и определяются типом линейного тракта. Для воло-
конно-оптических систем передачи это длина волны излучения, сред-
няя мощность оптического передатчика, чувствительность
оптического приемника и др.; для радиорелейных трактов — свои
параметры, спутниковых — свои и т.д.
Основными документами, в которых описываются и нормиру-
ются параметры аппаратуры, систем и сетей связи, являются доку-
менты МСЭ-Т. В частности, общие требования к ЦСП, а также спе-
цифические требования к кабельным ЦСП изложены в
Рекомендациях G.700, G.800 и G.900. При построении цифровых
сетей связи важно обеспечить взаимодействие систем передачи и
цифровых систем коммутации, систем разных ступеней иерархии,
отдельных комплектов, составляющих ЦСП.
В нашей стране общие требования к системам передачи стан-
дартизированы на государственном уровне. Для ЦСП действуют
следующие основные государственные стандарты: ГОСТ 26886-86,
определяющий основные параметры стыков цифровых каналов пе-
редачи и групповых трактов, и ГОСТ 27763-88, нормирующий
214
структуру циклов групповых сигналов первичной сети единой ав-
томатизированной системы связи. По мере совершенствования
ЦСП продолжается процесс выработки норм и стандартов на цифро-
вые каналы и тракты на международном и государственном уровнях.
Важное место среди параметров ЦСП занимают нормы на циф-
ровые стыки, посредством которых обеспечивается взаимодействие
оборудования разных уровней иерархии, а также оборудования
первичной и вторичных сетей (Рекомендация G.703 МСЭ-Т).
Стандартизуются стыки на следующие цифровые каналы и груп-
повые тракты: основной цифровой канал ОЦК (64 кбит/с), первич-
ный, вторичный, третичный, четверичный цифровые каналы, а так-
же первичный, вторичный, третичный и четверичный групповые
цифровые тракты. Скорости передачи цифровых каналов и трак-
тов соответствуют уровням иерархии.
По стандарту передача цифровых сигналов со скоростями от 64
до 2048 кбит/с должна осуществляться по ПЦК использованием
совместно нескольких (п) соседних канальных интервалов переда-
чи (лх64 кбит/с), где и — целое положительное число от 2 до 30.
Это позволяет использовать первичный стык для взаимодействия
аппаратуры с пропускной способностью /гх64 кбит/с.
На стыках ОЦК происходит обмен тремя видами сигналов: ин-
формационными (ИС), тактовыми (ТС) и октетными (ОС). Важным
условием является синфазность всех трех сигналов на одном стыке.
На первичном, вторичном, третичном и четверичном стыках осу-
ществляется обмен синфазными ИС и ТС.
Стык ОЦК предназначен для обмена следующими синфазными
каналами: ИС со скоростью передачи 64 кбит/с; ТС с частотой
64 кГц; ОС с частотой 8 кГц.
Октетная синхронизация в ОЦК позволяет разделять сигнал по
байтам, содержащим восемь тактовых позиций, которые при пере-
даче речевых сигналов соответствуют восьмиразрядным кодовым
комбинациям, сформированным при ИКМ-преобразовании. В за-
висимости от конкретного использования ОЦК (телефония, пере-
дача данных, другая сигнальная информация) на одном стыке не
обязательно обеспечение всех трех сигналов. Они могут использо-
ваться в различных сочетаниях.
215
Различают два вида стыка ОЦК: сонаправленный (рис. 7.3, а) и
противонаправленный (рис. 7.3, б). При сонаправленном стыке ТС
и ОС передаются совместно с ИС и в одном направлении с ним.
а
Аппаратура
б
Ведомая
(управляемая)
аппаратура
Аппаратура
Ведущая
(управляющая)
аппаратура
Рис. 7.3
Сонаправленный стык может применяться в любых соединениях
ОЦК. Стыковая цепь представляет собой симметричную пару про-
водов в каждом направлении передачи, затухание которой на
частоте 128 кГц не должно превышать 3 дБ.
При противонаправленном стыке ТС и ОС передаются отдель-
но от ИС, причем ТС и ОС всегда вырабатываются в ведущей (уп-
равляющей) аппаратуре и передаются от нее к ведомой (управляе-
мой). Противонаправленный стык нашел широкое применение для
подключения аппаратуры вторичных сетей и потребителей к кана-
лообразующей аппаратуре систем передачи. Аппаратура ОЦК пер-
вичной сети (ЦСП) всегда является ведущей. Сигналы ТС и ОС,
вырабатываемые ведущей аппаратурой для разных направлений,
могут быть несинхронные по отношению друг к другу.
Таким образом, для передачи сигналов на противонаправлен-
ном стыке ОЦК нужны четыре симметричные пары проводов.
Четыре провода необходимы для передачи ИС от ведомой аппа-
ратуры к ведущей (на вход ОЦК): первая пара для передачи ИС;
вторая пара для синхронизации, т.е. для передачи ТС и ОС от веду-
щей аппаратуры (передающей части каналообразующей аппарату-
ры ОЦК) к передающей части ]ведомой.
216
Четыре провода необходимы для передачи ИС в обратном на-
правлении — от ведущей аппаратуры (выход ОЦК) к ведомой: пер-
вая пара для передачи ИС; вторая пара, как и в первой четверке,
для передачи ТС и ОС от ведущей к ведомой, но в этом случае ИС,
ТС, и ОС передаются в одном направлении.
Затухание стыковых цепей на частоте 32 кГц не должно
превышать 3 дБ.
Первичный, вторичный, третичный и четверичный стыки пред-
назначены для обмена синфазными сигналами ИС и ТС. Тактовые
частоты ТС и скорости передачи ИС соответствуют иерархии обо-
рудования (2048, 8448, 34368 и 139264 кГц или кбит/с).
На ПС, ВС, ТС используется кодирование по закону НДВЗ, на
ЧС — по закону CMI (алгоритмы кодирования изложены в п. 8.5).
Стыковая цепь ПС представляет собой пару симметричного ка-
беля с волновым сопротивлением 120 Ом, затухание цепи на полу-
тактовой частоте 1024 кГц не должно превышать 6 дБ. Стыковые
цепи ВС, ТС, и ЧС — пара коаксиального кабеля с волновым со-
противлением 75 Ом. Затухание на полутактовой частоте для ВС
до 6 дБ, а для ТС и ЧС до 12 дБ.
Помимо указанных параметров для всех стыков нормируются
амплитуда и форма импульсов, допустимый размах фазового дро-
жания (джиттера) на выходе и входе стыковых устройств, более
подробные характеристики стыковых цепей, а также некоторые
другие характеристики [8].
217
Глава 8. Преобразование сигналов в цифровых
системах передачи информации и основные
характеристики каналов и трактов
8« 1«Временное разделение каналов
В цифровых системах передачи используется временной метод
разделения каналов (ВРК), поэтому прежде чем приступить к рас-
смотрению вопросов преобразования сигналов в аппаратуре ЦСП,
необходимо вспомнить основные положения этого метода.
При ВРК общая линия предоставляется для передачи сигналов
каждого канала поочередно, т.е. в каждый момент времени в общем
тракте существует только сигнал, относящийся к какому-нибудь
одному каналу. Интервал времени, предоставляемый для передачи
информации о сигнале в одном канале tK во много раз меньше его
периода повторения. Этот период называется циклом передачи Тц.
Таким образом, за время цикла можно передать информацию не-
скольких каналов системы, число которых
М= Тц//К.
Принцип ВРК поясняется схемой, приведенной на рис. 8.1. Гене-
раторное оборудование ГО Пер управляет ключами (Кл1—КлМ) и
предоставляет таким образом общую линию для передачи по ка-
налам 1, 2 и т.д. Последовательность замыкания ключей иллюст-
рируется временной диаграммой (рис. 8.2), на которой показано
Рис. 8.2
Рис. 8.1
218
изменение проводимости линии g для каждого из передаваемых
сигналов.
Метод временного разделения каналов применяется для пере-
дачи дискретных и непрерывных (аналоговых) сигналов. Возмож-
ность передачи непрерывных периодических сигналов отдельны-
ми их значениями, взятыми в определенные моменты времени,
основывается на теореме В.А. Котельникова, согласно которой
непрерывный сигнал с ограниченным спектром частот определяется
своими мгновенными значениями, взятыми через интервалы времени
T=sl/(2/max),
где/тах — верхняя граничная частота спектра сигнала.
Все непрерывные сигналы, передаваемые по каналам, имеют
ограниченный спектр и, следовательно, могут быть переданы мето-
дом ВРК. Очевидно, что при передаче информации с использованием
этого метода необходимо обеспечить синхронную работу генератор-
ного оборудования передающей и приемной станций (см. рис. 8.1).
Необходимо, чтобы ключи соответствующих каналов на приеме открыва-
лись в момент поступления импульсов данного канала. Согласо-
ванная работа передающей и приемной станций обеспечиваются
специальными сигналами, которые передаются по линии вместе с
информационным сигналом или по отдельному каналу.
Подробнее вопросы синхронизации рассматриваются в п. 9.5.
8.2» Основные способы аналого-цифрового
преобразования сигналов
Наиболее распространенным способом цифрового преобразо-
вания аналоговых сигналов является импульсно-кодовая модуля-
ция. Она используется во всех разработках аппаратуры каналооб-
разования ЦСП и обеспечивает высокое качество передачи сигналов.
Однако наряду с И КМ все чаще применяются и другие методы
аналого-цифрового преобразования, которые позволяют неболь-
шим снижением качества передачи, зачастую незаметным для по-
требителей, уменьшить скорость передачи сигналов и тем самым
повысить пропускную способность цифровых каналов. Методы
кодирования постоянно совершенствуются, поэтому рассмотрим
219
основные принципы наиболее используемых методов, прежде всего
ИКМ, а также дифференциальной модуляции, при которой (напри-
мер, при дельта-модуляции или дифференциальной ИКМ) также прово-
дятся дискретизация, квантование и кодирование, однако в линию пере-
дачи поступает информация не о значении отсчета сигнала, а об изменении
данного отсчета по отношению к предыдущему, переданному ранее.
В простейшем случае можно передавать информацию лишь о знаке
приращения. На приемной стороне приращение определяется за-
данным шагом квантования. Достаточно передавать один двоичный
символ на каждый отсчет сигнала. Такой вид дифференциальной
модуляции называется делыпа-модуляцией (ДМ). Можно передавать
информацию о знаке приращения и его квантованном значении ко-
довой комбинацией из нескольких импульсов. Такой метод называ-
ется дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией (ДИКМ).
Импульсно-кодовая модуляция. В системах с ИКМ, как и в систе-
мах с временным разделением каналов, в тракт передачи передаются
отдельные значения аналоговых сигналов, взятые в определенные ин-
тервалы времени, т.е. происходит дискретизация сигналов по времени.
Амплитуды отсчетов сигнала преобразуются затем в группы кодовых
импульсов. Число кодовых групп ограничено, поэтому заданный (ди-
намический) диапазон изменения уровня сигнала разбивается на ко-
нечное число фиксированных значений — уробней квантования.
Таким образом, при импульсно-кодовой модуляции осуществля-
ется три вида преобразований (рис. 8.3): дискретизация по времени
Рис. 8.3
исходного сигнала; квантование амплитуд, полученных в резуль-
тате дискретизации импульсов; кодирование, т.е. формирование
кодовых групп, соответствующих квантованным значениям амп-
литуд этих импульсов.
Дискретизация — это первый шаг преобразования аналоговых
сигналов в цифровую форму. На выходе ключей (на входе кванто-
220
вателя Кв) она проявляется в виде амплитудно-модулированных
импульсов, поэтому дискретизация по времени представляет со-
бой амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ) аналогового
сигнала. В простейшем случае устройство, выполняющее дискре-
тизацию Д, представляет собой электронный ключ, которым про-
изводятся отсчеты сигнала с включенным на его входе фильтром
нижних частот. Частота замыкания ключа (частота дискретизации),
как следует из известного условия Котельникова, должна удовлет-
ворять условию /д £ 2/тах, т.е. должна быть по крайней мере в 2
раза больше частоты среза ФНЧ.
Для того чтобы отсчеты аналогового сигнала наиболее точно
соответствовали его мгновенным значениям, ключи должны замы-
каться на возможно более короткое время. Вершины узких им-
пульсов на выходе ключа повторяют форму исходного сигнала в
моменты отсчета (рис. 8.4, а). Такая модуляция называется ампли-
тудно-импульсной модуляцией первого рода (АИМ I).
4 U
Рис. 8.4
221.
Для последующего квантования требуется точно фиксировать мгно-
венное значение сигнала в точке отсчета (например, амплитудное зна-
чение сигнала в начале отсчета АИМ I), а для обеспечения работы
кодера Кд это значение должно сохраняться в течение всего интерва-
ла времени данного канала tK. Сигналы такого вида (рис. 8.4, б) полу-
чаются при амплитудно-импульсной модуляции второго рода (АИМ II).
Спектр АИМ-сигнала в общем случае содержит гармоники ча-
стоты дискретизации, около каждой из которых образуются верх-
няя и нижняя боковые полосы (рис. 8.5). Поэтому при ограничении
спектра передаваемого сигнала частотой/тах и правильном выбо-
ре значения частоты дискретизации Д на приеме исходный сигнал
может быть выделен фильтром нижних частот. Фильтр тракта при-
ема аналогичен фильтру тракта передачи, ограничивающему спектр
речевых сигналов, поступающих на дискретизатор.
Некоторое увеличение частоты дискретизации позволяет облег-
чить требования к фильтрам благодаря обеспечению необходимой
полосы расфильтровки. Поэтому при передаче телефонных сигна-
лов в диапазоне частот 0,3—3,4 кГц частота дискретизации приня-
та равной 8 кГц.
Групповой АИМ-сигнал образуется сочетанием нескольких
АИМ-сигналов, которые поступают поочередно на вход кодера
(в системах передачи с групповым кодированием) (рис. 8.6, а). Если
число каналов в системе передачи А/, а период дискретизации каж-
дого сигнала Тд = Тц, длительность каждого импульса Ги должна
быть не больше Тд IM.
Таким образом, если в схеме (см. рис. 8.1) ключи будут замы-
каться на время ги, при поступлении на вход каждого канала сину-
соидальных сигналов с разными фазами на выходе передающей
222
a
Групповой
АИМ-тракт
Групповой
ИКМ-тракт
станции появится групповой АИМ-сигнал (см. рис. 8.6, а). Срав-
нивая временные диаграммы на рис. 8.2 и 8.6, а, можно видеть, что
tK = Ги + где l3 — защитный интервал.
Групповой АИМ-сигнал занимает очень широкий спектр час-
тот и претерпевает искажения при его ограничении. Например, если
полоса частот ограничена
сверху, то это приводит к уве-
личению длительности каждо-
го импульса и появлению
внятных переходных влияний
между соседними каналами
(рис. 8.7). Аналогичное явле-
ние происходит при ограниче-
нии полосы частот снизу.
223
В существующих системах с групповым кодированием выдер-
живаются очень жесткие характеристики передачи АИМ-тракта,
поэтому переходное затухание между соседними каналами в сис-
темах с ИКМ превышает 68 дБ. При таком затухании внятные пе-
реходные влияния практически не ощутимы.
В системах передачи с индивидуальным кодированием группо-
вой АИМ-тракт отсутствует, так как сигналы нескольких каналов
объединяются в групповой цифровой сигнал после формирования
кодовых комбинаций (рис. 8.6, б). Очевидно, что в этом случае
переходные влияния в групповом тракте отсутствуют.
Следующим этапом ИКМ-преобразования является квантование.
Оно необходимо для последующего кодирования и заключается в
замене непрерывного диапазона значений амплитуд передаваемо-
го сигнала конечным множеством разрешенных для передачи зна-
чений — уровней квантования С/, . Непрерывный динамический
диапазон передаваемых сигналов разбивается на ряд отдельных
участков — шагов квантования 6/. Если значение напряжения вход-
ного сигнала t/BX удовлетворяет условию
Ui<Uj +6z/2,
сигналу присваивается значение напряжения, соответствующее
z-му уровню квантования (У/.
Таким образом, квантование является преобразованием, при
котором происходит округление амплитудных значений сигнала.
Возникающая при этом ошибка является разностью между кванто-
ванным и истинным значениями сигнала и не превышает половины
шага квантования.
Очевидно, чем больше разрешенных уровней N, т.е. меньше шаг
квантования, тем меньше ошибка. Ошибки приводят к искажению
сигнала. Искажения часто называют шумами квантования*.
Дкв-|С/Вх -C/, |s6, /2.
Амплитудная характеристика квантующего устройства Свых =J( UBX)
представляет собой ступенчатую кривую (рис. 8.8, а). Она может быть
представлена в виде суммы идеальной линейной характеристики и ха-
рактеристики, определяющей искажения сигнала (рис. 8.8, б). Характе-
ристика UBblK = UBX) имеет зону квантования при -Uo a UBK s Uo
(где Uo — порог ограничения) и зону ограничения при |(/вх | > Uo. Со-
ответственно различают шумы квантования ограничения.
224
Шумы ограничения возникают при превышении Uo мгновенны-
ми значениями входного сигнала. Мощность шумов ограничения
при заданном пороге зависит от выбора уровня передачи и всегда
может быть минимизирована. Поэтому в системах с И КМ опреде-
ляющими являются шумы квантования.
Если весь динамический диапазон сигнала находится в преде-
лах, охватываемых шкалой квантования, и шаг квантования оди-
наков в пределах всей шкалы от -UQ до Uo (S, = const), мощность
шумов квантования
Ркв=62/12. (8.1)
Формула (8.1) показывает, что при равномерном квантовании,
когда S/ = const, мощность Ркз определяется лишь шагом квантова-
ния и не зависит от уровня сигнала.
Искажения квантования действуют одновременно с передачей
сигнала и их влияния удобно оценивать по отношению сигнал/шум
8 Зак. 4611
225
квантования. Это отношение представляет собой отношение мощ-
ности сигнала к мощности шумов квантования: РС1РКЪ- Выражен-
ное в логарифмических единицах, оно рассматривается как защи-
щенность сигнала от шума квантования: 2 = 101g(P. /Ркв).
При заданном динамическом
диапазоне величина 6 определяет
число уровней квантования N, сле-
довательно, число элементов кода п,
необходимое для последующего
кодирования квантованных отсче-
тов сигнала. На рис. 8.9 приведе-
ны зависимости при 2КВ = Дрвх)
N = 256, б = 1/128, п = 8 (кривая /),
N = 128, б = 1/64, п = 7 (кривая 2),
при N - 64,6=1/32, л = 6 (кривая 3).
Видно, что величина (?кв при рав-
номерном квантовании увеличивается на 6 дБ с ростом числа эле-
ментов кода на каждую единицу, т.е. улучшается с возрастанием
числа уровней квантования.
Кроме того, с снижением уровня входного сигнала рвк величина
бкв уменьшается, что существенно снижает качество передаваемых
сигналов, так как плотность распределения мгновенных значений на-
пряжения речевого сигнала подчиняется экспоненциальному закону
и, следовательно, малые значения входных напряжений более вероят-
ны, чем большие, а для них отношение сигнал/шум наихудшее.
Повысить Q без изменения N и числа разрядов кода можно
уменьшением шага для сигналов с малым уровнем, используя для
высоких уровней больший шаг квантования. Таким образом, дос-
тигается постоянство отношения сигнал/шум квантования в тре-
буемом динамическом диапазоне, так как оно улучшается для сла-
бых сигналов, а для сильных остается удовлетворительным.
Для получения переменного значения шага квантования применя-
ют устройства с нелинейной амплитудной характеристикой (рис# 8.10),
коэффициент передачи которых обратно пропорционален значе-
нию входного сигнала. В аналоговой технике такие устройства на-
зывают компрессорами (К). Очевидно, что в этом случае в прием-
ной части системы передачи для восстановления исходного сигнала
226
должны быть устройства с обратной
характеристикой — экспандеры (Э).
Совокупность операций, проводи-
мых этими устройствами, называет-
ся компандированием сигнала. Харак-
теристика компандирования К-Э
должна быть линейна. На рис. 8.10
по осям отложены нормированные
значения входных (х = max)
и выходных (у = t/вых/^вых max)
сигналов. Видно, что при изменении
х на величину Дх приращение Ly
постоянно, причем приращение Дх
обратно пропорционально накло-
ну характеристики. Для обеспече-
ния равенства относительных искажений в нормированном ди-
апазоне должно быть выполнено условие Дх/х = const.
Исходя из этих условий были выведены и затем стандартизова-
ны два вида характеристик квантования, в которых плавное изме-
нение аргумента х позволяет поддерживать постоянство отноше-
ния сигнал/искажения квантования в широком диапазоне [13].
Одна из них вида:
у = 1п(рх +1) / 1п(ц + 1)
называется логарифмическим законом компандирования с харак-
теристикой типа ц. Этот закон применяется в системах ИКМ, вы-
пускаемых такими странами, как Япония, США, Канада. Посто-
янная ц — называется параметром компрессии.
Выбор параметра компрессии зависит от характеристик входных
сигналов: в существующей аппаратуре, в соответствии с рекоменда-
циями МСЭ-Т, величина ц принимается, как правило, равной 255.
Другая характеристика имеет следующий вид:
Ax/(i + lnJ),0a|x|£ МА
? (1 + 1пЛх)/(1 + 1пЯ),1/Л s|x|sl.
Такой закон компандирования называется логарифмическим с
линейным касательным отрезком. Логарифмическая функция
227
действует только до определенной точки характеристики х = 1Л4,
после которой переходит в касательную прямую, проходящую
через начало координат. Параметр компрессии А принимается рав-
ным 87,6. Этот закон используется в аппаратуре ЦСП, выпускае-
мой в европейских странах, в том числе и в нашей стране.
На рис. 8.11 для сравнения при-
ведены зависимости Q = Дрвх) при
равномерном (кривая 7) и нелиней-
ном (кривая 2) квантовании с оди-
наковым числом уровней N = 128.
Видно, что нелинейное квантова-
ние позволяет значительно улуч-
шить защищенность Q в областях
малых сигналов некоторым ее
ухудшением для сигналов с боль-
шим уровнем. Выигрыш от ком-
пандирования LQ прямо пропор-
ционален крутизне характеристики
компрессии и для слабых сигналов
может быть определен отношени-
ем шага равномерного квантования к шагу неравномерного кванто-
вания при t/BX 0. Расчеты показывают, что в случае компандирова-
ния по А -закону при А = 87,6 величина Д0 составит примерно 24 дБ.
В современной аппаратуре с ИКМ используются цифровые ком-
прессоры, которые объединены и действуют вместе с кодирующими
устройствами. В качестве функции у =Дх) используется характери-
стика гипотетического компрессора, которая представляет собой ап-
проксимацию логарифмической характеристики ломаной линией.
Полученный в результате дискретизации и квантования
АИМ-сигнал необходимо преобразовать в форму, наиболее удоб-
ную для передачи по линии. С этой точки зрения, целесообразно
использование двоичных импульсов, обладающих рядом преиму-
ществ, основными из которых являются высокая помехозащищен-
ность, а также простота устройств восстанавливающих их перво-
начальную форму в процессе передачи (регенераторов).
Процесс преобразования каждого импульса квантованного амп-
литудно-модулированного сигнала в группу двоичных элементов
228
называется кодированием. Группа двоичных элементов, каждый из
которых может принимать значение 0 (пробел) или 1 (импульс)
называется кодовой комбинацией. Количество кодовых групп соот-
ветствует числу уровней квантования N и связано с числом эле-
ментов в кодовой комбинации п соотношением N = 2п.
Преобразование проводится в соответствии с определенным за-
коном — кодом, который может быть задан аналитически и в виде
таблицы. Рассмотрим наиболее распространенные равномер-
ные двоичные коды, число элементов в кодовой комбинации
у которых постоянно.
Код, в котором комбинации образуются записью в двоичной
системе счисления чисел натурального ряда, соответствующих но-
мерам уровней квантования, принято называть натуральным дво-
ичным кодом.
Кодовая таблица натурального двоичного кода приведена
на рис. 8.12, а. «Вес» импульсов этого кода зависит от позиции или
номера разряда, занимаемого в кодовой комбинации. Такие коды
называются позиционными. «Веса» импульсов пропорциональны эта-
лонным сигналам, из которых складываются значения уровней кван-
тования. Благодаря тому, что для импульсов определенного разряда
они одинаковы во всех кодовых комбинациях и однозначно связаны
с номером разряда, информация о «весе» не передается на приемную
станцию, так как эти величины с высокой степенью точности могут
быть воспроизведены в декодирующем устройстве. В линию пере-
дачи посылается только последовательность двоичных элементов.
Недостаток натурального двоичного кода — кодовые комбина-
ции, соответствующие соседним уровням квантования, могут отли-
чаться в большом числе разрядов, что при колебании амплитуды
импульса АИМ-сигнала на входе кодера может привести к перехо-
ду от одного уровня квантования к резко отличающемуся другому.
В частности, если после начала кодирования уровня 8, располо-
женного в середине динамического диапазона, вершина амплитуд-
но-модулированного импульса оказалась не плоской и значение
амплитуды изменилось до уровня 7, то вместо кодовой комбина-
ции 1000 будет сформирована комбинация 1111, соответствующая
максимальному значению уровня квантования. Ошибка в этом слу-
чае достигнет половины динамического диапазона.
229
а 12 3 4
Номера разрядов
Рис. 8.12
При передаче двухполярных сигналов, например речевых, при-
меняются двоичные коды, значение первого разряда кодовых ком-
бинаций которых определяет полярность передаваемого сигнала,
а значение остальных разрядов — амплитуду. Такие коды называ-
ют симметричными двоичными кодами (рис. 8.12, б и в).
Как указывалось выше, речевые сигналы характеризуются боль-
шой плотностью вероятности мгновенных значений в области ма-
лых величин, поэтому преобразование в центре диапазона долж-
но выполняться с наибольшей точностью. Симметричные коды
удовлетворяют этому условию, так как при кодировании импуль-
сов с малой амплитудой используются лишь разряды кода с малым
«весом» и, следовательно, ошибки преобразования снижаются.
230
Пример получения комбинаций кодовых импульсов, соответ-
ствующих амплитудам квантованного АИМ-сигнала при трехраз-
рядном симметричном двоичном кодировании, приведен на рис. 8.13,
где tK — интервал времени, отведенный данному каналу в цикле
передачи; UK — амплитуда кодовых импульсов.
Кодирование может быть линейным и нелинейным. Отличие
заключается в том, что в первом случае неравномерное квантова-
ние происходит вне кодера (декодера), а при нелинейном — непос-
редственно в кодере (декодере).
Декодирование обычно представляет собой более простой про-
цесс, чем кодирование, и заключается в том, что в декодирующем
устройстве происходит преобразование двоичного сигнала кодо-
вой комбинации с учетом «веса» каждого разрядного импульса в
последовательность импульсов АИМ П. Кодеры и декодеры, вы-
полняющие аналого-цифровое и обратное преобразования, в со-
вокупности называют кодеками.
Дифференциальные методы модуляции. Обобщенная струк-
турная схема кодека ДМ приведена на рис. 8.14. Кодек состоит
из узла вычитания, порогового формирователя импульсов
ПФИ и предсказателя П на передаче, а также предсказателя П и
фильтра нижних частот на приеме. Пороговый формирователь
231
импульсов управляется импульсной
последовательностью с частотой /д.
Если в момент поступления управ-
ляющего импульса напряжение на
выходе узла вычитания оказалось
положительным: Щ = U\ - U2 > 0, что
равносильно U\ > U2, на выходе ПФИ
появляется кодовый импульс поло-
жительной полярности, если t/3 ±s О
(U2 * t/j), то — отрицательной
(рис. 8.15). Чем меньше длитель-
ность импульсов /, тем больше сиг-
Рис.8.14 налов можно передать в течение
одного цикла Тц = Гд = т.е. тем
больше число организуемых каналов.
В качестве предсказателя в такой схеме используется интегра-
тор, который можно рассматривать как простейший сумматор
поступающих в него кодовых импульсов. Если постоянная вре-
мени интегратора равна бесконечности, он считается идеальным.
В интеграторах, использующихся в ДМ, постоянная времени ко-
нечна, поэтому в случае возникновения ошибки импульса, ошиб-
ка восстановления исходного сигнала имеет форму экспоненци-
ально-спадающего напряжения, что препятствует накоплению
ошибок по амплитуде.
Рис. 8.15
232
Восстановленный сигнал лишь с некоторым приближением вос-
производит исходный. Точность восстановления зависит от частоты
дискретизации, шага квантования и крутизны исходного сигнала. Оче-
видно, что к — кратное уменьшение шага ступенчатой кривой —
позволит лучше аппроксимировать исходный сигнал, однако это
потребует такого же увеличения частоты дискретизации.
Если максимальная крутизна функции исходного сигнала не
превышает крутизну ступенчатой функции, которая определяется
величиной 6/Тд, искажения при ДМ подобны искажениям кванто-
вания в системах передачи с ИКМ. Если это условие не выполняет-
ся, сигнал на выходе интегратора не успевает повторить закон из-
менения исходного сигнала и в системе с дельта модуляцией
возникают шумы перегрузки (зона перегрузки заштрихована). В
зоне перегрузки ошибки превышают величину 6.
Таким образом, при ДМ в отличие от ИКМ, где происходит
амплитудное ограничение сигнала, имеет место ограничение до-
пустимой скорости изменения (крутизны) исходного сигнала.
В системах с ДМ частота дискретизации^ определяет собой так-
товую частоту цифрового потока fT. В системах с ИКМ частота циф-
рового потока, необходимая для образования одного канала то-
нальной частоты, равна произведению частоты дискретизации на
число разрядов кода:/т ~f^n. На рис. 8.16 приведена зависимость
отношения сигнал/шум квантования от тактовой частоты цифро-
вого потока на пороге перегрузки для системы с ДМ и на пороге
ограничения для системы с ИКМ. Как видно, использование дельта-
модуляции позволяет снизить тактовую частоту только при весь-
ма низких значениях отношения
сигнал/шум. Чтобы обеспечить
качество передачи, эквивален- j
тное восьмиразрядной ИКМ 80
(/т = 8x8 = 64 кГц), частота
потока /т в системе с
J1 да
ДМ должна быть примерно в 2,5
раза выше (более 150 кГц). 20-
Уменьшение тактовой часто-
ты с сохранением требуемого 1
качества передачи достигается
233
применением адаптивных способов преобразования, в которых
при данном Гд под непосредственным воздействием (или на осно-
ве анализа) преобразуемого сигнала изменяется шаг квантования
с таким расчетом, чтобы мощности шума перегрузки, возникаю-
щего при превышении производной входного сигнала значения
величины б/Тд, и шума квантования были минимальными. Это
направление развития дельта-модуляции привело к ее многочис-
ленным разновидностям. Большинство вариантов и разновиднос-
тей ДМ отличаются друг от друга алгоритмом работы предсказа-
телей. Каждому типу исходных сигналов может быть поставлен в
соответствие предсказатель, при использовании которого достига-
ется наивысшая защищенность передачи от шумов квантования.
Существенное повышение качества передачи речи достигается
при использовании дельта-модуляции со слоговым компандиро-
ванием, в которой шаг квантования изменяется в зависимости от
слоговой мощности телефонного сигнала.
Отличительной особенностью
ЦСП с компандированной дельта-
модудуляцией является наличие
дополнительной цепи обратной
’ связи в Д-кодере и Д-декодере, по-
; мимо основной цепи, как при
! обычной ДМ.
; На рис. 8.17 приведена схема
! кодека, в котором дополнитель-
; ная цепь обеспечивает изменение
! шага квантования в зависимости
; от структуры передаваемого циф-
! рового сигнала. С этой целью сиг-
; нал с выхода порогового форми-
рователя импульсов подается на
анализатор плотности единиц
АПЕ, фиксирующий наличие оп-
ределенного числа следующих
подряд единиц в цифровом сиг-
нале. Импульсная последователь-
ность, формируемая АПЕ, посту-
234
пает на вход интегратора И2, сигнал с выхода которого управляет
модулятором амплитуды импульсов МИ. Изменение амплитуды
импульса на входе интегратора И1 приводит к изменению шага кван-
тования, в соответствии с которым формируется сигнал, поступаю-
щий на вход вычитающего устройства, что, в свою очередь, приводит
к изменению шага квантования кодируемого сигнала. Аналогичные
изменения шага квантования происходят и в Д-декодере.
Компандированная дельта-модуляция позволяет обеспечить из-
менение шага квантования в большом диапазоне, улучшить защи-
щенность сигналов от шума квантования (отношение сигнал/шум),
значительно снизить скорость цифрового потока, что позволяет
получить качество передачи, сравнимое с качеством при И КМ.
При дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (ДИКМ),
в отличие от ДМ, передается информация не только о знаке прира-
щения напряжения исходного сигнала, но и о квантованном зна-
чении этого приращения. В отличие от ИКМ здесь кодируются не
квантованные значения отсчетов, а их квантованная разность.
Диапазон изменения разности отсчетов Д(/ = Ц - /j меньше
динамического диапазона изменения исходных сигналов. Поэтому
при одинаковом интервале квантования 6 число уровней кванто-
вания по сравнению с ИКМ можно уменьшить, что позволяет со-
ответственно снизить число разрядов кодовых групп и, следова-
тельно, тактовую частоту группового цифрового сигнала. Если же
выбрать значение тактовой частоты, равное частоте ИКМ-сигна-
ла, применение ДИКМ позволит снизить ошибки квантования
уменьшением интервалов 6.
Известно много вариантов технической реализации ДИКМ.
Одна из возможных схем приведена на рис. 8.18. В этой схеме коди-
руется разность между значением данного отсчета и квантованным
значением предыдущего, передаваемого по цепи обратной связи
кодера. Кодер ДИКМ включает в себя: ФНЧ, ограничивающий
спектр передаваемого сигнала; узел вычитания; АИМ-модулятор;
ИКМ-кодер К, осуществляющий квантование и кодирование разно-
стного сигнала; ИКМ-декодер Д, в котором кодовые группы, сфор-
мированные в кодере, снова преобразуются в дискретные отсчеты
разностного сигнала, и интегратор И, преобразующий амплитудные
отсчеты сигнала, поступающие на его вход, в ступенчатую функцию.
235
Рис. 8.18
Так как отсчеты, сформированные в цепи обратной связи, прихо-
дят в узел вычитания с задержкой на один такт, разностный сигнал на
входе АИМ-модулятора формируется из двух соседних отсчетов.
В декодере ДИКМ принятая цифровая последовательность по-
ступает в ИКМ-декодер, где восстанавливается последователь-
ность квантовых значений разностного сигнала. Затем они сум-
мируются в интеграторе И и преобразуются в последовательность
квантовых отсчетов сигнала, из спектра которой ФНЧ выделяет
исходный аналоговый сигнал.
Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция применяет-
ся для повышения пропускной способности цифровых ИКМ-трак-
тов, так как, уменьшая разрядность кода, можно увеличить число
кодовых комбинаций, переданных в единицу времени. На прин-
ципах ДИКМ разработана и используется во многих странах мира
аппаратура, позволяющая увеличить пропускную способность те-
лефонных ИКМ-каналов в два раза.
По сравнению с ДМ ДИКМ имеет преимущество при передаче
сигналов, у которых возможны резкие (длительностью 1//тах) скач-
ки мгновенных значений. Например, при передаче телевизионных
и видеотелефонных сигналов, где резкие изменения соответствуют
границам между темными и яркими деталями на изображении.
236
В этих условиях повышение частоты дискретизации не гарантиру-
ет снижения разницы соседних отсчетов до значения шага кванто-
вания. При ДИКМ частота дискретизации обычно выбирается та-
кой же, как и при ИКМ.
Каждый из методов аналого-цифрового преобразования имеет свои
преимущества и недостатки. Однако практическое применение диффе-
ренциальных методов ограничено по сравнению ,с ИКМ, которая
является основной на сетях связи. На современном этапе развития
интегральной техники новые исследования в этой области показыва-
ют, что цифровые системы передачи на основе дифференциальных ме-
тодов модуляции в перспективе могут успешно конкурировать с сис-
темами ИКМ. Изобретены методы ДМ, позволяющие значительно
снизить искажения сигнала, понизить частоту цифрового потока в
линии передачи, устранить накопление ошибок восстановления при
однократных ошибках в линейном сигнале.
В то же время еще далеко не исчерпаны возможности систем
передачи с импульсно-кодовой модуляцией. Практика их эксплу-
атации за рубежом и в нашей стране подтвердила высокое каче-
ство, стабильность характеристик и хорошую помехозащищен-
ность организуемых каналов. Системы передачи с ИКМ служат
основой для создания интегральной сети связи, они легко сопряга-
ются с электронными коммутационными станциями. Постоянно
ведутся работы по совершенствованию существующих систем, а
также разработке аппаратуры, расширяющей возможности пост-
роения цифровых сетей.
8»3» Электрические характеристики каналов
тональной частоты в аппаратуре
с импульсно-кодовой модуляцией
Как известно, основными достоинствами цифровых систем передачи
являются: хорошая помехозащищенность, высокое качество каналов,
экономичность, технологичность изготовления и обслуживания. Циф-
ровой линейный тракт, передача двоичных символов определяют высокую
помехозащищенность, а применение логических интегральных схем—тех-
нологичность. Что же определяет качество каналов в ЦСП? Для ответа
на этот вопрос проанализируем состав ее оборудования.
237
Любая система передачи состоит из средств формирования (при-
ема) цифрового сигнала и оборудования линейного тракта. Сред-
ства формирования подразделяются на аппаратуру цифрового ка-
налообразования (АЦК), которая преобразует аналоговые сигналы
в цифровые и формирует первичный цифровой поток, и на обору-
дование временнбго группообразования (ОВГ), объединяющее не-
сколько цифровых сигналов. В состав линейного тракта входят око-
нечные станции (ОЛТ), соединенные между собой кабельными
линиями с обслуживаемыми и необслуживаемыми регенерацион-
ными пунктами (ОРП, НРП).
Оборудование временнбго группообразования комплектуется
ступенями: для четверичной цифровой системы передачи использу-
ется аппаратура четверичного, третичного и вторичного времен-
нбго группообразования (ЧВГ, ТВГ, ВВГ), для третичной — ТВГ
и ВВГ и для вторичной — только ВВГ.
Таким образом, в большей части оборудования ЦСП (ВВГ, ТВГ,
ЧВГ, ОЛТ, НРП, ОРП) передаваемые по каналам ТЧ сигналы пред-
ставлены в цифровой форме. Если качество передачи цифрового сиг-
нала соответствует норме (см. п. 8.6), это оборудование не оказывает
влияния на электрические характеристики телефонных каналов.
Основные устройства АЦК тоже являются цифровыми, анало-
говую часть составляют индивидуальные приемопередатчики ка-
налов (ПП), входные цепи кодера и выходные декодера, где форми-
руется групповой амплитудно-импульсный сигнал. Минимальное
число аналоговых устройств в АЦК существенно снижает влияние
аппаратуры ИКМ на качество передачи сигналов по каналам ТЧ.
Рассмотрим основные характеристики каналов, используя схе-
му (рис. 8.19). На ней изображены элементы аппаратуры ЦСП с
групповым (рис. 8.19, а) и индивидуальным (рис. 8.19, б) кодирова-
нием, через которые проходят тональные сигналы в процессе ана-
лого-цифрового (на передаче) и цифроаналогового (на приеме) пре-
образования в одном из направлений передачи.
Остаточное затухание (ац). Для установки необходимого оста-
точного затухания в зависимости от режима использования канала
в системах с ИКМ на передаче и приеме имеются удлинители, затуха-
ние которых можно изменять, делая перепайки в блоках приемопе-
редатчиков каждого канала, или (в более современной аппаратуре)
238
программированием с локального терминала (компьютера). Ста-
бильность ао в аналоговой части ЦСП обеспечивается поддержани-
ем требуемой диаграммы напряжений в индивидуальном оборудо-
вании (усилители Ус1, Ус2), а также в групповом АИМ-тракте.
Таким образом, в отличие от аналоговых систем передачи с ча-
стотным разделением каналов для поддержания постоянства оста-
точного затухания не требуется сложной системы автоматической
регулировки уровней, так как качество передачи не подвержено се-
зонным колебаниям, следовательно, «о не требует регулировки в
процессе эксплуатации.
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). Основными ис-
точниками амплитудно-частотных искажений в каналах ТЧ явля-
ются элементы тракта с частотно-зависимыми характеристиками.
239
Это прежде всего фильтры, усилители, трансформаторы. В цифро-
вых системах передачи таких элементов по два в каждом канале.
Фильтр нижних частот в передающей части ограничивает спектр
частот сигнала перед дискретизацией. ФНЧ на приеме выделяет
исходный сигнал тональной частоты из спектра АИМ-сигнала, по-
лучаемого на выходе электронного ключа. Усилители Ус1 и Ус2
практически не оказывают влияние на АЧХ.
Сравнение количества элементов с частотно-зависимыми ха-
рактеристиками в ЦСП и в аналоговых системах передачи с час-
тотным разделением каналов убедительно доказывает преимуще-
ство ЦСП в равномерности АЧХ и независимости ее от
протяженности линейного тракта.
Фазочастотная характеристика (ФЧХ). Как и в предыдущем
случае, элементами, вносящими фазовые искажения, являются толь-
ко ФНЧ индивидуального оборудования приема и передачи. Ка-
чество ФЧХ нормируется в виде частотной зависимости отклоне-
ния группового времени замедления от значения, измеренного на
частоте 1900 Гц. Однако благодаря высокой стабильности ФЧХ в
системах передачи с ИКМ эта характеристика не требует специаль-
ного контроля. В процессе производства и эксплуатации считается,
что нормы ФЧХ выполняются, если соблюдаются нормы на АЧХ.
Внятные переходные влияния (ВПВ). Они характеризуются по-
явлением в подверженных влиянию каналах помех, имеющих та-
кие же частотные составляющие, как и сигналы во влияющем ка-
нале. Процессы возникновения ВПВ в цифровых системах передачи
и в системах передачи с частотным разделением каналов существен-
но отличаются.
В системах передачи с групповым кодированием на возник-
новение ВПВ могут оказывать влияние следующие устройства
(см. рис. 8.19, а): ключи, входящие в состав амплитудно-импульс-
ных модуляторов АИМ; аналоговая часть кодера (код А), где на-
ходятся элементы аппаратуры, через которые проходит группо-
вой АИМ-сигнал; выходные элементы схемы декодера, где
формируется групповой АИМ-сигнал приема; ключи на приеме.
Таким образом, ВПВ могут возникать в индивидуальном и груп-
повом оборудовании.
240
Если затухание ключей на передаче в закрытом состоянии не
равно бесконечности, а это возможно только в идеале, токи сигна-
лов соседних каналов могут попадать на вход кодера в отведенные
для других каналов временные интервалы, а на приеме сигнал,
сформированный в декодере, может «просачиваться» на выход со-
седних каналов через закрытые ключи на приеме.
Групповой АИМ-сигнал занимает очень широкий спектр час-
тот и претерпевает искажения при его ограничении. АЧХ аналого-
вой части группового кодера не может быть идеальна и имеет ко-
нечное затухание. Ограничение спектра сверху и снизу приводит к
искажениям фронтов импульсов, увеличению их длительности и,
следовательно, к возможности появления переходных токов, по-
падающих во временные интервалы соседних каналов.
Переходные токи в групповом оборудовании имеют наиболь-
шие значения в ближайших по отношению к влияющему каналу..
Меры, принимаемые в аппаратуре для повышения качества клю-
чей и элементов группового АИМ-тракта, позволяют добиваться
очень высокого значения защищенности — не ниже 65 дБ.
В современной аппаратуре цифрового каналообразования все
шире находят применение индивидуальные кодеры и декодеры.
Отсутствие группового АИМ-тракта практически устраняет источ-
ники возникновения ВПВ (см. рис.8.19, б).
Шумы. В каналах тональной частоты, организованных в си-
стемах передачи с частотным разделением каналов, шумы обра-
зуются в оконечной и промежуточной аппаратуре, накаплива-
ются в кабельной магистрали на всем протяжении линии
передачи. В тракте ЦСП передается цифровой двоичный сигнал,
в каждом регенераторе он восстанавливается. Следовательно,
шумы не зависят от длины магистрали. Наводимые на регене-
рационном участке шумы устраняются в регенераторе. Шумы
на выходе каналов ТЧ возможны только, если они закодирова-
ны в передающей части аппаратуры.
В ЦСП нормируется шум незанятого канала (ШНК). Необхо-
димым условием оценки ШНК является отсутствие передачи по
всем каналам системы. Это дает возможность исключить переход-
ные влияния.
241
Шумы, возникающие в тракте передачи, зависят от положения
рабочей точки характеристики квантования кодера. Так, если ра-
бочая точка («ноль») кодера находится на границе между двумя
интервалами квантования (рис. 8.20, а), то любой слабый сигнал
на входе будет кодироваться в соответствии с минимальным уров-
нем квантования. В этом случае выходной сигнал сформируется
не в соответствии с истинным значением амплитуды входного шума,
а с размахом, определяемым размерами минимального интервала
квантования 6mjn. Таким образом, шумы будут как бы усиливать-
ся. Если рабочая точка находится на середине интервала квантова-
ния (рис. 8.20, б), все слабые сигналы, амплитуда которых не пре-
вышает половины минимального интервала квантования,
приводятся к нулю. Однако вследствие нестабильности положения
рабочей точки кодера минимальная ШНК определяется 6mjn и не пре-
вышает -65 дБ. При таком значении шумы практически не ощутимы.
Специфичным для систем передачи с ИКМ является наличие так
называемых шумов квантования. Эти шумы возникают только при
передаче сигнала по каналу ТЧ и связаны с тем, что кодируются не
истинные значения амплитуд АИМ-сигнала, поступающего на вход
кодера С7ВХ, а ближайшие к ним по значению уровни квантования
Uj. Другими словами, входной сигнал как бы округляется и, сле-
довательно, возникают ошибки квантования. Очевидно, чем боль-
242
ше уровней квантования в динамическом диапазоне передаваемо-
го сигнала, тем меньше ошибка и меньше искажения сигнала при
передаче. Строго говоря, шумами квантования называют искаже-
ния квантования и основной параметр, контролирующий качество
аналого-цифровых преобразователей, — отношение сигнал/шум
квантования Q — правильнее называть отношением сигнал/иска-
жения квантования.
В аналого-цифровом оборудовании систем передачи с ИКМ при-
меняются нелинейные кодеры с характеристикой квантования, в
которой интервалы квантования — разность между соседними
уровнями (S/) сокращаются с уменьшением амплитуды входного сиг-
нала. Следовательно, в области малых значений сигналов уровни
квантования расположены чаще, чем в области больших значений.
Эта мера позволяет обеспечить постоянство Q, т.е. равное каче-
ство передачи тональных сигналов в достаточно широком дина-
мическом диапазоне. Отношение сигнал/искажение квантования из-
меряется специальным прибором — измерителем шумов
квантования. В современной аппаратуре в диапазоне средних уров-
ней оно составляет 35—39 дБ. При таком значении Q искажения кван-
тования не ощущаются абонентами при разговоре по каналам ТЧ.
Амплитудная характеристика (АХ). Линейность амплитудной харак-
теристики каналов ТЧ, образованных в системах передачи с ИКМ, обес-
печивается высокой точностью формирования эталонных сигналов в
кодере и декодере^ Кодовые комбинации, соответствующие с точностью
до половины интервала квантования амплитудам импульсов АИМ-сиг-
налов, передаются на приемную станцию, где из них формируется АИМ-
сигнал приема^ Ошибки, возникающие при этом, существенно меньше
допустимых норм на отклонениях АХ, они называются искажениями
квантования и оцениваются, как указывалось выше, специальным пара-
метром, нормируемым для систем передачи с ИКМ, — отношением
сигнал/искажения квантования^Динамический диапазон, в котором АХ
линейна, ограничен сверху порогом ограничения кодера. Максималь-
ная кодовая комбинация вида 11111111 соответствует наибольшей амп-
литуде АИМ-сигнала на входе кодера Uo = t/BX. С дальнейшим увеличе-
нием амплитуды входного сигнала все импульсы АИМ-сигнала,
превышающие С70, будут передаваться одной и той же максимальной
кодовой комбинацией и, следовательно, в принимаемом сигнале будут
наблюдаться искажения, связанные с ограничением.
243
Выбранный в системах передачи с ИКМ порог ограничения ко-
дера обеспечивает пренебрежимо малые искажения ограничения.
Нижний порог динамического диапазона связан с разрешаю-
щей способностью амплитудной характеристики квантования ко-
дера (минимальный интервал квантования) и находится в области
очень низких уровней сигнала (от -65 до -70 дБ).
Таким образом, амплитудная характеристика каналов ТЧ,
организованных в системах передачи с ИКМ, зависит от харак-
теристик кодера и декодера оконечных станций, линейна в зна-
чительно более широком диапазоне, чем в системах с ЧРК. В
процессе настройки и эксплуатации аппаратуры АХ контроли-
руется только в области ограничения.
8.4. Объединение и согласование скоростей
цифровых сигналов
При формировании группового цифрового сигнала из несколь-
ких цифровых сигналов с более низкой скоростью передачи могут
использоваться различные способы объединения (в последнее вре-
мя все чаще применяют термин «мультиплексирование») Однако
наибольшее распространение в цифровых системах получили по-
символьный (побитовый) и поканальный (побайтовый) способы.
Поканальный более выгоден с точки зрения систем коммута-
ции, так как электронные АТС оперируют восьмиразрядными ка-
нальными интервалами. Однако для его реализации помимо так-
товой требуется синхронизация всех объединяемых потоков по
кодовым группам, что усложняет устройство объединения.
По байтам происходит объединение сигналов в системах пере-
дачи синхронной цифровой иерархии. Принципы формирования
и структуры сигналов СЦИ будут рассмотрены в главе 13.
В широко распространенье системах передачи плезиохрон-
ной иерархии применяется наиболее простой способ посимволь-
ного объединения цифровых потоков. При этом символы циф-
ровых сигналов объединяемых систем следуют друг за другом
поочередно.
244
Принцип объединения пояс-
няется схемой (рис. 8.21) и вре-
меннбй диаграммой (рис. 8.22)
на примере формирования
группового сигнала из четырех,
поступающих на схему объеди-
нения. Цифровые сигналы
ЦС1—ЦС4 поступают на схе-
мы совпадения И1—И4, кото-
рые поочередно открываются
сигналами с выходов кольцево-
го регистра сдвига PC, управля-
емого импульсной последова-
тельностью тактовой частоты
Рис. 8.21
от задающего генератора.
245
На выходе схемы ИЛИ появляется групповой цифровой сигнал,
длительность символов которого укорачивается по сравнению с
входными сигналами в четыре раза: = ги/4. Очевидно, что необ-
ходимыми условиями такого объединения являются синхронность
и синфазность объединяемых потоков.
При разделении цифровых сигналов каждый четвертый символ
группового ЦС направляется в свой приемник, где формируются
исходные потоки ЦС1—ЦС4. Принцип разделения поясняется схе-
мой (рис. 8.23) и временной диаграммой (рис. 8,24). При разделе-
нии необходимо выполнить начальную установку фазы кольцево-
го регистра PC относительно приходящего сигнала Гр ЦС.
Правильное распределение цифровых потоков ЦС1—ЦС4 воз-
можно лишь, когда на выходе 1 PC импульс появляется в момент
Рис. 8.23
246
хранения информационного символа ЦС1 в триггере Т4. В этот
момент времени информационные символы ЦС2—ЦС4 записаны
соответственно в триггеры ТЗ, Т2 и Т1. В результате работы схемы
247
на выходах Q5—Q8 триггеров Т5—Т8 появятся синхронные и син-
фазные цифровые сигналы с длительностью импульсов Ги = 4ггр.
Так как объединяемые сигналы формируются в аппаратуре пер-
вичных систем передачи, задающие генераторы которых, как прави-
ло, не синхронизированы между собой и с генератором оборудова-
ния временнбго группообразования, различают синхронное или
асинхронное объединение цифровых сигналов. При синхронном объе-
динении необходимо установить лишь временные соотношения меж-
ду входными сигналами, т.е. обеспечить синфазность, поэтому оно
проще асинхронного. В случае асинхронного объединения нужно,
прежде всего, преобразовать тактовые частоты входных сигналов так,
чтобы они были кратны тактовой частоте группового сигнала, а за-
тем установить их необходимые временные соотношения.
Тактовые частоты определяют скорость передачи символов циф-
рового сигнала, поэтому преобразование тактовых частот перед
объединением называется согласованием скоростей входных сиг-
налов, иногда их называют ком-
понентными, и группового ЦС.
При согласовании скоростей
для того, чтобы обеспечить син-
хронность и синфазность не-
скольких цифровых сигналов,
проводятся запись символов
этих потоков в запоминающее
Рис. 8.25 устройство ЗУ (рис. 8.25) с час-
тотами записи (Ал—/3ZZ), равны-
ми тактовым частотам ЦС1—ЦСи, и считывание информации из
ЗУ сигналами считывания, следующими с частотой/» и получае-
мыми от одного генераторного оборудования. При этом частоты
записи и считывания в общем случае могут находиться в разных
соотношениях между собой.
Если /3 = /с, то на каждый записанный символ формируется им-
пульс считывания, и входная и выходная импульсные последова-
тельности ЗУ практически не отличаются между собой (рис. 8.26).
Временной интервал между моментами записи и считывания Дг —
величина постоянная. Согласования скоростей в этом случае не
нужно, так как скорость входного потока соответствует частоте
считывания и, следовательно, кратна скорости группового ЦС.
248
Если /с > /3, временной интервал между моментами записи и
считывания уменьшается после каждого считывания на Дг = Т3 - Тс,
где Т3 и Тс — соответственно периоды записи и считывания инфор-
мационных символов. Уменьшение будет происходить до тех пор,
пока не наступит момент, когда при очередном считывании на вы-
ходе ЗУ новой информации не появится, так как в интервале Тс
записи информационных символов не происходило. В этом слу-
чае в считанной импульсной последовательности произойдет по-
вторение предыдущего символа, т.е. положительный временной
сдвиг ВС (рис. 8.27). Длительность временнбго сдвига — интерва-
ла времени, свободного от новой информации, равен периоду сле-
дования считывающих импульсов. После проявления ВС вновь на-
чинается процесс уменьшения интервала (рис. 8.28). Частота
формирования временных сдвигов зависит от соотношения частот
записи и считывания. Количество информационных символов меж-
ду соседними временными сдвигами будет равно округленному до
ближайшего целого числа значению:
R = \Tc/(T3-Tc)\ = \l/(fc/f3-A)\, (8.2)
а период возникновения временных сдвигов
7’ВС=(Л + 1)ТС. (8.3)
249
Вход ЗУ
Моменты
записи
Моменты
считыва-
ния
Выход ЗУ
О | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 1 11] О О
I I I I I I I I I I I
>
t
>
t
t
t
вс
Рис. 8.27
l
Рис. 8.28
При синхронном объединении отношение
Тс/(Т3-Тс)или1/(/с/Л-1)
целое число. В этом случае период временных сдвигов будет по-
стоянным (Твс = const) и считанная последовательность импуль-
сов называется однородной.
При /3 >/с временной интервал между моментами записи и счи-
тывания увеличивается (рис.8.29) до момента, когда за один пери-
од считывания в ячейку памяти будут записываться два символа.
При появлении второго импульса записи в течение Тс ранее запи-
санный в ЗУ символ стирается, т.е. в считаннбй последовательнос-
ти появится отрицательный временнбй сдвиг (импульсы входного
сигнала, не попадающие на выход ЗУ, заштрихованы).
Появление положительных и отрицательных ВС нарушает
структуру передаваемого ЦС, так как в первом случае в нем по-
являются дополнительные информационные позиции, а во втором —
пропадает часть информационных символов. Во избежание этих
250
Рис. 8.29
нарушений требуется проводить коррекцию импульсных после-
довательностей или согласование скоростей (СС).
При положительных ВС, когда /с > /3, выполняется положи-
тельное СС, т.е. в информационную считанную последовательность
на место ВС вводятся балластные символы, которые на приеме при
восстановлении исходного ЦС изымаются. При отрицательных ВС,
когда/с </3, проводится отрицательное СС, которое заключается в
том, что «лишние» информационные символы при согласовании
скоростей из информационной последовательности изымаются и
передаются на приемную станцию по отдельному служебному кана-
лу или на служебных позициях цикла передачи, после чего вводятся
в принятый по основному тракту цифровой сигнал на прежнее место.
Как указывалось выше, при синхронном СС импульсная пос-
ледовательность на выходе ЗУ однородная, т.е. период возникно-
вения временных сдвигов постоянный, они находятся на строго оп-
ределенных местах и повторяются через определенное число
информационных символов. Это упрощает поиск ВС на приеме и,
следовательно, коррекцию цифровых сигналов в этом случае мож-
но проводить без передачи специальных команд, управляющих
процессом согласования скоростей.
Очевидно, что синхронное согласование скоростей является ча-
стным случаем асинхронного с априорно известным соотношени-
ем частот. В аппаратуре временнбго группообразования исполь-
зуется, как правило, асинхронное объединение цифровых потоков.
251
Это объясняется нестабильностью тактовых частот объеди-
няемых потоков, которые изменяются в некоторых пределах:
/тн < fra + /тн^/, где/тн — номинальное значение тактовой
частоты; Sy— относительная нестабильность.
При асинхронном согласовании скоростей, даже если выбрать
частоты записи и считывания равными, вследствие нестабильности
в считанной импульсной последовательности возможны положи-
тельные (при /3 ±Sy/3 < Л ±6//с) и отрицательные (при /3 ±6//3 > /с
±бу/с) временные сдвиги. Для их коррекции применяется двусто-
роннее согласование скоростей.
В отличие от ВС, возникающих при синхронном СС, времен-
ные сдвиги при асинхронном СС, зависящие от нестабильности
частот генераторов, в общем случае не имеют постоянного перио-
да следования и возникают в произвольные моменты времени,
поэтому коррекция цифровых потрков проводится по специаль-
ным командам согласования скоростей (КСС), которые формиру-
ются при возникновении ВС на передающей станции, расшифро-
вываются на приемной, где по КСС проводится коррекция
принимаемых ЦП.
Поскольку объединяемые первичные цифровые потоки, как пра-
вило, не синхронизированы между собой, в ОВГ плезиохронной
иерархии основным режимом работы является асинхронный. При-
менение асинхронного объединения увеличивает гибкость и надеж-
ность цифровой сети связи, так как объединяемые системы переда-
чи могут находиться в пределах одного узла связи и на различных
станциях сети. Исключается влияние времени распространения сиг-
налов по линии. Задающие тактовые генераторы объединяемых
систем могут работать независимо друг от друга и оборудования
объединения и разделения цифровых потоков, снижаются требова-
ния к стабильности их работы. Однако пропускная способность
тракта передачи в этом случае несколько ниже, чем при синхрон-
ном объединении. Это связано с необходимостью добавления в
цифровой групповой сигнал при каждом мультиплексировании ко-
манд согласования скоростей.
На практике применяются положительное и двустороннее (по-
ложительно-отрицательное) согласования скоростей. Отрицатель-
ное согласование в аппаратуре временнбго группообразования
252
не используется, так как не имеет преимуществ по сравнению с положи-
тельным, а для его реализации требуются более сложные устройства.
Метод положительного согласования был первым принят в ка-
честве международного стандарта (Рекомендация G.742 МККТТ) и
получил широкое распространение в аппаратуре как наиболее
просто реализуемый и обеспечивающий качественную передачу циф-
ровых сигналов при построении цифровых сетей связи. В нашей
стране было принято направление развития аппаратуры с двусто-
ронним согласованием скоростей, так как, несмотря на более слож-
ную реализацию, этот метод имеет ряд достоинств [13]. Это — про-
стота перехода от асинхронного режима работы к синхронному,
высокая помехоустойчивость команд согласования скоростей,
большая эффективность использования пропускной способности
группового тракта (благодаря меньшей частоте формирования ко-
манд согласования). Основные недостатки двустороннего метода
(усложнение схемы устройства согласования и увеличение низко-
частотных фазовых флуктуаций цифрового сигнала) в современ-
ной аппаратуре не столь существенны, так как в ней применяются
БИС и эффективные меры подавления цифровых флуктуаций. В1976 г.
МККТТ принял Рекомендацию G.745 по использованию этого ме-
тода. Однако в связи с тем, что к этому времени западный рынок
был заполнен аппаратурой с односторонним согласованием, ап-
паратура с двусторонним согласованием получила распростране-
ние только у нас и в некоторых восточноевропейских странах.
В последнее время тенденции объединения телекоммуникацион-
ного пространства, выход на рынок России и стран СНГ западных
поставщиков оборудования, привел к тому, что отечественные си-
стемы передачи стали разрабатываться на оба варианта асинхрон-
ного сопряжения — с возможностью использования двустороннего
или положительного согласования скоростей.
8.5. Преобразование сигналов при передаче
в линейных трактах
Импульсный сигнал с выхода АЦК или мультиплексора по-
ступает в линию передачи, при этом возникает необходимость его
согласования с параметрами используемого линейного тракта.
253
Это согласование проводится в передающем и приемном обору-
довании оконечных станций — в устройствах стыка, или в специ-
альных преобразователях линейного кода.
Так, например, в результате кодирования получается двоичный
цифровой сигнал, представляющий собой однополярную после-
довательность импульсов и пробелов (рис. 8.30, а). Энергетичес-
кий спектр такого сигнала (рис. 8.31, а) содержит непрерывные и
дискретные составляющие. Амплитуды постоянной и низкочастот-
ных составляющих выше, чем высокочастотных. Основная энер-
гия спектра распределена в широкой полосе частот до 2/т.
С увеличением частоты сигнала затухание кабельной линии ра-
стет, что приводит к ограничению полосы частот цифрового сигна-
ла сверху. Связанное с этим искажение импульсного сигнала вы-
ражается в затягивании фронтов импульсов (рис. 8.32, а). Чем
дли нее регенерационный участок, тем большее ограничение претер-
певают линейные сигналы ц, следовательно, больше искажаются.
254
При прохождении по кабельной цепи импульсы затягиваются на
несколько тактовых интервалов, что приводит к появлению меж-
символьных помех (МСП).
В линейных трактах систем с ИКМ присутствуют согласующие
трансформаторы и усилители, ограничивающие полосу частот ли-
нейного сигнала снизу. Это ограничение подавляет постоянную и
низкочастотные составляющие и, следовательно, вызывает искаже-
ние импульсов, выражающееся в появлении отрицательных выб-
росов, причем спад выбросов также затягивается на несколько так-
товых интервалов, вызывая МСП (рис. 8.32, б).
Действие помех снижает помехоустойчивость регенераторов, ко-
торая характеризуется соотношением сигнал/помеха. Чем больше
соотношение, тем меньше ошибок, проявляющихся в числе невер-
но восстановленных импульсов, возникает в работе регенераторов.
Отношение числа ошибочно регенерированных импульсов к об-
щему числу переданных, называют коэффициентом ошибок KQU1,
который является одним из основных показателей качества
255
цифрового ЛТ. Таким образом, имеется определенная связь между
спектром передаваемой последовательности и коэффициентом оши-
бок. С этой точки зрения, двоичный сигнал передавать в линейный
тракт нецелесообразно. Вследствие наличия постоянной и низко-
частотных составляющих, а также широкого спектра (до 2/т) такой
сигнал будет сильно искажаться. Поэтому перед посылкой в ли-
нию передачи цифровой сигнал дополнительно преобразуется в со-
ответствии с алгоритмом кодирования, а при приеме подвергается
обратному преобразованию — восстановлению исходной двоич-
ной последовательности.
Выбор кода — задача важная, так как от этого зависят длина
регенерационного участка, качество передачи и возможность со-
вместной работы различных систем передачи. К цифровому ли-
нейному сигналу (ЛС) предъявляют следующие требования: ос-
новная доля энергии ЛС должна концентрироваться в области
средних частот, причем низко- и высокочастотные составляющие
спектра были бы незначительны, а постоянная составляющая от-
сутствовала; должно обеспечиваться гарантированное выделение
тактовой частоты в каждом регенераторе; должна обеспечиваться
возможность контроля верности передачи цифровой последователь-
ности; при использовании блочных кодов должно гарантировать-
ся устойчивое выделение сигнала блочной синхронизации.
В зависимости от организации линейного тракта и используе-
мой среды передачи к кодам ЛС могут предъявляться специальные
требования. Например, при использовании в линейном тракте ре-
генераторов с квантованной обратной связью энергетический спектр
ЛС должен содержать низкочастотные составляющие с максималь-
ным уровнем. При использовании волоконно-оптических систем
из-за нелинейности модуляционной характеристики лазерного диода
код ЛС по возможности должен быть двухуровневым (рис. 8.30, 6)
и иметь постоянную плотность переходов с одного уровня на дру-
гой. Таким образом обеспечиваются нужный режим работы ли-
нейного тракта и стабильность выделения тактовой частоты.
Для выполнения указанных требований и, в первую очередь, ус-
тойчивой передачи информации о сигнале тактовой частоты, необ-
256
ходимой для работы ЦСП, требуется наличие в ЛС определенной
избыточности в широком смысле: по диапазону частот, информа-
ционной и т.п.
При выполнении операции кодирования формируются избы-
точность в ЛС и его энергетический спектр изменением структуры
исходного двоичного сигнала и (или) переходом к многоуровне-
вым (многопозиционным) сигналам. Последнее означает, что для
кодирования используются импульсы различных полярностей, ам-
плитуд, число которых определяют алфавит и основание кода L.
Таким образом, преобразователь кода выполняет функции кодера
и модулятора, обеспечивающего формирование ЛС. Формирова-
ние энергетического спектра ЛС необходимо для согласования сиг-
нала со средой передачи и уменьшения переходного влияния между
сигналами параллельно работающих систем передачи в линейном
тракте, организованном по кабелям с медными жилами.
Поскольку работа оборудования ЦСП зависит от наличия и ста-
бильности выделения сигнала тактовой частоты /т, с которой дво-
ичные импульсы поступают на преобразователь кода, код ЛС дол-
жен сохранять неизменной тактовую частоту или формировать
новую тактовую частоту следования импульсов, необходимую для
работы регенераторов линейного тракта.
По этому параметру коды линейных сигналов ЦСП можно раз-
делить на две группы: коды, не изменяющие/т исходного двоично-
го сигнала, и коды, приводящие к изменению /т.
Наибольшее применение в ЦСП получили блочные коды (иног-
да их называют алфавитными), где для обозначения способа коди-
рования и типа кода используют форму записи вида пВкЬ. Латинс-
кими буквами В и L обозначены основания (алфавиты) кодов
исходного сигнала и кода ЛС. Для исходной двоичной последова-
тельности основание равно двум, что и обозначено первой буквой
латинского слова Binary (двоичный). Под буквой L понимается ос-
нование кода ЛС, которое может быть больше или равно двум.
Первую букву латинского слова, означающего это основание, ука-
зывают на месте буквы L: В — двоичный, Т(Ternary) — троичный,
Q (Quternary) — четверичный, QI (Quinary) — пятеричный и т.д.
9 Зак. 4611
257
Например, условное обозначение кодов 1В1L означает, что один
символ двоичного сигнала кодируется одним символом многоуров-
невого ЛС. Такие коды можно рассматривать как простейшие блоч-
ные коды, у которых длина блоков равна единице. Такие коды не
изменяют/т. Избыточность, вносимая кодом в ЛС, обеспечивается
благодаря взаимосвязи между импульсами ЛС и применению мно-
гоуровневых сигналов. Наибольшее распространение получили
трехуровневые коды 1В1Т. Операция кодирования с использова-
нием этих кодов сводится к чередованию полярности импульсов
исходной двоичной последовательности и применению вставок раз-
ного типа (в зависимости от кода) при длинных сериях нулей. Та-
кие коды называют квазитроичными (псевдотроичными), так как для
передачи исходной двоичной последовательности импульсов в них
используют три разрешенных уровня передачи.
Наибольшее распространение в ЦСП получили квазитроичные
коды ЧПИ и КВП-3. Эти коды рекомендованы МККТТ для приме-
нения в ЦСП первого, второго и третьего уровней. Код ЧПИ (че-
редование полярности импульсов) или AMI (Alternating Mark
Inversion) — наиболее простой линейный код. Линейный сигнал
формируется по следующему алгоритму: пробелы (нули) унипо-
лярной последовательности преобразованию не подвергаются, а
импульсы (единичные посылки) меняют полярность на обратную
по отношению к предыдущему импульсу (рис. 8.30, в). Любая
ошибка, появившаяся при передаче: формирование положитель-
ного или отрицательного импульса вместо пробела, изменение
полярности импульса, формирование пробела вместо кодового
импульса вызывает нарушение закона чередования полярности, что
может быть легко обнаружено.
Достоинством кода ЧПИ являются отсутствие в его энергети-
ческом спектре постоянной составляющей и концентрация основ-
ной доли энергии сигнала в области полутактовой частоты 0,5/т
(рис. 8.31, б). Его основной недостаток — трудность выделения так-
тового сигнала при длинных сериях пробелов в двоичной последо-
вательности, поэтому в линейном сигнале такие серии недопустимы,
В этом отношении существенными преимуществами обладают
258
модифицированные коды с чередованием полярности (МЧПИ) или
так называемые коды с высокой плотностью единиц (КВП), в кото-
рых повышена вероятность формирования импульсов по сравне-
нию с исходным двоичным сигналом.
В кодах типа КВП-N (N — допустимое число следующих под-
ряд нулей) или HDB-N (Higt Density Bipolar of order N) каждая
группа из N+l последовательных нулей заменяется группой той
же длины вида В ... Vили 0 ... V, где В — импульс, сохраняющий
правило кодирования ЧПИ, а V — импульс, нарушающий это
правило. На приеме во время восстановления исходного сигнала
замещающая комбинация обнаруживается при анализе структу-
ры линейного сигнала и заменяется соответствующим числом про-
белов. Среди кодов КВП-N наибольшее распространение полу-
чил код КВП-3.
При преобразовании двоичного сигнала в КВП-3 (рис. 8.30, г)
исключается возможность появления более трех последовательных
пробелов. Каждая комбинация из четырех последовательных ну-
лей 0000 заменяется комбинациями вида 000 И или В00И, где В —
импульс, полярность которого противоположна полярности пред-
шествующего кодового импульса, что соответствует закону чере-
дования полярности импульсов, а V — импульс, полярность кото-
рого повторяет полярность предшествующего импульса. Та или
иная замещающая комбинация выбирается так, чтобы число им-
пульсов В, включая информационные импульсы, между двумя пос-
ледовательными импульсами V было нечетным. При этом после-
довательно изменяется знак сдвоенных импульсов одной
полярности, что выравнивает число положительных и отрицатель-
ных посылок в передаваемом сигнале и позволяет устранить
возможность появления постоянной составляющей в спектре
линейного сигнала.
В КВП-3, как и в ЧПИ, возможна проверка случайных оши-
бок, возникающих при передаче цифрового сигнала по линейно-
му тракту. В ЧПИ любая одиночная ошибка обнаруживается при
нарушении чередования полярностей импульсов, а в КВП-3 — при
чередовании полярности сдвоенных импульсов.
259
Энергетический спектр ЛС (спектр мощности) Gif) характери-
зует распределение частотных составляющих по диапазону частот
и зависит от статистических свойств двоичного сигнала и свойств
кода ЛС, которые определяют вероятности появления импульсов
и взаимосвязь между ними.
Энергетический спектр ЛС в общем случае содержит дискрет-
ную и непрерывные составляющие. Наличие дискретных состав-
ляющих, кратных тактовой частоте/т, определяется периодичнос-
тью следования импульсов и зависит от вероятности их появления
в ЛС. При вероятности р ~ 1 в спектре Gif) преобладают дискрет-
ные составляющие, что облегчает выделение одной из них для ра-
боты регенераторов. Сигнал, имеющий такой спектр, состоит пре-
имущественно из импульсов и не переносит полезной информации.
Й наоборот, при р « 0 спектр Gif) содержит непрерывные составля-
ющие, а дискретная составляющая настолько мала, что не позво-
ляет выделить сигнал тактовой частоты, необходимый для работы
регенератора.
Для обеспечения максимума энергии составляющей тактовой
частоты в спектре Gif) линейного сигнала соотношение длительно-
сти импульса /и к периоду следования Т выбрано равным 0,5.
Максимум энергетического спектра Gif) для большинства ко-
дов ЦСП приходится на частоту, близкую к полутактовой, 0,5/т.
В качестве примера на рис. 8.31, б приведен энергетический спектр
сигналов с ЧП И и КВП-3 в диапазоне частот до /т для равной ве-
роятности появления нулей и единиц в последовательности импуль-
сов /?(0) =/?(!) = 0,5. Для кода КВП-3, как и для кода ЧПИ, харак-
терно отсутствие постоянной составляющей и концентрациг
основной доли энергии линейного сигнала в области полутакто-
вой частоты, поэтому затухание регенерационных участков, а так-
же переходное затухание между цепями КЛП при работе ЦСП оп-
ределяются и нормируются на этой частоте.
Характерной особенностью второй группы блочных кодов с из-
менением тактовой частоты является необходимость дополнитель-
ного вида синхронизации — блочной синхронизации, без которой
невозможно однозначное декодирование ЛС на приемном конце.
Обычно блок из и (п > 1) двоичных символов сигналов преоб-
разуется в кодовый блок из к {к> 1) символов ЛС с основанием L 2» 2
при соблюдении условия 2п < Lk.
260
Если основание кода ЛС остается равным двум, код обеспечи-
вает увеличение fr Л С, если оно кода более двух (Г=3, 2 = 4и
др.), кодирование уменьшает/т ЛС. Например, код 5868 озна-
чает, что пять двоичных символов исходного сигнала кодиру-
ется блоком из шести двоичных символов ЛС. В данном слу-
чае L = 2 и к > п (6 > 5), что приведет к увеличению тактовой частоты
/т ЛС в 1,2 раза.
Код 483 Г означает, что основание кода Л С равно трем и п>к
(4>3). Для кода 483 Г тактовая частота уменьшается kf^/n = 0,75/т.
В кабельных ЦСП применяют блочные трехуровневые коды, для
которых сравнительно просто реализуются преобразователи кода
и не ужесточаются требования к регенераторам. При большом числе
уровней усложняются преобразователи кодов и регенераторы.
Отдельную группу кодов образуют коды типа 1828, называе-
мые биимпульсными. Эти коды увеличивают тактовую частоту ЛС
в 2 раза, но не требуют применения блочной синхронизации. Из-
за простоты реализации преобразователей коды 1828 используют
в кабельных и волоконно-оптических ЦСП. Среди кодов этой груп-
пы наибольшую известность получил код CMI (Coding Mark
Inversion) и его модификации, широко используемые в волокон-
но-оптических линейных трактах. Пример кодирования двоично-
го сигнала кодом CMI показан на рис. 8.30, д.
Многообразие линейных кодов, обеспечивает то или иное пре-
имущество при передаче сигналов в линейном тракте. Обычно коды
специализированы к среде распространения, скоростям передачи и не-
которым другим параметрам ЛТ. Использование линейных кодов по-
зволяет улучшить условия передачи импульсных последовательнос-
тей, повысить помехозащищенность, увеличить длину регенерационных
участков, а следовательно, повысить дальность связи и ее качество.
8.6. Нормирование параметров цифровых каналов
итрактов
В общем случае качество передачи цифровых сигналов оцени-
вается количеством ошибок, появляющихся в процессе передачи,
и фазовыми искажениями, которые проявляются как отклонения
символов сигнала от идеальных тактовых позиций.
261
Изначально для оценки частости возникающих ошибок был вве-
ден показатель — коэффициент ошибок — отношение числа сим-
волов (бит), переданных с ошибками, к общему числу переданных
символов за определенный интервал времени:
/Сош = Noni/N (в международной практике и нормативных доку-
ментах Кош обозначают аббревиатурой BER — bit error ratio). Чем
больше интервал времени, в течение которого проводится измере-
ние, тем ближе значение Л*ош к значению вероятности ошибки рош,
которая является теоретической величиной при интервале измере-
ний равном бесконечности.
Однако в процессе изучения причин возникновения ошибок в
цифровых каналах и трактах было установлено, что критерий Кош
не может быть универсальной оценкой качества, так как он отра-
жает реальную картину лишь в тех случаях, когда ошибки имеют
характер стационарного случайного процесса. На практике в циф-
ровых системах передачи ошибки имеют тенденцию к группирова-
нию, т.е. возникают пачки ошибок, свойства которых с помощью
этого показателя не могут быть достоверно правильно оценены, так
как этот процесс не постоянен во времени.
Первоначально в Рекомендации G.821 МСЭ-Т в качестве уни-
версального оптимального показателя ошибок для оценки качества
передачи была предложена процентная доля временных интерва-
лов, где ошибки превышают определенный порог. Были введены
три показателя ошибок: процент секунд с ошибками (одной и бо-
лее); процент секунд, пораженных ошибками (Л*Ош * Ю’3); процент
ухудшенных одноминутных интервалов (Л*ош 10’6).
Однако при практическом применении этой рекомендации воз-
ник ряд проблем:
рекомендации были разработаны для каналов со скоростью пе-
редачи 64 кбит/с, а контроль ошибок необходимо проводить и в
трактах, работающих с более высокими скоростями. Следователь-
но, появились трудности, связанные с идентификацией (сравнени-
ем с нормами) результатов измерений;
для измерения показателей качества необходимо выявлять оши-
бочные символы в передаваемой последовательности, которые мо-
гут быть однозначно опознаны лишь в том случае, когда известна
262
контролируемая последовательность, т.е. необходим перерыв свя-
зи для ввода тестового сигнала.
Эти недостатки учтены в новой Рекомендации G.826 МСЭ-Т,
которая создает предпосылки для оценки качества передачи без
перерыва связи на основе устройств встроенного контроля. Это оказа-
лось возможным при переходе от измерения битовых ошибок к измере-
нию так называемых блочных ошибок. Рекомендация G.821 оставлена
в действии только для основного цифрового канала 64 кбит/с.
Блок — последовательность бит, ограниченная числом бит, от-
носящихся к данному тракту, при этом каждый бит принадлежит
одному блоку.
Число бит в блоке зависит от скорости передачи. Размеры бло-
ка, установленные Нормами на электрические параметры цифро-
вых каналов и трактов магистральных и внутризоновых первич-
ных сетей Госкомсвязи [14] на основе Рекомендации G.826,
приведены ниже.
Скорость передачи, кбит/с.. . 2048 8448 34368 139264
Размер блока, бит 2048 4224 4296 17408
Длина блока, мкс... 1000 500 125 125
Значение блока основано на кратности 125 мкс.
Предполагается, что каждый блок контролируется внутренним
кодом обнаружения ошибок, предусмотренным в цикле систем пе-
редачи или контейнерах SDH.
Контроль характеристик ошибок основан на выявлении и реги-
страции следующих событий, появляющихся в передаваемом циф-
ровом сигнале:
блок с ошибками ЕВ {errored Ыок) — блок, в котором один или
несколько битов, входящих в блок, являются ошибочными;
период с серьезными нарушениями SDP {severely disturbetperiod) —
период из четырех смежных блоков, в каждом из которых или в
среднем за четыре блока коэффициент ошибок BER г> 10“2 или же
отсутствует сигнал;
секунда с ошибками ES {errored second) — период в 1 с, в течение
которого наблюдались хотя бы одна ошибка (G.821), один или не-
сколько ошибочных блоков ЕВ (G .826);
263
секунда, пораженная ошибками SES (severely errored second) —
период в 1 с, в течение которого коэффициент ошибок BER был
более 10"3 (G.821), было более 30 % блоков с ошибками или один
период с серьезными нарушениями SDP (G.826). SES входит в
совокупность ES;
блок с фоновой ошибкой ВВЕ (background Ыок error) — блок с
ошибками ЕВ. не являющийся частью SES.
Соответствие измеренных показателей ошибок установленным
нормам следует оценивать только в промежуток времени готовнос-
ти. Период времени неготовности для одного направления тракта
начинается с наступлением 10 последовательных событий SES. Эти
10 с рассматриваются как часть времени неготовности. Новый пе-
риод времени готовности начинается с наступлением 10 последо-
вательных событий, не являющихся SES. Эти 10 с рассматривают-
ся как часть периода готовности.
Тракт находится в состоянии неготовности, когда хотя бы одно
из его направлений пребывает в состоянии неготовности.
Нормируются следующие показатели ошибок:
коэффициент ошибок по секундам с ошибками ESR (errored
second ratio) — отношение числа секунд с ошибками ES к общему
числу секунд в течение фиксированного интервала времени в пери-
од готовности;
коэффициент ошибок по секундам, пораженным ошибками,
SESR — отношение числа секунд, пораженных ошибками, SES к
общему числу секунд в течение фиксированного интервала време-
ни в период готовности;
коэффициент ошибок по блокам с фоновыми ошибками BBER —
отношение числа блоков с фоновыми ошибками ВВЕ к общему
числу блоков, за вычетом блоков, входящих в SES в течение фикси-
рованного интервала времени в период готовности.
Показатели ошибок являются статистическими параметрами,
поэтому нормы на них должны определяться с соответствующей
вероятностью их выполнения. Для показателей ошибок различают
следующие виды эксплуатационных норм: долговременные и опе-
ративные нормы.
264
Долговременные нормы определены на основе Рекомендаций
МСЭ-Т: G.821 —для ОЦК и G.826 — для ЦСТ (цифровых сетевых
трактов). Соответствие долговременным нормам проверяется при
приемке каналов и трактов, образуемых в ранее не применявшихся
на первичной сети ВСС РФ системах передачи (например, при сер-
тификации), а также при эксплуатационных исследованиях. Это наи-
более полные и длительные испытания (не менее месяца) проводят-
ся обычно с прекращением связи. Их проведение без прекращения
связи возможно, если в проверяемом оборудовании есть соответ-
ствующие средства встроенного контроля и система технической
эксплуатации с памятью, обеспечивающее запоминание и регист-
рацию выработанных показателей ошибок или же есть средства
измерений, выполняющие эти функции.
Оперативные нормы, относящиеся к экспресс-нормам, опреде-
ляются на основе Рекомендации МСЭ-Т серии М.2100, М.550. Они
требуют для своей оценки относительно коротких периодов из-
мерений (длительность определяется функцией технического
обслуживания).
Нормативный документ устанавливает следующие виды опера-
тивных норм:
нормы для ввода в эксплуатацию, используемые, когда каналы
и тракты, образованные аналогичным оборудованием, уже имеют-
ся на сети й прошли долговременные испытания;
нормы технического обслуживания, применяемые при контроле
трактов в процессе их эксплуатации для определения возможности
их дальнейшего использования;
нормы для восстановления систем, используемые при сдаче трак-
та в эксплуатацию после ремонта.
Основой для определения норм на показатели ошибок того или
иного канала или тракта являются эталонные нормы на показате-
ли ошибок полного международного соединения, протяженностью
27500 км (рис.8.33, табл. 8.1). На рис. 8.33 ОП — оконечный пункт;
МЦК — международный центр коммутации.
265
Страна окончания Промежуточные страны Тракт между странами Страна окончания
(подводный кабель)
<-----------X--------------------X------------------М------------->
оп МЦК мик оп
J 1 Национальная часть । । Международные части 1 L Национальная часть
z — 27500 км - ъ
Рис. 8.33
Таблица 8.1
Вид тракта (канала) Скорость, кбит/с Долговременные нормы1 Оперативные нормы
ESR, SESR, BBER. ESR, SESR,
ОЦК 64 0,08 0,002 - 0,04 0,001
ПЦСТ 2048 0,04 0,002 3104 0,02 0,001
ВЦСТ 8448 0,05 0,002 2-10“* 0,025 0,001
тцст 34368 0,075 0,002 210'4 0,0375 0,001
ЧЦСТ 139264 0,16 0,002 2-Ю’4 0,08 0,001
1 Соответствуют Рекомендациям МСЭ-Т G.821 для ОЦК и G.826 для ЦСТ.
2 Соответствуют Рекомендации МСЭ-Т М2100.
Распределение предельных расчетных норм на показатели оши-
бок по участкам канала (ОЦК) номинальной цепи (рис. 8.34) или
тракта (ЦТ) первичной сети приведено в табл. 8.2.
На рис. 8.34 МС — местная сеть, ВЗС — внутризоновая сеть.
Зоновая сеть Магистральная сеть Зоновая сеть
МС ВЗС 1 г ВЗС . МС
п Г 1 г 1; х ?
J [00 км J L 600 км _ J L 12500 км J L 600 км L 100 км
Рис. 8.34
266
Таблица 8.2
Норма Абонент- ская линия Местная первичная сеть Внутризоно- вая первич- ная сеть Магистраль- ная первич- ная сеть
ОЦК ЦТ ОЦК ЦТ ОЦК ЦТ ОЦК ЦТ
Долговременная С: ESRy/ESRa 0,15 — 0,075 0,075 0,075 0,075 0,2 0,2
SESRy/l/2SESRo 0,15 — 0,075 0,075 0,075 0,075 0,2 0,2
BBERy/BBERa — — — 0,075 — 0,075 — 0,2
Оперативная D: ESRy/ESR3 0,15 0,075 0,075 0,075 0,075 0,2 0,2
SESRy/l/2SESR3 0,15 - 0,075 0,075 0,075 0,075 0,2 0,2
Примечание. К норме на SESR при включении в тракт или канал местной
первичной сети участка с радиорелейной СП добавляется 0,05 %, при одном
участке со спутниковой СП — 0,01 %.
При длине участков L, отличающейся от эталонной, доля рас-
четных эксплуатационных норм на показатели ошибок (С — для
определения долговременных и D — для определения оператив-
ных норм на МС и ВЗС взаимоувязанной сети связи РФ) — рассчи-
тывается по данным табл. 8.3.
Таблица 8.3
МС ВЗС
Длина!, км Долговре- менная норма С Оператив- ная норма D Длина, км Долговре- менная норма С Оператив- ная норма D
250 0,004 0,015 50 0,0062 0,023
500 0,008 0,02 100 0,0125 0,03
750 0,012 0,025 150 0,0188 0,039
1000 0,016 0,03 200 0,025 0,048
1500 .0,024 0,038 300 0,0375 0,055
2000 0,032 0,045 400 0,05 0,059
2500 0,04 0,05 500 0,0625 0,063
5000 0,08 0,08 600 0,075 0,075
7500 0,12 0,11 — — —
10000 0,16 0,14 — — —
12500 0,2 0,17 — — —
Когда длина участков отличается от приведенной в табл. 8.3, ее
следует округлить в большую сторону:
267
для ВЗС с точностью до 50 км при L < 200 км и точностью
до 100 км при L > 200 км, при этом округленные величины полно-
стью соответствуют нормативам (см. табл. 8.3);
для МС округление проводится с точностью до 250 км при L < 1000 км и
точностью до 500 км при L > 1000 км. Для значений L > 2500 км, не приве-
денных в табл. 8.3, долю расчетной нормы определяют по формулам:
для долговременных норм
С= L-0,016-10”3;
для оперативных норм
В» 0,05 + 0,006 £~ 2500.
500
Суммарное значение D для канала или тракта, проходящего че-
рез МС и два участка ВЗС, не должно превышать 0,35.
При определении долговременных норм для тракта, образованно-
го системами различного типа (например, волоконно-оптическими и
радиоприемными), округление проводится для каждого участка. На
каждый из них определяют свою норму, а норму на тракт — суммиро-
ванием норм на участки. Аналогично действуют, когда канал или тракт
проходит по разным участкам сети (например, МС и ВЗС).
Контроль показателей ошибок для определения соответствия
оперативным нормам может проводиться в условиях эксплуатации
за различные периоды времени: 15 мин, 1 ч, 1 сут., 7 сут. Для анали-
за результатов необходимо определять предельные значения ES и
SES за период наблюдения.
При вводе тракта в эксплуатацию (первоначальном или после
ремонта) следует пользоваться предельными значениями показа-
телей ошибок ES и SES по отношению к эталонной норме, приве-
денными в табл. 8.4 (Рекомендация МСЭ-Т М550).
Таблица 8.4
Операция технического обслуживания Отношение качества к эталонной норме К
Сетевой тракт ЦСТ, сетевой участок О ЦК Оборудование передачи
Ввод в эксплуатацию при запуске S1 0,5 0,1
Ввод после ремонта 0,5 0,125
Предельное значение для ухудшения качества S2 0,75 0,5
Эталонная норма 1,0 1,0
Предельное значение недопустимого качества (вывод из эксплуатации) Более 10 Более 10
268
Предельные значения ES и SES устанавливаются в соответствии
с требованиями, определенными разработчиками аппаратуры, с
учетом иерархического уровня тракта.
Таким образом, контроль электрических параметров цифровых
каналов и трактов требует не только знания основных показателей
качества, но и определенной предварительной работы по определе-
нию их предельных значений, соответствующих типу тракта, его
протяженности, типа и цели измерений, их продолжительности.
Исходные данные для расчетов и методика приведены в специальном
документе Министерства связи (Нормы на электрические параметры циф-
ровых каналов и трактов магистральных и внутризоновых первичных
сетей [14]), которым руководствуются все предприятия связи.
В этом же документе определены нормы на другие важные по-
казатели качества передачи цифровых сигналов — фазовые дрожа-
ния и дрейф фазы.
Это специфичные искажения, которые возникают в процессе пе-
редачи цифровых сигналов. Стабильность задающих генераторов
систем передачи имеет конечное значение. Выделение колебаний
тактовой частоты из цифрового сигнала в регенераторах, оконеч-
ной и промежуточной аппаратуре также не может происходить с
идеальной точностью. В результате регулярность следования эле-
ментов сигнала (битов) несколько нарушается и не совпадает с
временными позициями исходной тактовой последовательности.
Кратковременные отклонения фактических положений элементов
цифровых сигналов от желаемых (идеальных) временных позиций
известны в технике цифровой связи под названием фазовых дро-
жаний (джиттера), долговременные отклонения — дрейф фазы.
Рассмотрим регулярную последовательность импульсов пере-
данного сигнала, которая после прохождения по тракту передачи
становится слегка нерегулярной (рис. 8.35, а). Отклонения от мо-
ментов регулярного хронирования, выделенные на рис. 8.35, б,
можно изобразить в виде серии ординат в исходных регулярных
интервалах, которые, в свою очередь, могут быть представлены в
виде отсчетов некоторой непрерывной функции, описывающей
модуляцию фазы хронирующего сигнала (рис. 8.35, в). Это коле-
бание можно выделить и измерить с использованием специально-
го испытательного оборудования.
269
Рис. 8.35
Дрейф фазы в отличие от фазовых дрожаний определяется как
долговременное отклонение временных положений элементов циф-
рового сигнала от идеальных. Точное различие между фазовыми
дрожаниями и дрейфом фазы окончательно не определено: отсут-
ствует строгое определение по частоте и их чаще всего разделяют
по причинам, в основном связанным с изменением затуханий и па-
раметров схемных элементов от температуры. Дрейф фазы может
быть очень большим (сотни и даже тысячи тактовых интервалов).
Существенным является тот факт, что основное оборудование пе-
редачи (линейные тракты и аппаратура временнбго группобразо-
вания) является «прозрачным» для низкочастотных изменений
фазы. Однако отдельные типы оборудования, такие, как цифровые
коммутаторы, могут оказаться чувствительными к дрейфу фазы и
требуют принятия определенных мер для устранения его влияния.
Большое значение фазовых дрожаний или дрейфа фазы может
привести к увеличению коэффициента ошибок в пунктах регенера-
ции сигнала в результате смещения моментов принятия решений о
виде передаваемого символа (нуль или единица) относительно сво-
их оптимальных временных положений и даже (при определен-
ных обстоятельствах) к сбоям в передаче цифровых сигналов.
270
Глава 9. Прянцяпы построения элементы
аппаратуры каналообразованпя цифровых
систем передали информации
9.1. Построение аппаратуры каналообразованпя
Аппаратура, в которой осуществляются аналого-цифровое и об-
ратное преобразования сигналов, а также формирование и разделе-
ние первичного цифрового тракта, является составной частью систе-
мы передачи всех ступеней иерархии (ИКМ-30, -120, -480, -1920). Ее
используют в качестве каналообразующего оборудования и подклю-
чают к линейному тракту (первичные ЦСП) или оборудованию вре-
менного группообразования (ЦСП второго уровня иерархии и выше).
Выпускают различные типы каналообразующей аппаратуры,
однако принципы ее построения, основанные на ИКМ-преобразо-
вании, едины для всего оборудования. Тем не менее в аппаратуре
последних выпусков существенным шагом в совершенствовании
каналообразующей аппаратуры можно считать применение инди-
СУВ
Рис. 9.1
видуального кодирования, которое при неизменном алгоритме
преобразования сигналов влияет на структуру построения обору-
дования. На особенности и преимущества аппаратуры с индивиду-
альным кодированием обращалось внимание в п. 3.3, однако
принципы построения каналообразующего оборудования и отдельных
его узлов удобно рассмотреть
на примере аппаратуры
ИКМ-30, которая явилась ос-
новой для разработки аппара-
туры последующих поколений.
Основную часть оконечной
станции аппаратуры ИКМ-30
(рис. 9.1) составляет аппара-
тура цифрового каналообра-
зования (АЦК). Иногда ее
называют аналого-цифровое
оборудование (АЦО). Ин-
дивидуальной частью АЦК
271
являются приемопередатчики ПП1—ППЗО, в которых обрабаты-
ваются сигналы, соответствующие только одному каналу ТЧ. Ос-
тальные блоки групповые, в них обрабатываются сигналы всех 30
каналов. Временная диаграмма, иллюстрирующая последователь-
ность обработки сигналов в АЦК ИКМ-30 на примере передачи
сигналов трех каналов, образованных методом ИКМ-ВРК, при-
ведена на рис. 9.2.
На вход приемопередатчика каждого канала поступают анало-
говые сигналы 1,2,3. При двухпроводном окончании сигналы про-
ходят через дифференциальную систему, удлинитель, которым ус-
танавливается требуемый уровень передачи, фильтр нижних частот
Д-3,4, ограничивающий спектр передаваемого сигнала, согласую-
щий усилитель и модулятор АИМ-I. При четырехпроводном окон-
чании каналов дифференциальная система отключена. К модуля-
тору АИМ-I подводятся управляющие сигналы, которые
представляют собой кратковременные импульсы, следующие с ча-
стотой дискретизации 8 кГц. В результате непрерывные сигналы
преобразуются в дискретные, модулированные по амплитуде. Ре-
зультат модуляции — сигнал АИМ-I для канала 1 (диаграмма 4).
Сдвинутые друг относительно друга сигналы АИМ с выходов всех
30 приемопередатчиков поступают на вход кодера. На диаграмме
5 показан трехканальный групповой АИМ-сигнал.
На входе кодера Кд сигналы АИМ-I преобразуются в АИМ-П
(диаграмма 6). В дальнейшем сигналы преобразуются в соответ-
ствии с квазилогарифмической характеристикой компандирования
типа А (А = 87,6/13) при восьмиразрядном двоичном кодирова-
нии. Цифровой сигнал на выходе кодера приведен на диаграмме 7.
В формирователе линейного сигнала ФЛС в импульсную пос-
ледовательность кодера вводятся сигналы синхронизации, а также
сигналы управления и взаимодействия между АТС (СУВ — «по-
сылка вызова», «ответ станции», «отбой» и т.п.), передаваемые на
служебных позициях (эти сигналы на диаграмме не показаны).
С выхода ФЛС импульсная последовательность проходит через
преобразователь кода передачи ПК Пер, где однополярная после-
довательность импульсов преобразуется по определенному закону
в двухполярный (квазитроичный) линейный сигнал (диаграмма 8).
272
„ iijjiiiiiij.iiiji.ij?I,,iii и 11 и ii I ill iiiil ,
_____ PC
12 3 12 3 1
12 3 12 3 1
--*--4--X--4 .-X--X---4-
Канальные интервалы
Канальные интервалы
Передача
Прием
Рис. 9.2
Для исключения длинных последовательностей нулевых посылок,
отрицательно влияющих на работу устройств выделения сигналов
тактовой частоты в регенераторах и на приемной станции, в АЦК
ИКМ-30 на выходе кодера предусмотрено инвертирование четных
273
разрядов импульсного сигнала. Даже при свободности каналов,
когда кодовые комбинации будут состоять в основном из пробелов
(нулей), в линию будет посылаться последовательность вида
...010101..., что повышает стабильность работы линейных устройств.
Сигнал, сформированный в АЦК, проходя по линии передачи,
претерпевает затухание, а также подвергается искажениям и дей-
ствию различных помех. Линейные регенераторы, расположенные
вдоль линии, восстанавливают его форму. Аналогично им работа-
ет станционный регенератор, который не входит в состав АЦК. На
него поступает ослабленный, искаженный сигнал (диаграмма 9),
где он восстанавливается и поступает на вход приемной части АЦК.
В приемной части АЦК квазитроичный сигнал (диаграмма 10)
в ПК Пр преобразуется в однополярный двоичный сигнал
(диаграмма 11). С учетом введенной на передаче инверсии четных
разрядов этот сигнал в декодере Д преобразуется в последователь-
ность АИМ-отсчетов — групповой АИМ-сигнал приема (диаграмма 12),
поступающих на входы приемопередатчиков. В каждом из них вре-
менным селектором (ВС), включаемым в определенные моменты
времени по сигналам генераторного оборудования с частотой 8 кГц,
выделяется индивидуальный АИМ-сигнал (диаграммы 13—15), в
спектре которого присутствует исходный спектр передаваемого те-
лефонного сигнала. Полезный сигнал выделяется фильтром ниж-
них частот и после усиления поступает на выход приемопередат-
чика. Требуемый уровень приема устанавливается удлинителем.
Сигналы СУВ выделяются в приемнике синхросигналов Пр СС
и направляются в соответствующие согласующие устройства для
преобразования в исходную форму.
Последовательность работы устройств тракта передачи и приема
АЦК определяется импульсными последовательностями, которые
вырабатываются генераторным оборудованием передачи/приема.
Блоки ГО Пер и ГО Пр одинаковы, их различие только в тактовой
синхронизации. Блок ГО Пер работает от сигналов тактовой час-
тоты, вырабатываемой задающим генератором ГЗ-2048, а такто-
вая последовательность импульсов для работы ГО Пр выделяется
в устройстве выделения тактовой частоты (ВТЧ) блока ПК Пр из
линейного цифрового сигнала. Начальная фаза работы ГО Пр ус-
танавливается по сигналу синхронизации, поиск которого в циф-
ровом потоке выполняет приемник Пр СС.
274
В аппаратуре каналообразования с индивидуальным кодиро-
ванием отсутствует групповой АИМ-тракт, объединение сигналов
происходит в цифровом тракте (мультиплексирование), но после-
довательность преобразования и элементы цепи передачи остают-
ся те же: фильтр, АИМ-модулятор, кодер, входящие в этом случае в
состав приемопередатчика, и ФЛС с ПК Пер. Аналогично в при-
емной части (см. рис. 8.6).
9.2. Структура цикла и генераторное оборудование
В аппаратуре ИКМ сигналы передаются методом временндго
разделения каналов поочередно и циклически. Длительность цик-
ла (период повторения сигналов одного канала) определяется час-
тотой дискретизации Гц= 1//д = 1/8 кГц = 125 мкс. За это время в
аппаратуре ИКМ-30 передаются восьмиразрядные кодовые комби-
нации 30 каналов ТЧ, а также служебные сигналы, занимающие еще
два канальных интервала: в начале и середине каждого цикла. Для
распределения сигналов СУ В 30 телефонных каналов циклы ИКМ-30
группируются в сверхциклы по 16 циклов ЦО—Ц15. Временное
структуры цикла и сверхцикла приведены на рис. 9.3.
Каждый цикл разбит на 32 канальных интервала КИО—КИ31
по восемь тактовых интервалов — разрядов (Р1—Р8) каждый. В
течение канального временнбго интервала (3,91 мкс) передается ко-
довая комбинация одного телефонного канала, состоящая из пос-
ледовательности символов 0 и 1.
Начало цикла определяется по цикловому синхросигналу (ЦСС)
вида 0011011, передаваемому в разрядах Р2—Р8 нулевого каналь-
ного интервала четных циклов ЧЦ. Первый разряд КИО отводится
для передачи служебной информации, третий в нечетных циклах
НЦ — для передачи сигналов аварии о потере цикловой синхро-
низации X. Прием логического сигнала 0 соответствует нормаль-
ному состоянию, а 1 — аварийному. В тактовом интервале Р2 по-
стоянно передается 1 (в отличие от Р2 в цикловом синхросигнале),
что необходимо для проверки в процессе поиска ЦСС. Остальные
разряды нулевого канального интервала в нечетных циклах
обычно не заняты, но могут быть использованы для передачи
275
Рис. 9.3
служебной информации. Начало сверхцикла определяется по цик-
лу, который содержит сверхцикловый синхросигнал вида 0000. Его
передача предусмотрена в нулевом цикле ЦО, в КИ16, в разрядах
Р1—Р4. Разряд Р6 этого же канального интервала используется для
передачи аварийного сигнала о сбое сверхциклового синхрониз-
ма У (0 — норма, 1 — авария). В циклах Ц1—Ц15 по канальному
интервалу КИ16 передаются СУ В между АТС. Сигналы взаимо-
действия не требуют восьмиразрядного кодирования, поэтому в
каждом цикле для одного телефонного канала организуются по
два одноразрядных сигнальных канала СК: в Ц1 —для первого Р1
и Р2, 16-го Р5, Р6 каналов ТЧ, в Ц2 — второго, 17-го и так далее.
В неиспользуемых разрядах по канальному интервалу КИ16 пе-
редаются балластные сигналы 0 или 1.
Выходной сигнал АЦК представляет собой случайную последо-
вательность положительных, отрицательных импульсов и пробелов
в коде AMI или HDB-3 в соответствии с ГОСТ 26886-86 на первич-
276
ный стык. Длительность импульсов равна половине тактового ин-
тервала (244±25) нс, амплитуда — (3±0,3) В на нагрузке (120± 1) Ом.
Цикл передачи ИКМ-30 формируется управляющими последо-
вательностями импульсов, которые вырабатываются и распреде-
ляются во времени генераторным оборудованием. Управляющие
сигналы от него направляются в соответствующие узлы аппарату-
ры каналообразования. Функционально генераторное оборудова-
ние делится на передающее и приемное. Основное отличие передаю-
щего ГО от приемного — наличие задающего тактового генератора.
В приемной части колебания тактовой частоты выделяются из
принимаемого цифрового сигнала устройством выделения такто-
вой частоты (ВТЧ). В первичной системе передачи все основные уп-
равляющие импульсные последовательности получаются делени-
ем тактовой частоты. Генераторное оборудование аппаратуры
ИКМ-30 содержит следующие узлы (рис. 9.4):
Установка по Ц Установка по СЦ
Рис. 9.4
устройство тактовой синхронизации, вырабатывающее импуль-
сы с тактовой частотой fr = 2048 кГц; в передающей части — гене-
ратор ГЗ-2048 с кварцевой стабилизацией частоты, в приемной —
устройство выделения тактовой частоты ВТЧ-2048;
делитель разрядный ДР, формирующий восемь импульсных пос-
ледовательностей (Р1—Р8) с частотой следования кодовых групп,
используемых для управления групповыми устройствами, fp - fjln,
где п — разрядность кода;
277
делитель канальный ДК, формирующий 32 импульсные после-
довательности, соответствующие канальным интервалам цикла пе-
редачи КИО—КИ31 и используемые для управления индивидуаль-
ными устройствами: /ки - /т /«Л/ - /д, где М — число каналов
аппаратуры с учетом служебных КИ; /Д — частота дискретизации;
делитель цикловой ДЦ, формирующий 16 импульсных после-
довательностей, соответствующих циклам ЦО—Ц15, которые ис-
пользуются для управления оборудованием СУВ и формирова-
ния сигналов синхронизации по циклам (Ц) и сверхциклам (СЦ).
Цикловая частота /ц = J\l пМк, где к — число циклов в сверхцикле.
В качестве делителя частоты применяют регистры. Для аппара-
туры И КМ-30 частоты на выходе регистров будут: /р = 2048 / 8 =
= 256 кГц,/ки = 2048 / (8x32) = 8 кГц,/ц = 2048 / (8x32x16) = 0,5 кГц.
На приеме начальная фаза работы ДР и ДК и приемного гене-
раторного оборудования устанавливается по цикловому ЦСС, а ДЦ —
по сверхцикловому СЦСС синхросигналам, которые выделяются
из цифрового потока в Пр СС. Поэтому в приемном ГО предус-
мотрены специальные шины для установки делителей в нулевое
состояние сигналами, поступающими от Пр СС.
В каналообразующей аппаратуре с индивидуальным кодиро-
ванием управляющие последовательности несколько отличаются
от представленных выше. Это объясняется отличием в построении
оборудования. Однако структура цикла в аппаратуре, формирую-
щей первичный цифровой поток, одинакова и соответствует реко-
мендациям МСЭ-Т. Использование КИ16 может быть различным.
В некоторых системах его используют для организации служебной
связи или передачи дискретной информации со скоростью 64 кбит/с.
Как правило, в КИ16 передаются сигналы между АТС по сигналь-
ным каналам или специальному общему каналу сигнализации.
9.3. Амплитудно-импульсные модуляторы
Первым шагом при преобразовании аналоговых сигналов в циф-
ровые является дискретизация, в результате которой исходные сиг-
налы преобразуются в последовательность импульсов с амплиту-
дами, соответствующими значениям сигналов в моменты
278
дискретизации. Таким образом, дискретизацию можно охаракте-
ризовать как амплитудно-импульсную модуляцию, а устройства,
осуществляющие ее, называют амплитудно-импульсными моду-
ляторами. Рассмотрим работу этих модуляторов в каналообразу-
ющем оборудовании, основанном на принципе группового коди-
рования сигналов.
Форма АИМ-сигналов может быть различной и зависит от схемы
модулятора. На рис. 9.5 приведена схема амплитудно-импульсного
модулятора, применяемого в
приемопередатчиках аппара-
туры ИКМ-30. Модулятор
представляет собой последо-
вательный компенсирован-
ный ключ, управляемый им-
пульсами генераторного
оборудования, которые пода-
ются на базу-коллектор тран-
зисторной сборки. Использо-
вание транзисторной сборки
Рис. 9,5
обеспечивает идентичность параметров транзисторов, что, в свою
очередь, улучшает параметры модулятора (уменьшается коэффи-
циент нелинейных искажений, увеличивается сопротивление в зак-
рытом состоянии и т. д.).
Одно из основных требований, предъявляемых к ключу — от-
сутствие остатков управляющих импульсных сигналов на выходе
модулятора, которые приводят к увеличению шумов в каналах сис-
темы передачи. В этой схеме симметричность относительно уп-
равляющего напряжения, а, следовательно, подавление (балансировка)
остатков импульсных управляющих сигналов улучшаются благо-
даря применению пары транзисторов, выращенных на одном кри-
сталле кремния. Обеспечение высокого сопротивления ключа в зак-
рытом состоянии является одним из условий уменьшения внятных
переходных влияний между каналами, поэтому для более надеж-
ного закрывания транзисторов на их базы через резистор R пода-
ется запирающее напряжение смещения.
В аппаратуре с групповым кодированием АИМ-сигналы на вы-
ходе приемопередатчиков формируются в групповой сигнал и для
279
снижения взаимных влияний между каналами необходимо
обеспечить защитный интервал между импульсами группового
АИМ-сигнала т3. Если время, предоставляемое каждому каналу,
обозначить гки, а время замыкания ключа (длительность импульса)
Xi, можно записать следующие соотношения: xj < /ки, тз = /ки -Т[.
В аппаратуре ИКМ-30 длительность импульса xi принимается рав-
ной половине гки (рис. 9.6).
Модуляторы приемопередатчиков аппаратуры ИКМ-30 (см. рис. 9.5)
выполняют амплитудно-импульсную модуляцию первого рода
АИМ-I, при которой вершины импульсов, получаемых на выхо-
де этих ключей, повторяют форму исходного сигнала в интерва-
лах времени Т|. Для последующих квантования и кодирования тре-
буется точная фиксация мгновенных значений сигналов и удержание
их на время кодирования, т.е. необходимо формирование импуль-
сов определенной амплитуды с плоской вершиной и заданной дли-
280
тельностью, что обеспечивается при амплитудно-импульсной мо-
дуляции второго рода АИМ-П.
Модуляторы АИМ-I обрабатывают индивидуальные сигналы в
отличие от модуляторов АИМ-П, которые, как правило, являются
групповыми устройствами, и, следовательно, на их вход поступает
групповой АИМ-сигнал, состоящий из последовательности идущих
друг за другом амплитудно-модулированных импульсов всех или
группы каналов системы. Это обстоятельство, а также использование
для кодирования только плоской вершины каждого сигнала позволяют
применять схему модулятора АИМ-П, на выходе которой в каждом
канальном интервале фиксируются мгновенные значения сигналов, а
импульсный характер группового сигнала утрачивается. Такую схему
модулятора АИМ-П применяют в аппаратуре ИКМ-30 (рис. 9.7).
Групповой АИМ-тракт в аппаратуре ИКМ-30 выполнен по сим-
метричной схеме, что обеспечивает высокую помехозащищенность
узлов преобразования АИМ-сигнала. Перед модулятором АИМ-П
для преобразования несимметричного входного сигнала АИМ-I в
симметричный включены два последовательно соединенных инвер-
тирующих усилителя Ус1 и Ус2. Ключи К1 и К2, входящие в мо-
дулятор АИМ-П, управляются от генераторного оборудования ГО
формирователем импульсов ФИ. Когда К1 и К2 закрыты, на
Групповой
сигнал
АИМ II
281
конденсаторе Сн обеспечивается режим хранения мгновенного зна-
чения сигнала данного канального интервала (см. рис. 9.6), так как
входное сопротивление буферных усилителей УсЗ и Ус4 больше
1 МОм. За это время (гхр — время хранения) должен закодировать-
ся сигнал. Для более надежной работы кодирующих устройств вре-
мя кодирования /код несколько меньше времени хранения. В ин-
тервале времени /пз конденсатор Сн перезарядится.
Низкое динамическое выходное сопротивление инвертирующих
усилителей Ус1 и Ус2 (примерно 20 Ом) и низкое динамическое со-
противление ключей К1 и К2 (не более 10 Ом) позволяют перезаря-
дить конденсатор Си до мгновенного значения сигнала следующе-
го интервала zKH+l в интервале времени гпз с точностью до 0,01 %.
Это позволяет обеспечить требуемое затухание внятных переход-
ных помех между каналами. При использовании данной схемы мо-
дулятора АИМ-П обычно выдерживаются следующие временные
соотношения: гки = /пз + гхр, /пз < 'код < 'хр-
Качество модуляторов АИМ-П во многом определяет внятные
переходные влияния в системах передачи с групповым кодирова-
нием. Для уменьшения влияния цепей, связывающих кодер и моду-
лятор АИМ-П, на характеристики каналов системы передачи мо-
дуляторы АИМ-П обычно устанавливаются на платах кодера и
образуют его входную аналоговую часть.
В общем случае схемы модуляторов АИМ-П в системах с груп-
повым и индивидуальным кодированием не будут отличаться, из-
меняется только его быстродействие. Если в системах с индивиду-
альным кодированием за время цикла (125 мкс) обрабатывается
только один импульс АИМ-сигнала, в системах с групповым коди-
рованием число обрабатываемых импульсов зависит от того, на
сколько каналов рассчитан кодер.
9 Л. Кодер и декодер
Основной функцией кодера является выполнение операций кван-
тования и кодирования АИМ-сигналов, или, иными словами, ана-
лого-цифровое преобразование группового АИМ-сигнала в пос-
ледовательность кодовых комбинаций. Для закодирования сигнала
282
весь непрерывный динамический диапазон изменения входного сиг-
нала разбивается на несколько отдельных участков — интервалов
(шагов) квантования Квантование заключается в присвоении
значения амплитуды АИМ-сигнала 17вх ближайшего к нему раз-
решенного значения Uj, называемого1 уровнем квантования, при
соблюдении условия
C7,.-6,./2<C/BxS[/,.+6z/2. (9.1)
Ошибки, возникающие при этом, не превышают половины ин-
тервала квантования:
Дкв-|Ц,х-<фб,./2.
Очевидно, чем больше уровней квантования 7V, чем чаще они
расположены в динамическом диапазоне изменения сигнала, тем
меньше 6/, и, следовательно, возникающие ошибки будут меньше.
Амплитуда АИМ-сигналов кодируется двоичным симметрич-
ным кодом по принципу уравновешивания амплитуд тока коди-
руемых импульсов эталонными токами, который для случая равно-
мерного квантования (б = const) поясняется схемой, приведенной на
рис. 9.8. Напомним, что квантование, а следовательно, и кодирование
с постоянным шагом квантования называется линейным. Кодирова-
ние можно представить как процесс поэтапного взвешивания с фикса-
цией результата каждого этапа взвешивания «больше—меньше». Взве-
шивание начинают с эталона наибольшего «веса», соответствующего
Эталоны
взвешивания
Результат
взвешивания
283
середине диапазона квантования. Если измеряемая амплитуда боль-
ше эталона, к последнему на следующем этапе добавляют эталон
«весом» в 2 раза меньшим. Если результат взвешивания показыва-
ет, что эталоны «тяжелее», последний эталон снимают, ставят в 2
раза меньший и т.д. Очевидно, что по окончании взвешивания сум-
ма эталонов будет равна значению измеряемого сигнала (с точно-
стью до наименьшего эталона). Фиксация результатов каждого эта-
па взвешивания («больше» как 1, «меньше» как 0) дает запись
амплитуды измеряемого сигнала в двоичном коде.
Важная характеристика кодера — амплитудная характеристика
квантующего устройства. Она во многом определяет качество пе-
редачи сигналов, так как возникающие при квантовании ошибки
приводят к искажениям квантования (их часто называют шумами
квантования), которые являются специфическими искажениями,
присущими ЦСП. Их принято оценивать по отношению мощнос-
тей сигнала и искажений квантования, дБ:
e = 101g(Pc/PKB). (9.2)
Так как линейное квантование не удовлетворяет требованиям к
качеству передачи речевых сигналов (см. п. 8.2), в каналообразую-
щей аппаратуре с ИКМ применяют кодер взвешивающего типа с
нелинейной характеристикой квантования. Нелинейное квантова-
ние заключается в изменении интервала квантования 6 пропорци-
онально изменению амплитуды входного сигнала, что позволяет
достигнуть постоянства отношения сигнал/искажение (см. рис. 8.11).
При нелинейном кодировании процессы квантования и коди-
рования объединены, нелинейная квантующая характеристика
формируется непосредственно в кодере. В кодере аппаратуры евро-
пейской системы иерархии применяют квазилогарифмическую ха-
рактеристику с линейным касательным отрезком следующего вида:
Ах!(\ + In А), 0 s |.г| А
? (1 + 1пЯх)/(1 + 1п/4),1/Я s|x|sl,
где А = 87,6 — параметр компрессии; х = UmIUM max; У = t/BbIX/t/Bb)X max.
Плавная характеристика компрессии заменяется ломаной лини-
ей, состоящей из прямолинейных отрезков — сегментов, прибли-
284
женно аппроксимирующих указанный закон сжатия динамичес-
кого диапазона передаваемых сигналов (рис. 9.9). Для систем с вось-
миразрядным кодированием МККТТ рекомендует характеристи-
ки компрессии, состоящие из 16 сегментов — по восемь для
положительной и отрицательной областей изменения сигнала, каж-
дый из которых содержит 16 уровней квантования. В пределах каж-
дого сегмента S / = const, следовательно, закон квантования в сег-
ментах линейный. На рис. 9.9 приведена характеристика для
абсолютного значения кодируемого сигнала. Нулевой и первый
сегменты имеют одинаковые интервалы квантования б mjn = б, в
остальных сегментах интервалы квантования последовательно уд-
ваиваются. Четыре центральных сегмента (два в положительной и
два в отрицательной областях) имеют одинаковые интервалы кван-
тования и их можно рассматривать как один центральный сегмент.
Поэтому в обозначении типа характеристики компандирования
Рис. 9.9
285
кодера А-87,6/13 первое число соответствует параметру компрес-
сии, второе — числу сегментов.
При линейном квантовании мощность искажений квантования
не зависит от уровня входного сигнала: Ркв = б2/12 (см. п. 8.2).
Следовательно, зависимость Q = Дрвх), рассчитанная по выраже-
нию (9.2), для каждого сегмента
будет иметь одинаковый наклон.
При переходе значением входно-
го сигнала границ сегментов, т.е.
при изменении шага квантования
в два раза мощность шумов кван-
тования будет резко изменяться.
Поэтому расчетная зависимость
Q = ЛРвх) Для сегментированной
характеристики квантования ко-
дера аппаратуры ИКМ-30 будет
иметь пилообразную форму
(рис. 9.10, сплошная кривая).
Для сравнения приведена зависи-
мость Q = /(рвх) (штрихпунктирная линия) для кодера с линейным
законом квантования и таким же числом уровней квантова-
ния, как и в аппаратуре ИКМ-30.
Из сравнения характеристик можно сделать вывод о выравнивании
отношения сигнал/искажения квантования в основном динамическом
диапазоне передачи речевых сигналов. В результате некоторого сниже-
ния отношения Q в области сигналов с большим уровнем значительно
(на 20—25 дБ) повышается качество передачи малых сигналов.
При измерениях Q в реальных каналах получается плавная за-
висимость Q = Дрвх) (штриховая кривая), так как при измерении
обычно в качестве испытательного используется специальный шу-
мовой сигнал, мгновенные значения которого распределены по
всему диапазону квантования, что позволяет получить интеграль-
ную характеристику.
В восьмиразрядной кодовой группе символ первого разряда не-
сет информацию о полярности кодируемого сигнала, символы вто-
рого-четвертого разрядов соответствуют номеру сегмента, в пре-
делах которого находится амплитуда (7ВХ, символы остальных
286
четырех разрядов — номеру интервала квантования в пределах дан-
ного сегмента. В пределах каждого сегмента 16 уровней квантования
формируются четырьмя эталонными сигналами (см. рис. 9.8), но сна-
чала выбирается эталонный сигнал, соответствующий нижней грани-
це сегмента, в который попадает амплитуда входного сигнала.
Значения эталонных сигналов для каждого сегмента характери-
стики квантования приведены в табл. 9.1. За условную единицу
«веса» каждого эталона принят минимальный интервал квантова-
НИЯ 6min = 6.
Таблица 9.1
Номер сегмента Эталон, соответствующий нижней границе при выборе сегмента (2—4 такты кодирования) Эталоны в сегментах при выборе интервала квантования (5—8 такты кодирования)
6; 28, 36; 48,
0 06 16 26 46 86
1 166 16 26 48 86
2 328 28 48 86 168
3 648 46 88 168 328
4 1288 86 168 326 648
5 2568 168 328 648 1288
6 5128 326 648 1286 2568
7 10248 648 1286 2568 5128
Из табл. 9.1 видно, что для формирования любого из 128 уровней
при кодировании положительных (или отрицательных) сигналов до-
статочно иметь И эталонных сигналов: 18, 26, 46, 86, 166, 326, 646,
1286, 2566, 5126 и 10246. Для кодирования одного из квантованных
значений в пределах всей характеристики одновременно использует-
ся не более пяти эталонов, так как значение уровня квантования скла-
дывается из эталонного сигнала, соответствующего нижней границе
выбранного сегмента, и набора эталонных сигналов данного сегмен-
та. Таким образом, нелинейное кодирование реализуется кодером с
равномерной шкалой квантования в пределах каждого сегмента и с
управляемым изменением эталонных сигналов в зависимости оттого,
в какой сегмент попадет амплитуда кодируемого сигнала.
287
Рис. 9.11
Кодер, упрощенная
структурная схема которо-
го приведена на рис. 9.11,
состоит из следующих уз-
лов. Дифференциальный
компаратор К определяет
знак (полярность сигналов
АИМ-П), сравнивает его
амплитуду с амплитудами
эталонных сигналов и фор-
мирует двоичные символы
по результатам сравнения.
Формирователи эталон-
ных сигналов ФЭС1 и
ФЭС2 формируют эталон-
ные сигналы положитель-
ной и отрицательной полярностей. В каждом формирователе эта-
лонных сигналов 11 токовых ключей, которые работают в
соответствии с поступающими на них сигналами управления. При
замыкании одного из ключей на выходе формирователя эталонных
сигналов появляется один из 11 эталонных сигналов: 1,2,8,16,... 1024
условных единиц, что позволяет образовать полную шкалу уров-
ней квантования в положительной или отрицательной половине
биполярной амплитудной характеристики кодера.
Восьмиразрядный цифровой регистр ЦР с логикой управления
записывает и хранит информацию, поступающую от компаратора
по цепи обратной связи, в соответствии с которой формируются
сигналы управления работой ФЭС. Устройство преобразования
сигналов управления УПСУ представляет собой логическую схему,
преобразовывающую семиразрядный код (без знакового символа),
поступающий с выходов ЦР, в сигналы управления ключами ФЭС.
Устройство коммутации формирователей УКФ пропускает сигна-
лы управления от УПСУ на входы одного из ФЭС в зависимости от
знакового символа. Формирователь выходного сигнала Ф преоб-
разует параллельный код в последовательный. Узел управления
работой кодера УУ вырабатывает специальные сигналы, необхо-
димые для работы основных функциональных частей кодера.
288
Сигнал S управляет работой триггеров ЦР. Строб К — рабо-
той компаратора К.
Последовательность работы кодера за один цикл кодирования
(формирование одной кодовой комбинации) поясняется диаграм-
мой (рис. 9.12). За время цикла УУ вырабатывает восемь импуль-
сов Строб К, которые делят цикл на восемь тактов кодирования. В
первом такте кодирования эталонные сигналы на второй вход ком-
паратора от ФЭС не подаются. В момент поступления первого им-
пульса Строб К определяется полярность сигнала АИМ-П, подава-
емого на первый вход компаратора. Информация о полярности
передается по цепи обратной связи, записывается и хранится в пер-
вом триггере ЦР.
Если сигнал на входе компаратора положительный, символ бу-
дет единица, а если отрицательный, то нуль. Поступая на УКФ,
Кодовая комбинация
10 10 1 1
Рис. 9.12
10 Зак. 46^4
289
эти символы определяют, какой из ФЭС будет работать в последу-
ющих семи тактах кодирования. При воздействии на компаратор
второго, третьего и четвертого управляющих импульсов ищется
сегмент характеристики компрессии, в пределах которой находит-
ся амплитуда кодируемого амплитудно-модулированного импуль-
са. Поиск выполняется методом поразрядного уравновешивания,
который позволяет минимальным числом проб получить набор
эталонов, соответствующий значению кодируемого сигнала с точ-
ностью до интервала квантования выбранного сегмента характе-
ристики Sy,. Для выбора сегмента во втором такте кодирования на
вход 2 компаратора подается средний из семи эталонных сигна-
лов, соответствующих границам сегмента <7ЭТ = 1286 (см. табл. 9.1).
В дальнейшем последовательность смены эталонов зависит от ре-
зультата сравнения их значений с амплитудой кодируемого им-
пульса. Если UBK > £/эт, по цепи обратной связи во второй триггер
ЦР передается единица и вместо эталона сегмента 4 в следующем,
третьем, тракте кодирования на вход 2 поступает средний из этало-
нов, значение которых больше 1286, т.е. из эталонных сигналов
значением 256S, 5126, 10248 для сравнения выбирается U3T = 5126.
Если UBK < (7ЭТ, по цепи обратной связи передается нуль и вместо
U3T = 1286 в третьем такте кодирования выбирается U3T = 325, сред-
ний из эталонных сигналов, значение которых меньше 1288 (168,
325 и 645). Результат взвешивания в третьем такте кодирования
приводит к включению в четвертом такте одного из оставшихся
эталонных сигналов границ сегментов (165, 645, 2565 или 10246).
Таким образом, к концу четвертого такта кодирования выбирается
эталонный сигнал, соответствующий нижней границе сегмента, в
пределах которого находится значение амплитуды кодируемого
сигнала. Передаваемые в каждом такте по цепи обратной связи дво-
ичные символы управляют вторым, третьим и четвертым тригге-
рами ЦР. Состояние выходов ЦР, изменяющееся по окончании каж-
дого такта кодирования, в УПСУ преобразуется в сигналы
управления ключами эталонных сигналов ФЭС. К концу четвер-
того такта кодирования в этих трех триггерах будет записан дво-
ичный код, соответствующий номеру выбранного сегмента. Со-
стояние выходов ЦР преобразуется в УПСУ в сигнал управления
одним из разрядов ФЭС, который сформирует нужный эталонный
сигнал, включающийся до конца цикла кодирования.
290
На рис. 9.12 приведен пример последовательности смены эта-
лонных сигналов при попадании амплитуды кодируемого импуль-
са в зону сегмента 6 (штриховыми стрелками показаны возмож-
ные решения по выбору эталонов в конце каждого такта
кодирования). В конце четвертого такта кодирования в дополне-
ние к выбранному эталонному сигналу, соответствующему ниж-
ней границе сегмента, на вход компаратора подается наибольший
сигнал из набора эталонов данного сегмента 4 бу. (см. табл. 9.1),
значение которого соответствует половине диапазона выбранного
сегмента. Начинается поиск интервала квантования в пределах сег-
мента, в котором заключена амплитуда кодируемого импульса.
Поиск занимает оставшиеся четыре такта кодирования и, как и выбор
сегмента, выполняется методом поразрядного уравновешивания.
Отличие состоит в том, что если при выборе сегмента выбирается один
эталон из имеющегося набора, то при поиске интервала квантования
эталонный сигнал составляется из набора эталонов выбранного сег-
мента. Результаты сравнения сигнала АИМ-П и суммы эталонов фик-
сируются в пятом — восьмом триггерах ЦР. Значение четырех разря-
дов двоичной комбинации на выходах 5—8 ЦР соответствует номеру
интервала квантования в пределах сегмента, в котором заключена ам-
плитуда кодируемого импульса. Очевидно, что в конце процесса ко-
дирования разность амплитуд кодируемого импульса и суммы эта-
лонов не превышает интервала квантования выбранного сегмента бу.
Итак, по полученной восьмиразрядной кодовой комбинации мож-
но определить полярность амплитудно-модулированного импульса,
номера сегмента характеристики компрессии и интервала квантова-
ния. Например, кодовая комбинация 10111001 означает, что закоди-
рован импульс положительной полярности, амплитуда которого на-
ходится в девятом интервале квантования сегмента 3. Соответственно
максимальный положительный сигнал будет закодирован как
11111111, максимальный отрицательный — как 01111111, а кодовые
комбинации минимальных сигналов будут иметь следующий вид:
10000000 — положительный и 00000000 — отрицательный.
Символы параллельного двоичного кода, записанные в ЦР, че-
рез формирователь выходного сигнала в последовательном коде
передаются на выход кодера. Во избежание сбоев в работе устройств
выделения тактовой частоты линейного тракта в соответствии с
Рекомендациями МККТТ на выходе кодера символы четных разрядов
291
инвертируются. Тогда даже при свободное™ каналов системы пе-
редачи в линейном цифровом сигнале будут импульсы, так как в
случае отсутствия на входе кодера сигналов АИМ-П на его выхо-
де будет чередование пробелов и импульсов. Очевидно, что на входе
декодера инверсия четных разрядов ликвидируется.
Декодирование — более простой процесс, заключающийся в
формировании на выходе декодера сигнала АИМ-П из эталонных
сигналов, которые выбираются в соответствии с поступающими ко-
довыми комбинациями.
Амплитудная характеристика декодера (рис. 9.13) — это обрат-
ная функция характеристики кодера, поэтому общая характерис-
тика тракта кодер-декодер должна быть линейна. На рис. 9.14 при-
веден фрагмент зависимости, связывающей значения интервалов
292
293
квантования на входе кодера и уровней квантования на выходе
декодера. Если при декодировании, как и при кодировании, ис-
пользовать 11 эталонов, характеристика кодер-декодер не будет ли-
нейна (с точностью до 6/2). На границах сегментов и при переходе
через 0 она имеет разрывы (рис. 9.14, а). Квантование в этом слу-
чае будет выполняться, исходя из условия Uj < UBX Uj+ Следо-
вательно, ошибка квантования может достигать значения интер-
вала квантования Акв = |^вх -U j\* Чтобы характеристика
была линейна, ее следует сместить на половину интервала кванто-
вания по отношению к уровням квантования кодера, для чего в
формирователях эталонных сигналов декодера используется еще
один (12-й) эталон, равный 6т,п/2 (рис. 9.14, 6). Тогда будет выпол-
няться условие квантования (9.1) и ошибка квантования не будет
превышать половины интервала квантования сегмента, в котором
заключена амплитуда передаваемого импульса.
Значения эталонов в ФЭС декодера приведены ниже.
Номер разряда ФЭС 1 2 3 ... 9 10 11 12
Значение эталона,
условные единицы 1024 512 256 ... 4 2 1 0,5
Функциональные узлы декодера аналогичны соответствующим
узлам кодера (рис. 9.15). Дифференциальный усилитель ДУс обес-
печивает низкое выходное сопротивление декодера. Использование
прямого и инверсного входов ДУс позволяет применить два ФЭС
одной полярности. Восьмиразрядные кодовые группы записывают-
ся в ЦР сигналами ГО. После записи последнего (восьмого) им-
пульса кодовой комбинации на первом выходе ЦР появляется сиг-
нал, управляющий УКФ. Сигналы с остальных выходов определяют
номера эталонов, которые необходимо включить для формирова-
ния требуемой амплитуды сигнала. В отличие от кодера при деко-
дировании максимальное число используемых эталонов при фор-
мировании одного импульса — шесть, так как одновременно с
включением эталона, соответствующего нижней границе сегмента
в каком-либо из т разрядов ФЭС, в разряде т + 5 включается сиг-
нал коррекции, соответствующий половине минимального эталон-
ного сигнала данного сегмента. Например, для сегмента 7 основной
эталон 10248, а корректирующий 326, для сегмента 3 соответственно
294
Рис. 9.15
648, и 28 и т.п. Включение этих эталонов определяется состоянием
выходов 2—4 ЦР. Сигналы выходов 5—8 регистра обеспечивают
включение набора эталонов, соответствующих номеру уровня
квантования в пределах сегмента.
Отметим особенности характеристики квантования аппарату-
ры ИКМ-30 (см. рис. 9.14, б). Такое расположение характеристики
относительно начала координат приводит к тому, что даже при
отсутствии сигналов на входе кодера на выходе декодера будут им-
пульсы с амплитудой ±8/2, в результате чего появляются так назы-
ваемые «шумы молчания». Их наличие является еще одной осо-
295
бенностью систем передачи с ИКМ. Мощность этих шумов на еди-
ничном сопротивлении Рш = б2/4. Благодаря нелинейному коди-
рованию в сегменте 0 очень маленький интервал квантования и,
следовательно, «шумы молчания» тоже малы. Уровень псофомет-
рической мощности шумов незанятого канала в современной кана-
л ©образующей аппаратуре с ИКМ не превышает 65 дБ.
9.5» Система синхронизации
Система синхронизации необходима для обеспечения согласованной
работы передающей и приемной станций систем передачи с временным
разделением каналов. В ЦСП для этого требуется обеспечить равенство
скоростей обработки сигналов на этих станциях и правильное распреде-
ление передаваемых сигналов по соответствующим каналам.
Синхронизация по тактовой частоте обеспечивает равенство ско-
ростей обработки сигналов на передаче и приеме в оконечных и
промежуточных станциях. Колебания тактовой частоты выделя-
ются из спектра линейного цифрового сигнала выделителем такто-
вой частоты, имеющимся в приемной части любого оборудования
ЦСП. Вопросы тактовой синхронизации приобретают особое зна-
чение в современных цифровых сетях. Для соблюдения равенства
скоростей обработки сигналов по всем сетям создается система еди-
ной тактовой сетевой синхронизации (ТСС). Принципы организа-
ции ТСС рассматриваются в п 14.3.
Рассмотрим принципы цикловой синхронизации, которые еди-
ны для оборудования ЦСП любого уровня иерархии. В аппаратуре
каналообразования при достижении циклового синхронизма авто-
матически выполняется синхронизация по кодовым группам. Син-
хронизация по циклам необходима для правильного распределения
АИМ-сигналов по соответствующим индивидуальным канальным
устройствам и обеспечивается совмещением времени начала цик-
лов принимаемого сигнала и генераторного оборудования при-
ема. Так же выполняется цикловая синхронизация в оборудова-
нии временного группообразования, например ВВГ (ИКМ-120),
где необходимо распределение первичных цифровых потоков по
соответствующим комплектам АЦК.
296
В аппаратуре ИКМ-30 также предусматривается сверхцикловая
синхронизация, необходимая для правильного распределения сиг-
налов управления и взаимодействия (СУВ) АТС, передаваемых в
16-канальном интервале (КИ16), по соответствующим канальным
устройствам. Она выполняется совмещением времени начала сверхцик-
лов принимаемого сигнала и генераторного оборудования приема.
Согласующие устройства с АТС входят в состав АЦО ИКМ-30.
В первичных системах передачи последующих выпусков (например,
ИКМ-30-4) для согласования с АТС применяют специальную аппа-
ратуру (ОСА-13) или оконечное канальное оборудование (ОКО-14).
Таким образом, в аппаратуре аналого-цифрового преобразования
сверхцикловая синхронизация не предусматривается, она осуществ-
ляется в комплектах ОСА и ОКО.
Состояние циклового и сверхциклового синхронизма уста-
навливается на приеме в соответствии с временным положением
в цифровом линейном сигнале циклового и сверхциклового
синхросигналов.
К синхросигналам предъявляют следующие основные требова-
ния. Во-первых, необходимо, чтобы данный сигнал располагался
в начале цикла (для СЦСС — сверхцикла) и, во-вторых, обладал
отличительными особенностями, по которым в приемнике сигна-
ла синхронизации его можно выделить из импульсной последова-
тельности группового цифрового сигнала.
В качестве отличительных признаков обычно выбирают посто-
янную структуру синхросигнала и постоянную частоту следова-
ния. Синхросигналом может быть один или группа символов. Уве-
личение числа разрядов, занимаемых символами синхросигнала,
снижает пропускную способностью ЦСП, но позволяет значительно
сократить время его поиска в групповом сигнале, так как с увели-
чением разрядности синхрогрупп уменьшается вероятность появ-
ления аналогичных комбинаций (ложных синхросигналов) в ин-
формационных символах.
Например, в аппаратуре, формирующей первичный цифро-
вой поток, цикловой синхросигнал представляет собой семираз-
рядную кодовую группу, передаваемую в каждом четном цикле
на позициях Р2—Р8 нулевого канального интервала (см. рис. 9.3).
В отличие от кодовых групп телефонных каналов цикловой
297
синхросигнал передается в два раза реже, т.е. его частота следова-
ния 4 кГц. В аппаратуре более высоких порядков, там где прово-
дится посимвольное объединение сигналов, частота следования
синхросигналов обычно равна частоте следования циклов. Синх-
росигналы находятся в начале каждого цикла, а для более уверен-
ного распознавания число разрядов в них больше, чем в первич-
ных системах передачи.
Важный параметр системы синхронизации — время восстанов-
ления синхронизма после сбоев, которое должно быть как можно
меньшим. Допустимое время восстановления синхронизма опреде-
ляется свойствами передаваемой информации. При передаче теле-
фонных сообщений абонент может не заметить перерыва связи в
несколько десятков миллисекунд. Однако в случае использования
ЦСП для организации соединительных линий между АТС время
восстановления синхронизма ограничивается значительно меньшим
значением, приблизительно 2 мс, так как сбой на более длительное
время может привести к нарушениям в передаче сигналов СУВ и
абоненты разъединяются приборами АТС. В ЦСП более высоких
порядков ограничение времени восстановления синхронизма свя-
зано с тем, что сбои в системе синхронизации этих систем влияют
на передачу сигналов во всех объединяемых цифровых потоках си-
стем более низкого порядка.
Система синхронизации содержит передатчики и приемники
синхросигналов. Передатчики представляют собой логические схе-
мы, формирующие структуру синхрогруппы из сигналов генера-
торного оборудования передачи. Функционально они обычно рас-
полагаются на платах, формирующих выходной цифровой сигнал
оборудования ЦСП (например, в ИКМ-30 в формирователе ли-
нейного сигнала — ФЛС).
Фрагмент структурной схемы передатчика синхросигналов, по-
ясняющий формирование циклового синхросигнала первичной
ЦСП, приведен на рис. 9.16. Для формирования структуры сигна-
ла 0011011 импульсные последовательности, соответствующие раз-
рядам (Р4, Р5, Р6, Р7, Р8), объединяются логическим элементом
ИЛИ1 и вместе с импульсными последовательностями, соответ-
ствующими КИО и четным циклам, подаются на вход логического
элемента И1. На выходе И1 получается кодовая группа требуемой
298
структуры на позициях Р2—Р8 КИО. На выходе И2 формирус гея
единица на позициях Р2 КИО нечетных циклов (см. рис. 9.3).
Элементом ИЗ формируется сигнал Извещение ЦС (%) о потере цик-
лового синхронизма по сигналу Авария ЦС, вырабатываемому в
приемнике синхросигнала данной станции.
Логическими элементами ИЛИ2 и НЕТ в групповом цифровом
сигнале запрещаются символы в канальных интервалах, предназ-
наченные для передачи сигналов синхронизации, СУВ и дискрет-
ной информации ДИ. С выходов логических элементов И, НЕТ сигна-
лы объединяются в схеме объединения, образуя групповой сигнал
ИКМ, который подается на вход преобразователя кода передачи.
Приемники синхросигналов более сложные устройства, назна-
чением которых является поиск этих сигналов при включении ап-
паратуры или потере синхронизма, установка состояния синхро-
низма, а также удержание синхронизма, в процессе которого
299
проводится постоянный контроль за синхронной работой прием-
ной части оборудования.
Простейший приемник синхросигнала содержит следующие ос-
новные узлы (рис. 9.17):
опознаватель, который выделяет синхрогруппы из принимае-
мого цифрового сигнала;
Рис. 9.17
анализатор, контролирующий синхрогруппы по фазе и перио-
ду следования, используя сигналы генераторного оборудования
приема ГО Пр;
300
решающее устройство, которое, принимая сигналы от анализа-
тора, может воздействовать на ГО Пр, подстраивая его фазу под
принимаемые синхрогруппы.
Опознаватель синхросигнала, выделяющий синхрогруппы из
группового ИКМ-сигнала, представляет собой регистр сдвига Р,
подключенный к многовходовой схеме совпадения, выполняющей
роль дешифратора. На вход регистра сдвига поступает групповой
ИКМ-сигнал и записывается в его ячейки. В момент, когда в Р за-
писана комбинация символов, совпадающая по структуре с синх-
росигналом, на выходе И1 появляется импульс длительностью в
один тактовый интервал. Если синхрогруппа истинная, импульс
на выходе И1 появится в разряде Р8 КИО четного цикла принима-
емого цифрового сигнала. Опознаватель подключен к анализато-
ру синхронизма, контролирующему синхрогруппы по фазе и пе-
риоду следования и содержащему ячейки НЕТ, И2, ИЗ. На выходе
И2 появляется импульс длительностью в тактовый интервал в раз-
ряде Р8 КИО каждого четного цикла от ГО Пр.
Если система находится в состоянии синхронизма, сигнал на
выходе дешифратора по времени совпадает с сигналом на выходе
И2. В этом случае на выходе ИЗ появится сигнал подтверждения
синхронизма, а на выходе элемента НЕТ—сигнал отсутствия ошиб-
ки. Оба выхода анализатора подключены к решающему устройству,
которое состоит из накопителя и схемы И4. В решающем устрой-
стве накопитель выполнен в виде четырехразрядного счетчика со
сбросом. С выхода ИЗ сигналы сбрасывают в нулевое состояние
первые три разряда накопителя, поэтому в состоянии синхронизма
он не заполняется. При однократном искажении синхрогрупп сиг-
налы от ГО Пр проходят через открытый логический элемент НЕТ
на вход накопителя. Однако, так как следующая за ней неискажен-
ная синхрогруппа приведет к появлению на выходе И2 сигнала под-
тверждения синхронизма, накопитель не успевает зарядиться пол-
ностью. Благодаря наличию накопителя по выходу из синхронизма
при кратковременных искажениях сигнала синхронизации под воз-
действием каких-либо внешних факторов синхронизация не сбивает-
ся. Таким образом, в режиме удержания синхронизма накопитель не
заполнен или заполнен частично. На его выходе нулевой потенциал,
схема И4 закрыта, в цепь установки генераторного оборудования
301
сигналы не поступают, следовательно, фаза генераторного обору-
дования остается неизменной. Импульсы разряда Р8 поступают от
ГО Пр через И2 в анализатор с интервалом времени 2ТЦ = 250 мкс.
При отсутствии синхронизма в четырех следующих подряд чет-
ных циклах ЧЦ накопитель заряжается полностью и на его выходе
появляется потенциал, открывающий элемент И4. Система перехо-
дит в режим поиска синхронизма. Теперь первая же опознанная в
дешифраторе кодовая группа, соответствующая структуре синхросиг-
нала, вызовет появление на его выходе импульса, который, пройдя
через элемент И4, установит генераторное оборудование в начальное
положение. Импульс, появляющийся в цепи установки ГО Пр, сбра-
сывает ячейку 4 накопителя в нулевое состояние. Через 250 мкс (цикл
появления синхросигнала) проверится правильность установки ГО Пр.
Если его установили по ложному сигналу, на выходе схем И1 и И2
сигналы не совпадут, так как вероятность повторения ложного синх-
росигнала через 250 мкс равна нулю. В этом случае сигнал с выхода
И2 через схему НЕТ поступает в накопитель и на выходе ячейки 4
вновь появляется потенциал, открывающий элемент И4.
Поиск синхронизма будет происходить до тех пор, пока ГО Пр
не установится от истинного синхросигнала. Тогда появление сле-
дующего истинного синхросигнала приведет к совпадению сигна-
лов с выхода дешифратора (И1) и от ГО Пр (И2), появлению на
выходе ИЗ сигнала подтверждения синхронизма и, следовательно, к
сбросу разрядов 1, 2 и 3 накопителя. С этого момента система синх-
ронизации вновь переходит в режим удержания синхронизма.
Простейшая схема приемника синхросигнала обладает рядом
недостатков, вследствие чего она нашла применение только на пер-
вом уровне иерархии, где требования к времени восстановления
не такие жесткие, как в ЦСП более высоких порядков.
В общем случае время восстановления синхронизма склады-
вается из времени накопления информации о выходе из синхро-
низма гвых, времени поиска /п и времени входа ZBX в синхронизм
(рис. 9.18, а). В простейших приемниках синхросигнала процесс
накопления информации о сбое и процесс поиска синхронизма пос-
ледовательны во времени. В процессе поиска теряется старое со-
стояние синхронизма, т.е. при низкой достоверности передачи сиг-
нала в линии происходят перерывы связи.
302
a
Рис. 9.18
В системах передачи более высоких порядков применяются
приемники синхросигнала, в которых процессы поиска состоя-
ния синхронизма и накопления информации о сбое происходят
одновременно. Для этого в схему приемника вводится дополни-
тельно накопитель по входу в синхронизм (рис. 9.19). Установ-
ка нового состояния генераторного оборудования происходит
только при наличии одновременно двух событий: накопитель
по выходу в цепи удержания полностью заполнен; найдено но-
вое состояние синхронизма.
Рис. 9.19
303
Благодаря одновременной работе цепей удержания и поиска сред-
нее время восстановления /вос уменьшается в 1,5—2 раза (рис. 9.18, б).
С другой стороны, в этих приемниках при низкой достовернос-
ти цифрового сигнала, когда время поиска увеличивается, состоя-
ние прежнего синхронизма будет удерживаться сколь угодно дол-
го благодаря отсутствию разрешающего сигнала из цепи поиска.
Это эквивалентно увеличению емкости накопителя по выходу, по-
этому такие приемники называют адаптивными к повышению ве-
роятности ошибки в линейном тракте.
9.6. Особенности построения аппаратуры
с индивидуальным кодированием
Построение каналообразующей аппаратуры с индивидуальным
кодированием рассмотрим на примере секции каналообразования
СК-30, которая находит применение в цифровых системах переда-
чи любого уровня иерархии. Секция СК-30 предназначена для орга-
низации телефонных каналов ТЧ методом импульсно-кодовой мо-
дуляции и временного разделения каналов или основных цифровых
каналов со скоростью передачи 64 кбит/с в первичном цифровом
потоке 2048 кбит/с. В ней применены большие интегральные схемы
(БИС) канального ИКМ-кодека, канальных фильтров ТЧ, преоб-
разователей передачи и приема, а также некоторых других группо-
вых устройств аппаратуры. Применение специализированных БИС
кодека и фильтра позволило построить аппаратуру с индивидуаль-
ным аналого-цифровым преобразованием сигналов, синхронным
объединением канальных цифровых потоков и абонентским досту-
пом к любому из 31 канала в цикле передачи первичной группы, с
возможностью замены каналов ТЧ, имеющих аналоговые оконча-
ния, основными цифровыми каналами при скорости передачи ин-
формации 64 кбит/с.
Секцию СК-30 обычно поставляют с 30 платами приемопередат-
чиков каналов ТЧ (ППТЧ) и основного цифрового канала (ППОЦК).
Возможно любое сочетание плат ППТЧ и ППОЦК. Для обеспече-
ния передачи цифровой информации со скоростью 64 кбит/с вмес-
то платы ППТЧ устанавливают плату ППОЦК.
304
Структурная схема СК-30 приведена на рис. 9.20. Низкочастот-
ный сигнал поступает на вход канала ТЧ (плата приемопередатчи-
ка ППТЧ), где ограничивается по спектру 0,3—3,4 кГц БИС фильт-
I ра и кодируется БИС кодека в байт (восемь бит) с частотой
' следования 512 кГц. С выхода ППТЧ байты ИКМ 0, 1, 2, 3 посту-
пают на одну из четырех информационных шин в строго опреде-
ленных интервалах времени — канальных интервалах.
Объединение четырех синхронно-синфазных потоков по 512 кбит/с,
поступающих с ППТЧ, и приемопередатчиков основного цифрово-
го канала 64 кбит/с ППОЦК в один групповой ИКМ-сигнал переда-
чи (ИКМ-сигнал) со скоростью 2048 кбит/с выполняется мультиплек-
сором каналов МК. Кроме этого, на вход МК поступают байты с
. частотой 512 кГц от ПП31 в канальном интервале КИ 16.
Байты распределяются по канальным интервалам на передаче и
приеме группового оборудования СК-30 четырьмя импульсами уп-
равления ИУ 0,1,2,3 (передачи и приема), формируемыми на плате
распределителя импульсов РИ. Кроме этого, РИ формирует сетку
частот, необходимую для работы мультиплексора МК и демуль-
типлексора ДМ.
С выхода МК двоичный ИКМ-сигнал поступает на преобразо-
ватель кода передачи ПКП устройства первичного стыка УПС, где
он преобразуется в биполярный квазитроичный информационный
сигнал в коде HDB-3 или AMI для дальнейшего сопряжения с око-
нечным оборудованием линейного тракта или оборудованием вто-
ричного временнбго группообразования.
Квазитроичный информационный сигнал приема в коде HDB-3
или AMI поступает с линии на ПК Пр, где подвергается обратно-
* му преобразованию в двоичный ИКМ-сигнал. С выхода ПК Пр
сигнал ИКМ-Пр со скоростью 2048 кбит/с подается на вход де-
•• мультиплексора каналов ДМ, который выполняет побайтовое раз-
деление группового сигнала ИКМ-Пр на четыре синхронно-син-
фазных цифровых потока (ИКМ 0,1, 2, 3) со скоростью 512 кбит/с.
Сигналы ИКМ 0, 1, 2, 3 распределяются по каналам ППТЧ,
ППОЦК, ПП31 импульсами управления ИУ 0, 1, 2, 3 Пр. Сигнал
‘ ИКМ 0,1,2,3 Пр поступает на платы ППТЧ, ППЗ1, где БИС-коде-
ком и БИС-фильтром преобразуется в аналоговый сигнал, кото-
рый подается на выход канала.
305
306
Рис. 9.20
На плате ППЗ1 организуют дополнительный (31 -й) телефонный
! канал в КИ16 с параметрами типового канала ТЧ. Дополнитель-
ный канал можно создать в тех случаях, когда КИ16 не занят для
других целей, например для канала сигнализации.
В плате приемопередатчика технологического канала ППТК
формируется цикловой сигнал синхронизации, который вместе с
сигналом технологического канала (8 кбит/с) передается в нуле-
вом канальном интервале КИО.
Цикловая синхронизация приемной части СК-30 выполняется
приемником циклового синхросигнала Пр СС. На его вход посту-
пает сигнал ИКМ-Пр, из которого выделяется синхросигнал, уп-
равляющий приемной частью платы РИ.
Тактовая частота для управления передающей частью обору-
дования вырабатывается в задающем генераторе ГЗ, для управле-
ния приемной — выделяется из линейного сигнала ВТЧ.
Плата устройства тактовой синхронизации УТС обеспечивает
возможность синхронизации СК-30 от внешнего тактового сигна-
ла ТСвнеш> а также контролирует правильность формирования
синхросигнала передачи и наличие входного и выходного сигна-
лов на стыке с линейным .оборудованием или ВВГ.
9.7. Особенности применения аппаратуры
каналообразования. Гибкие мультиплексоры
Термин «аппаратура цифрового каналообразования» (АЦК)
появился после того, как первоначальное название оборудования,
• стоящего на первой ступени цифровой иерархии, АЦО (аналого-
цифровое преобразование) перестало в полной мере соответство-
•• вать его назначению. В АЦК помимо телефонных каналов, в кото-
* рых проводятся аналого-цифровое и обратное преобразования
разговорных и других аналоговых сигналов, имеется возможность
организации каналов для передачи данных и, естественно, в этом
случае речь идет о преобразовании цифровых сигналов, поступа-
" ющих на вход АЦК со стандартными интерфейсами данных, в фор-
му, удобную для передачи в цикле ИКМ-30. Для передачи данных
занимается один, два или несколько восьмиразрядных канальных
307
интервалов. Каждый из них может переносить данные со скорос-
тью 8 битх8 кГц = 64 кбит/с. Таким образом, оборудование АЦО
выступает как аппаратура, объединяющая телефонные каналы с
ИКМ-преобразованием и цифровые каналы передачи данных со
стандартными интерфейсами.
Первое применение АЦК — организация цифровых каналов меж-
ду двумя точками, например между станциями А и В (рис. 9.21).
Рис. 9.21
Такую топологию (связь между двумя оконечными станциями) при-
нято называть «точка-точка». Первичный цифровой тракт 2048 кбит/с
может быть организован отдельно между двумя АЦК (рис. 9.21, а)
и по линейным трактам ЦСП более высокого порядка И КМ-120,
-480 и т.п. (рис. 9.21, б).
Оборудование временнбго группообразования ОВГ в составе
ИКМ-120, -480, -1920 проводит мультиплексирование/демультип-
лексирование цифровых трактов и формирует вторичный, третич-
ный и четверичный цифровые тракты. По аналогии оборудование
АЦК, формирующее первичный цифровой тракт, все чаще назы-
вают первичным мультиплексором (ПМ).
308
Аппаратура цифрового каналообразования, или первичные
мультиплексоры, находят широкое применение в цифровых сетях,
где необходимо преобразование первичного тракта до аналоговых
сигналов и низкоскоростных каналов данных. Их отличительны-
ми особенностями являются наличие одного первичного интерфейса
(Рекомендация G.703 МСЭ-Т) и до 30 канальных интерфейсов те-
лефонных каналов и данных. Так как первичный стык является стан-
дартным, они могут подключаться к оборудованию ПЦИ, СЦИ,
цифровым коммутационным станциям.
Для организации связи вдоль железнодорожных магистралей
встает задача выделения каналов для связи с абонентами, располо-
женными на промежуточных станциях, а также на некотором уда-
лении от них. Число выделяемых каналов на большинстве проме-
жуточных пунктов меньше пропускной способности первичного
цифрового потока (не более 30 каналов). Необходимость в аппара-
туре выделения каналов ощущается не только в сети связи желез-
нодорожного транспорта, но и в сетях других ведомств, в сети сель-
ской связи, а также при организации корпоративных сетей связи.
Поэтому у нас в стране и за рубежом постоянно ведется совершен-
ствование аппаратуры каналообразования для выделения/ввода ка-
налов. Это требует обработки цифрового сигнала первичного тракта
2048 кбит/с, формируемого на оконечных станциях.
Применяемое на сетях связи оборудование, способное разде-
лять первичный поток на отдельные каналы или группы каналов,
условно можно разделить на три группы. К первой группе отно-
сятся субпервичные системы передачи и устройства объединения—
разделения субпервичных потоков. В качестве примера можно
привести ЦСП ИКМ-15 и оборудование «Зона», в которых объе-
диняются и разделяются 15-канальные потоки [15].
Вторую группу составляют ЦСП, выделяющие часть каналов
из 30-канального первичного потока. Причем есть аппаратура, осу-
ществляющая только одностороннее выделение, когда связь для або-
нентов промежуточной станции возможна только в одном направ-
лении, в сторону главной станции, и системы с двусторонним
* выделением, обеспечивающие связь в обоих направлениях передачи.
Третья группа аппаратуры обеспечивает специфические функ-
ции, связанные с дополнительной обработкой первичного цифро-
вого потока, когда, помимо выделения/ввода и транзита каналов,
309
в аппаратуре выполняются дополнительные функции: кроссовая
коммутация (перераспределение) канальных интервалов, группо-
вая конференц-связь, дистанционное управление режимами и т. д.
Принцип выделения каналов из первичного цифрового потока
поясняется схемой, приведенной на рис. 9.22. Для включения в ли-
нию промежуточной станции в аппаратуре должны быть два стан-
дартных первичных стыка
направлений А и В. Вход-
ные и выходные сигналы
первичного тракта, посту-
пающие на аппаратуру
выделения каналов с обо-
их направлений приема-
передачи, представлены в
биполярном коде HDB-3
или AMI, поэтому оба
входа-выхода оборудова-
ны устройствами стыка
Рис. 9.22
ПС Пер и ПС Пр. Основным блоком, в котором происходят обра-
ботка цифровых сигналов и перераспределение канальных интер-
валов, является коммутатор К. Первичные потоки, поступающие
из линии на вход аппаратуры, передаются через ПС Пр и на ком-
мутатор, а после соответствующей обработки вновь сформиро-
ванные сигналы распределяются между направлениями А, В и С.
В цифровом сигнале направления С остаются только сигналы,
необходимые на данной станции. В дальнейшем сигналы на про-
межуточной станции обрабатываются, как и в аппаратуре АЦК
оконечных станций.
Программа ввода/вывода каналов может изменяться в устрой-
стве управления УУ с локального терминала или дистанционно
при наличии каналов управления к оконечной управляющей стан-
ции. Число выделяемых каналов может быть любым в пределах двух
первичных 30-канальных групп (направление А + направление В),
Остальные каналы будут проходить через устройства ПС и ком-
мутатор транзитом в цифровой форме. Транзит, осуществляемый
в цифровой форме, не оказывает влияния на электрические харак-
теристики каналов.
310
Первой ЦСП с возможностью выделения каналов была система
передачи, разработанная для сетей сельской связи ИКМ-ЗОС-4. В
отличие от системы передачи ИКМ-30-4, применяемой на местных
городских сетях связи, аппаратура ИКМ-ЗОС-4 выделяет до 12 ка-
налов ТЧ на промежуточных станциях. Коммутатором в аппара-
туре промежуточной станции является оборудование цифрового
разветвления ОРЦ, которое реализует функцию выделения/ввода
каналов. В состав ОРЦ помимо цифровых узлов входят также эле-
менты аналого-цифрового оборудования, что позволяет в рамках
одного комплекта получить не только перераспределение каналь-
ных интервалов в первичном цифровом потоке, но и довести циф-
ровой сигнал выделяемого потока до окончания каналов ТЧ [15].
К сожалению, несмотря на то, что аппаратура ИКМ-ЗОС-4 рас-
ширила возможности организации сетей ведомственной и сельской
связи, у нее есть ряд недостатков, ограничивающих ее применение.
Во-первых* ОРЦ осуществляет только одностороннее выделение/ввод
каналов, связь возможна только в сторону главной станции.
Во-вторых, каналы выделяются только группами по четыре кана-
ла, причем общее число выделяемых каналов в системе передачи
не может превышать 12.
Хорошим опытом построения аппаратуры промежуточных
станций с выделением каналов явилась разработка в конце 80-х гг.
комплекта аппаратуры для технологической связи железнодорож-
ного транспорта ИКМ-120Т, в составе которого имелась аппара-
тура выделения каналов из первичного потока АВ2/К [8]. Она была
разработана как совокупность двух функциональных элементов:
комплекта выделения, транзита и коммутации каналов (КВТК)
и стандартного АЦК.
Основными функциями КВТК являются: поканальный ввод/вы-
деление цифровых и аналоговых каналов из первичного цифрово-
го потока на промежуточных станциях, транзит невыделяемых сиг-
налов в цифровой форме, транзит всего первичного цифрового
потока в аварийных ситуациях (режим обход), организация груп-
повых каналов конференц-связи в режиме цифрового суммирова-
ния, возможность управления режимами каналов по выделенным
сигнальным каналам, телеконтроль оборудования.
311
По ряду причин, аппаратура ИКМ-120Т, пройдя линейные ис-
пытания, не стала выпускаться серийно, однако эта и последую-
щие разработки послужили прообразом современных многофунк-
циональных мультиплексоров, которые принято^называть гибкими
мультиплексорами (flexmux FM). Очевидно, что это название они
получили за широкие возможности построения различных сете-
вых структур с интеграцией различных каналов и услуг в преде-
лах первичных цифровых трактов.
Вполне естественно, что основой для разработок явились пер-
вичные мультиплексоры и все их основные узлы, которые описаны
в этой главе, являются базовыми для гибкого мультиплексора (ГМ).
Из-за широкого набора дополнительных функциональных уз-
лов и блоков гибкие мультиплексоры обычно представляют собой
коммуникационные узлы интегрированного доступа с широкими
возможностями по наращиванию. Поэтому их можно использо-
вать в качестве не только оконечных и промежуточных станций,
но и сетевых узлов. Гибкие мультиплексоры могут использовать-
ся для организации работы с телефонными сетями, цифровыми се-
тями передачи данных, выделенными аналоговыми каналами, а
также для сопряжения с сетями Frame Relay, ISDN.
Помимо многофункциональности отличительными особеннос-
тями ГМ являются:
модульная структура, которая позволяет оператору сети создать
оптимальную конфигурацию мультиплексора, выбирая любую
комбинацию из набора имеющихся плат, а также сетевых и пользо-
вательских интерфейсов;
встроенные диагностические и конфигурационные средства, по-
зволяющие в кратчайшие сроки находить и устранять все возника-
ющие предаварийные и аварийные ситуации;
возможность «горячего» резервирования основных модулей.
Пример структурной схемы ГМ приведен на рис. 9.23. В муль-
типлексоре используются следующие функциональные узлы: пла-
ты первичных трактов Е1, платы коммутации К, платы генератор-
ного оборудования ГО, платы абонентских интерфейсов, платы
управления У, серверные платы.
312
2048 кбит/с
ТЧ, данные 64—2048 кбит/с
Рис. 9.23
Гибкий мультиплексор имеет несколько входов первичных потоков,
обычно не более восьми. Для организации функции ввода/вывода
каналов достаточно двух, поэтому каждая плата Е1 имеет два
стандартных первичных стыка, включающих в себя преобразователи
кодов, выделители тактовой частоты, устройства фазирования потоков.
Емкость (или производительность) плат коммутации зависит от
максимального количества первичных цифровых трактов, которые
могут подключаться к ГМ. Если необходима обработка канальных
интервалов в восьми потоках ИКМ/El, то плата цифровой кросс-ком-
мутации должна быть не менее 256x256, что позволит обрабатывать
каналы 64 кбит/с во всех первичных трактах в любом сочетании.
313
Генераторное оборудование ГО обеспечивает фазирование всех
сигналов, обрабатываемых в ГМ, и может работать от собствен-
ного генератора 2048 кГц или в режиме внешней синхрониза-
ции. В последнем случае возможны два варианта: тактовый сигнал
принимается по отдельному входу Внешняя синхронизация от вы-
сокостабильного источника: используется тактовый сигнал, выде-
ленный из линейного ВТЧ от одной из плат Е1.
Платы абонентских интерфейсов это, прежде всего платы для теле-
фонных окончаний в двух- и четырехпроводных вариантах, высоко-
скоростные платы данных с интерфейсами V.35 (каждый порт поддер-
живает синхронный поток данных со скоростью от 64 до 2048 кбит/с
с приращением Wx64 кбит/с), низкоскоростные платы данных с ин-
терфейсами RS-232 (поддерживают синхронный и асинхронный ре-
жимы передачи данных со скоростью от 2,4 до 38,4 кбит/с). В раз-
личных типах ГМ могут встречаться более расширенные
возможности по передаче цифровых и аналоговых сигналов.
Новые функции по сравнению с первичными мультиплексорами
обеспечивают в некоторых типах ГМ серверные платы. Последние
могут быть доступны любому цифровому либо аналоговому кана-
лу, исходящему от плат абонентских интерфейсов или плат первич-
ных трактов. С установкой новой серверной платы добавляется
соответствующая технология в мультиплексор, которая может быть
доступна для данного узла и пользователей, подключенных к уда-
ленным мультиплексорам сети. Это такие технологии, как ISDN,
Frame Relay и др. [16]. Для реализации этих возможностей не-
обходимы дополнительные платы абонентских интерфейсов:
ISDN BRI-плата или плата FR-доступа.
Как правило, ГМ имеют интерфейсный порт управления и встро-
енный модем для удаленного терминального доступа. Все возмож-
ности ГМ по диагностике и устранению неполадок могут быть до-
ступны локально или удаленно через эти порты. Система
дистанционного управления позволяет оперативно перенастраи-
вать комплекс и отслеживать аварийные ситуации непосредствен-
но на рабочем месте оператора сети.
Как указывалось выше, ГМ могут применяться в сетях самых
разнообразных топологий. Как и первичные мультиплексоры, их
можно использовать в сети стандартной топологии «точка-точка».
314
Отличие от случая с применением ПМ состоит в возможности ис-
пользования большого количества разнообразных интерфейсов и
изменения функций узлов и топологии установкой дополнитель-
ных плат и перепрограммированием управляющего устройства.
Между узлами может использоваться традиционный линейный
тракт (кабель с медными жилами, оптические линии связи) или пер-
вичные цифровые тракты, образованные в системах передачи ПЦИ
более высоких уровней иерархии или в сетях СЦИ (рис. 9.24).
Рис. 9.24
Телефонная нагрузка распределяется между узлами по 30 со-
единительным линиям для объединения учрежденческих АТС между
собой, организации прямой служебной телефонной и диспетчерской
связи, а также для распределения внешних телефонных номеров.
Данные передаются по синхронным каналам Nx64 с использо-
ванием высокоскоростных карт передачи данных либо по синх-
ронным/асинхронным каналам с использованием низкоскорост-
ных карт. Сети Х.25, Frame Relay, TCP/IP могут быть как
«наложенными» на представленную структуру, так и использовать
возможности дополнительных серверов, устанавливаемых в муль-
типлексорах. Получается сочетание в одном узле возможностей не-
скольких технологий.
315
Учитывая особенности организации первичной сети связи же-
лезнодорожного транспорта, наибольший интерес представляет
топология «линейная цепь» с многократным выделением/вводом
каналов на промежуточных станциях. На каждой станции обеспе-
чивается возможность подключения пользователей телефонных се-
тей, сетей передачи данных со скоростями от 64 до 2048 кбит/с,
можно обеспечить подключение и обработку дополнительных пер-
вичных трактов и т.д. Операторский пульт системы управления под-
ключается, как правило, к любому узлу сети, что должно быть оп-
ределено на этапах проектирования сети.
Глава 10. Принципы построения и элементы
оборудования плезиохронной цифровой
иерархии
10.1. Построение аппаратуры временного
группообразования
В п. 8.4 были рассмотрены принципы временного группообра-
зования (мультиплексирования) и согласования скоростей цифро-
вых сигналов. Напомним, что цифровое группообразование может
быть выполнено синхронным или асинхронным способом. Устрой-
ства синхронного объединения проще, но при этом важным усло-
вием являются синхронность и синфазность объединяемых цифро-
вых сигналов. При асинхронном способе тактовые частоты
объединяемых сигналов и группового сигнала асинхронны, причем
низкоскоростные сигналы являются плезиохронными. Это значит,
что сигналы передаются с одинаковой номинальной скоростью и
разница между ними может быть только из-за нестабильности так-
товых генераторов. Все ЦСП плезиохронной иерархии, применяе-
мые при построении первичной сети связи, должны обеспечивать
возможность работы в обоих режимах. (
Важным условием, которое выполняется во всех ЦСП, где про-
водится временнбе группообразование, является соблюдение прин-
ципа «прозрачности» систем высшего уровня иерархии для систем
более низкого уровня. Он заключается в том, что в системах выс-
шего уровня не накладывают никаких ограничений на структуру
объединяемых цифровых сигналов. Последние должны передаваться
по групповым трактам высших уровней без каких-либо изменений
их структуры.
Международным консультативным комитетом МККТТ приня-
ты рекомендации для всех уровней ЦСП европейской, североаме-
риканской и японской иерархий. Причем для европейской при оди-
наковых стандартах на скорости передачи сигналов приняты
различные рекомендации на структуры циклов передачи: для вто-
рого, третьего и четвертого уровней. Это связано с тем, что разра-
317
ботанный в СССР способ согласования скоростей — двусторон-
ний с двухкомандным управлением, реализованный во всем обо-
рудовании временного группообразования ВВГ, ТВГ и ЧВГ, по-
лучив положительную оценку и зафиксированный в Рекомендациях
МККТТ, не нашел дальнейшего распространения на Европей-
ской сети, где используется оборудование с положительным
согласованием скоростей.
В данном параграфе на примере вторичной ЦСП ИКМ-120 рас-
сматриваются основные узлы оборудования временнбго группо-
образования, а также характеристика и принципы организации цик-
ла передачи оборудования группообразования ПЦИ.
Цифровая система передачи ИКМ-120 позволяет организовать
по двухкабельной однополосной системе связи с использованием
временнбго разделения и импульсно-кодовой модуляции 120 теле-
фонных каналов. В состав ее оконечного оборудования входят ком-
плекты аналого-цифрового оборудования АЦО, вторичного вре-
меннбго группообразования ВВГ и линейного оборудования.
Стойка САЦО содержит четыре комплекта АЦО, каждый из
которых обеспечивает прямое и обратное преобразования частот
30 телефонных каналов в первичный цифровой сигнал (ЦС) со ско-
ростью передачи 2048 кбит/с.
Основным в аппаратуре мультиплексирования-демультиплекси-
рования является комплект вторичного временнбго группообра-
зования (КВВГ), который объединяет четыре первичных 30-каналь-
ных цифровых потока со скоростью 2048 кбит/с в один вторичный
цифровой 120-канальный поток со скоростью 8448 кбит/с в тракте
передачи и выполняет обратное преобразование в тракте приема.
Комплект КВВГ состоит из: генератора задающего ГЗ-В, двух
блоков генераторного оборудования ГО-В, четырех блоков асинх-
ронного сопряжения передачи АС Пер, блоков вторичного стыка
передачи ВС Пер и приема ВС Пр, приемника синхросигнала ПС-В,
четырех блоков асинхронного приема АС Пр, блоков контроля
достоверности КД-В, контроля и сигнализации КС-В, а также бло-
ков электропитания комплекта.
Рассмотрим принцип вторичного временнбго группообразова-
ния. Цикл передачи из первичных цифровых потоков (ЦП) форми-
руется посимвольным методом, аппаратура может работать в син-
318
хронном и асинхронном режимах. В первом случае генераторы
всех четырех АЦО синхронны с генератором ВВГ, что позволяет
стабилизировать первичные ЦП относительно друг друга и вто-
ричного ЦП. Перед объединением первичные ЦП записываются в
запоминающие устройства (ЗУ) с частотой записи f = 2048 кбит/с и
считываются из ЗУ с частотой fc, которая должна быть кратна так-
товой частоте вторичного сигнала и быть больше любой из частот
объединяемых сигналов. В аппаратуре ВВГ частота считывания
равна 2112 кГц (8448/4). Так как скорость записи информации мень-
ше скорости ее считывания, в цифровом сигнале на выходе ЗУ по-
лучаются позиции, не заполненные информацией — положитель-
ные временные сдвиги. Период возникновения ВС и количество
информационных символов между ними (Твс = 15,625 мкс, R = 32)
определяются по формулам (8.2) и (8.3). Временные сдвиги, возни-
кающие в считанной последовательности, свободны от информа-
ционных символов, поэтому для более полного использования
пропускной способности группового тракта на позициях ВС пере-
даются служебные сигналы, необходимые для работы ЦСП. При
синхронном согласовании скоростей Тж = const, поэтому для их
обнаружения на приеме, выделения служебной информации и кор-
рекции ЦП на приемную станцию достаточно передавать только
сигнал синхронизации, который обеспечивает правильное распре-
деление ЦП по своим комплектам АЦО.
Рассмотрим структурную схему комплекта ВВГ (рис. 10.1). Че-
тыре первичных цифровых потока поступают на блоки асинхрон-
ного сопряжения передачи АС Пер. На входе каждого блока есть
устройство первичного стыка приема ПС Пр, в котором биполяр-
ный код преобразуется в униполярный и выделяется тактовая час-
тота 2048 кГц для записи первичного ЦП в ЗУ.
Считывание с частотой 2112 кГц приводит к появлению временных
сдвигов. Для группирования ВС в соответствии с требуемой структу-
рой цикла в ЗУ предусмотрены дополнительные ячейки памяти.
Для определения необходимости положительного или отрица-
тельного согласования скоростей в блоке АС Пер постоянно конт-
ролируется временнбй интервал между импульсами записи и счи-
тывания. Сигналы считывания и управления записью поступают на
вход временнбго детектора ВД. Если указанный интервал находится
319
0Z£
Г01 w
ОтАЦО
КАЦО
AC Пер AC Пр
в допустимых пределах, сигнал на выходе ВД отсутствует и согла-
сование скоростей не происходит. Достижение той или иной гра-
ницы временнбго интервала свидетельствует о появлении неодно-
родности и, следовательно, о необходимости положительного или
отрицательного согласования скоростей (СС). От временнбго де-
тектора ВД к передатчику команд согласования скоростей Пер КСС
передается соответствующий сигнал. По этому сигналу в Пер КСС
вырабатываются команды согласования скоростей, которые схе-
мой объединения вставляются в цифровой поток на отведенные им
в цикле передачи импульсные позиции.
После формирования КСС, соответствующих положительному
или отрицательному СС, сигналами Пер КСС проводится либо
запрет одного импульса считывания, поступающего от ГО Пер,
логическим элементом НЕТ, либо дополнительное считывание ин-
формационного символа первичного потока сигналом Пер КСС
через элементы ИЛИ и НЕТ. Дополнительный информационный сим-
вол появится на одной из служебных позиций цикла передачи. При
формировании импульсов согласования скоростей требуемый интер-
вал между импульсами записи и считывания восстанавливается.
Сигналы от четырех блоков АС Пер поступают на входы блока
вторичного стыка передачи ВС Пер, где в формирователе группово-
го сигнала ФГС происходит посимвольное объединение четырех
цифровых потоков и служебных сигналов. После объединения в вы-
ходном устройстве ВУ блока ВС Пер вторичный цифровой поток,
представленный в униполярном двоичном коде, преобразуется в би-
полярный линейный код с высокой плотностью единиц КВП-3 (HDB-3),
который поступает в комплект линейного тракта или в комплект
временнбго группообразования более высокого уровня (ТВГ).
На приеме групповой сигнал поступает на вход блока вторич-
ного стыка приема ВС Пр, где преобразуется из биполярного кода
КВП-3 в униполярный, затем поступает в блок приемника синх-
росигнала ПС-В. Последний обеспечивает синхронную работу пе-
редающего и приемного трактов КВВГ. В случае нарушения син-"
Хронизации в этом устройстве осуществляется поиск циклового
сигнала синхронизации в принимаемом цифровом потоке и вы-
рабатывается сигнал установки начальной фазы работы ГО Пр.
В блоке ПС-В находится также распределитель группового сигнала,
11 Зак. 4611
321
где групповой сигнал разделяется на четыре, которые поступают
соответственно в четыре блока асинхронного сопряжения приема
АС Пр. Импульсные последовательности с выходов ГО Пр откры-
вают схемы И на входах блоков асинхронного сопряжения при-
ема АС Пр, обеспечивая запись принимаемых информационных
символов в ЗУ. Запись проводится импульсной последовательнос-
тью, поступающей из генераторного оборудования, а считывание
сигнала — импульсной последовательностью с частотой 2048 кГц,
выделяемой из принятого информационного сигнала 2112 кбит/с
после исключения служебных символов устройством фазовой ав-
топодстройки частоты ФАПЧ. Тем самым восстанавливается ис-
ходная скорость первичных ЦП.
Выделение команд согласования скоростей, их декодирование,
анализ и коррекция искажений команд происходят в приемнике
КСС Пр КСС. Приняв команду о выполненном в передающем обо-
рудовании положительном согласовании скоростей Пр КСС, воз-
действуя на схему НЕТ, дает запрет на запись в ЗУ балластного
символа, который был введен при передаче.
При отрицательном согласовании Пр КСС вырабатывает сиг-
нал, который через элемент ИЛИ2 разрешает прохождение на ЗУ
сигнала управления записью и одновременно через элемент ИЛИ1
воздействует на элемент И, пропуская тем самым дополнительный
информационный символ принимаемого в ЗУ сигнала, который
передавался на служебной позиции.
С выхода ЗУ первичный цифровой поток поступает в устрой-
ство первичного стыка передачи ПС Пер и после преобразования
униполярного кода в биполярный линейный код восстанавливает
первоначальный вид.
Тактовые частоты 8448 и 2112 кГц и другие импульсные после-
довательности вырабатываются в генераторном оборудовании,
которое на передаче состоит из блока задающего генератора ГЗ-В
и блока ГО-В, а на приеме, где тактовая частота 8448 кГц выделяет-
ся ВТЧ из линейного сигнала, из блока ГО-В.
Помимо устройств, приведенных на рис. 10.1, в составе КВВГ
имеются блоки контроля достоверности (КД) и контроля и сигна-
лизации (КС). Сигналы аварии о нарушении в работе блоков КВВГ
передаются на панель обслуживания, где имеются соответствующие
322
индикаторы и элементы управления, используемые для локализа-
ции неисправностей.
Принципы построения аппаратуры ВВГ разных модификаций
одинаковы. В качестве примера на рис. 10.2 приведена схема сек-
ции вторичного временнбго группообразования УВВГ-У из ком-
плекта ЦСП ИКМ-120У. Из схемы видно, что расположение фун-
кциональных узлов оборудования в блоках УВВГ-У и блоках
КВВГ различно, но сами узлы одинаковые.
В направлении передачи сигналы проходят через следующие ус-
тройства. Информационные потоки от четырех комплектов СК-30
(или других с аналогичными параметрами стыкового сигнала) по-
ступают на две платы ACI и АСП, каждая из которых предназна-
чена для преобразования скоростей двух первичных цифровых по-
токов. В передающих каналах происходят преобразование
биполярных сигналов в униполярный двоичный код устройства-
ми первичного стыка ПК Пр-2, выделение тактовой частоты ВТЧ и
асинхронное преобразование скоростей входных цифровых пото-
ков 2048 кбит/с в скорость, кратную тактовой частоте следования
группового сигнала (2112 кбит/с) устройством АС Пер.
Сигналы от четырех АС Пер поступают на плату ФГС, в кото-
рой формируется групповой сигнал в соответствии со структурой
цикла. Генераторное оборудование, получающее сигнал тактовой
частоты от задающего генератора, расположенного на плате ВС-ГЗ,
формирует импульсные последовательности, необходимые для уп-
равления работой устройств передающей части секции (ФГС, АС Пер).
Групповой сигнал с устройства ФГС поступает на плату
ВС-ГЗ, в которой устройство вторичного стыка ПК Пер преобра-
зуется двоичный код в биполярный линейный (НДВ-3).
В направлении приема вторичный сигнал также поступает на
плату ВС-ГЗ, в которой устройство вторичного стыка ПК Пр пре-
образует биполярный код НДВ-3 в двоичный. Затем сигнал посту-
пает на платы приемника синхросигнала ПС-В и распределителя
группового сигнала РГС. Адаптивный ПС-В обеспечивает непрерыв-
ный контроль синхронизма и восстановление синхронизма после его
потери, а также проводит установку начальной фазы работы генера-
торного оборудования приема ГО Пр при включении аппаратуры.
Четыре информационных потока, разделенные устройством РГС,
323
324
Рис. 10.2
поступают на четыре устройства АС Пр. Последние расположены
на двух платах АС, которые предназначены для восстановления
первоначальной скорости переданных первичных цифровых пото-
ков. С выхода устройства АС Пер цифровой поток поступает на
вход передающего устройства первичного стыка ПК Пер-2, в ко-
тором происходит преобразование сигнала униполярного кода в
сигнал биполярного линейного кода.
Платы КС-1 и КС-2 предназначены для автоматического конт-
роля секции ВВГ при эксплуатации и локализации возникающих
неисправностей.
Аналогично строится аппаратура ВВГ, основанная на од-
ностороннем согласовании скоростей. Разница появляется при
рассмотрении структуры цикла и, следовательно, расположе-
ния управляющих сигналов.
10.2. Структура цикла и генераторное оборудование
Формирование цикла передачи поясняется рис. 10.3. Цикл пе-
редачи первичного потока длительностью 125 мкс содержит 256 им-
пульсных позиций (ИП). Цикл считанной из ЗУ последователь-
ности импульсов такой же длительности будет содержать 264 ИП,
так как на каждые 32 информационные ИП будет возникать вре-
меннбй сдвиг длительностью в один тактовой интервал. Устрой-
ство асинхронного сопряжения и работа генераторного оборудо-
вания позволяют группировать временные сдвиги по два тактовых
интервала подряд, которые разделяют цепи на четыре группы сим-
волов по 64 информационных символа первичного потока в каж-
дой. Длительность каждой группы 66 тактовых интервалов или
31,25 мкс. Первые два ИП в нулевой группе (ИП 1-0, ИП 2-0) пред-
назначены для формирования сигнала синхронизации, так как он
должен находиться в начале цикла передачи. Вторые импульсные
позиции первой группы (ИП 2-1) всех четырех объединяемых по-
токов используются для передачи сигналов цифровой служебной
связи СпС, ИП-2-2 — для передачи дискретной информации, а ос-
тальные позиции временных сдвигов — для передачи команд со-
гласования скоростей и сигналов коррекции, так как основным ре-
жимом работы аппаратуры ИКМ-120 является асинхронный.
325
326
Рис. 10.3
Если сигналы синхронизации, служебной связи и дискретной
информации вводятся в цикл передачи при формировании вторич-
ного ЦП, команды согласования скоростей и двоичные символы,
осуществляющие коррекцию ЦП, вписываются в поток 2112 кбит/с,
так как процесс согласования проводится в каждом объединяемом
потоке. При асинхронном объединении из-за нестабильности так-
товых частот отношение (8.2) дробное число и его значение меня-
ется во времени. Это приводит к тому, что через определенное число
временных сдвигов число импульсов между соседними ВС изменится
и в считанной последовательности появится неоднородность. Нео-
днородности возникают с периодом, определяемым разностью
Тс/(Т3-Тс)-Я-±„/Д (10.1)
где Тс и Т3 — периоды считывания и записи информационных сигна-
лов; п — число неоднородностей в цикле; L — количество ВС, составля-
ющих цикл неоднородностей.
Например, если в результате расчета получилась дробь 1/27, зна-
чит из каждых 27 возникающих в считанной импульсной последо-
вательности временных сдвигов один будет с неоднородностью.
Знак разности в выражении (10.1) показывает направление измене-
ния временнбго интервала между ВС Пр и возникновении неодно-
родностей: при положительной разности происходит увеличение
интервала между ВС, при отрицательной — уменьшение.
Период возникновения неоднородностей — величина непосто-
янная, так как он определяется нестабильностью тактовых частот
систем передачи, поэтому для коррекции неоднородностей нужно
передавать команды согласования скоростей.
В оборудовании вторичного временнбго группообразования
частота считывания больше частоты записи, но, несмотря на это, в
аппаратуре ИКМ-120 используется принцип двустороннего согла-
сования скоростей. Это объясняется тем, что частота считывания
информационных символов первичного ЦП, записанных в ЗУ, мень-
ше /с:Уси = /с -/сл> где /сл — частота следования служебной инфор-
мации, которая, в свою очередь, равна произведению числа импуль-
сных позиций в цикле для передачи служебных символов на частоту
следования циклов. Так как для передачи служебной информации
используются позиции ВС, то fcn = 8x8 = 64 кГц и, следовательно,
327
fcu = 2048 кГц = /3. Но при асинхронном СС равенство^ = /си, как
правило, не соблюдается, следовательно возможны два случая:
/з </си- Тогда, как указывалось выше, на выходе ЗУ в информа-
ционной последовательности появляются неинформационные «пу-
стые» позиции, которые будут являться дополнительными к тем ВС,
которые используются для передачи служебной информации. Сиг-
нал о появлении таких позиций с помощью КСС передается на
приемную станцию, где эти позиции не учитываются при приеме ин-
формационного сигнала (положительное согласование скоростей ПСС);
/з >/си. Возникают отрицательные ВС, т.е. необходимо отрица-
тельное согласование скоростей ОСС, когда из информационной
последовательности периодически изымается один символ. Этот
символ должен размещаться в цикле передачи на служебных пози-
циях и на приемной оконечной станции считывается в цифровом
потоке наряду с информационными. - (
В оборудовании временного группообразования в качестве нео-
днородностей воспринимаются только временные сдвиги, вызван-
ные разностью частот f3 и/си, а сдвиги из-за дополнительного повы-
шения частоты считывания на/сл для передачи служебных символов
воспринимаются как нормированные, не требующие передачи инфор-
мации на приемную станцию о согласовании скоростей.
Таким образом, в структуре цикла передачи помимо информа-
ционных символов, синхросигнала, позиций для передачи сигна-
лов служебной связи и дискретной информации предусмотрены слу-
жебные позиции для команд согласования скоростей, а также
информационных символов, передаваемых на служебных позициях
при отрицательном согласовании скоростей. Для защиты от иска-
жений команды согласования скоростей передаются трехэлемент-
ной кодовой комбинацией, причем разряды этой кодовой комби-
нации для большей помехозащищенности разнесены по времени
и вводятся на первые импульсные позиции групп цикла Гр1—ГрЗ.
В системах с двусторонним согласованием скоростей необхо-
димо передавать информацию о трех возможных состояниях: со-
гласование скоростей не проводится, выполняется положительное
или отрицательное согласование. Чтобы сократить разрядность ко-
довой комбинации КСС, сохраняя ее помехозащищенность, в ап-
паратуре ИКМ-120 не используется команда об отсутствии согла-
328
сования скоростей. Используются только две кодовые комбина-
ции: 111 и ООО. Отсутствие КСС фиксируется чередованием этих ком-
бинаций. Две одинаковые комбинации, следующие в двух циклах
подряд, свидетельствуют о необходимости согласования скорос-
тей. Такие системы передачи называются системами с двусторон-
ним согласованием и двукомандным управлением.
После передачи команды о наличии СС в специально отведен-
ные моменты времени проводится коррекция временных положе-
ний импульсов считывания. Положительное согласование скорос-
тей выполняется запретом одного импульса считывания на третьей
импульсной позиции в третьей группе символов (ИП 3-3). Вместо
информационного в считанной последовательности оказывается
балластный символ. Вторая импульсная позиция третьей груп-
пы (ИП 2-3) — одна из позиций, отведенных для служебных сиг-
налов, при отрицательном согласовании скоростей используется
для передачи информационных символов первичного потока.
Так как частота появления информационных импульсов на ИП 2-3
в десятки раз меньше частоты следования циклов, эта импульсная
позиция используется для передачи информации о знаке согласова-
ния скоростей. Кроме того, в циклах, где ИП 2-3 свободна, на ней
могут передаваться сигналы аварии и вызова по служебной связи.
Посимвольное объединение четырех синхронных и синфазных
ЦП 2112 кбит/с, имеющих одинаковую структуру цикла, дает вто-
ричный цифровой поток со скоростью передачи 8448 кбит/с. Одно-
временно во вторичный ЦП вводятся служебные символы на пози-
циях сигнала синхронизации, служебной связи и дискретной
информации. Получаемая в результате объединения структура цик-
ла аппаратуры ИКМ-120 приведена на рис. 10.3.
Генераторное оборудование вторичной системы передачи, струк-
турная схема которого приведена на рис. 10.4, состоит из задающе-
го генератора ГЗ-8448 (на приеме ВТЧ), делителей частоты (Д1, Д2,
ДЗ) и формирующего устройства ФУ.
Задающий генератор формирует импульсы с тактовой частотой
/т = 8448 кГц для синхронизации всех групповых устройств ВВГ.
Он может работать в режимах внутренней и внешней синхрониза-
ции. Смена режима работы выполняется установкой соответству-
ющих перемычек. При работе в режиме внешней синхронизации в
329
Рис. 10.4
случае пропадания синхронизирующего сигнала переход в режим
внутренней синхронизации происходит автоматически.
Остальные узлы ГО предназначены для формирования управля-
ющих импульсных сигналов, которые определяют последователь-
ность работы функциональных элементов оборудования ВВГ.
Делителем на четыре Д1, который называется делителем-распреде-
лителем, тактовая частота 8448 кГц делится на четыре, вследствие чего
получаются четыре импульсные последовательности с частотой 2112 кГц.
Они предназначены для формирования и объединения синхронных и
синфазных потоков на передаче, а также разделения и предварительной
обработки принятых сигналов в приемной части аппаратуры.
Далее после делителя на 66 Д2, называемого групповым, полу-
чается импульсная последовательность 32 кГц, которая использу-
ется для формирования сигнала цифровой служебной связи мето-
дом дельта-модуляции, передаваемого со скоростью 32 кбит/с.
Далее, после деления на четыре (цикловой делитель ДЗ) получается
частота следования циклов 8 кГц.
Импульсные последовательности с основных и промежуточных
выходов делителей поступают на формирующее устройство ФУ, где
логическими элементами И-НЕ обрабатываются и в результате
получаются управляющие сигналы ГО ИКМ-120, которые
330
Рис. 10.5
необходимы для правильного распределения информации и слу-
жебных символов в цикле передачи. Временная диаграмма управ-
ляющих сигналов на выходах формирующего устройства приве-
дена на рис. 10.5. Назначение каждого из них следующее: сигнал
«торможение» длительностью в две импульсные позиции, для ввода
служебной информации в начале каждой группы символов в цик-
ле передачи (см. рис. 10.3); ИП1-0, ИП2-0 — первая и вторая им-
пульсные позиции группы символов ГрО, находятся в начале цик-
ла передачи, поэтому используются для формирования сигнала
синхронизации; ИП КСС — позиции для ввода команд согласова-
ния скоростей; ИП2-1 — для ввода сигналов цифровой служебной
связи; ИП2-2—для ввода сигналов дискретной информации; ИП-В —
импульсная позиция «вставка», предназначена для ввода на служеб-
ную позицию ИП2-3 информационного символа при отрицательном
согласовании скоростей; И П-3 — импульсная позиция «запрет», слу-
жит для запрета передачи информационного символа на позиции ИПЗ-
3 при положительном согласовании скоростей.
Генераторное оборудование приемной части отличается от ге-
нераторного оборудования передающей отсутствием задающего
генератора, так как тактовая частота выделяется из линейного сигна-
ла ВТЧ, а также наличием шины установки делителей в исходное со-
стояние, которая подключается к приемнику синхросигнала.
В оборудовании ВВГ, как и в аппаратуре группообразования
более высоких уровней иерархии, применяются адаптивные при-
емники сигнала синхронизации (см. п. 9.5).
10.3. Устройство асинхронного сопряжения передачи
При асинхронном сопряжении частота считывания выбирается
всегда выше частоты записи/3, что объясняется необходимостью пе-
редачи дополнительных служебных сигналов. Однако, как было по-
казано выше, служебные символы передаются на позициях норми-
рованных временных сдвигов, которые расположены равномерно в
цикле передачи. Если не учитывать служебные символы, то часто-
та записи информации в ЗУ равна частоте считывания информации
(/си = Jс ~ /ел) и согласование скоростей не проводится, так как на при-
еме временные сдвиги легко обнаружить, зная период их следования.
332
Из-за нестабильности тактовых генераторов аппаратуры ИКМ-30
(Sy= ±3-1О'5, что соответствует изменению частоты Д/ приблизи-
тельно на ±60 Гц) и ИКМ-120 (&у= ±2-10'5, А/ ® ± 160 Гц) частоты
записи и считывания будут отличаться от номинальных значений.
Это приведет к появлению неоднородностей в импульсной последо-
вательности на выходе ЗУ. Число информационных символов перед
неоднородностью будет на один больше или меньше R (рис. 10.6).
Эти изменения (заштрихованные участки) периода следования вре-
менных сдвигов (Гвс) необходимо скорректировать.
Период возникновения неоднородностей определяется выраже-
нием (10.1), однако из-за нестабильности тактовых генераторов он
меняется, поэтому нельзя заранее определить место возникновения
неоднородностей в групповом цифровом сигнале. Следовательно, в
отличие от временных сдвигов для коррекции неоднородностей, воз-
никающих в считанной из ЗУ последовательности на приемную стан-
цию должны передаваться команды согласования скоростей.
Чтобы при возникновении неоднородности Тж не изменялся при
f-л i ДА <Уси ± Д/Си, в считанную информационную последователь-
ность вместо одного информационного вводится балластный сим-
вол, а при /3 ± Д/з > /си ± Л/си один информационный символ пе-
реносится на позицию временнбго сдвига, т.е. передается на
приемную станцию не в информационной последовательности,
а на служебной позиции.
333
Неоднородности возникают в произвольные моменты времени,
зависящие от соотношения частот записи и считывания, а позиции
для балластных символов при положительном согласовании ско-
ростей (ИП 3-3) и для передачи «лишних» информационных сим-
волов при отрицательном согласовании (ИП 2-3) строго определе-
ны в цикле цифрового сигнала (см. рис. 10.3). Поэтому коррекция
неоднородностей проводится не сразу при их возникновении, а через
определенное время (время ожидания гож), за которое передаются ко-
манда согласования скоростей и информация о знаке согласования.
Рассмотрим временные соотношения между сигналами записи
и считывания по временнбй диаграмме (рис. 10.7) для случая по-
ложительного согласования скоростей. Диаграмма (рис. 10.7, а)
иллюстрирует изменения временнбго интервала между момента-
ми записи и считывания информации без учета нормированных
временных сдвигов, вызванных различием номинальных частот за-
писи /з и считывания /с. Она иллюстрируют процесс изменения
интервала между моментами записи и считывания информации Д/,
который определяется разностью частот/3 nfCii, вызванной неста-
бильностью тактовых генераторов /3 ± Д/3 < /си i А/си-
Поэтому на этой диаграмме аналогично диаграмме, приведен-
ной на рис. 8.27, интервал Д/ уменьшается до момента возникно-
вения неоднородности, затем вновь уменьшается от Тс до 0. Пери-
од возникновения неоднородностей определяется соотношением
(10.1). На диаграмме 10.7, б указаны моменты времени, в которые
334
может проводиться коррекция. Они определяются структурой цик-
ла передачи. Коррекция выполняется через промежутки времени,
кратные длительности цикла передачи Тц, после уменьшения ин-
тервала между моментами записи и считывания до 0, т.е. после
возникновения неоднородностей (рис. 10.7, г). Заштрихованные
интервалы времени на рис. 10.7, в соответствуют времени ожида-
ния коррекции. Диаграмма изменения временного интервала меж-
ду сигналами записи и считывания с учетом времени ожидания при-
ведена на рис. 10.7, д. На диаграмме видно, что значение интервала
между моментами записи и считывания выходит за пределы Гс,
следовательно, во избежание потери информации или сбоев в ее
передаче ЗУ должно содержать дополнительные ячейки памяти.
В п. 8.4 принцип согласования скоростей рассматривается на
примере ЗУ с одной ячейкой памяти. В этом случае во избежание
сбоев в передаче информации, интервал Д/ не должен быть больше
Тс или меньше 0. Возрастание объема памяти приводит к увеличе-
нию длительности хранения информации в каждой ячейке и, следо-
вательно, к возможности роста интервала Дг пропорционально
числу ячеек. Число ячеек ЗУ выбирается с учетом структуры цикла,
в частности, группирования временных сдвигов для передачи слу-
жебной информации, а также вида согласования скоростей, допус-
тимого времени ожидания, относительного значения временных
флуктуаций входного сигнала, а также некоторых других факто-
ров [13]. Для минимизации объема ЗУ желательно, чтобы служеб-
ные символы были равномерно распределены в цикле передачи.
В соответствии с соотношением (8.3) в аппаратуре ИКМ-120 мож-
но распределить один служебный символ на 32 информационных.
Однако такое распределение не позволяет сформировать в начале
цикла вторичного потока восьмиэлементный сигнал синхрониза-
ции, который необходим для обеспечения требуемых характерис-
тик системы синхронизации. Для получения восьми служебных им-
пульсных позиций при посимвольном объединении четырех
цифровых потоков необходимо, чтобы временные сдвиги на выхо-
де блоков асинхронного сопряжения передачи в каждом из объе-
диняемых ЦП группировались попарно: две позиции ВС через
каждые 64 информационных импульсных позиции (см. рис. 10.3).
Учет всех выше перечисленных факторов в аппаратуре вторичного
335
временного группообразования позволяет обеспечить ЗУ, с семью
ячейками памяти. В ранних выпусках аппаратуры ИКМ-120 при-
менялись ЗУ из пяти ячеек, что позволяло обеспечивать нацио-
нальные требования по допустимым временным флуктуациям циф-
ровых сигналов. Для упрощения временных диаграмм принцип
работы блока асинхронного сопряжения АС Пер рассмотрим с ЗУ
из пяти ячеек.
Основные функциональные узлы АС Пер (рис. 10.8):
запоминающее устройство ЗУ, в которое записывается цифро-
вой сигнал, поступающий с выхода устройства первичного стыка
ПС со скоростью 2048 кбит/с, и считывается импульсной последо-
вательностью, приходящей от генераторного оборудования пере-
дачи ГО-В с тактовой частотой 2112 кГц;
распределители записи РЗ и считывания PC;
временной детектор ВД, контролирующий временнбй интервал
между моментами записи и считывания в ячейках памяти ЗУ;
передатчик команд согласования скоростей Пер КСС, который
формирует управляющие сигналы для СУ и приемной станции;
схема управления СУ процессом считывания информации, осу-
ществляющая торможение или ускорение считывания информации
по соответствующему сигналу от схемы Пер КСС.
Временная диаграмма, поясняющая работу блока АС Пер в син-
хронном режиме, когда согласование скоростей не проводится, при-
ведена на рис. 10.9. При работе блока на выходе ЗУ появляется
исходная информационная последовательность, мгновенная ско-
рость которой определяется работой PC, т.е. составляет 2112 кбит/с,
а средняя скорость, определяемая числом информационных сим-
волов за секунду, равна 2048 кбит/с. Скорости записи и считыва-
ния выравниваются сигналом «торможение», который от генера-
торного оборудования (см. рис. 10.5) через элементы НЕТЗ, ИЛИЗ
поступает на вход элемента запрета НЕТ1 (см. рис. 10.8) и задержи-
вает работу PC на два такта после каждых 64 тактов считывания.
Таким образом, равномерная последовательность символов пер-
вичного ЦП, поступающая на вход ЗУ, преобразуется в неравно-
мерную с положительными временными сдвигами длительностью
два тактовых интервала.
336
см
Рис. 10.8
338
2048 _
Л П П П.ПГ1П п п п п п п п п п п гг
I
Р31
Вход ЦП
Т1
Т2
ТЗ
Т4
Т5
2И2
Торможение
Выход НЕТ1
РС1
Выход ИЛИ1
Выход НЕТЗ
Рис. 10.9
Во избежание сбоев в работе ЗУ необходимо соблюдение двух
условий: моменты записи должны опережать моменты считыва-
ния; на каждый записанный информационный символ должен фор-
мироваться импульс считывания.
В синхронном режиме эти условия обеспечиваются первоначаль-
ной установкой временнбго интервала между моментами записи и
считывания (Дг). В течение периода следования сигнала торможе-
ния Д/ уменьшается на, два тактовых интервала, поэтому первона-
чальная величина Дг принята равной трем тактовым интервалам
(ЗТС). Так как информация в каждой ячейке памяти ЗУ хранится в
течение семи тактовых интервалов, изменение Д/ от ЗТС до Тс не
приведет к сбоям в работе ЗУ (рис. 10.10, а).
В асинхронном режиме равенство частот записи и считывания
информации нарушается. Интервал Д/ за период следования
сигналов торможения будет изменяться на значение, меньшее
(при /3 ± Д/з </си ± Д/си) или большее (при/3 ± Д/3 >/си ± Д/си)
двух тактовых интервалов. В первом случае возможно нарушение
условия работы ЗУ, так как Дг будет уменьшаться, поэтому необ-
ходимо замедлить работу PC, т.е. уменьшить /си. Во втором воз-
растание Д/ может привести к нарушению второго условия, следо-
вательно, требуется увеличение /си.
Уменьшение частоты считывания информации проводится ис-
ключением считывающих импульсов на позициях «запрет» ИП-3,
а увеличение — добавлением их на позициях «вставки» ИП-В
(рис. 10.10, б и в). Импульс торможения в третьей группе цикла ГрЗ
либо увеличивается до трех тактовых интервалов, складываясь с
ИП-3, либо уменьшается до одного тактового интервала. В после-
днем случае ИП-В, воздействуя на схему НЕТЗ (см. рис. 10.8), запре-
щает прохождение одного такта импульса торможения на схему НЕТ1.
Решение о необходимости положительного (+) или отрицатель-
ного (-) согласования скоростей вырабатывается во временном де-
текторе, который контролирует длительность временнбго интер-
вала между моментами записи и считывания. Схема простейшего
детектора и временная диаграмма, поясняющая его работу, приве-
дены на рис. 10.11, а и б. Входы ВД (триггера Т) подключены к
одноименным выходам распределителей РЗ и PC (Р35 и РС5). На вы-
ходы триггера включены элементы совпадения И1 и И2, на другие
339
340
б
Моменты
записи
Тормо-
жение
Моменты .
считывания —
А/< Т
&<ЗТС
Рис. 10.10
входы которых подаются импульсные последовательности, ограни-
чивающие номинальный интервал гном. Если передний фронт импуль-
сов РС5 находится в номинальном временном интервале, на выходах
ВД сигналы отсутствуют и на выходе Пер КСС (см. рис. 10.8) с нача-
лом каждого цикла будет изменяться потенциал, открывая или зак-
рывая элемент И8. В сформированном на выходе элемента ИЛИ2
цифровом потоке, на импульсных позициях КСС, будет чередо-
вание команд ООО, 111, 000, 111 и т.д., свидетельствующее об от-
сутствии коррекции.
При достижении передним фронтом импульса РС5 (см. рис. 10.11)
той или иной границы на одном из выходов ВД появляется сигнал
логической единицы, который фиксируется в Пер КСС (см. рис.
10.8). После чего на его выходе (+) или (-) формируется импульс
длительностью в один цикл передачи, открывающий элементы И6
или И7 в схеме управления считыванием. Тем самым разрешается
прохождение корректирующих импульсов «запрет» или «вставка»
на схему управления. Импульс «торможение» увеличивается или
уменьшается, что возвращает передний фронт импульса РС5 в но-
минальный временнбй интервал.
При формировании сигналов (+) и (-) чередование потенциа-
лов на входе И8 нарушается, следовательно, нарушается и чередо-
вание команд согласования скоростей. Появление сдвоенных ко-
манд вида 111, 111 или ООО, 000 свидетельствует о выполненном
положительном или отрицательном согласовании.
Таким образом, кодовыми комбинациями КСС (ООО и 111) на
приемную станцию передаются три вида информации: отсутствие
РС ... 2................1....3 | 4 I 5 I I I 2
Рис. 10.11
341
согласования скоростей, положительное или отрицательное согла-
сование. Такой способ управления процессом двустороннего асин-
хронного согласования скоростей называется двухкомандным.
Максимальное расхождения частот записи и считывания
±100 Гц (Д/3 = ±60 Гц, Д/си = ±160/4 = ±40 Гц), следовательно,
для обеспечения безошибочной работы АС Пер необходимо с этой
же частотой согласовывать скорости, т.е. повышать скорость счи-
тывания на AF, если она меньше скорости записи, или уменьшать, если
скорость считывания информации больше скорости входнрго потока.
При двустороннем согласовании скоростей частота коррекции
значительно ниже частоты следования циклов ЦП. При максималь-
ном расхождении частот согласование скоростей проводится при-
близительно 1 раз за 80 циклов (8 кГц/100 Гц).
1ОЛ. Устройство асинхронного сопряжения приема
В устройстве асинхронного сопряжения приема АС Пр восста-
навливается исходная скорость первичных цифровых потоков. Оно
содержит следующие основные узлы (рис. 10.12): приемник команд
согласования скоростей Пр КСС, в котором происходит выделение из
цифрового потока команд согласования скоростей, их декодирование
Рис. 10.12
342
и при необходимости коррекция; схему управления СУ, корректи-
рующую длительность импульсов торможения по сигналам ГО и
Пр КСС; запоминающее устройство ЗУ, состоящее из семи ячеек
памяти; распределители записи РЗ и считывания PC; устройство
фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ, вырабатывающее им-
пульсную последовательность с частотой 2048 кГц.
Временная диаграмма, поясняющая работу АСПр в синхрон-
ном режиме, приведена на рис. 10.13. Входной цифровой поток со
скоростью передачи 2112 кбит/с поступает на вход Пр КСС и ЗУ.
При отсутствии согласования скоростей импульс «торможение»
проходит через СУ без изменения длительности и воздействует на
схему НЕТ2, задерживая работу регистра записи на два тактовых
интервала через каждые 64 информационные позиции.
Временное положение сигнала «торможение» определяется ра-
ботой ГО-В, начальная фаза которого устанавливается приемни-
ком синхросигнала. При синхронной работе передающей и при-
емной станций в момент формирования импульса «торможение»
на вход ЗУ поступают служебные символы. В этом случае сигна-
лами с выхода РЗ в ячейки памяти будут записаны только инфор-
мационные символы первичного ЦП.
Информация из ЗУ считывается сигналами с выходов распреде-
лителя считывания PC, который управляется импульсной последо-
вательностью с частотой 2048 кГц, вырабатываемой ФАПЧ. Пос-
ледний помимо формирования сигнала считывания, устанавливает
номинальный временнбй интервал между моментами записи и счи-
тывания в ячейках памяти. В результате работы АСПр на выходе
ЗУ формируется равномерный цифровой поток со скоростью
передачи 2048 кбит/с.
В асинхронном режиме вследствие работы Пр КСС в СУ будет
происходить либо увеличение на один такт импульса «торможе-
ние» и, следовательно, запрет одного такта в тактовой импульсной
последовательности 2112 кГц на позиции ИП 3-3 (где передается
балластный символ при положительном согласовании скорости),
либо уменьшение импульса «торможение». В последнем случае в
тактовой импульсной последовательности 2112 кГц появится до-
полнительный импульс считывания на служебной позиции ИП 2-3,
с помощью которого информация, передаваемая при отрицательном
343
Рис. 10.13
согласовании скоростей на служебной позиции, будет записана в
одну из ячеек памяти и, следовательно, учтена при формировании
выходного ЦП.
Устройство и работа РЗ, PC, ЗУ и СУ были рассмотрены при
изучении блока асинхронного сопряжения передачи АС Пер, по-
этому остановимся более подробно на принципах работы Пр КСС
и устройства ФАПЧ.
При двухкомандном управлении двусторонним согласовани-
ем скоростей отсутствие коррекции цифрового сигнала сопровож-
дается передачей чередующихся кодовых комбинаций (команд со-
гласования скоростей) 111 ,000, 111, 000 и т.д. (в дальнейшем будем
применять обозначения +, -, +, -, ...). В случае коррекции переда-
ются две идентичные команды (сдвоенные), при положительном
согласовании скоростей — (+, +), а при отрицательном — (-, -).
Такой способ обеспечивает хорошую помехоустойчивость, так
как при искажении одной из чередующихся команд образуется пос-
ледовательность из трех команд одного знака: +, +, + при искаже-
нии отрицательной команды, или -, -, - при искажении положи-
тельной команды. В неискаженном сигнале строенные команды
одного знака отсутствуют. Анализируя сигналы команд согласова-
ния скоростей по этому принципу, можно обнаружить и скорректи-
ровать любое искажение чередующихся команд.
Искажение сдвоенных команд, несущих информацию о прове-
денной коррекции цифрового сигнала, приводит к формированию
ложных сдвоенных команд противоположного знака (рис. 10.14),
которые невозможно отличить от истинных без дополнительных
мер. Во избежание ложной коррекции помимо команд согласова-
ния скоростей на приемную станцию передается информация о знаке
согласования, который определяется в АС Пер по знаку измене-
ния интервала Дг.
Структурная схема приемника КСС приведена на рис. 10.15.
Сигналы КСС из цифрового потока выделяются элементом И1, на
который, помимо ЦП, поступают сигналы ИП-КСС от ГО. Далее
сигналы КСС подаются на вход опознавателя команд, где трех-
символьные кодовые группы преобразуются в последовательность
команд + или -. Здесь же исправляются одиночные искажения в этих
кодовых группах. Опознаватель выполнен в виде двухразрядного
345
Рис. 10.14
Рис. 10.15
двоичного счетчика, который подсчитывает число импульсов в ко-
манде. Если оно больше или равно двум, на выходе второго раз-
ряда счетчика появится сигнал, свидетельствующий о приеме ко-
манды + (111), а если меньше двух, на выходе появится сигнал,
свидетельствующий о приеме команды - (ООО).
С выхода опознавателя команды поступают на вход дешифра-
тора команд, где преобразуются в сигналы о наличии или отсут-
ствии коррекции. Последовательность чередующихся команд, а так-
же строенные команды (которые в результате работы дешифратора
преобразуются в чередующиеся) дешифрируются как сигналы от-
сутствия согласования скоростей. Обнаружение сдвоенных команд
приводит к появлению сигналов о необходимости коррекции.
Информация о знаке согласования передается последовательнос-
тью единиц при положительном согласовании скоростей и нулей —
при отрицательном. Они выделяются из ЦП сигналами ГО ИП-В,
так как они передаются во втором разряде третьей группы симво-
лов. Дешифратор сигнала знака согласования скоростей построен по
принципу накопителя. Таким образом, сигналы о необходимости
346
проведения согласования скоростей того или иного знака из Пер КСС
через элементы ИЗ и И4 передаются в СУ. Знак согласования опре-
деляется в дешифраторе знака сигнала, а моменты согласования —
в дешифраторе КСС.
Рассмотрим теперь подробнее работу устройства ФАПЧ
(см. рис. 10.12). Оно состоит из генератора, управляемого напряже-
нием, ГУН, фильтра нижних частот ФНЧ, выполняющего функцию
управления ГУН, и временно-
го детектора ВД (триггер). К
входам временного детектора
(рис. 10.16) подключены од-
ноименные выходы РЗ и PC,
в результате на выходе бу-
дет импульсная последова-
тельность, в которой шири-
на импульса соответствует
временнбму интервалу меж-
ду моментами записи и счи-
тывания Д/.
Для более надежного считывания сигнала из ячеек памяти мо-
менты считывания должны номинально находиться в середине
временного интервала между двумя моментами записи в эту ячей-
ку. Таким образом, скважность импульсной последовательности
на выходе ВД должна быть равна двум. В этом случае постоянная
составляющая сигнала равна половине его амплитуды и ГУН бу-
дет вырабатывать колебания с номинальной частотой первичного
цифрового сигнала 2048 кГц.
Однако вследствие неравномерности работы РЗ передний фронт,
формируемый импульсом разряда РЗ, меняет свое положение в пре-
делах изменения сигнала «торможение» (максимально — три так-
товых интервала), задний фронт, формируемый импульсом разря-
да PC, также может изменять свое положение в пределах тактового
интервала Г, из-за неидеальности работы устройства ФАПЧ, вы-
рабатывающего колебания с частотой считывания.
Следовательно, спектр сигнала на выходе ВД содержит посто-
янную и низкочастотные составляющие, обусловленные частотой
347
коррекции и наличием времени ожидания, а также высокочастотные:
колебания частотой 2112 кГц, уменьшенные в 7 раз вследствие ра-
боты РЗ, и частотой следования временных сдвигов (сигнал «тор-
можение» 32 кГц).
Очевидно, что подавление ФНЧ переменных составляющих сиг-
нала на выходе ВД обеспечивает управление ГУН (см. рис. 10.12)
постоянной составляющей и, следовательно, идеальное восстанов-
ление скорости первичного потока. Для этого необходимо исполь-
зовать ФНЧ с бесконечно малой полосой пропускания, но, чтобы
устройство ФАПЧ могло реагировать на изменение частот записи
и считывания, частота среза ФНЧ (характеризующая полосу зах-
вата устройства ФАПЧ) не должна быть меньше максимального
расхождения частот записи в передающем устройстве и считыва-
ния в приемном. В аппаратуре ИКМ-120А полоса захвата устрой-
ства ФАПЧ выбрана примерно 160 кГц.
Работа устройства ФАПЧ выражается в следующем. При/зи >/с
скважность импульсного сигнала на выходе ВД уменьшается, уве-
личивается напряжение, подаваемое на ГУН, что вызывает повы-
шение частоты считывания. При/зи </с скважность увеличивается,
что приводит к уменьшению напряжения ufc. Таким образом, про-
исходит выравнивание /зи и fc при появлении неоднородностей в
принимаемом сигнале. Колебания частоты считывания приводят к
колебаниям фазы импульсов в выходном первичном ЦП. Эта па-
разитная модуляция, проявляющаяся во временных флуктуациях
цифрового сигнала, называется джиттером.
В аппаратуре с двусторонним согласованием скоростей влияние вре-
мени ожидания на значение джиттера незначительно, поэтому основ-
ным источником временных флуктуаций сигнала на выходе оборудо-
вания ВВГ является искажение сигнала из-за разности частот записи и
считывания. При использовании ФАПЧ, состоящего из ВД, ФНЧ и
ГУН, джиггер достигает периода тактовой частоты Т(А — 100 %).
Для уменьшения джиттера
Рис. 10.17
в аппаратуре ранних выпусков
ИКМ-120 использовался спо-
соб, основанный на компенса-
ции низкочастотных составля-
ющих на входе ГУН. В
устройство ФАПЧ (рис. 10.17)
были введены дополнительные
348
элементы: разделительная
цепь РЦ, интегратор Инт,
инвентор Инв и сумматор С.
Изменение постоянной
составляющей управляю-
щего сигнала пропорци-
онально изменению
скважности импульсной
последовательности на
выходе ВД (рис. 10.18, а)
при положительном со-
гласовании скоростей. Эти изменения можно скомпенсировать, фор-
мируя из последовательности импульсов, соответствующих момен-
там коррекции (рис. 10.18, б), компенсирующий сигнал,
содержащий те же низкочастотные составляющие, что и управля-
ющий сигнал, но противоположные по фазе (рис. 10.18, в). Ком-
пенсирующий сигнал формируется интегратором и инвертором.
Для того чтобы спектр компенсирующего сигнала не содержал по-
стоянной составляющей, которая могла бы подавлять постоянную
составляющую в управляющем сигнале, на вход интегратора вклю-
чена РЦ. В результате суммирования двух сигналов колебание уп-
равляющего напряжения на входе ГУН значительно снижаются
(рис. 10.18, г).
Такой способ позволяет достичь эффективного уменьшения джит-
тера для частот выше 100 Гц (до 6 %). С уменьшением частоты
коррекции действие компенсирующей цепи ослабляется, джиттер
резко увеличивается и его максимальное значение при разности
частот записи и считывания, близких нулю, достигает 100 %.
Существенное уменьшение амплитуды временных флуктуаций
достигается при использовании устройств согласования скоростей
с передачей промежуточных значений временнбго интервала меж-
ду моментами записи и считывания. Этот интервал разбивается на
ряд более мелких промежутков времени. В передающем устрой-
стве АС Пер используется дополнительный временной детектор,
фиксирующий достижение границ этих промежутков и формиру-
ющий сигналы об этом для передачи в устройство АС Пр. Информация
о направлении изменения временнбго интервала (знак согласования
349
скоростей) и промежуточных значениях передается на ИП 2-3, так
как при отсутствии отрицательного согласования скоростей эта
позиция свободна. В приемном устройстве АС Пр в соответствии с
этой информацией в цепь записи вводится (в зависимости от знака)
задержка, соответствующая интервалу между промежуточными зна-
чениями. Этот интервал и является определяющим при возникнове-
нии джиттера в выходном сигнале.
Рис. 10.19
Структурная схема уст-
ройства ФАПЧ с компенса-
цией временных флуктуаций
на входе ГУН при помощи
промежуточных значений
временнбго интервала и вре-
менная диаграмма, поясняю-
щая его работу, приведены на
рис. 10.19, 10.20. По каждому
сигналу о достижении вре-
менным интервалом проме-
жуточного порогового значения (рис. 10.20, я) увеличивается или
уменьшается (в зависимости от знака согласования скоростей) ком-
Рис. 10.20
350
пенсирующее напряжение (рис. 10.20, б). Это напряжение, выраба-
тываемое цифро-аналоговым преобразователем ЦАП, вычитается
из сигнала, поступающего с выхода ВД. Результирующее напря-
жение после фильтрации управляет ГУН.
Как видно из временнбй диаграммы, передача промежуточных
значений между сигналами записи и считывания приводит к изме-
нению спектрального состава управляющего напряжения. Срав-
нивая диаграммы (рис. 10.20, виг) можно видеть, что при сохра-
нении пилообразного характера управляющего напряжения его
частота увеличивается в п раз, где п — число промежуточных зна-
чений. Это обеспечивает более полное подавление переменных со-
ставляющих управляющего напряжения. В аппаратуре ИКМ-120У
используется восемь промежуточных значений и временные флукту-
ации не превышают 15 %. В аппаратуре ИКМ-480У число промежу-
точных значений увеличено и временное флуктуации не более 5 %.
10.5. Оборудование временного группообразования
аппаратуры высших уровней плезиохронной иерархии
Оборудование третичного группообразования выполняется в виде
комплектов или секций ТВГ и обычно размещается на стойках СТВГ.
Каждый комплект предназначен для объединения четырех вторичных
120-канальных потоков со скоростью передачи 8448 кбит/с в один тре-
тичный цифровой 480-канальный поток со скоростью 34368 кбит/с в
тракте передачи и для обратного преобразования в тракте приема.
Групповой третичный поток формируется асинхронным или син-
хронным посимвольным объединением. Принцип построения уст-
ройства третичного группообразования, алгоритм функциониро-
вания и принцип построения структуры цикла передачи такие же, как
и в ВВГ-У. Как и в ВВГ, в ТВГ, работающих на сети нашей страны,
используются двустороннее согласование скоростей и двухкоманд-
ное управление, система цикловой синхронизации адаптивная.
Структурная схема комплекта ТВГ (КТВГ) для одного направ-
ления передачи приведена на рис. 10.21. Как и в КВВГ, основными
элементами комплекта являются блоки асинхронного сопряжения
АС Пер и АС Пр, формирователь группового сигнала на передаче
351
ФГС и приемник синхросигнала с устройством разделения пото-
ков ПС-Т, устройства третичных стыков ТС Пер, ТС Пр и генера-
торное оборудование.
Цикл оборудования ТВГ (рис. 10.22), содержащий 2148 импуль-
сных позиций ИП, из которых 2112 информационных и 36 служеб-
ных, разбит на три группы символов Гр 1—ГрЗ. Каждая группа со-
стоит из 716 импульсных позиций, первые 12 — служебные, а
остальные — информационные. В первой группе Гр1 передается
12-элементный синхросигнал 111101000000. Трехсимвольные кодо-
вые комбинации команд согласования скоростей КСС передаются
на 1—4 (первые символы), 9—12 (вторые символы) позициях вто-
рой группы Гр2, а также на 1—4 позициях (третьи символы) тре-
тьей группы ГрЗ. На 9—12 служебных позициях ГрЗ передаются
информационные сигналы при отрицательном согласовании ско-
ростей ОСС, а 13—16 позиции той же группы занимаются баллас-
тными символами при положительном согласовании.
Как и в ИКМ-120, в структуре цикла оборудования ТВГ аппа-
ратуры ИКМ-480, предусмотрены специальные позиции для пере-
дачи дискретной информации ДИ (5—8 в ГрЗ), для служебной свя-
зи СС (5, 6 в Гр2), а также аварии и вызова АВ (7, 8 в Гр2).
В перечне аппаратуры временнбго группообразования некото-
рых фирм производителей аппаратуры связи имеется оборудова-
ние третичного группообразования, формирующее третичный циф-
ровой поток со скоростью передачи 34368 кбит/с из 16 первичных
цифровых потоков 2048 кбит/с, минуя вторичную ступень преоб-
разования (2/34). Аппаратура разработана с применением БИС и
помимо существенного сокращения количества оборудования, свя-
занного с уменьшением числа преобразований, предоставляет до-
полнительные возможности: выделение цифровых потоков на про-
межуточных станциях, формирование третичного потока из
первичных и вторичных в различных сочетаниях. Структура цик-
ла третичного сигнала остается стандартной.
Аппаратура четверичного уровня иерархии (до 1920 каналов
ТЧ/ОЦК) предназначена для организации высокоскоростного
цифрового канала 139264 кбит/с для передачи четырех цифровых пото-
ков со скоростью передачи 34368 кбит/с. Основным оборудованием
являются комплекты (секции) ЧВГ. Оборудование ЧВГ осуществляет
352
от КВВГ 8448 кбит/с
Рис. 10.21
К КВВГ 8448 кбит/с
Тц = 62,5 мкс
2148 (ИП)
Гр1 Гр2 ГрЗ
Гр1
11 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617 » Г?','-7,16
11111111 |о| 1 |о| о| о|р| о|о|1с|2с|зс|4с|1с| |4с|1с|2с|3с|4с|
Сигнал синхронизации Информационные символы
12 3 4 5 6 7 8 91011121314151617
Гр2
ГрЗ
Первые CClAB Вторые
символы <—Ы4____ь символы 4.
, КСС Т * КСС
716
|4с|1 с|2с|зс|4с|
Информационные символы J
12 3 4 5 6 7 8 91011121314151617
716
Третьи
символы
, КСС
ДИ
Инфор-
мация
ОСС
Балласт
Информационные символы
Рис. 10.22
асинхронное и синхронное посимвольное объединение цифровых
сигналов на передаче и их разделение на приеме.
Цикл передачи аппаратуры ИКМ-1920 (рис. 10.23) содержит 2176
импульсных позиций ИП (2148 информационных и 28 служебных)
и разбит на четыре группы по 544 позиции каждая. Служебные
символы распределены следующим образом. В первой группе Гр1
на позициях 1—10 передается синхросигнал 1111010000, на пози-
ции 11 — символ цифровой служебной связи СС, 12 — символ кон-
троля и сигнализации КС. Во второй, третьей и четвертой группах
символов Гр2, ГрЗ и Гр4 на позициях 1—4 передаются трехсимволь-
ные кодовые комбинации команд согласования скоростей КСС.
354
Гц = 15,625 мкс
2148 (ИП)
Гр1 Гр2 ГрЗ Гр4
1123456789 1011121314_______ ^^-^544
Гр1 I III-------- IT
О
|Сигнал синхррнизации|О|и|^ Информационные символы
12 3 4 5 6 7 8 • • • 544
гр2 ггтгтп
Первые
I CHF Г Информационные символы
12 3 4 5 6 7 8 • • • 544
грз | | | | | | | | | ------------------ГТ1
Вторые
В четвертой группе на служебных позициях 5—8 передается ин-
формация при отрицательном согласовании скоростей ОСС и
промежуточные значения временнбго интервала между момен-
тами записи и считывания. Остальные позиции в цикле переда-
чи (13—544 — в первой группе, 5—544 — во второй и третьей,
9—544 — в четвертой) используются для передачи информации.
Балластные символы при положительном согласовании скорос-
тей передаются на 9—12 позициях четвертой группы.
355
В оборудовании ЧВГ применяется адаптивная система синхро-
низации. Функционально комплекты ЧВГ строятся аналогично
ВВГ и ТВГ.
10.6. Особенности применения аппаратуры
плезиохронной цифровой иерархии на сети связи МПС.
Мультиплексоры ввода/вывода
Одной из особенностей сети связи железнодорожного транспорта
является необходимость выделения каналов на промежуточных
станциях. Для этого из передаваемого по линейному тракту вто-
ричного или более высокоскоростного потока на промежуточной
станции должны выделяться первичные ЦП, которые аппаратурой
цифрового каналообразования или гибкими первичными мульти-
плексорами могут преобразовываться до тонального спектра час-
тот или низкоскоростных окончаний каналов передачи данных.
Такое выделение можно выполнить оборудованием временнб-
го группообразования. Схема выделения из четверичного цифро-
вого тракта приведена на рис. 10.24. Для выделения каналов из вы-
сокоскоростного цифрового сигнала необходимо многократное
преобразование скоростей сигнала в оборудовании ЧВГ, ТВГ и
ВВГ. Причем для транзитных сигналов это преобразование двой-
ное: на приеме и передаче.
При таком способе выделения оборудование временнбго группо-
образования используется неэффективно, так как его нужно вдвое
больше, чем для оконечной станции. Двойное преобразование по ско-
рости транзитных первичных потоков в блоках асинхронного сопря-
жения приводит к увеличению временных флуктуаций передаваемо-
го сигнала. Кроме того, возможно снижение качества передачи
информации вследствие дополнительных ошибок приемников команд
согласования скоростей и сбоев системы цикловой синхронизации.
Необходимость выделения каналов из цифровых потоков — ха-
рактерная черта не только сети связи МПС. Выделение группы ка-
налов требуется зачастую и в узлах связи общегосударственной
сети. Для этого разработана специальная аппаратура выделения
(АВ) для вторичных и третичных групповых трактов.
356
Принципы построения АВ позволяют обеспечить доступ к лю-
бому ПЦК в системе передачи на промежуточных станциях, воз-
можность наращивания числа выделяемых потоков и каналов.
В АВ 8/2 из группового вторичного ЦП со скоростью передачи
8448 кбит/с выделяется один из четырех первичных потоков каждо-
го направления передачи, а на освободившиеся позиции вводится
первичный поток, сформированный в АЦК промежуточной стан-
ции. В АВ 34/2 число выделяемых первичных ЦП из третичного
потока зависит от комплектации оборудования, устанавливаемого
на промежуточной станции.
Принципы построения оборудования выделения цифровых потоков
рассмотрим на примере аппаратуры выделения АВ 8/2. В ней максималь-
но использованы узлы и компоненты оборудования ВВГ ИКМ-120,
обеспечены легкость управления процессом выделения/ввода
цифровых сигналов, диагностирование и возможность включе-
ния в автономный режим работы при отсутствии сигналов от
оконечных станций.
Помимо выделения/ввода и транзита цифровых сигналов пер-
вичных потоков АВ 8/2 обеспечивает трансляцию сигналов цифро-
вой служебной связи, вызова, команд согласования скоростей и
других служебных сигналов, передаваемых во вторичном тракте,
а также возможность доступа к ним на промежуточной станции.
357
Сущность метода выделения ЦП, позволяющего сохранить
качество передачи транзитных потоков и сократить объем обору-
дования, устанавливаемого в пункте выделения (ПВ), заключается
в том, что при выделении групповой поток не разделяется на ком-
понентные. Вместо разделения в тракте транзита запрещаются толь-
ко те временные позиции цикла передачи, которые относятся к
выделяемому потоку. Упрощенно, если не учитывать некоторые
служебные сигналы, которые являются групповыми, обработ-
ке подвергается только каждый четвертый символ вторичного
цифрового сигнала.
Принцип построения АВ поясняется структурной схемой
(рис. 10.25). В групповой тракт последовательно включены только
устройства вторичного стыка ВС Пр и ВС Пер, обеспечивающие
преобразование линейного квазитроичного сигнала в униполяр-
ный на входе и обратное преобразование на выходе аппаратуры, а
также элементы НЕТ и ИЛИ, осуществляющие запрет позиций вы-
деляемого потока и ввод на эти позиции другого потока. Осталь-
ная часть аппаратуры выделения подключена параллельно к груп-
повому тракту и, следовательно, прямого влияния на качество
передачи информации в транзитном потоке не оказывает.
Приемник сигнала синхронизации ПСС определяет временнбе по-
ложение компонентных потоков, составляющих линейный цифровой
сигнал. Генераторное оборудование ГО вырабатывает импульсные
последовательности, необходимые для работы устройств АВ 8/2.
Устройство управления УУ задает номер потока, который не-
обходимо выделить на промежуточной станции, вырабатывает сиг-
налы запрета позиций, поступающие на элемент НЕТ. Эти же сиг-
налы приходят на элемент И для выделения потока в устройство
асинхронного сопряжения АС Пр. Ввод на освободившиеся пози-
ции нового потока от АС Пер выполняется элементом ИЛИ. В
результате формируется групповой вторичный поток, содержащий
в одном из компонентных потоков новую информацию. В устройстве
асинхронного сопряжения приема ПС Пр поток со скоростью переда-
чи 2112 кбит/с после исключения служебных символов преобразуется в
первичный цифровой поток со скоростью передачи 2048 кбит/с. Уст-
ройство ПС Пер приводит скорость вводимого цифрового потока
2048 кбит/с к скорости 2112 кбит/с, обеспечивая необходимую проце-
дуру ввода служебной информации и согласования скоростей.
358
2048 кбит/с
Рис. 10.25
Мы рассмотрели схему только одного полукомплекта аппара-
туры для направления передачи А—В. Очевидно, что такой же по-
лукомплект обеспечивает выделение, ввод и транзит цифровых сиг-
налов в противоположном направлении. В обычном режиме
генераторное оборудование каждого полукомплекта синхронизи-
руется от цифровых сигналов своего направления, предусмотрена
также возможность синхронизации ГО любого полукомплекта от
заданного цифрового сигнала или внешнего источника.
Областью применения аппаратуры АВ 8/2 в общегосударствен-
ной сети связи являются, прежде всего, небольшие узлы связи, где
происходит ответвление первичных потоков от магистральных
линий или выделение до 30 каналов ТЧ (ОЦК). Для линий переда-
чи общегосударственной сети характерно ответвление в пунктах
выделения разных первичных потоков (рис. 10.26, а и б). Для же-
359
лезнодорожного транспорта наиболее характерна организация
связи по принципу выделения на каждой промежуточной станции
одного и того же первичного потока (рис. 10.26, в), который ис-
пользуется для организации технологической связи отделения до-
в 1 2048 кбит/с . 1
4------------------------------------------------------------->
Рис. 10.26
роги. В этом случае число АВ, включенных между оконечными
станциями, будет, как правило, больше четырех.
Аналогично, с использованием тех же элементов аппаратуры
группообразования, строится оборудование выделения цифровых
потоков АВ 34/2. Как и в предыдущем случае, основным является
принцип замещения позиций, реализуемый на элементах И, ИЛИ
и НЕТ. Однако применение АВ 34/2 имеет некоторые ограничения.
Дело в том, что для однозначного определения номера выделяе-
мого потока на промежуточной станции на оконечной станции не-
360
обходимо применять аппаратуру группообразования с непосред-
ственным мультиплексированием первичных потоков в третичный,
минуя вторичную ступень иерархии, так, чтобы позиции 16 пер-
вичных потоков в третичном тракте располагались строго подряд
и повторялись циклично, начиная с сигнала синхронизации. Стан-
дартный, иерархический подход к формированию третичного по-
тока не предполагает такого способа, поэтому аппаратура АВ 34/2
использовалась только в составе специализированных систем пе-
редачи, разработанных для ведомственных линий передачи с мно-
гократным выделением каналов.
Строительство разветвленных цифровых сетей послужило при-
чиной появления мультиплексора ввода/вывода. Обычно для его обо-
значения используют английскую аббревиатуру ADM (add/drop).
Эти мультиплексоры выполняют ту же функцию что и аппаратура
АВ, но обычно они более функциональны и входят в общий ряд
аппаратуры ПЦИ, выпускаемой какой-либо фирмой-производи-
телем аппаратуры.
На рис. 10.27 приведена схема ADM для третичного тракта, из
которой видно, что для ввода/вывода первичных потоков цифровые
сигналы проходят через стандартный вторичный стык и, следова-
тельно, реализуется схема, аналогичная приведенной на рис. 10.24.
Благодаря достигнутой в последнее время микроминиатюризации
электронных компонентов достаточно громоздкую схему преоб-
разований удается разместить на стандартных платах и размеры
ADM ПЦИ не превышают размеров гибких мультиплексоров, вы-
полняющих выделение/ввод низкоскоростных каналов данных и
каналов ТЧ. Мультиплексоры ADM могут оборудоваться стан-
дартными сонаправленными третичными стыками по Рекоменда-
ции G.703 или платами ЛИН для работы по волоконно-оптичес-
ким кабелям, которые входят в состав мультиплексора в рамках
единого комплекта.
Как и у гибких мультиплексоров существенным является нали-
чие в ADM блока коммутации К, для выделения необходимого
числа ПЦК в любом сочетании. При полнодоступной матрице
коммутатора 16x16 количество выделяемых ПЦК зависит от числа
интерфейсных плат, на каждой из которых обычно располагается
от двух до восьми стандартных первичных стыков в зависимости
361
8<->2
8 <-> 2
Рис. 10.27
от производителя аппаратуры. Остальные блоки не требуют пояс-
нений, так как функции их стандартны и рассматривались выше.
В некоторых типах ADM-матрица неполнодоступная, тогда
часть первичных трактов будет проходить транзитом. Для сокра-
щения числа преобразований транзит осуществляется на уровне
вторичных трактов (рис. 10.28).
Схема организации выделения первичных цифровых каналов
на промежуточных станциях ПС, расположенных вдоль магист-
рали, в топологии с использованием оборудования ПЦИ приве-
дена на рис. 10.29. Возможное число каналов ПЦК, выделяемое на
ПС, зависит не только от пропускной способности линейного трак-
та, но и от конкретного типа аппаратуры.
Как указывалось выше, несмотря на функциональность обо-
рудования ADM, принцип выделения/ввода потоков, основан-
ный на присущем оборудованию ПЦИ последовательному по-
символьному мультиплексированию/демультиплексированию с
362
2 Мбит/с 2 Мбит/с 2 Мбит/с 2 Мбит/с 2 Мбит/с 2 Мбит/с 2 Мбит/с
Рис. 10.29
асинхронным сопряжением обладает рядом недостатков. Поэто-
му с развитием систем синхронной иерархии мультиплексоры
ADM, реализованные на принципах СЦИ, вытесняют ADM
ПЦИ с современных сетей связи.
363
Глава 11« Принципы организации и элементы
оборудовании линейного тракта
11.1 • Состав оборудования линейного тракта
В линейный тракт любой ЦСП входят (см. рис. 7.2) оборудова-
ние тракта на оконечных станциях, обслуживаемые и необслужи-
ваемые регенерационные пункты (ОРП и НРП), соединенные меж-
ду собой кабельными линиями передачи. В состав НРП могут
входить несколько линейных регенераторов (по числу работающих
на параллельных цепях кабеля ЦСП), помещенных в контейнеры.
Необслуживаемые регенерационные пункты размещают в грунте,
на открытом воздухе или в кабельных колодцах.
Регенерация (восстановление) символов цифрового линейного
сигнала позволяет полностью отделить один регенерационный уча-
сток от другого, что исключает накопление линейных искажений и
помех от одного участка к другому. Питание на НРП подается от
оконечных станций и от ОРП дистанционно. Число НРП между
двумя питающими пунктами определяется схемой организации ди-
станционного питания (ДП), его максимальным напряжением, па-
дением напряжения на каждом регенерационном участке и током
потребляемым регенератором.
Обычно линейный тракт оборудуется системой телеконтроля
(ТК) и каналом служебной связи (СС). Сигналы ТК и СС могут пе-
редаваться по рабочим парам совместно с линейным сигналом ЦСП
или раздельно по выделенным парам.
Таким образом, линейный тракт обеспечивает формирование,
передачу и прием линейных сигналов, дистанционное питание, те-
леконтроль НРП и служебную связь между оконечным и промежу-
точным оборудованием. Линейный тракт — четырехпроводный и
строится, как правило, по двухкабельной схеме связи. Исключени-
ем являются малоканальные первичные и субпервичные ЦСП, ко-
торые допускают работу по однокабельной схеме.
Рекомендуемая протяженность линейного тракта для различных
ЦСП зависит от области их применения: для работы на местных
(городских) сетях связи (ИКМ-30) — и сельских сетях связи
364
(ИКМ-ЗОС) до 100 км, на зоновых сетях связи (ИКМ-120А, ИКМ-
120У) — 600 км, на магистральных сетях — 12 500 км [17, 18].
На оконечных и промежуточных обслуживаемых станциях (в
ОРП и пунктах выделения каналов) устанавливают стойки обору-
дования линейного тракта для организации нескольких двусторон-
них трактов, дистанционного питания НРП, телеконтроля и слу-
жебной связи. На стойках расположены вводные панели для
распайки жил линейного кабеля, панель обслуживания и панель
дистанционного контроля регенераторов.
В некоторых случаях, например в аппаратуре ИКМ-120У или
ИКМ-480У, в состав линейного тракта входят вводно-линейные
стойки СВЛ, предназначенные для ввода-вывода цепей высокочас-
тотных кабелей и защиты станционного оборудования от влияния
станционных помех. На этих стойках устанавливаются блоки запи-
рающих фильтров (ЗФ), которые уменьшают переходные влияния
при совместной работе ИКМ-120У с системами передачи К-бОп.
Необслуживаемые регенерационные пункты тоже, как правило,
оборудуются на несколько линейных трактов. Так, например, ре-
генерационные пункты НРП-К-12 (ЦСП ИКМ-30) рассчитаны на ус-
тановку до 12 блоков регенераторов и блока их контроля. Контейнеры
НРП-К-12 размещают в колодцах городской телефонной канализации.
Необслуживаемые регенерационные пункты линейного тракта
ЦСП ИКМ-120А и ИКМ-120У выпускают четырех модификаций:
НРПГ-8 (НРПГ-8У) — для организации от двух до восьми двусто-
ронних линейных трактов (ЛТ), устанавливаются на КЛП с кабе-
лем МКС 4x4x1,2 непосредственно в грунт; НРПК-2 (НРПК-2У) —
для двух двусторонних ЛТ, размещаются на КЛП одночетверочно-
го кабеля в колодцах городской телефонной канализации; НРПО-2
(НРПО-2У)—для двух двусторонних ЛТ, устанавливаются на КЛП
одночетверочного кабеля на опорах воздушных линий связи;
НРПП-2 (НРПП-2У) — для двух двусторонних ЛТ, размещаются
на линиях одночетверочного кабеля в цистернах НУП К-бОп. Обо-
рудование НРП обеспечивает ЛТ тональным каналом СС и дает
возможность контролировать состояние НРП с помощью обору-
дования телемеханики ТМ.
Кабели вводят в НРП через герметичные вводно-кабельные уст-
ройства. В НРП системы передачи ИКМ-120У помимо контейнера,
365
вводно-кабельных устройств и датчиков состояния НРП входят
комплекты необслуживаемого регенерационного оборудования
(КНРО). Эти комплекты предназначены для регенерации импуль-
сов линейного сигнала, усиления сигналов СС, организации систе-
мы ТМ в двух линейных трактах, а также ведения служебных пере-
говоров с аппарата обходчика АО-ЗО.
Опыт использования ЦСП на железнодорожном транспорте по-
казал, что регенераторы или НРП удобно размещать в шкафах ма-
гистральной связи или типовых релейных шкафах. Это облегчает
эксплуатацию линейного тракта. Размеры контейнеров НРПП-2
системы передачи ИКМ-120У позволяют использовать для их уста-
новки релейные шкафы типа ШРУ-М.
Дистанционное питание НРП в линейных трактах ЦСП организу-
ют по схеме «провод-провод» по фантомным цепям, образованным
средними точками линейных трансформаторов регенераторов, вклю-
ченных в рабочие пары кабелей приема и передачи. Система ДП по-
зволяет обнаружить место обрыва кабельной линии. На рис. 11.1 при-
ведена схема организации ДП при построении линейного тракта
ИКМ-30 и ИКМ-120А по двухкабельной системе. Максимальное
напряжение на выходе блока ДП оконечной станции ИКМ-30 240 В,
что позволяет обеспечить питанием 10 НРП, образующих полусек-
цию дистанционного питания. Номинальный ток ДП НО мА.
Одна ОС ЦСП ИКМ-120А обеспечивает питанием 20 НРП при
максимальном напряжении ДП 980 В и токе 125 мА. Протяженность
полусекции питания 100 км, а секции ДП 200 км.
Рассмотрим основные элементы оборудования линейного тракта
на оконечных станциях и в НРП по схеме линейного тракта аппа-
ратуры ИКМ-120 (рис. 11.2). Поступающий на вход стойки СЛО
от СВВГ вторичный цифровой сигнал в стыковом коде HDB-3 по-
падает на вход формирователя сигнала передачи ФСП, который
корректирует сигнал после прохождения по межстоечному соеди-
нительному кабелю. Выходной сигнал ФСП подается на один из
входов устройства объединения УО.
В системе передачи ИКМ-120 сигналы телеконтроля и служеб-
ной связи передаются по рабочим жилам кабеля вместе с цифро-
вым сигналом, но в нижнем диапазоне частот (см. п. 11.4). Для
объединения сигналов используются устройства объединения.
366
368
Рис. 11.2
Устройство УОс служит для объединения сервисных сигналов: сиг-
налов служебной связи, поступающих от переговорно-вызывного
устройства ПВУ, расположенного на СЛО, и сигналов запроса,
приходящих от передающего оборудования телеконтроля оконеч-
ной станции ТК). Устройство УО предназначено для объединения
цифрового и сервисных сигналов, которые предварительно усилива-
ются усилителем служебной связи УССПер. Полностью сформиро-
ванный линейный сигнал с выхода УО вводится в кабельную линию
направления А.
Искажения, возникающие в цифровом сигнале при прохожде-
нии по кабелю, будут устраняться в линейных регенераторах на-
правлений А и Б, установленных в НРП (РЛд и РЛб), и станцион-
ных регенераторах PC, находящихся на противоположной
оконечной станции.
Сигналы служебной связи и телеконтроля в НРП отделяются от
цифрового сигнала устройством разделения УР. Их ослабление пос-
ле прохождения по кабельной линии компенсируется усилителем слу-
жебной связи направления А УСС. Затем они вновь объединяются с
регенерированным цифровым сигналом в устройстве объединения УО
и передаются в кабельную линию. К УСС можно подключать пере-
носные аппараты для ведения служебных переговоров между НРП и
обслуживаемыми станциями (аппараты обходчиков АО).
Также УР разделяет сигналы на оконечных станциях в стойках
СЛО. Сервисные сигналы усиливаются приемными усилителями
служебной связи УССПр, затем разделяются на сигналы служебной
связи и сигналы телеконтроля в УРс и поступают соответственно на
ПВУ и в устройство ТК. Цифровой сигнал на приеме оконечной
станции будет регенерироваться в PC и далее по межстоечному со-
единительному кабелю попадет на вход приемной части стойки СВВГ.
Сигналы запроса в системе телеконтроля передаются от глав-
ной станции в направлении А. На всех НРП, а также в стойках
СЛО, установленных на противоположных оконечных станциях
или используемых в качестве ОРП, сигнал ответвляется и поступа-
ет в устройства телеконтроля ТК. Если сигнал запроса соответствует
номеру НРП (или станции), на выходе соответствующего устрой-
ства ТК формируется сигнал ответа, в котором зашифровано со-
стояние линейного оборудования НРП или СЛО (коэффициент
369
ошибок на выходе регенераторов направлений А и Б, состояние
датчиков в НРП и датчиков системы содержания кабеля под избы-
точным давлением). Сигнал ответа передается в направлении Б на
главную станцию. Информация о состоянии контролируемых пун-
ктов, расшифрованная в ТК главной станции, высвечивается на ин-
дикаторе сигналов телеконтроля И.
Дистанционное питание линейного тракта осуществляется уст-
ройствами дистанционного питания УДП, установленными на око-
нечных или промежуточных обслуживаемых (питающих) станци-
ях. Устройства приема дистанционного питания УПДП,
размещенные в НРП, формируют из протекающего тока ДП на-
пряжения питания всех узлов НРП.
11.2. Помехи в линейном тракте
При работе по цепям симметричных кабельных линий передачи
ЦСП подвергаются воздействию различных помех, вносящих ошиб-
ки в линейный сигнал. Помехи, действующие в линейном тракте,
можно условно разделить на сопровождающие сигнал передачи,
внутренние и внешние. К сопровождающим относятся помехи, по-
рождаемые самим сигналом: межсимвольные помехи (МСП), воз-
никающие из-за частотных искажений в линейном тракте (см. п. 8.5),
и попутный поток из-за многократных внутренних отражений ли-
нейного сигнала в кабеле. К внутренним помехам относятся пере-
ходные помехи от сигналов систем передачи, работающих по па-
раллельным цепям.
Помехи, вызванные работой устройств и систем, находящихся
вне кабельной магистрали, можно отнести к внешним помехам.
В отличие от сопровождающих помех, внутренние и внешние
помехи проявляют себя и при отсутствии передачи линейного сиг-
нала. Сопровождающие и внутренние помехи являются преоблада-
ющими при эксплуатации ЦСП по кабельным линиям Министер-
ства связи и учитываются при их разработке и проектировании.
Возникновение МСП связано с ослаблением амплитуды и ис-
кажением формы импульсов линейного сигнала при прохождении
по регенерационному участку с симметрирующими трансформа-
370
торами на его входе и выходе, не пропускающими постоянную
составляющую и подавляющими низкочастотные составляющие
энергетического спектра линейного сигнала (ЛС). В результате на
вход регенератора импульсы ЛС приходят растянутыми на несколь-
ко тактовых интервалов. Результирующее значение «хвостов» предшеству-
ющих импульсов, действующих в данном тактовом интервале, составляет
МСП, пиковое значение которой ограничено. Для предварительного вос-
становления формы импульсов и снижения МСП принимаемые им-
пульсы линейного сигнала корректируются в регенераторе. Полнос-
тью МСП не устраняются, поэтому их максимальное значение на
выходе корректирующего усилителя нормируется и составляет 0,125
амплитуды скорректированного импульса. При передаче импульсов
ЛС происходит также их частичное отражение от продольных и со-
средоточенных неоднородностей кабельной цепи.
Продольные неоднородности, вызванные изменениями диамет-
ра жил, расстоянием между жилами, толщиной изоляции жил, при-
водят к изменению волнового сопротивления кабельной цепи, но
для линейного сигнала ЦСП, работающих по симметричным КЛП,
оказываются несущественными по сравнению с сосредоточенными.
Последние возникают в местах соединения кабелей различного типа,
муфт, регенератора и кабеля.
Наличие неоднородностей приводит к образованию помехи при
передаче импульсов ЛС, получившей название попутный поток.
Механизм его образования заключается в частичном отражении им-
пульсов от неоднородностей цепи, что приводит к возникновению
потоков отраженных им-
пульсов. Каждый из них,
отражаясь от других неодно-
родностей, проходит различ-
ный путь и поступает на вход
следующего регенератора,
смешиваясь друг с другом
(рис. 11.3). Среди различных
потоков наиболее суще-
ственными являются: попут-
ный поток, обусловленный
отражениями сигнала на
371
стыках «регенератор — кабель», «кабель — регенератор», попут-
ный поток, обусловленный отражениями между регенераторами, га-
зонепроницаемыми муфтами ГМ и стыками кабелей различных ти-
пов.
Действие попутного потока искажает форму принимаемого им-
пульса, причем искажение тем сильнее, чем больше неоднороднос-
тей имеет кабельная линия передачи. Мощность результирующего
попутного потока пропорциональна произведению коэффициентов
отражений (р) от каждой из неоднородностей и значению ослабле-
ния отраженного сигнала при прохождении по кабельной цепи.
Наибольшие отражения возникают на стыке «регенератор —
кабель» (р = 0,4 -s- 0,8). Это связано с особенностями цифровой
передачи, когда выходное сопротивление регенераторов непос-
тоянно и составляет 40—70 Ом при передаче импульса (единицы)
и 450—1000 Ом при передаче пробела (нуля).
В общем случае коэффициент отражения в месте стыка
p = |Z1-Z2/(Zl+Z2)|,
где Zj, Z2 — волновые сопротивления кабелей или входное (выход-
ное) сопротивление регенератора.
На кабельной линии наибольший коэффициент отражения в ме-
стах установки газонепроницаемых муфт р = 0,18 0.25, на стыках
кабелей разного типа р ** 0,1 ив соединительных муфтах СМ при
низком качестве их монтажа р = 0,1 0,2. Коэффициент отражения
на стыках «кабель-регенератор» ЦСП не превышает 0,08. Это обуслов-
лено тем, что входное сопротивление регенератора соответствует вол-
новому сопротивлению кабеля в определенных пределах. Для регене-
раторов ИКМ-30 ZBX = (120± 10) Ом, ИКМ-120 ZBX = (150±20) Ом.
Мощность попутного потока ограничена и при эксплуатации ЦСП
по линиям Министерства связи РФ в среднем в 3 раза меньше мощ-
ности МСП. При работе ЦСП по железнодорожным КЛП мощность
попутного потока увеличивается из-за большого числа разветвитель-
ных муфт для организации отпаев к объектам железной дороги.
Переходные помехи обусловлены электрическими и магнитны-
ми связями между парами кабеля. Уровень, интенсивность и час-
тотный диапазон переходных помех определяются характеристи-
ками сигналов и переходным затуханием между цепями. Различают
переходные помехи на дальний, ближний концы и через третьи цепи.
372
При однокабельной системе организации линейного тракта, на-
пример в ИКМ-30, преобладают переходные помехи на ближний
конец и помехи с выхода на вход регенератора через цепи, прохо-
дящие транзитом — через третьи цепи (рис. 11.4).
Рис. 11.4
Для двухкабельной системы организации линейного тракта наи-
более существенными являются переходные помехи на дальний ко-
нец, помехи с выхода на вход регенератора через цепи, проходящие
транзитом (рис. 11.5). В диапазоне частот ЦСП ИКМ-120 уровень
Рис. 11.5
переходных помех на дальний конец определяется влияниями через
третьи цепи (4о(ьз), ^0(3-2)), а в рабочем диапазоне частот ИКМ-30 —
непосредственными влияниями между цепями на дальний конец Л/.
Межсимвольные и переходные помехи являются определяющи-
ми при работе ЦСП по симметричным КЛП Министерства связи РФ.
373
От уровня и интенсивности этих помех зависит число ошибок в
работе каждого регенератора и линейного тракта в целом. Для оцен-
ки числа ошибок в работе регенератора на этапе разработки ис-
пользуется предположение о нормальном законе распределения
амплитуд помех, действующих на входе решающего устройства
регенератора. Такое предположение справедливо при числе парал-
лельно работающих ЦСП в одном кабеле больше шести и харак-
терно для условий эксплуатации ЦСП Министерства связи РФ. В
этом случае переходные помехи складываются по мощности, что
позволяет нормировать их допустимое значение относительно по-
рогового уровня регенератора.
Кроме рассмотренных помех на работу ЦСП в зависимости от
условий эксплуатации оказывают влияние внешние помехи. Учесть
их действие и выявить источники и пути проникновения в линей-
ный тракт значительно сложнее, чем сопровождающих и внутрен-
них помех, что затрудняет оценку доли влияния каждой из них на
помехоустойчивость ЦСП.
Опыт эксплуатации ЦСП позволяет обобщить известные дан-
ные об источниках внешних помех и выделить наиболее типичные,
оказывающие наибольшее воздействие на линейный сигнал ЦСП.
К ним относятся: линии электропередачи (ЛЭП) (пульсации напря-
жения, ремонтно-профилактические работы на ЛЭП, аварийные
режимы работы ЛЭП); радиосигналы радиостанций, проникаю-
щие через приемную часть аппаратуры или различные устройства
сопряжения (соединительные кабели, цепи питания); электричес-
кие машины, грозовые разряды, электрические разряды промыш-
ленного происхождения и др.; источники внутри АТС (электроме-
ханическое оборудование АТС, устройства управления и контроля,
фидеры питания и др.).
При эксплуатации ЦСП ИКМ-30 по многопарным кабелям свя-
зи линейные регенераторы подвергаются воздействию помех, со-
здаваемых электромеханическим оборудованием АТС и проника-
ющим в кабель через низкочастотные цепи, вводимые в здание АТС.
Поскольку эти помехи быстро затухают, распространяясь по цепи,
то обычной мерой борьбы с ними является сокращение длины ре-
генерационного участка, прилегающего к АТС, в два раза. Кроме
них на работу регенераторов ЦСП оказывают воздействие поме-
374
хи, возникающие при трансляции импульсов набора номера и те-
леграфа. Для ИКМ-120 совместная работа с абонентскими и теле-
графными цепями недопустима. Для ИКМ-30 она возможна в мно-
гопарных кабелях при сокращении длины регенерационного
участка, прилегающего к месту установки телеграфного оборудо-
вания, и выборе пар для работы ЦСП и телеграфа с переходным
затуханием не менее 78 дБ на полутактовой частоте ИКМ-30.
Характерной особенностью перечисленных источников являет-
ся то, что вследствие их воздействия возникающие в ЛТ ЦСП по-
мехи являются импульсными.
Под импульсной помехой (ИП) понимают реакцию корректиру-
ющего усилителя регенератора на внешнее электромагнитное воз-
действие, длительность которого много меньше интервала време-
ни между двумя ближайшими воздействиями, причем длительность
импульсов сопоставима или меньше длительности импульсов ли-
нейного сигнала. Помехи этого вида представляют собой после-
довательность импульсов со случайными амплитудой, длительнос-
тью и временем появления. Они распределены по времени
неравномерно и группируются на сравнительно малых интервалах.
В условиях железнодорожного транспорта существуют все из
перечисленных видов источников внешних помех. Однако кроме
названных источников помех на железнодорожном транспорте эк-
сплуатируют различные устройства и системы, создающие ИП, на-
рушающие нормальную работу ЦСП.
Специфическими источниками таких ИП являются: линейные
цепи СЦБ, цепи Перегонной и межстанционной связи (ПГС, МЖС),
абонентские линии, поездная радиосвязь, двигатели электровозов,
тиристорное управление электроподвижным составом, контактная
сеть электрифицированных железных дорог.
Наиболее сильное воздействие на линейный тракт ЦСП оказы-
вают линейные цепи СЦБ вследствие переходных процессов, воз-
никающих при подключении и отключении источников питания от
линейных цепей, нагруженных на индуктивные сопротивления реле.
Линейные цепи СЦБ оказывают непосредственное влияние на ли-
нейный тракт ЦСП при коммутационных процессах и косвенное,
являясь переносчиком помех, создаваемых устройствами желез-
нодорожной автоматики.
375
Как правило, системы железнодорожной автоматики проекти-
руют с применением отдельного кабеля и поэтому они не оказы-
вают непосредственных влияний на линейные тракты ЦСП. Одна-
ко в некоторых случаях допускаются исключения из этого правила.
При этом наибольшее влияние на линейные тракты оказывают цепи,
используемые для передачи информации о состоянии блок-участ-
ков удаления и приближения, как наиболее часто действующих.
Наряду с линейными цепями СЦБ на линейный сигнал ЦСП
оказывают влияние цепи оперативно-технологической связи (ОТС).
Непосредственное влияние из-за коммутационных процессов, воз-
никающих при подключении источников питания или посылок вы-
зывного сигнала, создают цепи перегонной и межстанционной свя-
зи. Кроме того, все низкочастотные цепи, включая цепи ОТС,
оказывают косвенное влияние, являясь переносчиками помех, воз-
никающих при работе устройств СЦБ и связи, расположенных
вдоль кабельной магистрали в домах связи, постах электрической
централизации и блок-постах.
Нельзя не отметить также, что на линиях железнодорожного транс-
порта, как правило, не все пары магистральных кабелей используются
376
для работы ЦСП, поэтому существенными являются помехи через
третьи цепи — пары, используемые для низкочастотной аналоговой
аппаратуры. Эти влияния существенно снижают помехоустойчивость
регенератора, если не принимать специальных мер по их подавле-
нию. Обычно применяются следующие меры: скрещивание пар в
местах установки регенераторов (рис. 11.6); установка фильтров, «про-
зрачных» для аналоговых сигналов и имеющих большое затухание
для высокочастотных составляющих помех (рис. 11.7).
Несмотря на различные меры, учитывающие особенности ра-
боты ЦСП на кабельных магистралях железнодорожного транс-
порта, проведенные расчеты и опыт применения ЦСП на сети свя-
зи МПС показали, что максимальная длина регенерационного участка
в линейных трактах ЦСП, построенных вдоль железных дорог долж-
на быть меньше, чем на линиях Министерства связи РФ. Например,
для аппаратуры ИКМ-120 она не должна превышать 4,5 км.
11.3. Устройство и работа линейных регенераторов
Основным элементом цифрового линейного тракта является уча-
сток регенерации, представляющий собой совокупность участка
кабельной линии и подключенного к его выходу регенератора. Ли-
нейные регенераторы (РЛ) размещаются в необслуживаемых реге-
нерационных пунктах, которые в зависимости от конструкции кон-
тейнера могут устанавливаться на открытом воздухе, в грунте или
специальных колодцах. Все РЛ идентичны независимо от типа ис-
пользуемого контейнера НРП и направления передачи. На оконеч-
ных и промежуточных станциях, где устанавливается аппаратура
выделения каналов, а так же в ОРП регенератор, включенный в
тракт приема (станционный регенератор), отличается от линейно-
го только конструктивным исполнением. Питание устройств НРП
осуществляется дистанционно от оконечных станций или обслужи-
ваемых регенерационных пунктов, расстояние между которыми
определяется схемой организации дистанционного питания и его
максимальным напряжением. Таким образом, цифровой линейный
тракт обеспечивает не только формирование, передачу и прием циф-
рового линейного сигнала, но и дистанционное питание, а также
377
телеконтроль НРП и служебную связь между оконечным и проме-
жуточным оборудованием. Как правило, линейный тракт систем
передачи с ИКМ строится по двухкабельной схеме. Исключением
являются первичные и субпервичные системы, допускающие работу
в однокабельном режиме.
Искажения, возникающие в линейном тракте, компенсируются
включаемыми через определенные расстояния регенераторами. Так
как линейные регенераторы являются необслуживаемыми устройства-
ми, а количество их в линейном тракте ЦСП велико, к ним предъяв-
ляются жесткие требования по надежности и экономичности.
Процесс регенерации цифрового сигнала состоит в опознава-
нии кодовых символов, их восстановлении и передаче на вход сле-
дующего участка. Опознавание кодовых символов выполняется ме-
тодом однократного отсчета (стробирования), который заключается
в сравнении уровня регенерируемого сигнала с эталонным поро-
говым уровнем в момент времени, соответствующий наибольшей
вероятности появления информационного символа. Если напря-
жение сигнала в момент опознавания превышает пороговое, на вход
следующего участка регенерации будет передаваться импульс, если
не превышает — пробел.
Восстановление формы,
амплитуды и временнбго по-
ложения символов цифрово-
го сигнала происходят в
объеме нормируемых пара-
метров. Форма передавае-
мых импульсов номинально
должна быть прямоуголь-
ная. На выходе реальных ре-
генераторов форма импуль-
сов независимо от их
полярности должна уклады-
ваться в шаблон (рис. 11.8).
На этом рисунке ги — дли-
тельность импульса; А — его
амплитуда.
378
На вход следующего участка регенерации фактически передает-
ся новый цифровой сигнал, сформированный в регенераторе, ко-
торый должен в точности соответствовать импульсной последова-
тельности, пришедшей на вход регенератора. Регенерация сигналов
позволяет полностью отделить один регенерационный участок от
другого, что исключает накопление искажений и помех от одного
участка к другому.
Рассмотрим работу регенератора на примере РЛ системы пере-
дачи ИКМ-30 (рис. 11.9). Ослабленные и искаженные импульсы
К приемнику ДП
К приемнику ДП
Рис. 11.9
линейного сигнала совместно с действующими на регенерацион-
ном участке помехами поступают на вход линейного корректора
ЛК (рис. 11.10, а), исправляющего форму принимаемых импуль-
сов и выполняющего их усиление.
В состав ЛК входят корректирующий усилитель КУс, исправ-
ляющий форму принимаемых импульсов при максимальном за-
тухании кабельной линии, и регулируемая искусственная линия
РИЛ, дополняющая затухание регенерационного участка до мак-
симального значения. Устройство автоматической регулировки уси-
ления АРУ управляет работой РИЛ, обеспечивая постоянство ам-
плитуды импульсов на выходе линейного корректора при
изменении затухания кабельной цепи вследствие сезонных коле-
баний температуры грунта.
379
Рис. 11.10
380
Принимаемый сигнал корректируется компенсацией затухания
и неравномерности фазо-частотной характеристики кабельной ли-
нии в определенном диапазоне частот. Доказано, что оптималь-
ной является коррекция сигнала в диапазоне от нуля до полутак-
товой частоты (0—/т/2), тогда импульсы на выходе КУ имеют
форму, близкую к колоколообразной (рис. 11.10, б), длительность
их по основанию равна
двум тактовым интерва-
лам 2 Г, а на уровне по-
ловины амплитуды —
тактовому интервалу Г.
Т огда в момент максималь-
ной амплитуды какого-
либо импульса соседние
импульсы теоретически
должны принимать нуле-
вые значения (рис. 11.11).
Скорректированный в
КУ двухполярный сиг-
нал в устройстве разделе-
ния УР разделяется на две однополярные последовательности по-
ложительных (рис. 11.10, в) и инвертированных отрицательных
(рис. 11.10, г) импульсов, которые поступают на входы одинако-
вых решающих схем РС1 и РС2, опознающих принятые импульсы
в короткие интервалы времени (стробирование). Если сумма амп-
литуд импульса и помехи в момент стробирования превышает по-
роговое напряжение Un решающей схемы, принимается решение о
формировании прямоугольного импульса, по форме, длительнос-
ти и временнбму положению соответствующего исходному им-
пульсу. В случае, если амплитуда импульса и помехи в момент
стробирования меньше Un, принимается решение о передаче нуля.
Восстановленные последовательности положительных и инвертиро-
ванных отрицательных импульсов (рис. 11.10, з и и) объединяются в
формирователе выходных импульсов ФВИ и поступают на вход
следующего регенерационного участка (рис. 11.10, к).
Прямоугольные импульсы, управляющие работой PC, форми-
руются устройством выделения тактовой частоты ВТЧ. К нему от-
носятся: схема совпадения С, на выходе которой объединяются
381
ограниченные снизу (рис. 11.10, Э) последовательности положитель-
ных и инвертированных отрицательных импульсов, контур удар-
ного возбуждения К, выделяющий из этой последовательности ко-
лебание тактовой частоты (рис. 11.10, е), фазовращатель Ф и
формирователь тактовых импульсов ФТИ, где из полученного
колебания вырабатывается управляющая последовательность (рис.
11.10, ж). Частота следования импульсов этой последовательности
равна тактовой частоте следования импульсов цифрового сигнала,
а их скважность равна двум.
Временное положение передних фронтов импульсов управля-
ющей последовательности (см. 11.10, ж), определяет момент
стробирования и временное положение переднего фронта регенери-
руемых импульсов. Временнбе положение спада импульсов управ-
ляющей последовательности (заднего фронта) фиксирует конец ре-
генерируемых импульсов, определяя их длительность. Моменты
стробирования обычно приходятся на середину принимаемого им-
пульса, что соответствует его максимальной амплитуде и обеспе-
чивает наибольшую вероятность правильного опознавания. На-
стройка осуществляется фазовращателем Ф.
В идеальном случае восстановленная импульсная последователь-
ность на выходе регенератора в точности повторяет исходную пос-
ледовательность импульсов линейного сигнала. Практически после-
довательность восстановленных импульсов отличается от исходной
из-за ошибок при регенерации вследствие воздействия помех.
Для уменьшения вероятности ошибки при принятии решения
значение порогового напряжения устанавливается равным половине
амплитуды входного импульса. Таким образом, помеха, не превы-
сившая половины амплитуды входного сигнала, не вызовет оши-
бочного решения регенератора, а импульс, амплитуда которого под
влиянием помех уменьшилась не более чем вдвое, будет пблностью
восстановлен. Помеха, превышающая Un, не совпадающая с момен-
том опробования, также не вызовет ошибочной регенерации.
Наличие ошибок в цифровом сигнале приводит к появлению
дополнительных шумов в каналах тональной частоты, которые
проявляются на слух в виде щелчков. При увеличении коэффициен-
та ошибок 7<ош частота щелчков возрастает и при 7<ош > 10"4 вос-
принимается как непрерывный шум. Частота щелчков, связанная с
382
ошибками старших разрядов кодовых групп цифрового сигнала,
не должна превышать одного щелчка в течение 1 мин. Для выпол-
нения этого требования необходимо, чтобы максимальный коэф-
фициент ошибок в линейном тракте, который равен отношению
числа ошибочно регенерированных символов к общему их числу,
не превышал 10‘6.
В линии передачи регенераторы устанавливаются последователь-
но, поэтому при прохождении цифрового сигнала по линейному
тракту число ошибок в нем увеличивается. В случае равной поме-
хозащищенности всех регенерационных участков коэффициент
ошибок пропорционален числу включенных регенераторов. Тог-
да /COUJ на каждом регенерационном участке не должен превышать
10'6/ир, где «р — число регенераторов данного линейного тракта.
Ошибки могут быть одиночными или группироваться в пакеты.
Следует отметить, что импульсные помехи в большей степени вли-
яют на передачу данных, чем на речевой сигнал. С учетом того, что
потребность в передаче данных с различными скоростями постоян-
но растет, для цифровых каналов важно знать статистику ошибок
для минутных и секундных интервалов времени.
В соответствии с Рекомендацией G.821 МСЭ-Т для ОЦК со
скоростью передачи 64 кбит/с на гипотетической цепи длиной 27 500 км
нормируется /Сош и число ошибок на единицу времени измерений
для минутных и секундных интервалов, сгруппированных по оп-
ределенному алгоритму (см. п. 8.6).
Если на одном из участков тракта из-за сильного действия по-
мех Л*ош значительно превышает требуемое значение, то общий ко-
эффициент ошибок будет определяться только /Сош на данном участ-
ке. В связи с этим длину регенерационных участков, где предполагается t
сильное воздействие помех, обычно уменьшают. Варьирование дли-
ной участков регенерации практически всегда позволяет снизить ко-
эффициент ошибок в линейном тракте до требуемого значения.
Надежность работы цифрового линейного тракта в целом в зна-
чительной степени зависит от работы устройств синхронизации
регенератора, заключающейся в выделении тактовой частоты, не-
обходимой для управления процессом регенерации, непосредствен-
но из принимаемой последовательности импульсов. Отклонение
тактовой частоты приводит к изменению временных положений
383
восстановленных импульсов. Эти изменения называются фазовым
дрожанием — джиттером. Фазовые дрожания зависят от помех,
действующих на регенерационном участке, статистических харак-
теристик цифрового линейного сигнала и от свойств схемы выделе-
ния тактовой частоты регенератора. Джиттер оказывает значитель-
но меньшее влияние на коэффициент ошибок одиночного
регенератора, чем другие виды помех. Более важным является воп-
рос о его накоплении при передаче импульсов линейного сигнала
через цепь последовательно включенных регенераторов. Каждый
регенератор обрабатывает импульсы, фазовые дрожания которых
определяются предыдущими регенераторами. Влияние фазовых
дрожаний тем больше, чем выше скорость передачи сигнала
по линии передачи.
Таким образом, значение джиттера определяет максимально
допустимое число включаемых в линейный тракт регенераторов, а
ошибки, проявляющиеся в каналах ТЧ как щелчки — максималь-
ную длину участков регенерации. При этом коэффициент ошибок
и джиттер зависят от свойств цифрового сигнала, определяемого
применяемым линейным кодом (см. п. 8.5), а также мощности
помех в линейном тракте.
Коэффициент ошибок зависит от качества коррекции сигнала,
поступающего на вход регенератора. Практически для оценки ка-
чества коррекции и, следовательно, возможности достоверной ре-
генерации цифрового сигнала пользуются «глаз-диаграммами»,
которые представляют собой
Рис. 11.12
картину наложения всех воз-
можных реализаций скорректи-
рованного сигнала, т. е. сигнала
на выходе КУ, в течение одного
или нескольких тактовых интер-
валов. «Глаз-диаграмму» на-
блюдают на осциллографе, син-
хронизируя его от импульсной
последовательности, частота ко-
торой в целое число раз мень-
ше тактовой. На рис. 11.12 при-
ведена диаграмма на отрезке 2 Т.
384
С точки зрения правильности опознавания символов цифрового
сигнала, важным является выбор момента и уровня порога регис-
трации (точки стробирования). Наибольший «раскрыв» «глаз-ди-
аграммы» достигается в середине импульсов (Т = 0, ±1, ±2, ...),
поэтому положение точки выбирается в эти моменты времени на
уровне А/2. Смещение точки стробирования в ту или иную сторо-
ну приведет к уменьшению отношения сигнал/помеха, которое
можно определить по «глаз-диаграмме» как отношение «раскры-
ва» А в момент регистрации к среднеквадратичному значению на-
пряжения помехи.
При воздействии помех изменяются амплитуда, форма импуль-
сов, что приводит к уменьшению «раскрыва» и, следовательно, по-
нижается вероятность безошибочной регенерации, коэффициент
ошибок увеличивается. Ширина «глаза» характеризует допуск на
фазовые флуктуации и неточность синхронизации, приводящие к
смещению точки стробирования по оси времени.
Минимальное отношение сигнал/помеха, при котором обеспе-
чивается заданный коэффициент ошибок, называется помехоустой-
чивостью регенератора.
11 А. Системы телеконтроля и служебной связи
линейных трактов ЦСП
Линейный тракт ЦСП представляет собой сложную систему, для
повышения надежности работы которой используют средства те-
леконтроля технического состояния оборудования тракта.
Устройства, осуществляющие телеконтроль и образующие сис-
тему ТК, должны быть простыми и надежными; быть защищенны-
ми от воздействия помех; не оказывать влияния на работу контро-
лируемого объекта; обеспечивать контроль тракта при повреждении
любого из участков. Системы телеконтроля охватывают оборудо-
вание обслуживаемых оконечных и промежуточных станций, не-
обслуживаемое оборудование линейного тракта и цепи дистанци-
онного питания. Рассмотрим систему ТК на примере первичной и
вторичной ЦСП (ИКМ-30, ИКМ-120).
13 Зак. 4611
385
На обслуживаемой станции обеспечиваются контроль и инди-
кация на стойке оконечного оборудования линейного тракта на-
рушений в работе: выход из строя устройств дистанционного пи-
тания; пропадание сигналов передачи и приема линейных трактов;
пропадание напряжения на питающих фидерах; пропадание пита-
ющих напряжений на выходах вторичных источников питания; про-
падание сигнала на входе стойки СЛО; наличие одиночных оши-
бок; увеличение Кош на выходе линейного тракта выше 10’5
(ИКМ-120 и др.). Любой из видов перечисленных аварий приво-
дит к срабатыванию звонковой сигнализации и появлению свето-
вой индикации на общестанционном табло.
Необслуживаемый регенерационный пункт можно контроли-
ровать в автоматическом и ручном режимах. Системы ТК
И КМ-30 и ИКМ-120 позволяют получать следующую информа-
цию с НРП: о верности передачи линейного сигнала при значени-
ях коэффициента ошибок 10’5, 10’6 и 10"7 в автоматическом режиме
и любом требуемом значении в ручном режиме; о неисправности
регенератора в любом НРП — пропадание сигнала или возраста-
ние /Сош; о наличии приема и передачи линейного сигнала по трак-
там для оконечной станции; о снижении избыточного давления в
контейнере НРП; о повышении расхода воздуха или снижении
давления в баллоне установки содержания кабеля под избыточным дав-
лением; об открывании крышки НРП, попадании в него воды и др.
•Полный перечень аварийных сигналов, передаваемых на ОС по
системе ТК, для каждой конкретной системы передачи указывается
в инструкции по эксплуатации системы.
Организация ТК линейного тракта и служебной связи (СС) в
цифровых системах передачи информации различна и зависит
от их назначения.
В ЦСП ИКМ-30 для городских сетей каналы ТК и СС организу-
ются, как правило, по отдельной паре кабеля, независимо от трак-
тов передачи сигналов ЦСП. Это обусловлено тем, что система
передачи ИКМ-30 предназначена для работы по многопарным ка-
белям и предполагает организацию большого числа идентичных
линейных трактов. Нет необходимости организовывать ТК и СС
для каждого из них, используют общие для всех трактов канал
ТК и канал СС.
386
Схема организации ТК за работой регенераторов приведена на
рис. 11.13. Контроль осуществляется через блок контроля КР, под-
ключаемый к каждому регенератору, и возможен только с перерывом
связи [17]. Решающая схема PC, устройство управления УУ и генера-
тор испытательного сигнала ГИС находятся на оконечных станциях.
В каждом НРП можно размещать до 12 линейных регенераторов.
Канал служебной связи в оборудовании линейного тракта ИКМ-30
также организуется по отдельной паре. Он обеспечивает связь между
любыми НРП, ОС и НРП. Канал организуется по двух- или четы-
рёхпроводной схеме в диапазоне тональных частот, исходя из за-
тухания кабельной линии между обслуживаемыми станциями.
Канал СС является общим для всех линейных трактов, проходящих
через НРП. Схема организации канала СС приведена на рис. 11.14.
Основными элементами его оборудования являются усилители
Рис. 11.14
387
служебной связи УСС и переговорно-вызывные устройства ПВУ
(на рис. 11.14 не показаны), установленные на стойках оборудова-
ния линейного тракта СОЛТ оконечных станций. Усилитель ком-
пенсирует затухание цепи СС, максимальное значение которого
38 дБ на частоте 1000 Гц. Таким образом, в НРП усилители не ус-
танавливают. В состав ПВУ входит генератор тонального вызова,
формирующий 10 вызывных частот в диапазоне от 1100 до 2000 Гц
с шагом 100 Гц. Приемники избирательного вызова, входящие в
УСС, настраивают на одну из них, что обеспечивает организацию
СС с 10 ОС, настроенными на конкретную вызывную частоту. В
НРП служебные переговоры ведутся с аппарата обходчика АО-30,
который можно включить в соответствующие гнезда.
В аппаратуре ИКМ-ЗОС, предназначенной для работы по ка-
белям сельской связи КСПП 1x4, и ИКМ-120, работающей по ка-
белям емкостью от 4x4 до 1x4, сигналы ТК и СС передаются по ра-
бочим парам совместно с линейными сигналами ЦСП. В ИКМ-120У
канал СС организован в тональном диапазоне частот по четырех-
проводной схеме с применением усилителей СС в НРП и ОС. Прин-
цип организации связи и используемое оконечное оборудование
аналогичны каналу СС ИКМ-30. Диапазон частот, занимаемый
сигналами СС и ТК при совместной передаче с цифровым сигна-
лом (ИКМ-30, кривая 1 и ИКМ-120, кривая 2) по рабочим парам,
приведен на рис. 11.15. Сигналы ТК передаются в надтональном
диапазоне частот.
388
В ИКМ-120У усилители УСС размещаются в НРП, обслужива-
ющем одновременно два линейных тракта (рис. 11.16). При такой
схеме организации СС в каждом НРП находится только один уси-
литель и расстояние между ними равно четырем длинам регенера-
ционных участков (примерно 20 км), т.е. между двумя обслужива-
емыми станциями число УСС не превышает 10. Состав оборудова-
ния НРП во всех пунктах одинаков, изменяется только схема его
подключения. Связь с НРП, как и в ИКМ-30, осуществляется с ис-
пользованием АО-30.
Для организации системы контроля линейные тракты ЦСП
ИКМ-30 разбивают на участки ТК. В ЦСП ИКМ-30 разделение на
участки ТК имеет свои особенности. Система ТК стойки СОЛТ
ИКМ-30 позволяет обслуживать до шести линейных трактов, каж-
дый из которых содержит до 10 НРП. При большем числе НРП
участок между двумя обслуживаемыми станциями разбивают на
два, каждый из которых контролируется одной из станций. Для
обеспечения качества СС и надежной работы устройства ТК уси-
лители СС оборудованы устройствами АРУ, компенсирующими
затухания регенерационных участков.
Система ТК ИКМ-120У отличается тем, что в ней не исполь-
зуется посекционное деление участков ТК. Это позволяет кон-
тролировать состояние всех пунктов на участке одновременно
389
и повысить верность определения неисправного пункта. Учас-
ток ТК обслуживает до 50 пунктов, расположенных в двух смеж-
ных полусекциях ДП между двумя питающими ОС. Протяжен-
ность участка ТК 240 км.
В оборудование ТК главной станции входят: генераторное обо-
рудование, формирующее сигналы запроса, оборудование для сиг-
налов ответа контролируемых пунктов и устройства включения
аварийной сигнализации.
Система ТК работает по восьмипроводной схеме. Четные и не-
четные пункты контроля, оборудование ТК которых подключено к
разным трактам, контролируются одновременно. Оборудование ТК
каждого НРП включено в тракт параллельно, чем обеспечивается
повышение надежности системы ТК, так как работа каждого пунк-
та не зависит от работы остальных.
Процесс контроля пунктов состоит из двух циклов: цикла счета
ошибок в линейном сигнале на выходе регенераторов контролиру-
емого направления и цикла опроса пунктов и приема сигналов от-
вета об их состоянии. Сигналы запроса и ответа представляют со-
бой пакеты радиоимпульсов с частотой заполнения 3706 Гц
(ИКМ-120У). Число импульсов в пакете сигнала запроса определя-
ет номер контролируемого НРП, в сигнале ответа — состояние НРП.
Особенность сигнала ответа в системе ТК ИКМ-120У заключа-
ется в том, что седьмая посылка команды ответа является квит-сиг-
налом, означающим исправность системы ТМСС НРП и адекват-
ность ее реакции на запрос. Это повышает достоверность
получаемой информации от контролируемого пункта.
Необходимо отметить, что системы телеконтроля и служебной
связи продолжают совершенствоваться. В некоторых типах аппара-
туры появляются дополнительные возможности, такие, например, как
контроль не только НРП, но и аппаратуры выделения каналов на
промежуточных станциях, передача сигналов контроля с ответвле-
ний. Есть так же телеуправление (ТУ), которое позволяет с главной
станции обойти аварийный НРП на линии (если он не включается
автоматически), организовать шлейфы линейного сигнала в пунк-
тах выделения каналов и выполнять некоторые другие команды.
390
Глава 12. Принципы организации и элементы
оборудования волоконно-оптических систем
передачи информации
12.1. Принципы передачи сигналов по волоконным
световодам
В отличие от обычных кабелей, обладающих электрической про-
водимостью, волоконно-оптические кабели (ВОК) имеют другой
механизм распространения сигнала. Основной передающей средой
в ВОК является оптическое волокно (ОВ). Оно представляет собой
диэлектрический цилиндрический световод, состоящий из светове-
дущего сердечника и оболочки. Сердечник предназначен для пере-
дачи электромагнитной энергии, а оболочка — для создания луч-
ших условий отражения на границе «сердечник — отражающая
оболочка» и защиты от излучения энергии в окружающее простран-
ство. Показатель преломления материала оболочки п |, меньше, чем
у сердечника П}. Наиболее широко используются кварцевые ОВ, в
которых сердечник изготовлен из хорошо очищенного кварцевого
стекла, показатель преломления которого // = 1,45, а задержка рас-
пространения сигнала составляет 5 нс/км. Оболочка кварцевых во-
‘локон чаще всего тоже кварцевая. Разность в показателях прелом-
ления достигается введением легирующих примесей в сердечник или
оболочку. Кроме кварцевых используются (пока еще мало) поли-
мерные (пластиковые) волокна, полностью изготовленные из по-
лимерных материалов.
Волна передается по световоду вследствие отражений ее от гра-
ницы сердцевины и оболочки. С учетом того что в световоде гра-
ницей раздела «сердечник — отражающая оболочка» являются про-
зрачные стекла, возможно не только отражение оптического луча,
но и проникновение его в оболочку. Во избежание перехода энер-
гии в оболочку и излучения в окружающее пространство необхо-
димо соблюдать условия полного внутреннего отражения. Дан-
ный режим предопределяет условие ввода света во входной торец
волоконного световода. Световод (рис. 12.1) пропускает лишь свет,
391
Рис. 12.1
\ заключенный в пределах те-
чА лесного угла 0^, который
г ‘ обусловлен углом полного
- у внутреннего отражения 0д.
Этот телесный угол характе-
ризуется апертурой.
Апертура — это угол
между оптической осью и
одной из образующих светового конуса, попадающего в торец во-
локонного световода, при котором выполняется условие полного
внутреннего отражения. Апертура показывает способность волок-
на «собирать» свет. Она указывает на угол, под которым свет дол-
жен входить в волокно, чтобы распространяться по нему. Чем больше
апертура, тем больше света попадает в волокно и тем больше мо-
дальная дисперсия. Меньше апертура — больше полоса пропуска-
ния. При неудачном согласовании источника с волокном лишь
небольшая доля мощности от передатчика попадает в световод, а
остальная энергия отражается. Наоборот, если апертура хорошо
согласована с источником, то такое сочетание очень эффективно:
вся энергия попадает в световод.
Показатель преломления оболочки является величиной посто-
янной, и в зависимости от типа сердечника различают ОВ со сту-
пенчатым и градиентным профилями (изменением показателя пре-
ломления). В случае ступенчатого профиля сердечник световода
имеет постоянное значение показателя преломления, а на границе
«сердечник — отражающая оболочка» происходит его скачкооб-
разное уменьшение (рис. 12.2, а). В градиентных волокнах показа-
тель преломления от центра к краю поперечного сечения сердечни-
ка уменьшается пропорционально квадрату радиуса (рис. 12.2, б).
На рис. 12.2 1 — входной импульс, 2 — выходной.
Вследствие двойственного описания процессов оптического из-
лучения (волнового и лучевого) различным типам волн — модам
соответствует разное число лучей. Ступенчатые световоды подраз-
деляются на одно- и многомодовые. Число мод определяется дли-
ной волны X и диаметром световода d. В одномодовых световодах
длина волны соизмерима с диаметром сердечника (X « d) и по нему
передается волна одного типа (одна мода). В многомодовых све-
392
Рис. 12.2
товодах длина волны меньше диаметра сердечника (к < d) и по нему
распространяется несколько волн. У одномодовых ОВ диаметр сер-
дечника составляет 5—10 мкм, а у многомодовых — 50—300 мкм. В
многомодовом световоде лучи, имеющие различную длину волны,
отражаются от границы «сердечник — отражающая оболочка» под
различными углами и поэтому приходят к концу линии с времен-
ным сдвигом, что приводит к искажению сигнала (дисперсии).
Градиентные световоды являются многомодовыми. Лучи распро-
страняются в них по волнообразным траекториям. Лучи у центра
световода находятся в области, имеющей больший показатель пре-
ломления, они проходят меньший путь по сравнению с лучами на
периферии. Периферийные лучи находятся в среде с меньшим по-
казателем преломления. Таким образом, скорости распространения
центральных и периферийных лучей практически выравнивают-
ся и они приходят к концу линии одновременно (рис. 12.2, в),
вследствие чего искажения в градиентных световодах меньшие, чем
в ступенчатых. С увеличением диаметра и уменьшением длины волны
растет число передаваемых мод. На рис. 12.2, а 3 — мода высокого
порядка, 4 — низкого.
Наибольшая дальность связи и широкополосность достигается в
одномодовых ОВ. Одномодовые световоды изготавливаются по
сложной технологии, требуют узконаправленных когерентных источ-
ников света — лазеров, ^поэтому их применяют на магистральных
линиях передачи, т.е. там, где требуются высокие скорости передачи.
Оптические волокна характеризуются двумя важнейшими пара-
метрами—затуханием и дисперсией. Затухание «определяет длину
регенерационных участков и обусловлено собственными потерями
в ОВ «с и дополнительными потерями, так называемыми кабель-
ными, «к, из-за скрутки, а также деформаций и изгибов световодов
при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изго-
товления ВОК: а = «к-ь«с. Собственные потери ОВ состоят из потерь
поглощения ап и потерь рассеяния Потери поглощения суще-
ственно зависят от чистоты материала и, при наличии посторон-
них примесей, могут быть значительными. Рассеяние обусловле-
но неоднородностями материала ОВ, размеры которых меньше
длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления.
394
Факторы, вызывающие потери,
минимизируют в процессе про-
изводства волокна.
Характерной особенностью
потерь в волокне является их из-
бирательный характер, т.е. на не-
которых длинах волны X затуха-
ние волокон имеет минимумы,
которые называют «окнами про-
зрачности». На рис. 12.3 приведе-
на зависимость затухания ОВ от
длины волны для кварцевого
стекла, очищенного от посторонних примесей. Четко видны три «окна
прозрачности» световодов с длинами волн 0,85, 1,3 и 1,55 мкм. При-
чем с увеличением длины цолны затухание снижается и соответствен-
но возрастает длина регенерационного участка.
Использование диапазона 0,85 мкм обеспечивает возможность
получения предельных значений затухания в многомодовом гради-
ентном ВОК 3 дБ/км. Использование диапазона 1,3 мкм позволяет
уменьшить затухание в ВОК до 1 дБ/км в градиентном волокне и до
0,5 дБ/км в одномодовом. Диапазон 1,55 мкм позволяет получить
затухание в одномодовом волокне до 0,2 дБ/км.
Ведутся интенсивные исследования в части освоения диапазо-
нов длин волн 2—4 мкм, где ожидается затухание в одномодовом
волокне до нескольких тысячных долей децибела на километр.
Для каждого линейного тракта должен быть обеспечен энерге-
тический запас, расходуемый на компенсацию возможных ухудше-
ний характеристик волокна и оптоэлектронных модулей в процес-
се эксплуатации, а также на дополнительные стыки, появляющиеся
при ремонте кабеля.
Учитывая энергетический запас, потери в волокне, дисперсион-
ные искажения, связанные с особенностями распространения сиг-
нала в волокне, потери на стыках при сращивании различных стро-
ительных длин ВОК, вводе излучений от излучателя в волокно и из
волокна к приемному оптоэлектронному модулю, можно обеспе-
чить при максимально возможных значениях энергетических
потенциалов следующие предельные длины регенерационных
395
участков: при X. = 0,85 мкм — до 12 км; при X = 1,3 мкм — до 30 км для
градиентного ВОК, до 45 км для одномодового ВОК; при X = 1,55 мкм —
до 100 км для одномодового ВОК.
Предполагается, что освоение перспективных диапазонов 2—4 мкм
позволит довести длину регенерационного участка до 1000 км. От-
метим для сравнения, что длина регенерационных участков ЦСП,
использующих симметричные и коаксиальные кабели, составляет
2—4 км, длина регенерационных участков аналоговых систем пе-
редачи — не более 20 км.
Существенным является также то, что затухание волоконных
световодов очень мало зависит от частоты. Если сравнивать час-
тотные зависимости затухания оптических и электрических кабе-
лей, видно, что затухание электрических кабелей (коаксиальных и
симметричных) закономерно растет с частотой по закону В
оптических кабелях в весьма широкой полосе частот затухание ста-
бильно и увеличение пропускной способности линейных трактов
не ведет к уменьшению протяженности регенерационных участков.
Наряду с затуханием важнейшим параметром волоконно-оп-
тических систем передачи является пропускная способность &F. Она
определяет полосу частот, пропускаемую световодом, й соответ-
ственно объем информации, который можно передавать по ОК.
В идеализированном варианте по ОВ возможна организация
огромного числа каналов на большие расстояния, а фактически
имеются значительные ограничения. Это обусловлено тем, что сиг-
нал на вход приемного устройства приходит размытым, искажен-
ным, и чем длиннее линия, тем искажения больше. Данное явление
носит название дисперсии. Обусловлено оно различием времени
распространения различных мод в световоде и наличием частот-
ной зависимости показателя преломления.
Дисперсия — это рассеяние во времени спектральных или модо-
вых составляющих оптического сигнала. Дисперсия приводит к уве-
личению длительности импульса при прохождении по ВОК. Ушире-
ние импульса определяется как квадратичная разность длительности
/
импульса на выходе и входе кабеля: т = у/т^ых - ТвХ. Причем значения
/вх и /Вых берутся на уровне половины амплитуды импульсов (рис. 12.4).
Связь между уширением импульсов и полосой частот, переда-
ваемых по волоконному световоду, приближенно выражается со-
отношением ДГ = 1/т.
396
Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон использо-
вания световодов, но и существенно снижает дальность передачи по
ОК, так как чем длиннее линия, тем больше проявляется дисперсия и
шире импульс. На рис. 12.5 приведены зависимости пропускной спо-
собности (кривая 7) и дальности передачи (кривая 2) от дисперсии.
Пропускная способность ОК существенно зависит от типа ОВ
(одно-, многомодовые, градиентные). Это хорошо иллюстрируется
геометрически (см. рис. 12.2). В волокнах разных типов соответству-
ющие модам лучи идут под разными углами, проходят различный
путь в сердцевине волокна и, следовательно, поступают на выход с
различной задержкой.
Дисперсионные свойства тракта передачи зависят также от типа ис-
точника излучения (лазер, светодиод). При лазерных источниках бла-
годаря узкой полосе излучаемых частот дисперсия сказывается мало.
В некогерентных передатчиках — излучающих светодиодах полоса
излучения существенно шире и дисперсия проявится довольно значи-
тельно. Сравнивая дисперсионные характеристики различных свето-
водов, можно отметить, что лучшими данными обладают одномодо-
вые световоды. Также хорошие данные у градиентных световодов с
плавным изменением показателя преломления. Наиболее резко дис-
персия проявляется у ступенчатых многомодовых световодов.
Разнообразие световодов и областей их применения в сис-
темах волоконно-оптической связи привело к необходимости
разработки различных конструкций кабелей с соответствую-
щими характеристиками.
397
12.2. Основные сведения о волоконно-оптических
кабелях
Как известно, основой первичных сетей связи являются направ-
ляющие системы. Цифровые тракты первичной сети организуются
по парам симметричных кабелей, стволам радиорелейных линий или
волокнам оптических кабелей связи. С развитием цифровой вы-
числительной техники и увеличением потока обмена данными меж-
ду системами разнообразного назначения обычные проводные и
беспроводные каналы оказались чрезвычайно медленными и до-
рогостоящими. Кроме того, цифровая техника страдала от слабой
помехозащищенности. Поэтому сейчас в качестве основного вида
направляющей системы при новом строительстве и увеличении про-
пускной способности существующих линий повсеместно использу-
ется волоконно-оптический кабель. У него наибольшие помехоза-
щищенность, пропускная способность, он допускает различные
варианты подвески, прокладки в зависимости от условий эксплуа-
тации. Совершенствование технологии производства волоконно-оп-
тических кабелей, увеличение объемов их выпуска, а также отсутствие
в конструкции дорогостоящих цветных металлов приводит к устойчи-
вому снижению их стоимости. В настоящее время стоимость ВОК со-
поставима, а в ряде случаев ниже стоимости магистральных симмет-
ричных кабелей связи. Волоконно-оптический кабель изготавливается
с требуемыми заказчиком конструктивными и механическими харак-
теристиками под конкретные условия прокладки и эксплуатации.
Основные преимущества ВОК:
широкая полоса пропускания, обусловленная чрезвычайно высо-
кой частотой несущей — до 1014 Гц. Это дает потенциальную возмож-
ность передачи по одному оптическому волокну потока информации в
несколько терабит в секунду. Большая полоса пропускания — это одно
из наиболее важных преимуществ оптического волокна над мед-
ной или любой другой средой передачи информации. При этом
предел по плотности передаваемой информации по оптическому
волокну в настоящее время не достигнут;
малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое оте-
чественными и зарубежными производителями промышленное опти-
ческое волокно имеет затухание 0,15—0,3 дБ волны длиной 1,55 мкм в
39g
расчете на 1 км. Малое затухание и небольшая дисперсия позволя-
ют строить участки линий без ретрансляции протяженностью до
100 км и более;
низкий уровень шумов, что позволяет увеличить полосу пропус-
кания передачей сигналов различной модуляции с малой избыточ-
ностью кода;
высокая помехозащищенность. Поскольку волокно изготовле-
но из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к элект-
ромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабель-
ных систем и электрического оборудования, способного
индуцировать электромагнитное излучение (линии электропереда-
чи, электро- двигательные установки и т.д.). В многоволоконных
кабелях также не возникает проблемы перекрестного влияния элект-
ромагнитного излучения, присущей многопарным медным кабелям.
Узким местом при строительстве ВОЛС является дистанцион-
ное электропитание промежуточных пунктов (узлов, регенера-
торов, усилителей). Оптическое волокно не способно выполнять
функции силового кабеля. В этих случаях используется комби-
нированный кабель: наряду с оптическими волокнами есть мед-
ные проводящие элементы.
Другими возможными способами решения проблемы дистанци-
онного питания промежуточных пунктов ВОЛС без ущерба для ди-
электрических характеристик ВОК являются: применение местных
изотопных источников электропитания; расположение промежуточ-
ных пунктов в пунктах с уже существующим гарантированным элек-
тропитанием (данный подход реализуется при строительстве ВОЛС
вдоль трасс железных дорог).
Кроме того, следует учитывать, что для монтажа ВОК требуется
прецизионное, а поэтому дорогое технологическое оборудование
и, как следствие, при аварии волоконно-оптического кабеля затра-
ты на восстановление несколько выше, чем при работе с кабелем
с медными жилами.
Кабели содержат несколько оптических волокон, собранных в
оптические модули, заключенные в общую оболочку, поверх ко-
торой в зависимости от условий эксплуатации может быть на-
ложен защитный покров. Кабели различаются конструкциями
сердечника, силовых элементов, брони и защитной оболочки.
399
Основными требованиями являются: высокая надежность и дол-
гий срок эксплуатации. Особое значение уделяется предупреждению
повреждения световодов в кабелях из-за воздействий окружающей
среды (температурные перепады и механические нагрузки).
По назначению ВОК делятся на пять групп: магистральные, зо-
новые, городские, объектовые, монтажные. Магистральные, зоно-
вые и городские имеют то же назначение, что и соответствующие;
металлические кабели. Объектовые кабели используются для пе-
редачи информации в пределах объекта (пост ЭЦ, ДЦ, сортиро-
вочная горка, поезд). В зависимости от назначения ВОК могут со-
держать до нескольких десятков оптических волокон. По
конструкции ВОК делятся на два типа: с центральным (рис. 12.6, а)
и периферийным (рис. 12.6, б) размещением световодов. В кабелях
первого типа пучок волокон находится в центре конструкции, в
кабелях второго типа — вокруг центрального упрочняющего эле-
мента. В ВОК с. центральным размещением световодов сердечник
может быть цилиндрическим (см. рис. 12.6, а, верхняя часть) и лен-
точным (рис. 12.6, а, нижняя часть). В ВОК с периферийным разме-
щением сердечник может быть повивным (см. рис. 12.6, б, верхняя
часть) или профилированным (см. рис. 12.6, б, нижняя часть). Защита
от внешних воздействий выполняется нанесением на кабель стальной
ленты или оцинкованной проволоки. На рис. 12.6: 1 — волокно; 2 —
упрочняющий элемент; 3 — внешняя оболочка; 4 — внутренняя обо-
лочка; 5 — лента из нескольких ОВ; 6 — «профильный» элемент.
Наличие металлических элементов в ВОК (стальные ленты, про-
волоки, трос, медные жилы для организации дистанционного пи-
400
\ тания) приводит подверженности их влиянию внешних электромаг-
нитных полей. Это должно быть учтено при строительстве ВОЛС.
На отечественных ВОК первых типов была следующая маркировка:
первые буквы (буква) — область применения кабелей (ОМЗ — кабе-
ли для магистральной и зоновой связи, ОЗ — для зоновой,
О —для городской сети); следующие за ним буквы — способ про-
кладки кабеля (КГ — в кабельной канализации и грунтах всех ка-
тегорий, К — в кабельной канализации, В — через судоходные
или сплавные реки, Н — внутри помещения); следующее за буквами
I число в магистральных кабелях — диаметр модового поля волокна, в
: городских—диаметр сердцевины волокна; следующая за этим числом
I цифра — номер разработки; следующее число — коэффициент затуха-
• ния; последняя цифра — число оптических волокон. Например, мар-
кировка ОМЗКГ-10-3-0,7-8 означает: кабель для магистральной и зо-
новой сети, прокладываемый в кабельной канализации и грунте, с
диаметром модового поля 10 мкм, 3 разработка, затухание оптических
волокон 0,7 дБ/км, число волокон — восемь. На рис 12.7 приведены
конструкции кабелей, соответствующие описанным маркировкам: 1 —
оплетка из стальных проволок; 2 — стальная гофрированная броня;
3 — защитный полиэтиленовый шланг; 4 — повив из стальных оцин-
кованных проволок; 5 — оболочка из полиэтилена; 6,9 — внутреннее
пространство оптических модулей и сердечников кабелей, заполнено
гидрофобным составом по всей длине; 7 — поясная изоляция — лента
из полиэтилентерефталата; 8—оптический модуль; 10—центральный
силовой элемент. Эту или похожую систему маркировки использует
большинство отечественных
заводов-изготовителей опти-
ческих кабелей. Однако у не-
которых заводов есть собствен-
ная система обозначения ВОК,
исходя из их функционально-
го назначения. В качестве при-
мера можно указать на ВОК,
выпускаемые ЗАО «Трансвок»
широкой номенклатуры, при-
меняемые на железнодорож-
ном транспорте.
Рис. 12.7
401
В маркировке кабелей завода «Трансвок»: первые дйе буквы ОК —
оптический кабель, следующие буквы — особенности конструкции i
(МС — самонесущий, МТ — для прокладки в полиэтиленовый тру-)
бопровод, 3 — с броней), далее (через дефис) характеристика обо-/
лочки, полиэтиленовая оболочка в обозначении не указывается!
(В — поливинилхлорид, Н — не распространяющая горение, П —,
внутренняя полиамидная оболочка, если полиэтиленовая буква не
ставится), защитные покровы (А — обмотка из арамидных нитей,
С — стальная лента); числовая характеристика через дефис содер-
жит число оптических модулей, номинальный диаметр модуля
(в скобках) и число волокон, тип волокна (в скобках). В числовую
характеристику добавлен буквенный символ, обозначающий тип
центрального силового элемента кабеля (Сп — стеклопластико-
вый пруток, Т — стальной трос).
Пример: кабель ОКМС-А-6(2,4)Сп-24(2) — самонесущий с
внешней и внутренней оболочками из полиэтилена, с защитными
покровами из арамидных нитей, шесть оптических модулей с диа-
метроц 2,4 мм, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, 24
одномодовых оптических волокна.
Основным силовым элементом самонесущего кабеля являются
арамидные нити, проложенные между промежуточной оболоч-
кой и защитным шлангом. Такой элемент выдерживает усилие
не менее 10 кН.
Оптический кабель для строительства ВОЛС вдоль железных
дорог должен выбираться с учетом:
его использования не только для нужд магистральной сети же-
лезнодорожного транспорта, но и для отделенческой сети, а также
для резервирования общегосударственных сетей связи или сетей
других ведомств (т.е. в кабеле должно быть достаточное число во-
локон, не менее 16);
способа прокладки (непосредственно в грунте, кабельной кана-
лизации, кабельном желобе или подвеской самонесущего ВОК);
технологии монтажа ВОЛС и способа выполнения аварийно-
восстановительных работ (для неразъемных соединений — сварка
или механические соединения, для разъемных — с указанием ти-
пов коннекторов).
402
В последнее время кабельные магистрали строят с применени-
ем одномодовых кабелей, оптимизированных для длин волн 1,3
и 1,55 мкм. По затуханию ОВ не должны отличаться друг от друга
более чем на 0,01 дБ/км на строительной длине. На железнодорож-
ном транспорте целесообразно использовать ВОК без металли-
ческих элементов конструкции, что не требует разработки схем
защиты от опасных влияний.
В заключение сформулируем основные преимущества волоконно-
оптических кабелей перед кабелями с медными жилами.
1. По передаточным характеристикам. В многомодовых свето-
водах коэффициент затухания волны длиной 1,3 мкм не превышает
1 дБ/км, в одномодовых — 0,5 дБ/км. На рис. 12.8 приведены зави-
симости коэффициента затухания от частоты для симметричного
кабеля с жилами диаметром 0,9 мм (кривая 7), коаксиального
1,2/1,4 (кривая 2) и 2,6/9,5 (кривая 3), многомодового световода
ступенчатого (кривые 4,5), градиентного (кривые 6, 7) профилей и
одномодового световода (кривые 8,9). В оптических кабелях в весь-
ма широкой полосе частот затухание стабильно, следовательно,
ВОК могут использоваться для малоканальных систем (менее 30
каналов), так и для передачи широкополосных сигналов с частотами
до 100 ГГц. Другими словами, увеличение пропускной способности
403
линейных трактов не ведет к уменьшению протяженности регене-
рационных участков. Ширина полосы пропускания для многомо-
довых волоконных световодов оценивается как 1,2 ГГц на 1 км, а
для одномодовых — более 10 ГГц на 1 км.
2. По помехозащищенности. Практически абсолютная непод-
верженность электромагнитным влияниям информационных сиг-
налов, передаваемых по световодам. Кроме того, применение пол-
ностью диэлектрического кабеля с использованием
соответствующих материалов и компонентов устраняет проблемы
защиты от влияния грозовых разрядов, линий электропередачи
высокого напряжения или тяговых сетей, а также проблем, связан-
ных с развязкой по постоянному току и заземлением.
3. По механическим характеристикам. Меньшие диаметр кабе-
ля, масса, большая длина поставляемого кабеля, но несмотря на это,
более компактные размеры барабана и его относительно малая
масса (табл. 12.1).
Таблица 12.1
Число проводников Наружный диаметр, мм Масса, кг/км
Световод Медь’ Световод Медь’ Световод Медь1
2, 4,6 6 11,5 12 100 140
10 10 12 13,5 115 190
20 20 14,5 16,5 160 315
40 40 14,5 21,5 160 555
60+100 60+100 16+20 25,5+31,5 195+295 800
1 Витая пара диаметром 0,6 мм.
Более подробные сведения о волоконно-оптических кабелях из-
лагаются в специальном курсе [19].
12.3. Принципы организации линейных трактов
Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) состоят из
типового оборудования канало- и группообразования, единого для
всех цифровых систем передачи информации, а также оборудова-
ния цифрового волоконно-оптического линейного тракта, обеспе-
чивающего передачу цифровых сигналов от одной оконечной стан-
ции до другой.
404
Типовое оборудование канало- и группообразования обеспе-
чивает формирование первичного группового сигнала, соответству-
ющего 30 каналам (скорость передачи 2,048 Мбит/с), вторичного
группового сигнала, соответствующего 120 телефонным каналам
(8,448 Мбит/с), третичного группового сигнала, соответствующего
480 телефонным каналам (34,368 Мбит/с), четверичного группового
сигнала, соответствующего 1920 телефонным каналам (139,264 Мбит/с).
Применение оптических волокон позволяет передавать цифро-
вые сигналы со значительно большими скоростями, чем по коак-
сиальному и симметричному кабелям с медными жилами. На во-
локонно-оптических линиях может использоваться оборудование
плезиохронной или синхронной цифровой иерархии. Скорости пе-
редачи СЦИ высших уровней реализуются только в волоконно-
оптических кабелях.
В настоящее время, как правило, используют ВОК с одномодо-
выми волокнами, которые обеспечивают большую длину регенера-
ционных участков и более высокую пропускную способность, чем
многомодовые, применение которых ограничивается местными
и внутриобъектовыми сетями.
Преобразование электрических сигналов в оптические происхо-
дит в оптическом передающем устройстве (ОП). Основным его эле-
ментом является источник оптического излучения. Оптический сиг-
нал преобразуется в электрический в фотоприемном устройстве
(ФП). Передающее и приемное устройства ОП и ФП являются оп-
тическими полюсами (оптическим входом и выходом) аппаратуры
линейного тракта.
Оптическая цепь регенерационного участка состоит из последо-
вательно соединенных оптических волокон станционного и линей-
ного кабеля, а также оборудования сопряжения. Оно включает в
себя разъемные и неразъемные оптические соединители, линейные
н станционные соединительные устройства.
Упрощенная схема оптической цепи регенерационного участка
одного из направлений передачи приведена на рис. 12.9. Модули-
рованное оптическое излучение в одноволоконный станционный
кабель СК вводится через специальный оптический соединитель ОС.
Оптическое волокно подключается к ФП аналогично. Потери в
оптических разъемных соединителях должны быть не более 1 дБ.
405
406
Рис. 12.9
Одноволоконные станционные оптические кабели СК соединя-
ются с линейным ЛК сваркой, что уменьшает потери мощности.
Сварные соединения размещаются и фиксируются в специальных
устройствах стыка станционных и линейного кабелей УССЛК. Эти
устройства обеспечивают защиту соединений и каждого волокна
от повреждений и хранение технологического запаса, необходимо-
го для выполнения операций по сварке.
Соединение линейного кабеля также выполняется сваркой. Со-
единения располагаются в муфтах, которые должны быть гермети-
зированы. Вносимые потери в неразъемных сварных соединениях
не должны превышать 0,3 дБ для многомодовых волокон и 0,1 дБ
для одномодовых.
Длина оптической цепи / в основном зависит от параметров ап-
паратурно-кабельного комплекса ВОСП на участке регенерации.
Зависимость определятся типом применяемого излучателя, длиной
волны X и уровнем средней мощности оптического сигнала на его
выходе рпер, шириной спектра оптического излучения АХ, суммар-
ным затуханием в оптических волоконных кабелях (включая соб-
ственные потери в оптическом волокне), потерями при вводе Aj,
выводе А2 оптической энергии в оптических разъемных соедините-
лях на передаче и приеме, а также в неразъемных сварных соедине-
ниях линейного кабеля, потерями в сварных соединениях волокон
линейного и станционного кабелей Ас, типом фотоприемного уст-
ройства ФП, минимально допустимым уровнем оптического сиг-
нала на его входе pmjn, который определяется при коэффициенте
ошибок в тракте, равном Ю’1 .
Поскольку параметры применяемых излучателей и фотоприем-
ных устройств не являются абсолютно стабильными, при проек-
тировании ВОСП для компенсации деградации оптических уст-
ройств аппаратуры предусматривается запас уровня оптического
сигнала Ао, (обычно приблизительно 3 дБ). Такой же запас уров-
ня сигнала (Ак) предусматривается и для случаев возможного уве-
личения затухания оптической цепи регенерационного участка
вследствие влияния факторов окружающей среды, появления до-
полнительных сращиваний, увеличения длины кабелей при про-
ведении ремонтных работ.
407
Максимальная длина участка регенерации, км,
/ = фпер ~ Anin ~ Aj — А2 —лАс — Ао — Ак)/а,
где п — число сварных соединений в оптической цепи регенерацион-
ного участка; а — коэффициент затухания оптических волокон, дБ/км.
Важной характеристикой аппаратуры волоконно-оптического
линейного тракта является энергетический потенциал, определяе-
мый как разность между уровнем средней мощности излучателя и
минимально допустимым уровнем оптического сигнала на входе
фотоприемного устройства (Q = рпер - Anin)- Значение энергетичес-
ких потенциалов аппаратуры линейного тракта в зависимости от
скорости передачи сигналов и используемых типов излучателей
составляет 20—50 дБ. Очевидно, что это значение существенно вли-
яет на длину регенерационного участка.
В данном параграфе рассматриваются только принципы распре-
деления оптической мощности в оптической цепи. При высоких ско-
ростях передачи цифрового сигнала (более 100 Мбит/с) в расчетах
следует учитывать минимальную ширину оптического спектра кабе-
ля и возникающие в его оптических волокнах дисперсионные иска-
жения. Более полно правила расчета длины регенерационных участ-
ков на волоконно-оптических линейных трактах приведены в п. 16.5.
При использовании ВОСП на железнодорожных линиях связи
требование обеспечения предельных значений длин регенерацион-
ных участков целесообразно для магистральной и дорожной сети
связи. Однако если в волоконно-оптической системе передачи од-
новременно организуются каналы магистральной, дорожной и от-
деленческой сетей, то требования к протяженности участков сни-
жаются, так как в сети связи отделения дороги необходимо
выделение каналов на промежуточных станциях. В этом случае
для построения ВОЛС целесообразно использовать длину волны
1,3 мкм. Использование одномодового кабеля обеспечит длину
участка регенерации 40—45 км. Аппаратура линейного тракта (ре-
генераторы) и выделения каналов будет размещаться в станцион-
ных помещениях. При расстоянии между станциями менее 15 км
оптоэлектронные передающие модули можно строить не только
на основе лазеров, обеспечивающих максимально возможные уров-
ни излучаемой мощности и минимальные потери при вводе излу-
чателей в волокно, но и на основе излучающих светодиодов, име-
408
ющих худшие энергетические характеристики, но более дешевых и
более надежных в эксплуатации. Такая аппаратура может найти
применение в сети отделенческой связи и на коротких линиях при-
вязки пользователей к магистралям.
Разработаны и выпускаются различные модификации волокон-
но-оптических систем передачи, соответствующие уровням плези-
охронной иерархии.
Оборудование вторичных и третичных ВОСП применяется в
основном на городских и внутризоновых телефонных сетях. Обо-
рудование четверичной ВОСП предназначено для магистральной
сети. Если на зоновых и магистральных сетях связи в составе ВОСП
наряду с обслуживаемыми имеются и необслуживаемые регенера-
ционные пункты, которые размещаются в контейнерах и оборуду-
ются автономным или дистанционным питанием, то на городской
сети все пункты обслуживаемые, так как длина участка регенера-
ции позволяет размещать промежуточное оборудование на попут-
ных АТС и питать их от станционных источников.
Отсутствие цепей дистанционного питания существенно упро-
щает конструкцию и эксплуатацию ВОК, позволяет использовать
кабель без металлических элементов.
В последние годы в связи со снижением стоимости одномодо-
вых кабелей аппаратура ВОСП, как правило, ориентирована на их
использование. В зависимости от особенностей проектируемой ли-
нии используются лазеры в диапазонах длин волн 1,3 или 1,55 мкм.
Диапазон 1,55 мкм позволяет существенно увеличить протяженность
регенерационных участков, а следовательно, качество передачи
цифрового сигнала и надежность систем передачи, вследствие умень-
шения количества оборудования линейного тракта.
Особенности построения ВОСП технологической связи желез-
нодорожного транспорта, связанные с необходимостью выделения
каналов на промежуточных станциях, приводят к тому, что в ли-
нейных трактах этих систем практически отсутствуют НРП и не
используются комбинированные ВОК (с медными жилами). На про-
межуточных станциях в местах установки регенераторов предусмат-
ривается подключение аппаратуры выделения каналов, при этом
регенераторы и аппаратура выделения обеспечиваются местным га-
рантированным питанием.
409
Оконечные и промежуточные станции всех перечисленных
ВОСП оборудованы устройствами телеконтроля, телесигнализа-
ции и служебной связи, осуществляющими сбор и обработку слу-
жебной информации о работоспособности волоконно-оптического
линейного тракта.
Система телемеханики должна охватывать не только аппарату-
ру линейного тракта, но и оборудование выделения каналов, уста-
новленное на необслуживаемых станциях.
12.4. Оборудование оконечных и промежуточных
станций
Как отмечалось выше, собственно волоконно-оптическая сис-
тема передачи представляет собой оборудование волоконно-оп-
тического линейного тракта, к которому подключается стандартная ап-
паратура цифрового канало- и группообразования (см. главы 9, 10).
В свою очередь, линейный тракт состоит из оборудования, уста-
навливаемого на оконечных станциях, в обслуживаемых и необс-
луживаемых регенерационных пунктах, соединенных между со-
бой ВОКг Оборудование оконечных станций и обслуживаемых
пунктов предназначено для работы в условиях помещений и раз-
мещается на стойках, а аппаратура НРП, в зависимости от места
размещения, может выполняться для установки на стойке или в
контейнерном варианте. На городских телефонных сетях и на же-
лезнодорожном транспорте длина участков регенерации позволя-
ет размещать промежуточное оборудование на АТС или желез-
нодорожных станциях и организовывать местное гарантированное
электропитание.
Как отмечалось выше, контейнерные НРП размещаются в грун-
те, на открытом воздухе или в колодцах. В состав НРП может вхо-
дить несколько линейных регенераторов. Питание НРП может осу-
ществляться от сети переменного тока, автономных источников
питания (изотопных) и по цепи дистанционного питания «провод-
провод», организуемой по медным жилам ВОК. Необходимость
организации дистанционного питания привела к разработке воло-
конно-оптических кабелей с медными жилами. При использова-
410
нии таких ВОК, как в традиционных кабельных магистралях, тре-
буется защита от ударов молнии и коррозии.
Если используется вариант местного гарантированного пита-
ния, длина участка регенерации определяется только'условиями
передачи сигналов по оптической цепи. При дистанционном пита-
нии линейного тракта расстояние между НРП завй’бйт также от мак-
симального напряжения ДП и схемы его организации. Отсутствие
цепей дистанционного питания существенно упрощает конструк-
цию и эксплуатацию ВОК.
На рис. 12.10 приведена структурная схема оконечной и проме-
жуточной аппаратуры волоконно-оптической системы передачи.
Показаны только основные устройства и связи между ними, кото-
рые являются общими для ВОСП различного назначения, обеспе-
чивающие формирование, прием и регенерацию передаваемого по
линейному тракту сигнала, а также возможность контроля его ка-
чества в процессе передачи.
Цифровой сигнал от аппаратуры ЦСП поступает на вход око-
нечного оборудования линейного тракта в стандартном стыковом коде
(см. п. 7.2). В устройстве преобразования кода передачи ПК Пер вы-
полняется преобразование сигнала в соответствии с применяемым
линейным кодом. Как правило, в качестве стыкового используется
код HDB-3, а в качестве линейного — CMI. Устройство преобра-
зования кода передачи включает в себя два последовательно соеди-
ненных устройства. Первое из них — устройство стыка передаю-
щее УС, которое выделяет из принимаемого сигнала колебания
тактовой частоты fT и преобразовывает сигнал стыкового кода в
код NRZ, второе — устройство формирования линейного кода
УФК, обеспечивает преобразование последовательности NRZ в
сигнал в коде линии. Алгоритмы преобразования сигналов в линей-
ные коды подробно описаны в п. 8.5, а на рис. 12.11 приведена диаг-
рамма, иллюстрирующая преобразование HDB-3 -» NRZ -* CMI
для произвольной комбинации группового цифрового сигнала, по-
ступающего на вход устройства пребразования кода.
В линейных трактах оптических систем передачи обычно при-
меняются двухуровневые коды. Наиболее простыми для реализа-
ции двухуровневыми линейными кодами являются коды вида NRZ
(non return zero — без возвращения к нулю). Однако непосред-
411
412
Рис. 12.10
1 ! О I О I О J О I 1 И 1
О ! 1 ! О ! 1
1 ! о о :О ! О So
t
-►
HDB-3
t
------►
NRZ
i
------>
Puc. 12.11
ственное использование кода NRZ в качестве кода, линейного сиг-
нала неэффективно из-за невозможности надежного выделения ко-
лебания тактовой частоты и обеспечения синхронизации оконеч-
ного приемопередающего и линейного оборудования
(регенераторов).
В коде CMI единицы информационного сигнала передаются че-
редованием символов 11 и 00, а нули всегда — комбинацией симво-
лов 01. Приемник может следить за нарушением последовательнос-
ти 01, так как сочетание символов 10 запрещено. Каждому символу
двоичного сигнала в коде NRZ на тактовом интервале Т соответ-
ствуют два символа, каждый длительностью 772. Линейная скорость
передачи символов возрастает вдвое, однако при этом гарантиру-
ется отсутствие длинных последовательностей нулей и единиц, тем
самым обеспечивается баланс кодированного сигнала по постоян-
ной составляющей и легкость выделения тактовой частоты.
Сформированный в УФК (см. рис. 12.10) сигнал поступает да-
лее на Вход 1 оптического передатчика ОП, формирующего после-
413
довательность оптических импульсов с нормированными парамет-
рами (по длине волны, мощности излучения и т.п.).
Оптические передатчики отроятся на основе лазерных диодов
(инжекционных лазеров) или светоизлучающих диодов, которые
подразделяются на торцевые и поверхностные светодиоды. При ис-
пользовании лазеров обеспечивается ввод в волокно средней опти-
ческой мощности от 0,5 мВт до нескольких милливатт, при исполь-
зовании торцевых светодиодов — несколько десятых, а при
использовании поверхностных — несколько сотых милливатта.
Далее, через оптический разъем излучаемые оптические импуль-
сы поступают в одноволоконный станционный оптический кабель
и далее через устройство стыка световодного станционного и ли-
нейного кабелей УССЛК в линию (см. рис. 12.9).
Принимаемые из линии оптические сигналы через УССЛК, стан-
ционный оптический кабель и оптический разъем поступают на вход
фотоприемного устройства ФП (см. рис. 12.10), где преобразуются
в электрический сигнал. Отметим, что ФП строятся на основе лавин-
ных фотодиодов, обеспечивающих чувствительность -40 ч- -60 дБм
в зависимости от используемой длины волны и скорости передачи
сигналов, или на основе pin-фотодиодов, обеспечивающих чувстви-
тельность от -35 до -55 дБм [19].
С выхода ФП электрические сигналы поступают на Вход 1 уст-
ройства обработки сигналов (УОС), в котором из принятого сиг-
нала выделяется сигнал тактовой частоты, принимается решение о
наличии или отсутствии импульса в каждом тактовом интервале и
восстанавливается исходная цифровая последовательность в линей-
ном коде. Фактически в УОС происходит регенерация цифрового
сигнала. Как и в регенераторах ЦСП, в состав УОС входят: устрой-
ство выделения тактовой частоты ВТЧ, решающее устройство РУ и
устройство формирования сигнала Ф, обеспечивающее восста-
новление амплитуды и формы импульсов, а также временных
соотношений между ними.
С выхода устройства обработки сигналов цифровая последова-
тельность информационного сигнала и сигнал тактовой частоты
поступают на устройство детектирования ошибок УДО и устрой-
ство преобразования кода приема.
414
Устройство преобразования кода приема преобразовывает вос-
становленный линейный сигнал в стандартный стыковой код. Как
и аналогичное устройство на передаче, оно состоит из преобразо-
вателя кода линии в последовательность NRZ УПК и стыка УС,
обеспечивающего формирование выходного стыкового сигнала.
Кроме передачи цифровых сигналов в аппаратуре ВОСП пре-
дусматриваются дополнительные возможности: переключение ин-
формационных и испытательных сигналов, настройка аппаратуры
или проверка ее работоспособности. Шлейфы могут включаться
непосредственно на станции или дистанционно с противополож-
ной станции по системе телеконтроля. При этом следует учитывать,
что установка шлейфа приводит к перерыву связи между аппарату-
рой каналообразования, подключенной к линейному тракту на око-
нечных станциях.
Шлейф 1 соединяет Выход 2 устройства преобразования кода
передачи направления А со Входом 2 УОС направления В. Этот
вход имеет приоритет по отношению к Входу 1 (при наличии сиг-
налов одновременно на Вход 1 и Вход 2 УОС работает только по
сигналу на Вход 2) и используется при пусконаладочных работах
и в режиме настройки для проверки электрических устройств око-
нечной аппаратуры линейного тракта.
Шлейф 2 позволяет проводить в процессе настройки комплекс-
ную проверку состояния оптоэлектронных устройств (оптического
передатчика и фотоприемника) в сочетании с устройством обработ-
ки сигналов. При установке шлейфа 2 сигнал подается на Вход 2
передающего устройства с дополнительного выхода УОС. Так как
Вход 2 ОП имеет приоритет по отношению к Входу 1, он может
использоваться так же для подключения какой-либо испытатель-
ной последовательности в коде линии или тактовой частоты.
Аппаратура на промежуточных станциях ОРП и НРП обеспе-
чивает регенерацию оптических сигналов в процессе передачи по
линейному тракту. Основные устройства, которые составляют ком-
плект промежуточной аппаратуры, такие же, как и на оконечных
станциях. В каждом из направлений передачи (А и Б) промежуточ-
ная аппаратура включает в себя фотоприемник, оптический пере-
датчик, устройство обработки сигналов и детектор ошибок. Ли-
нейный сигнал с выхода УОС поступает на Вход 1 ОП и на вход
415
детектора ошибок данного направления передачи. Как и в око-
нечной аппаратуре, обеспечивается возможность установки шлей-
фа с выхода УОС одного направления передачи на Вход 2 ОП
другого направления.
Устройство детектирования ошибок входит в состав промежу-
точных и оконечных станций. Принцип работы детектора ошибок
зависит от типа выбранного кода линии. Ошибки выделяются по
нарушениям алгоритма построения кода или изменениям каких-
либо специально заданных характеристик кода.
Детектор ошибок имеет выход, к которому подключаются уст-
ройства контроля коэффициента ошибок A*0llJ, входящие в состав
контрольно-измерительной аппаратуры соответствующих станций
и обеспечивающих формирование сигналов о неисправности при
превышении заданных допустимых значений Л*ош.
Отметим также, что в аппаратуре обычно предусмотрен выход
тактовой частоты (/^), который может использоваться для синхро-
низации при подключении внешних контрольно-измерительных ус-
тройств, организации шлейфа по тактовой частоте или передачи
тактовой частоты к другим элементам цифровых сетей, имею-
щихся в данном узле или на станции, в системе сетевой тактовой
синхронизации (см. п. 14.4).
Кроме элементов аппаратуры, описанных выше, оборудование
линейных трактов цифровых ВОСП оснащается сервисными систе-
мами телеконтроля и служебной связи. Их назначение такое же.как
у аналогичных систем ЦСП на кабельных линиях кабелями с мед-
ными жилами. Отличие заключается в контроле устройств, кото-
рые являются основными источниками возникновения ошибок в
линейном тракте ВОПС: лазеры (контроль ОП), фотодиоды
(контроль ФП), регенераторы (колебания порогового напряже-
ния решающего устройства), разъемы (увеличение затухания в
оптических разъемах).
Обнаружение неисправностей в линейном тракте осуществляет-
ся по значению /Сош, определяя нарушения алгоритма кодирования
линейного сигнала. Помимо этого выполняется поиск неисправно-
сти лазерного диода по характеру изменения значения тока накач-
ки, протекающего в его цепи, а также неисправностей в ОВ по оценке
уровня мощности оптического излучения на входе фотоприемника.
416
Как правило, сигналы ТК и СС передаются совместно с инфор-
мационными сигналами без перерыва связи. В частности, приме-
нение кода CMI позволяет достаточно простыми схемотехничес-
кими средствами передать сервисные сигналы (служебной связи и
телеконтроля) методом введения искусственных ошибок.
Универсальное нарушение закона кодирования в коде CMI —
нарушение типа «парная ошибка», при котором оба символа, пере-
даваемые в одном тактовом интервале, заменяются на противопо-
ложные. Так как вероятность появления в передаваемом сигнале
таких парных ошибок ничтожно мала, то каждая такая ошибка
может использоваться для передачи одного двоичного символа
сервисного сигнала.
Принцип построения системы ТК ВОСП аналогичен ЦСП: тракт
разделяется на участки и с одной из оконечных (промежуточных)
станций, являющейся главной, в направлении А передаются коман-
ды опроса НРП на этом участке; по направлению Б поступают сиг-
налы ответа — кодовая группа, содержащая информацию о состоя-
нии оборудования НРП.
Существуют и другие варианты, например, когда информация о
состоянии всех регенерационных пунктов передается совместно с ин-
формационным линейным сигналом без специальных запросов —
непрерывно и анализируется в ОРП и на оконечных станциях.
Система СС линейных трактов ВОСП также построена по учас-
тковому принципу: организуется между двумя ОРП. Как правило,
сигналы СС передаются совместно с сигналами ТК в структуре ин-
формационного линейного сигнала без перерыва связи.
14 Зак. 4611
417
Глава 13. Системы передачи синхронной
цифровой иерархии
13.1. Основные принципы технологии синхронной
цифровой иерархии
Под цифровой иерархией понимается ряд скоростей передачи,
соответствующих уровням группобразования (мультиплексирова-
ния) данного семейства цифровых систем передачи. Действующие
в мире цифровые сети до недавнего времени базировались только
на плезиохронных цифровых иерархиях (ПЦИ), отличительным
свойством которых является отсутствие жестких соотношений меж-
ду скоростями передачи разных уровней иерархии. Многие прису-
щие ПЦИ особенности сдерживали развитие национальных циф-
ровых сетей и создание всемирной сети.
В 1988 г. М КК ГГ разработал первые стандарты по синхронной циф-
ровой иерархии, скорости передачи соседних уровней в которой связа-
ны отношением 1:4. К настоящему времени МККТТ (МСЭ-Т), МККР
(Международным консультативным комитетом радиосвязи), ETS1
(Европейским институтом стандартов по связи) и другими междуна-
родными организациями разработана гамма стандартов по СЦИ.
Разработка СЦИ явилась результатом накопленного к этому вре-
мени мирового опыта и создания на этой основе новой концепции
развития цифровых сетей. В ней был заново решен ряд сетевых и ап-
паратурных проблем, что позволило избавиться от многих недостат-
ков ПЦИ, обеспечив в то же время преемственность СЦИ с действу-
ющими сетями. Сеть СЦИ создается в виде цифровой транспортной
инфраструктуры, нагрузкой для которой служат сигналы существу-
ющих ПЦИ. Это обеспечивает безболезненное внедрение СЦИ. Пер-
спективы развития сетей связи в мире неизменно связываются с СЦИ.
Напомним (см. п. 7.2), что важнейшими принципами, приняты-
ми в СЦИ, являются: синхронное мультиплексирование, контейне-
ризация процесса переноса информации и объединение (интегра-
ция) функций передачи, оперативного управления и обслуживания.
Рассмотрим их подробнее.
418
Синхронное мультиплексирование. При использовании совре-
менных волоконно-оптических кабелей оказались достижимыми
высокие (несколько гигабит в секунду) скорости передачи в линей-
ных трактах ЦСП с одновременным удлинением секции регенера-
ции до 100 км и более, что радикально увеличивает их экономичес-
кую эффективность. Большинство регенераторов на развитых сетях
можно исключить, так как они совмещаются с узловыми (транзит-
ными) станциями, где необходима установка мультиплексоров для
выделения/ввода каналов.
Система мультиплексирования ПЦИ, где на каждом уровне не-
обходимо выравнивание скоростей объединяемых цифровых по-
токов, приводит к громоздким и малонадежным аппаратурным ре-
шениям при получении высокоскоростных сигналов. Эти
трудности преодолеваются при синхронном мультиплексировании.
Синхронная цифровая иерархия содержит три уровня, скорос-
ти передачи которых соотносятся как 1:4:16. Номера уровней со-
впадают с этими числами: первый уровень имеет скорость переда-
чи 155520 кбит/с (сокращенно 155 Мбит/с), четвертый уровень —
622080 кбит/с (620 Мбит/с), а 16-й — 2488320 кбит/с (2,5 Гбит/с).
Ряд фирм-производителей аппаратуры заявили о выпуске обору-
дования следующего уровня со скоростью передачи сигнала
2488320x4 = 9953280 кбит/с (10 Гбит/с). Для получения сигнала
N-ro уровня побайтно объединяются N синхронных цифровых по-
тёков первого уровня. Простота этой операции способствует по-
вышению надежности, что особо важно в аппаратуре, обслужива-
ющей большие информационные потоки.
Указанные уровни СЦИ физически реализуются в Синхронных
Транспортных Модулях N-ro уровня (STM-N), которые представ-
ляют собой формат сигналов линейных трактов СЦИ.
Контейнеризация процесса переноса информации. Сети и аппа-
ратура ПЦИ узко специализированы по виду цифровых сигналов
(скоростям передачи, строению циклов и пр.). Эти параметры раз-
личаются в действующих ПЦИ (североамериканской, европейской
и японской). На территории бывшего СССР были приняты скоро-
сти передачи европейской ПЦИ, однако структуры циклов на вто-
ром, третьем и четвертом уровнях являются оригинальными. Фак-
тически это означает, что здесь применяется отдельная разновидность
европейской ПЦИ. Указанная специализация осложняет между-
народный обмен и внедрение новых видов связи.
419
В сетях СЦИ используется принцип контейнерных перевозок:
подлежащие передаче и переключению сигналы предварительно
загружаются в так называемые виртуальные контейнеры — цифро-
вые структуры, которые входят в состав вышеупомянутых синхрон-
ных транспортных модулей. В узлах сети происходит обмен вирту-
альными контейнерами между модулями. Сетевые операции с
виртуальными контейнерами выполняются независимо от их содер-
жимого. В контейнеры можно загружать сигналы любой ПЦИ, а
также цифровые сигналы других видов, например потоки цифро-
вых ячеек ATM. Этот принцип делает сеть СЦИ прозрачной и пер-
спективной. Однако следует учитывать, что контейнеризация не
решает проблем взаимодействия сетей разных типов ПЦИ, так как
после доставки на место и выгрузки из контейнеров сигналы обре-
тают исходную форму. Указанное взаимодействие должно органи-
зовываться согласно действующей Рекомендации G.802 МСЭ-Т и др.
В сети СЦИ виртуальные контейнеры образуют сетевые слои
трактов верхнего и нижнего рангов (в соответствии со скоростью
передачи). Они обозначаются VC-n, где п — ранг контейнера. Его
основные параметры приведены ниже.
Скорость сигналов ПЦИ, Мбит/с
Обозначение контейнера, VC-n ..
Емкость контейнера, Мбит/с...
1,5 1,5 и 2 6 34 и 45 140
VC-11 VC-12 VC-2 VC-3 VC-4
1,7 2,3 6,9 50 150
Виртуальные контейнеры VC-11, VC-12 и VC-2 относятся к ниж-
нему рангу, а VC-3 и VC-4 — к верхнему. В последней строке указа-
ны (округленно, в Мбит/с) их «емкости» (скорости передачи). Мож-
но сравнить их со скоростями передачи сигналов ПЦИ, которые
размещаются в соответствующих контейнерах (первая строка).
Интеграция функций. Современные пользователи сетей связи
предъявляют высокие требования к надежности, достоверности свя-
зи и гибкости обслуживания (например, оперативное предоставле-
ние каналов различной пропускной способности между разными пун-
ктами сети с оплатой в соответствии с временем и качеством связи и
пропускной способностью канала). Для повышения уровня обслу-
живания пользователей и снижения стоимости эксплуатации на сети
приходится создавать специальные системы контроля, управления и
эксплуатации со своими каналами связи, поскольку в рамках ЦСП
420
ПЦИ таких систем не было. Все это удорожает сеть и снижает ее
надежность. С учетом этого опыта и на базе современных техничес-
ких возможностей в аппаратуре СЦИ упомянутые функции интегри-
руются, но с сохранением их самостоятельности и управляемости.
Основным типом аппаратуры СЦИ можно считать так называе-
мый Универсальный синхронный мультиплексор (УСМ), выполняю-
щий все функции сетевого узла сети: ввод/вывод потоков нагрузки,
мультиплексирование их до уровня транспортных модулей и об-
ратно, оперативное переключение потоков внутри и между транс-
портными модулями и прием/передача линейных сигналов с раз-
ных направлений.
Конфигурирование УСМ в заданном для данного узла (станции)
режиме, оперативное изменение режима, переключение потоков на-
грузки и резервирование проводятся на программном уровне с ме-
стного терминала (компьютера) или из центра системы контроля и
управления. В УСМ выполняется и контроль качества передачи.
Необходимые процедуры, сигналы и каналы передачи предусмот-
рены в циклах STM-N. Они несут служебную нагрузку — специ-
альный заголовок, содержащий контрольную и управляющую ин-
формацию по линейному тракту и транспортному модулю в целом,
а также по управлению оперативным сетевым переключением на
уровне STM-N. В сочетании с информацией, содержащейся в заго-
ловках VC-n, это обеспечивает полный контроль качества передачи
п управление сетью СЦИ вплоть до трактов нижнего ранга.
В заголовке STM-N образуются 12 каналов по 64 кбит/с для
управления сетью СЦИ в рамках TMN. Таким образом, система
контроля и управления СЦИ не требует сооружения отдельных
каналов передачи и контролирующих устройств. Более того, часть
из упомянутых 12 каналов может быть использована и для разви-
тия системы контроля и управления с целью улучшения обслужи-
вания сетей, независимых от СЦИ.
13»2» Схема мультиплексирования
Изложенные в предыдущем параграфе принципы организации
сети СЦИ поддерживаются на уровне аппаратуры системой инфор-
мационных цифровых структур. Эти структуры образуются в сете-
вых слоях секций и трактов и описаны в Рекомендациях G.707,
421
G.708, G.709. Версии Рекомендаций, впервые опубликованные в
Голубой Книге МККТТ в 1988 г., во многом переработаны. В на-
стоящее время на сетях мира работает аппаратура СЦИ, реализу-
ющая различные версии мультиплексирования, основанные на ба-
зовых принципах, позволяющих обеспечить их совместимость.
Разработанная с учетом общих принципов и особенностей схема
введения сигналов PDH в контейнеры и их последующее мульти-
плексирование в обобщенном виде приведена на рис. 13.1.
Рис. 13.1
Для организации соединений в сетевых слоях трактов служат
виртуальные контейнеры VC-n. Это блочные циклические струк-
туры с периодом повторения 125 или 500 мкс (в зависимости от
вида тракта). Каждый VC-n состоит из поля нагрузки (контейнер
С-п) и трактового заголовка РОН (Path Over Head). Последний
несет сигналы контроля, управления и адресации данного тракта,
он создается и ликвидируется в пунктах, в которых формируется и
расформировывается VC-n, проходя транзитом секции. Таким об-
разом, в разветвленной сети полезная нагрузка контейнера не подле-
жит преобразованию в узле, если она для него не предназначена. Ре-
шение о необходимости работы с полезной нагрузкой принимается
422
на основании анализа информации, содержащейся в заголовке. Так
сохраняются качество полезного сигнала и прозрачность сети в целом
по любому заданному маршруту контейнеров (рис. 13.2).
Для согласования слоев секций и трактов высшего порядка в
СЦИ используется механизм «указателей» (pointers), задача кото-
рых состоит в компенсации возможных на сети колебаний фазы и
частоты VC-n относительно мультиплексорных секций, куда вво-
дится групповой сигнал. При добавлении указателя к виртуально-
му контейнеру образуется административный блок AU
(Administrative Unite); AU = VC + AU-указатель.
Аналогичные указатели используются и для согласования слоев
трактов высшего и низшего порядков. После добавления указателя
к виртуальному контейнеру низшего ранга образуется субблок TU
(Tributary Unit) TU = VC + TU-указатель.
В качестве примера рассмотрим преобразование потока 139264
кбит/с (округленно 140 Мбит/с). Характерным для СЦИ являет-
ся размещение (mapping) нагрузки в контейнере (см. рис. 13.1,
423
штриховые линии). Поток 140 Мбит/с размещается в С-4 асинх-
ронно. Для согласования скорости потока и скорости контейнера ис-
пользуются балластные биты и вставки (стаффинг) аналогично систе-
мам ПЦИ. После добавления к С-4 трактового заголовка РОН
образуется виртуальный контейнер VC-4, который и перемещается
по сети СЦИ в качестве нагрузки синхронных транспортных моду-
лей различных линий.
Загрузка VC-4 в STM в общем случае требует корректирования
фаз и скоростей передачи, поскольку STM жестко синхронизирует-
ся с циклом секции данной линии, a VC-4 может поступать с друго-
го участка сети и иметь другую тактовую частоту и дополнитель-
ные колебания фазы. Необходимость корректирования показана
тонкой линией. Оно выполняется упомянутым указателем. Благо-
даря действию указателя VC-4 получает возможность «плавать»
внутри STM, однако начало его цикла всегда известно по значе-
нию указателя. Добавлением этого указателя к VC-4 образуется ад-
министративный блок AU-4 (в случае VC-4 он совпадает с AUG —
группой административных блоков).
Механизм указателей обеспечивает работу сети СЦИ в трех ре-
жимах: синхронном (единая тактовая частота сети), псевдосинх-
ронном (взаимодействие синхронных зон) и плезиохронном (узлы
сети СЦИ не синхронны, но стабильны по частоте в пределах, ука-
занных в Рекомендации G.811).
Аналогичный механизм указателей используется и в процессах
преобразования виртуальных контейнеров нижних рангов в суббло-
ки TU-11, TU-12 и TU-2. Этим обеспечивается возможность ком-
пенсации расхождений частот и фаз VC нижних рангов, собранных
с разных участков сети СЦИ, относительно фазы и частоты суб-
блоков, создаваемых на данной станции.
Утолщенными линиями на схеме обозначено мультиплексиро-
вание — побайтное объединение разного количества (числа указа-
ны у линий) блоков и субблоков в группы. Группа AUG содержит
один блок AU-4 или три блока AU-3. В группу субблоков TUG-3
входит один субблок TU-3 или семь групп TUG-2, а в TUG-2 —
один субблок TU-2 или три (четыре) субблока TU-1.2 (TU-1.1).
В Рекомендации G.708 установлено, что при сетевых соединениях
AUG, одна из которых составлена на основе AU-4, а другая — на ос-
424
нове AU-3, должна использоваться структура, основанная на AU-4.
Группы AUG, основанные на AU-3, должны демультиплексиро-
ваться до уровня VC-3 или TUG-2 (в зависимости от вида нагруз-
ки) и вновь собираться в AUG по пути TUG-3/VC-4/AU-4.
При соединениях VC-1.1, для транспортировки которых можно
использовать TU-1.1 и TU-1.2, предпочтение отдается TU-1.1.
Рассмотрим вытекающие из рассматриваемой схемы возможно-
сти использования СЦИ в качестве сетевой инфрастуктуры, транс-
портирующей ПЦИ-потоки.
Наиболее эффективное использование синхронного транспорт-
ного модуля STM-1 достигается при размещении в контейнере С-4
потока 140 Мбит/с. Поток может быть неструктурированным или со-
стоять из четырех потоков по 34 Мбит/с, 16 потоков по 8 Мбит/с или
64 потоков по 2 Мбит/с. При вводе нагрузки через контейнер С-3 тот
же STM-1 может вместить три потока по 45 Мбит/с (21x6 Мбит/с или
84x1,5 Мбит/с), либо три потока по 34 Мбит/с (12x8 Мбит/с или
48x2 Мбит/с). В последнем случае очевидна недогрузка STM-1.
Она объясняется тем, что при размещении в С-3 потока 34 Мбит/с
этот контейнер используется только на две трети, а остальной его
объем заполняется балластом.
Ввод нагрузки через С-2 (емкость 6784 кбит/с) позволяет загру-
зить в STM-1 21 поток по 6 кбит/с (84x1,5). Ввод потоков 8 Мбит/с
в СЦИ, как правило, не предусмотрен. Ввод потоков 1,5 и 2 Мбит/с
через С-1.1 и С-1.2 позволяет загрузить STM-1 соответственно
84 и 63 потоками.
Из вышеизложенного видно, что для ПЦИ, основанных на пер-
вичном потоке 1,5 Мбит/с, загрузка STM-N одинакова при выборе
любого пути ввода. Для европейских ПЦИ ввод через С-3 малоэф-
фективен. Потоки 34 Мбит/с выгоднее предварительно объединять
до 140 Мбит/с, либо (когда это возможно) дробить до 2 Мбит/с.
Таким образом, с точки зрения пропускной способности трактов пе-
редачи, взаимодействие оборудования СЦИ с системами передачи ев-
ропейской ПЦИ наиболее целесообразно на уровнях 2 и 140 Мбит/с.
Следует обратить внимание на особенности размещения пер-
вичных потоков ПЦИ (2 Мбит/с) в контейнерах VC-12. Скорость
передачи контейнера С-1.2 несколько выше скорости первичного
потока 2 Мбит/с и в общем случае они не синхронизированы между
425
собой. Первичный поток размещается в контейнере асинхронным
способом, при котором используется положительное согласова-
ние скоростей, аналогичное применяемому в системах ПЦИ. Асин-
хронное размещение позволяет обеспечить прозрачность среды
СЦИ для транспортирования потоков ПЦИ любой структуры.
Такое размещение является основным для взаимодействия с сетя-
ми ПЦИ и его применение не имеет ограничений.
При синхронизации первичного потока и контейнера от одного
источника возможно синхронное размещение (по терминологии
МСЭ-Т битсинхронное). Такое размещение может применяться, на-
пример, при транспортировании неструктурированных потоков
2 Мбит/с по сети СЦИ. Это размещение не рекомендовано для меж-
дународного обмена. Оба вышеупомянутых размещения не допус-
кают прямого доступа к каналам 64 кбит/с на уровне контейнеров,
так как расположение байтов нагрузки в контейнерах неизвестно. Для
доступа к каналам, как и в ПЦИ, нужно выгрузить поток из контейнера.
Синхронные потоки 2 Мбит/с, имеющие октетную структуру, мо-
гут размещаться в контейнерах С-1.2 байтсинхронно. В этом случае
каждый байт нагрузки совпадает с некоторым байтом контейнера.
Битсинхронное и байтсинхронное размещения могут применяться в
двух режимах: фиксированном, когда отсутствуют фазовые расхож-
дения между нагрузкой и контейнером, и плавающем, когда такие
расхождения существуют и компенсируются механизмом указателей.
Байтсинхронное размещение в фиксированном режиме обеспечива-
ет каждому байту нагрузки строго определенное место в контейнере,
что открывает доступ к каналам 64 кбит/с на уровне контейнеров.
Необходимо отметить, что не у всех мультиплексоров СЦИ есть
возможности специального размещения, однако ряд поставщиков
оборудования уже предложили на рынок мультиплексоры СЦИ не
только с доступом к каналам 64 кбит/с, но и с функциями кроссо-
вой коммутации на этом уровне.
13.3. Структура синхронных транспортных модулей
Самые крупные структурные элементы СЦИ — синхронные
транспортные модули STM-N. Это блочные структуры, с перио-
426
дом повторения 125 мкс. Синхронный транспортный модуль перво-
го уровня иерархии STM-1 содержит 19440 бит или 2430 байт. Для
удобства представления разделим этот блок на девять равных ча-
стей и сложим их подряд друг на друга в виде прямоугольной
таблицы (рис. 13.3), содержащей девять рядов и 270 столбцов
(9x270 = 2430 элементов). Каждый элемент отображает 1 байт
(8 бит). Поэтому каждый элемент таблицы цикла соответствует
скорости передачи 64 кбит/с, а вся таблица — скорости переда-
чи первого уровня СЦИ: 64x2430 = 155520 кбит/с. Передача по
каждой строке проводится слева направо, очередность переда-
чи строк — сверху вниз.
Первые девять столбцов цикла STM-1 занимают служебные сигналы:
секционный заголовок SOH (Section OverHead) и указатель позиции пер-
вого байга цикла нагрузки. Остальные 261 столбец — нагрузка.
Заголовок содержит сигналы системы контроля и управления
СЦИ в сетевых слоях секций и делится на заголовки регенераци-
онной и мультиплексной секций (RSOH и MSOH). ИЗОН действует
в пределах регенерационной секции, a MSOH проходит прозрач-
но регенераторы и действует в пределах всей мультиплексной сек-
ции от формирования до расформирования STM.
Цикл наибольшего контейнера VC-4 показан на том же рис. 13.3.
Он содержит девять рядов и 261 столбец. Первый столбец занимает
РОН, а остальные 2340 элементов — поле нагрузки С-4 (скорость
передачи 2340x64 = 149760 кбит/с). Полезной нагрузкой VC-4 мо-
жет быть либо один контейнер С-4 формата 9x260 байтов, либо
три TUG-3 формата 9x86 байтов каждый, либо 63 TU-1.2 формата
9x4. Субблок TU-2 обычно размещается через TUG-3.
Рассмотрим процесс формирования, начиная с первичного сиг-
нала ПЦИ, цикл которого содержит 256 бит = 32 байта с частотой
повторения 8 кГц. В процессе формирования контейнера С-1.2 про-
исходит добавление выравнивающих, фиксирующих, управляю-
щих и упаковывающих бит, что приводит к увеличению длины
контейнера до 34 байт. Далее к контейнеру С-1.2 добавляется
маршрутный заголовок VC РОН длиной 1 байт. Заголовок ис-
пользуется в основном для сбора статистики прохождения кон-
тейнера. В результате формируется виртуальный контейнер
VC-1.2 размером 35 байт.
427
428
Рис, 13.3
Добавление указателя компонентного блока PTR к виртуальному
контейнеру превращают его в компонентный блок длиной 36 байт:
PTR РОН С-12 34 байта
Логически TU-1.2 удобно представить в виде двумерной табли-
цы (матрицы) или кадра 9x4 байтов, учитывая, что окончательная
структура STM-1 также содержит девять строк:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Аналогично формируются TU-1.1 9x3, TU-2 9x12, TU-3 9x85 байтов.
Последовательность из трех TU-1.2 мультиплексируется в группу
субблоков TUG-2 9x12, которые, в свою очередь, мультиплекси-
руются с коэффициентом 7:1, получается фрейм размером 9x84 бай-
та, который вкладывается в TUG-3.
Фактически TUG-3 содержит 774 байт, т.е. девять строк по
86 байт, поэтому в нем свободно может разместиться и трибный
блок TU-3. Первый столбец группы TUG-3 содержит указатели Н1,
Н2, и НЗ (по одному байту), остальные незанятые байты заполня-
ются фиксированной балластной последовательностью (рис. 13.4).
Полученная последовательность подвергается дальнейшему
мультиплексированию с коэффициентом 3:1 в последовательность
блоков TUG-3 суммарной длиной 774x3 = 2322 байта. После до-
бавления к ним маршрутного заголовка РОН длиной 9 байт фор-
мируется виртуальный контейнер VC-4 длиной 2331 байт или де-
вять строк по 261 байт.
429
Рис. 13.4
Формирование STM-1 происходит добавлением к виртуально-
му контейнеру VC-4 указателя AU-4 PTR длиной 9 байтов, образу-
ется AU-4, а затем формируется группа административных блоков
AUG. Добавление секционного заголовка завершает формирова-
ние синхронного транспортного модуля STM-1.
Приведенные выше пояснения можно проиллюстрировать логи-
ческой схемой. Для примера на рис. 13.5 приведен*! схема формиро-
вания модуля STM-1, когда необходимо передавать контейнеры с
первичными цифровыми сигналами, передаваемыми со скоростью 2048
кбит/с. Символ © означает операцию пристыковки заголовков или ука-
зателей к соответствующим элементам схемы, а символ — опф^^ию
мультиплексирования с указанным коэффициентом.
430
Указатель PTR определяет адрес начала поля полезной нагруз-
ки. Он является маршрутным заголовком, в задачи которого вхо-
дит обеспечить целостность связи на маршруте от точки сборки
виртуального контейнера до точки его разборки.
Рассмотрим структуры заголовков РОИ виртуальных контейне-
ров верхних уровней VC-3 и VC-4 (см. рис. 13.3 и рис. 13.4). В него
входят: байт Л, используется для получения принимающим терми-
налом постоянного подтверждения о связи с определенным пере-
датчиком; байт ВЗ (код BIP-8), контролирующий ошибки четности
в предыдущем контейнере; байт С2 — указатель типа полезной на-
грузки контейнера, например TUG, С-3, ATM и др.; байт G1 —
указатель состояния маршрута, дает информацию обратной связи
от терминальной к исходной точке формирования маршрута
(например, о наличии ошибок или сбоев на удаленном конце); байты
F2, Z3, которые могут быть задействованы пользователем данного
маршрута для организации канала связи; Н4 — обобщенный
индикатор положения нагрузки; байт Z4, зарезервирован для
возможного развития системы; байт Z5 — байт оператора сети,
зарезервирован для целей администрирования сети.
Мультиплексирование STM-1 в STM-N может осуществляться
каскадно: 4x1 -> 4,4x4 -* 16, 4х 16 -* 64,4x64 -> 256 и непосредствен-
но по схеме N: 1 -* N, где N = 4,16,64,256. Для схемы непосредствен-
ного мультиплексирования используется чередование байтов.
Например, если четыре канала STM-1: 0, 1,2, 3 на входе мульти-
плексора STM-4 образуют четыре байт-последовательности
hobobobo, bi bi bjbi, b2b2b2b2, ЬзЬзЬзЬз, то в результате мультиплек-
сирования на выходе мультиплексора STM-4 формируется байт-
последовательность вида ЬоЬ1Ь2ЬзЬоЬ1Ь2ЬзЬо ... Аналогично пос-
ледовательно мультиплексируются байты STM-1 в STM-16, однако
гак просто удается мультиплексировать только тогда, когда все
STM-1 имеют одинаковую структуру полезной нагрузки, если нет,
то нужно соблюдение некоторых правил бесконфликтной взаи-
мосвязи. Эти правила накладывают ограничения на структуры
полезной нагрузки при объединении потоков. Они изложены в
Рекомендации G.708 (версия 1988 г.) и дополнены там же в пос-
ледней версии 1993 г.
431
Если при формировании модуля STM-N используется каскад-
ное мультиплексирование, то оно осуществляется по схеме чере-
дования групп байтов, причем число байт в группе равно кратно-
сти мультиплексирования предыдущего каскада. Например, если
формирование STM-16 происходит по двухкаскадной схеме
4xSTM-l -» STM-4, 4xSTM-4 -* STM-16, то первый каскад ис-
пользует мультиплексирование по байтам, а второй — по груп-
пам из четырех байтов.
Ясно, что если формирование STM-64 происходит по трехкаскадной
схеме 4xSTM-l -» STM-4, 4xSTM-4 STM-16, 4xSTM-16 — STM-64,
то первый каскад использует мультиплексирование по байтам,
второй — по группам из четырех байтов, а третий — по группам
из 16 байтов.
Рассмотрим процесс формирования STM-4, так как модули бо-
лее высших уровней СЦИ формируются аналогично. Синхрон-
ный транспортный модуль STM-4 имеет секционный заголовок 9x36
байт (STM-1 — 9x9) и полезную нагрузку, сформированную из че-
тырех групп административных блоков AUG. Таким образом, син-
хронный транспортный модуль представляется в виде кадра длин-
ной 9720 байт или фрейма 9x1080 байт, что при частоте повторения
8 кГц соответствует скорости передачи 622,080 Мбит/с для STM-4.
Секционный заголовок, как и в STM-1, содержит заголовки реге-
нераторной и мультиплексной секций RSOH и MSOH. SOH
учитывает особенности прямого мультиплексированйя STM-1
в STM-4 и имеет соответствующие размеры: RSOH — 3x36 байт,
MSOH — 5x36 байт. Если в заголовке STM-1 байты определяются
двумя координатами (а — строка и b — столбец), то байты заго-
ловка STM-N — тремя координатами а, Ь, с, где а (а = 1+9) —
номер строки, b (Ь = 1+9) — номер мультистолбца, объединяюще-
го несколько столбцов, с (с = 1,2, ... N) — глубина интерливин-
га, т.е. номер байта при мультиплексировании.
На рис. 13.6 байты А1 и А2 являются идентификаторами нали-
чия фрейма STM-1 в фрейме STM-N (аналог циклового синхросиг-
нала в ПЦИ); байт В1 и три байта В2 формируют две кодовые пос-
ледовательности, используемые для проверки на четность с целью
обнаружения ошибок в предыдущем фрейме: BIP-8 размещается в
Bl, a BIP-24 — в трех В2; байт С1 определяет глубину интерливинга;
432
270 байт
Рис. 13.6
433
байты DI—D12 формируют служебный канал передачи данных
DCC: D1—D3 — служебный канал регенерационной секции (192
кбит/с), D4—D12 — канал мультиплексной секции (576 кбит/с); бай-
ты Е1, Е2 могут быть использованы для создания служебных кана-
лов голосовой связи: Е1 для регенерационной секции (64 кбит/с), Е2
для мультиплексной секции (64 кбит/с); байт F1 зарезервирован для
создания канала передачи данных или речевой информации для
нужд пользователя; байты KI, К2 используются для сигнализации
и управления автоматическим переключением на исправный канал
при работе в защищенном режиме; шесть байтов Zl, Z2 являются
резервными за исключением бит 5—8 байта Z1, используемых для
сообщений о статусе синхронизации; байты, помеченные звездоч-
ками, не подвергаются процедуре шифрования заголовка; все не-
помеченные байты зарезервированы для последующей между-
народной стандартизации.
13.4. Топология сетей синхронной цифровой иерархии.
Основные методы повышения надежности
Аппаратура ПЦИ используется в основном в сетях топологии
«точка—точка», поскольку реализация более надежных кольцевых,
разветвленных и других сетей оказывалась слишком громоздкой,
дорогой и сложной в управлении. Аппаратура СЦИ может приме-
няться во всех структурах, где используется и аппаратура ПЦИ,
однако присущие СЦИ особенности делают ее привлекательной при
реализации высоконадежных управляемых сетевых структур.
Рассмотрим основные топологии сетей СЦИ.
Сеть топологии «точка—точка» (рис. 13.7, а) является наиболее
простой и используется при передаче больших цифровых потоков
по высокоскоростным магистральным каналам. В отличие от сис-
тем ПЦИ в сети этой топологии широко используется защита по
принципу 1 +1, где имеются основной и резервный оптические агре-
гатные выходы (рис. 13.7, б). При выходе из строя основного трак-
та за считанные десятки миллисекунд сеть переходит на резервный.
Эта топология широко используется при передаче больших пото-
ков данных по высокоскоростным магистральным каналам, напри-
434
ТМ ТМ
б
Рис. 13.7
мер для отладки сети при переходе на более высокоскоростную
иерархию СЦИ.
На коротких расстояниях, в пределах одного регенерационного
участка, топология «точка—точка» предполагает использование
только терминальных мультиплексоров ТМ по обоим концам ли-
нии, при увеличении расстояния в оптический тракт включаются
регенераторы Р. Использование защиты 1 + 1 приводит к необходи-
мости увеличения оптических портов STM-N до двух в терминаль-
ных мультиплексорах и до четырех в каждом регенераторе.
Топология «линейная цепь» используется в тех случаях, когда в
ряде пунктов необходим ввод/вывод цифровых потоков. Она реа-
лизуется с помощью ТМ и мультиплексоров ввода/вывода ADM
435
(add drop mux). В отсутствие защиты 1 + 1 ADM оборудуется двумя
оптическими портами STM-N (рис. 13.8, а), а в защитном режиме —
четырьмя (рис. 13.8, б). Потоки нагрузки промежуточного пункта
могут оперативно перераспределяться между оконечными в преде-
лах емкости STM-N.
Рис. 13.8
В сети топологии «звезда» (рис. 13.9) один из мультиплексоров
выполняет функции концентратора, у которого часть трафика пе-
редается в магистраль, а другая часть распределена между мульти-
плексорами удаленных узлов. Такой мультиплексор обладает фун-
кциями мультиплексора ввода/вывода и системы кроссовой
коммутации. Необходимо отметить, что при общем стандартном
наборе функций оборудования СЦИ, определяемом Рекомендаци-
ями МСЭ-Т, мультиплексоры, выпускаемые конкретными произ-
водителями оборудования, могут не иметь полный набор вышепе-
речисленных возможностей, либо, наоборот, иметь дополнительные.
Наиболее характерной для сетей СЦИ является кольцевая то-
пология. Ее основное преимущество состоит в легкости организа-
ции защиты благодаря двум или четырем оптическим входам в
мультиплексорах, позволяющим создать двойное кольцо с встреч-
ными цифровыми потоками.
436
ADM
Напомним, что благодаря применению в СЦИ только од-
номодовых ВОК длина регенерационных секций в серийной
аппаратуре большинства фирм не менее 40 км, так что в ряде
случаев не требуются НРП.
Простейшая схема кольцевой сети приведена на рис. 13.10. Здесь
показаны мультиплексоры ADM, к каждому из которых на про-
межуточных станциях подключаются потоки нагрузки по соответ-
ствующим интерфейсам. В отличие от предыдущих схем, где каж-
дая соединительная линия обозначала двунаправленный
световодный тракт (в общем случае — два волокна), т.е. для реа-
лизации защиты между двумя элементами линии требовалось четыре
волокна, в простой кольцевой сети организуются два одноволокон-
ных кольца с противоположны-
ми направлениями прохождения
сигнала. Таким образом, между
соседними ADM используется
только два волокна и в каждом
мультиплексоре устанавливается
по два оптических порта STM-N
(А и Б). В такой сети любой по-
ток нагрузки или канал STM-N
может быть зарезервирован.
437
Сеть топологии «сплющенное» или «плоское» кольцо (рис. 13.11)
отличается от обычной кольцевой тем, что линия, замыкающая
кольцо (обратный тракт), территориально находится в непосред-
ственной близости от прямого (основного) тракта. Иногда сеть
«плоское кольцо» организуется по волокнам одного и того же кабе-
ля. По объему оборудования и свойствам эта сеть аналогична сети,
схема которой приведена на рис. 13.10, за исключением возможно-
сти одновременного повреждения волокон двух направлений в слу-
чае их параллельной прокладки. Иногда для повышения надежно-
сти обратный тракт реализуют, например, в виде радиорелейной
линии (РРЛ). Следует учитывать, что включение в волоконно-
оптическое кольцо участка радиорелейного тракта неизбежно
снижает качество организуемых каналов, так как оно в этом слу-
чае будет определяться качеством передачи по РРЛ.
Одно из основных преимуществ технологии СЦИ — возмож-
ность такой организации сети, при которой достигается не только
высокая надежность ее функционирования, обусловленная исполь-
зованием ВОК, но и возможность сохранения или восстановления
(за очень короткое время в десятки миллисекунд) работоспособ-
ности сети даже в случае отказа одного из ее элементов или среды
передачи — кабеля. Такие сети и системы назвают самовосстанав-
ливающимися.
Существуют различные методы обеспечения быстрого восста-
новления работоспособности синхронных сетей: резервирование
участков сети по схемам 1 + 1 и 1:1 по разнесенным трассам; органи-
зация самовосстанавливающихся кольцевых сетей, резервирован-
ных по схемам 1 + 1 и 1:1; восстановление работоспособности сети
438
обходом неработоспособного узла; резервирование терминально-
го оборудования по схемам 1:1 и N:l; использование систем опера-
тивного переключения.
Указанные методы могут быть применены как отдельно, так и в
комбинации.
В первом случае участки между двумя узлами сети соединяют-
ся двумя разнесенными трассами (стопроцентное резервирование),
сигналы по которым распространяются одновременно. В узле при-
ема они могут обрабатываться по двум схемам:
резервирование по схеме 1 + 1 — сигналы анализируются и вы-
бирается тот, который имеет наилучшее соотношение параметров;
резервирование по схеме 1:1 — альтернативным маршрутам на-
значаются приоритеты — низкий и высокий. Ветвь с низким при-
оритетом находится в режиме горячего резерва. Переключение на
нее происходит по аварийному сигналу от системы управления.
Это общие методы восстановления работоспособности, приме-
нимые для сетей любой топологии.
Как указывалось, наиболее распространенной топологией в се-
тях СЦИ является кольцевая, которая может быть организована по
двум волокнам (топология «сдвоенное кольцо») или четырем («два
сдвоенных кольца»). Несмотря на более высокую стоимость четы-
рехволоконного варианта, оборудование, позволяющее органи-
зовать «сдвоенное кольцо», стало все чаще появляться на рынке
телекоммуникаций.
Защита маршрута в «сдвоенном кольце», которая соответствует
типу 1 + 1, может быть организована двумя путями.
Первый путь — защита на уровне субблоков TU-n, передавае-
мых одновременно в противоположных направлениях по разным
кольцам: основному и резервному (рис. 13.12). Если в момент при-
ема мультиплексором сигналов, посылаемых другими мультиплек-
сорами, происходит сбой в основном кольце, система управления,
осуществляющая постоянный мониторинг колец, автоматически вы-
бирает такой же блок из резервного. Эта защита носит распреде-
ленный по кольцу характер и наиболее часто используется на практике.
При выходе из строя какого-либо участка кабеля или одного из мульти-
плексоров (зачеркнут) канал между пользователями 1 и 2 сохранится,
так как мультиплексор пользователя 1, не получив соответствующих
439
Рис. 13.12
блоков TU-n из основного
кольца, автоматически пе-
реключится на прием сиг-
налов из резервного. Так
же будет работать схема не
только при аварии (обры-
ве связи), но и при сниже-
нии заданного уровня каче-
ства сигнала, передаваемого
в конкретном TU-n.
Второй путь — защита
маршрута на уровне сек-
ций. В этом случае так же
организуются два проти-
воположно направленных
кольца, на которых цирку-
лирует STM-N, и так же
одно направление исполь-
зуется как основное, другое
как резервное. Но инфор-
мация в этом случае пере-
дается только в одном на-
правлении, т.е. блоки TU-n исходно имеют доступ только к
основному кольцу. В случае сбоя происходит замыкание основ-
ного и резервного колец на границах дефектного участка (рис. 13.13).
Это замыкание происходит включением петли обратной связи, за-
мыкающей приемник и передатчик агрегатного блока на соответ-
ствующей стороне мультиплексора (восточной или западной). Путь
прохождения информационного сигнала на время устранения ава-
рии несколько увеличивается, но все соединения между пользова-
телями 1 и 2 сохраняются.
Современные схемы управления мультиплексорами обычно мо-
гут поддерживать оба эти метода защиты.
Восстановление работоспособности сети обходом может быть
организовано или сетевыми (обход поврежденного участка по об-
ходным трактам) или аппаратурными (транзит информационного
сигнала через стыковые модули линейного оборудования) способами.
440
На рис. 13.14 приведена схе-
ма восстановления работо-
способности системы в це-
лом (кольца СЦИ) на
уровне линейного тракта
STM-N исключением по-
врежденного мультиплексо-
ра из схемы функционирова-
ния. Такой обходной путь,
позволяющий пропускать
поток STM-N между агрегат-
ными блоками мимо по-
врежденных блоков мульти-
плексора в случае их отказа,
должен быть предусмотрен в
аппаратуре ADM.
Еще один уровень ре-
зервирования в оборудова-
нии СЦИ существует на
уровне основных блоков
аппаратуры. Все основные
Рис. 13.13
блоки мультиплексоров, влияющие на передачу информацион-
ных сигналов, как правило, имеют горячий резерв, на который
переключаются автоматически в случае сбоев в основных.
В качестве примера можно провести резервирование на уровне
интерфейсов компонентных потоков. Схема резервирования в об-
щем случае N:l, что допускает различную степень резервирова-
ния: от 1:1 (100 %) до меньшей степени, например, 4:1 (25 %), когда
на четыре основные интерфейсные карты используется одна резер-
вная, которая автоматически выбирается системой кросс-комму-
тации при отказе одной из основных. Этот метод широко (если не
повсеместно) распространен в аппаратуре СЦИ для резервирова-
ния интерфейсных карт 2 Мбит/с — 4:1,8:1 и др. Наиболее важные
блоки, например кросс-коммутации, управления и резервного пи-
тания, обычно резервируются по схеме 1:1, время переключения
которых на резервные не превышает обычно 10 мс.
441
Для сравнительно боль-
ших сетей общего вида или
ячеистых, где в узлах уста-
навливаются кросс-комму-
таторы систем оперативного
переключения, кросс-ком-
мутаторы программируют-
ся таким образом, что в слу-
чае отказа, вызванного либо
разрывом соединительного
кабеля, либо отказом узла
последовательной линейной
цепи, проводится реконфи-
гурация прилегающих (вхо-
дящих и исходящих) участ-
ков сети и соответствующее
переключение информаци-
онных потоков с сохранени-
ем соединений каналов и
трактов для конечных
пользователей. Процедура
такой реконфигурации мо-
жет быть централизованной или распределенной. [21] В первом слу-
чае она выполняется сетевым центром управления, что может быть
реализовано достаточно просто, во втором — совместное решение
о реконфигурации должно вырабатываться группой прилегающих
систем оперативного переключения. Могут применяться и комби-
нированные методы.
13.5. Универсальный синхронный мультиплексор
Производством оборудования СЦИ во всем мире занимаются
довольно многие компании. Крупнейшие из них — Lucent
Technologies, Nortel, Alcatel, ECI, Marconi, Nokia и др. В нашей стра-
не первым производителем аппаратуры СЦИ считается Экспери-
ментальный завод Академии наук (ЭЗАН), который в конце 90-х гг.
442
освоил на подмосковных производственных площадях выпуск ап-
паратуры СЦИ по лицензии японской фирмы NEC. В дальней-
шем число отечественных производителей, освоивших технологию
СЦИ, наверняка существенно увеличится.
Все поставщики стремятся предложить полный ряд оборудова-
ния СЦИ, позволяющий строить сети разных уровней и топологий.
В рамках учебника конечно невозможно охватить весь спектр
оборудования, тем более что аппаратура продолжает развиваться
функционально. К счастью, аппаратура СЦИ достаточно хорошо
стандартизована на уровне международных организаций и основ-
ные ее элементы являются общими для всех сетей.
Как отмечалось, основой сетей синхронной цифровой иерархии
являются универсальные синхронные мультиплексоры (SM), кото-
рые могут трансформироваться в любой элемент рассмотренных
выше топологий: ТМ, ADM, регенератор или концентратор. Обоб-
щенная структурная схема SM приведена на рис. 13.15. В мульти-
плексор входят:
два агрегатных блока с выходными двунаправленными порта-
ми STM-N А и Б. Они, в свою очередь, состоят из оптических агре-
гатов О А и мультиплексоров MUX. В ОА происходят прием опти-
ческих сигналов и преобразование их в электрические, а также
обратное преобразование в оптический сигнал сформированных в
443
мультиплексорах выходных потоков. Блоки MUX могут быть
соединены друг с другом через обходные связи или подклю-
чаться к коммутатору.
Коммутатор К выполняет функции распределения и переклю-
чения поступающих на него потоков, другими словами, функции
кросс-коммутации между цифровыми сигналами, приходящими
из линии (А и Б), а также сигналами, поступающими со стороны
потребителей станции, которые обрабатываются в трибутарных
блоках. Как правило, возможна и коммутация на локальном уров-
не, т.е. компонентный сигнал одного трибутарного блока может
не отправляться в линию, а переключаться на другой трибутарный
блок (tributary-to-tributary), что бывает важно при использовании
мультиплексора в топологии «звезда» или как концентратор
разных направлений.
Трибутарные блоки (часто для краткости в литературе их назы-
вают короче «трибы»), как правило, выполняются для какого-ни-
будь конкретного типа стандартных стыков. Выпускаются трибы с
электрическими и оптическими стыками для стандартизованных
скоростей передачи ПЦИ — от 1,5 и 2 до 140 Мбит/с и СЦИ — от
155 Мбит/с до 2,5 Гбит/с. Трибы ПЦИ могут использоваться в
универсальных синхронных мультиплексорах уровней STM-1, STM-4,
STM-16, трибы СЦИ — в зависимости от иерархического уровня SM.
Главным управляющим элементом SM является блок Контрол-
лер, который обеспечивает всю необходимую обработку служеб-
ной информации для конфигурации и управления мультиплексо-
ром. Он имеет соединение со всеми блоками SM и интерфейс для
подключения локального терминала (компьютера).
К сервисным блокам мультиплексора относятся плата связи С,
обеспечивающая интерфейс Q на внешние устройства сетевого уп-
равления и маршрутизацию сообщений между каналами в систе-
ме управления, а также служебная плата (СП) для обеспечения пе-
редачи дополнительной служебной информации между
мультиплексорами в кольцевых или цепочечных структурах.
К такой связи относится голосовая связь между обслуживающим
аппаратуру персоналом на линии, и передача телеметрической ин-
формации с внешних устройств.
444
На схеме штриховыми линиями показана возможность уста-
новки дополнительных блоков резервирования контроллера, ком-
мутатора и агрегатных блоков по схеме 1 + 1, трибов по схеме 1 :N.
Для обеспечения резервирования трибов необходимо устройство
защитного переключения, заменяющее неисправный блок по за-
данной программе.
При любом использовании SM главным блоком является кон-
троллер, в который записывается конфигурация мультиплексора,
собирается и анализируется информация о состоянии аппаратуры.
В режиме регенератора кроме контроллера необходима уста-
новка агрегатных блоков.
В терминальном режиме добавляются коммутатор и трибутар-
ные блоки. Для ТМ без защиты линейного тракта используется
один агрегатный блок, поэтому такая конфигурация наиболее де-
шевая. Стоимость мультиплексора в этом случае зависит от количе-
ства и типа применяемых трибутарных блоков.
Режим ADM с двумя агрегатными блоками (А и Б) использует-
ся в сетях топологии «кольцо» (см. рис. 13.10 и рис. 13.11) или то-
пологии «линейная цепь» без защиты (см. рис. 13.8, а). Наиболее
дорогостоящим является полностью резервированный мультиплек-
сор для промежуточной станции в сети топологии «линейная цепь»
с защитой линейного тракта 1 + 1 по портам А и Б (необходимо
четыре агрегатных блока).
Оптический концентратор—центральный узел с топологией «звез-
да» (см. рис. 13.9), на вход которого могут подаваться сигналы ПЦИ
(на трибутарные блоки) и СЦИ (на трибутарные и агрегатные блоки)
отличается от предыдущей конфигурации тем, что использованием
оптических трибов для подключения удаленных пользователей.
Оптические передатчики трибов и агрегатных блоков могут ра-
ботать в диапазонах длин волн 1310 или 1550 нм. Диапазон длин волн
выбирается исходя из требуемой длины регенерационных участков.
Несмотря на универсальность устройства SM имеют особеннос-
ти, зависящие от уровня конкретного мультиплексора в синхрон-
ной иерархии (рис. 13.16).
SM-1 — мультиплексор функцией ввода/вывода, относится к семей-
ству синхронных мультиплексоров, предназначенных для использо-
вания в сетях, построенных на базе стандартов мультиплексирования
445
SM-4c
SM-4
SM-16c
12 x STM-1
SM-16
Puc. 13.16
СЦИ или ПЦИ. Его основным назначением является ввод/вывод
компонентных потоков ПЦИ 1,5, 2, 34, 45, 140 Мбит/с и СЦИ —
155 Мбит/с (STM-1) непосредственно к основному каналу первого
уровня иерархии STM-1 со скоростью передачи 155 Мбит/с. В SM-1
обеспечивается полная связность кросс-коммутирования, включая
переключение между вводимыми компонентными потоками
(tributary-to-tributary)’ для контейнеров уровней VC-1.2(1.1). Дос-
туп до 126 (максимально) трактов 2 Мбит/с. Гибкость архитекту-
ры SM-1 позволяет модернизировать изделие для обеспечения, по
мере развития сети, поддержки работы SM-4, что облегчает нара-
446
щивание сети в соответствии с требованиями заказчика. Обычно
такая модернизация проводится заменой агрегатных плат (STM-1 на
STM-4) и программного обеспечения.
В обозначении таких мультиплексоров добавляется литера «с»
(compact). Они могут использоваться в одном кольце с полными
ADM-4 в качестве мультиплексоров STM-4 с функцией ввода/вы-
вода в рамках одного из четырех STM-1. Три STM-1 из четырех,
составляющих линейных сигнал STM-4, будут проходить через
ADM-4c транзитом без выделения. Из мультиплексоров ADM-4c
могут быть организованы самостоятельные кольцевые и цепочеч-
ные структуры с линейной скоростью 622 Мбит/с, что обеспечива-
ет четырехкратное повышение пропускной способности сети.
SM-4 — мультиплексор с функцией ввода/вывода (ADM-4), пред-
назначен для использования на сетях, основанных на стандарте мульти-
плексирования СЦИ и ПЦИ. Его основное назначение — ввод/вывод
компонентных потоков 1,5,2,34,45,140 или 155 Мбит/с (STM-1), входя-
щих в состав агрегатного линейного потока STM-4 (622 Мбит/с).
Как и мультиплексор SM-1, который может быть модернизиро-
ван до SM-4c, мультиплексор SM-4 может быть оборудован линей-
ными STM-16-интерфейсами. Это обеспечивает переход от SM-4 к
модификации — SM-16c и возможность его самостоятельной эксп-
луатации в качестве STM-16-мультиплексора с функцией ввода/вы-
вода (ADM-16c). Данный вариант исполнения удобен, когда при
организации трактов STM-4 в дальнейшем может потребоваться
увеличение пропускной способности от STM-4 к STM 16. ADM-16c
может быть использован для организации кольцевых и цепочечных
структур, где не требуется доступ всех компонентных потоков, вво-
димых на конкретной промежуточной станции, ко всем STM-4, со-
ставляющим линейный сигнал STM-16, так как три из четырех, со-
держащих 12 STM-1, проходят через ADM-16c транзитом без
выделения. Возможность работы с одним STM-4 обеспечивает гибкий
доступ к восьми STM-1 (четыре от агрегата А и четыре от агрегата Б).
Универсальный синхронный мультиплексор SM-16, работаю-
щий на скорости передачи линейного сигнала 2488 Мбит/с, как и
мультиплексоры уровней STM-1 и STM-4, может представлять
собой мультиплексор с функцией ввода/вывода, оконечный
мультиплексор, регенератор или мультиплексор-концентратор.
447
Мультиплексор SM-16 выполняет «гибкие» функции упаковки/муль-
типлексирования для полезной нагрузки в виде виртуальных контей-
неров VC различного типа и является центральным коммутатором-
маршрутизатором, который обеспечивает неограниченный доступ
к трафику до уровня VC-12 включительно.
Мощная коммутационная матрица, используемая в мультиплек-
сорах уровня STM-16, позволяет использовать их в узлах сетей СЦИ
как центральные кросс-коммутаторы для объединения и переключе-
ния информационных потоков различной пропускной способности.
Конструктивно SM-16 содержит гнезда для установки плат раз-
ного размера. На них размещаются различные взаимозаменяемые
трибутарные блоки для подключения компонентных потоков с ис-
пользованием оптических или электрических интерфейсов. В систе-
ме SM-16 могут быть реализованы различные схемы резервирова-
ния. К ним относятся: возможность построения четырех волоконных
колец, резервирование по схеме 1 + 1 на интерфейсах STM-1/4/16,
резервирование соединений подсети для TU-n, автоматическое ре-
зервирование плат оборудования типа 1:п, резервирование плат
оборудования по схеме 1 + 1 для блоков управления, коммутации
и электропитания. Для устранения отказов на уровне всех плат
обработки трафика также могут использоваться вспомогательные
схемы резервирования.
К особенностям оборудования СЦИ, выпускаемого каким-либо
конкретным производителем, можно отнести использование боль-
шого количества однотипных модулей для всей номенклатуры муль-
типлексоров — от SM-1 до SM-16. Это упрощает процедуру заказа
оборудования и обучение способам эксплуатации. Кроме того, сни-
жается объем необходимых запасных частей и повышается гибкость
при установке оборудования.
448
Глава 14« Освовы органжзацхх узлов
первжчной цжфровой сетж связи
14» 1. Организация узлов первичной сети связи»
Оборудование, устанавливаемое в узлах
Первичная сеть представляет собой совокупность сетевых уз-
лов (СУ), сетевых станций (СС) и линии передачи (ЛП), образую-
щих сеть типовых каналов и групповых трактов. Развитие цифро-
вых систем передачи информации, их распространение на сетях
связи привели к тому, что сегодня ЦСП образуют цифровые ост-
рова или наложенные цифровые сети различной топологии. В се-
тевых узлах первичных сетей, где сходятся линейные тракты сис-
тем передачи с разных направлений и где перераспределяются
сетевые тракты, появляется все больше цифровой аппаратуры. Тре-
бования сохранения качества цифровых каналов и трактов, про-
ходящих через узлы, приводят к необходимости организовывать
транзит и перераспределение цифровых сигналов в цифровом виде,
с минимальным числом преобразований. Поэтому помимо рас-
смотренного ранее оборудования систем передачи (СП): линейных
трактов (ЛТ), временного группообразования-мультиплексирова-
ния (ОВГ), каналообразования (АЦК) или гибких мультиплексо-
ров (ГМ), в узлах все чаще используется аппаратура оперативно-
го переключения каналов и трактов (АП). Часто в литературе
используется термин «кросс-коммутатор» («cross-connect»). Нельзя
путать этот коммутатор с коммутаторами вторичной сети, так как
аппаратура транзита и переключения используется только для ус-
тановки полупостоянных соединений в процессе управления пер-
вичной сетью.
В отличие от СУ на сетевых станциях, как правило, не прово-
дится маршрутизация каналов первичной сети, их основное назна-
чение — организация каналов и групповых трактов и предоставле-
ние их вторичным сетям, поэтому на сетевых станциях
устанавливается оборудование систем передачи.
Современные мультиплексоры, в частности универсальные муль-
типлексоры СЦИ, являются достаточно многофункциональными
15 Зак. 4611
449
устройствами. Поэтому на промежуточных станциях железнодо-
рожных линий передачи установка таких мультиплексоров, вклю-
ченных в линию топологии «линейная цепь» или «кольцо», обес-
печивает минимально необходимые функции для данной станции:
прием линейного сигнала с двух направлений передачи, выделе-
ние каналов для потребителей вторичной сети и, если это необхо-
димо, их перераспределение в пределах организованного транс-
портного потока STM-N (см. главу 13).
На рис. 14.1 приведена схема комплекса оборудования, приме-
няемого в СУ. Цифровые потоки могут поступать в узел по воло-
конно-оптическому тракту (на мультиплексор SM с защитой 1 + 1),
по трактам, организованным по кабелю с медными жилами, и ра-
диорелейным трактам (РРЛ). В последних двух случаях с выхода
аппаратуры линейного тракта сигналы поступают на ОВГ, а затем
после разделения подключаются к потребителям вторичных сетей
или на АП. Плата оптического линейного стыка обычно является
составной часть мультиплексоров SM, поэтому на схеме не выде-
лен отдельно волоконно-оптический тракт. Принятые мультиплек-
сором SM сигналы после соответствующей обработки, как и в пре-
дыдущем случае, поступают на АП и к потребителям.
Далее (см. п. 14.2) будет показано, что аппаратура переключе-
ния может работать с сигналами ПЦИ и СЦИ, как й SM, может
оборудоваться различными интерфейсами, включая организацию
защиты по схеме 1 + 1. Эти возможности также показаны на схеме.
Использование АП при построении первичной сети может рас-
сматриваться как одно из самых существенных явлений на со-
временном этапе развития цифровых сетей. Их применение по-
зволяет упростить:
перераспределение цифровых каналов и трактов большой про-
пускной способности. Ранее эту задачу можно было решить только
установкой отдельного оборудования ОВГ для мультиплексирова-
ния/демультиплексирования принимаемых в СУ цифровых трактов;
оптимальное взаимодействие между сетями, построенными на
оборудовании ПЦИ и СЦИ;
управление потоками, проходящими через узел, и во взаимо-
действии с оборудованием СЦИ, построение системы управления
первичной сетью в пределах нескольких узлов или региона.
450
Вторичные сети
Рис. 14.1
В крупных узлах обычно организуются центры управления се-
тью связи ЦУС, куда стекается вся информация из соответствую-
щих систем управления систем передачи. Оператор ЦУС имеет
возможность взаимодействия с удаленными элементами сети, его
управляющий компьютер включен в локальную сеть, к которой
подключаются системы передачи, имеющие возможности удален-
ного управления.
На схеме показано рабочее место оператора, позволяющее не
только получать в режиме реального времени информацию о состо-
янии сети, но и воздействовать на элементы сети в случае необходи-
мости. Глубина мониторинга сети и функциональные возможности
управления зависят от конкретной аппаратуры систем передачи.
Работа такого комплекса цифрового оборудования, особенно не-
обходимость переключения потоков разных направлений, взаимо-
действия с цифровым оборудованием вторичных сетей — узлами ком-
мутации и передачи данных требует синхронизации цифровых
сигналов всех направлений приема и передачи в масштабах цифро-
вой сети. Для этого организуется сеть сетевой тактовой синхронизации
(СТС), соответствующая часть которой, например аппаратура вторич-
ного задающего генератора (ВЗГ), должна быть установлена в узле.
Обратим внимание на то, что на схеме показано только элект-
ронное оборудование узла, связанное с новыми функциями, обус-
ловленными необходимостью работы с цифровыми сигналами. Да-
лее в данной главе будут рассмотрены вопросы, связанные с
применением аппаратуры переключений каналов и трактов, пост-
роение сети тактовой синхронизации и управления. В узлах безус-
ловно размещается и традиционное механическое оборудование:
кроссы, вводные устройства и т.п. Их место в составе комплекса
устройств СУ описано в главе 15.
14.2. Оборудование переключений каналов и трактов
Учитывая вышеизложенное, можно говорить о том, что перс-
пективная первичная сеть будет состоять из следующих основных
элементов: волоконно-оптических линейных трактов, аппаратуры
переключений цифровых каналов и трактов, устанавливаемой в уз-
лах сети, и соединенных в кольцевые структуры мультиплексоров
СЦИ, которые можно рассматривать как миниАП (рис. 14.2).
452
Аппаратура переключе-
ний обычно соединяется по
полносвязной схеме, что су-
щественно повышает надеж-
ность и увеличивает гиб-
кость управления трактами в
сети. Отходящие от СУ коль-
цевые структуры обходят все
сетевые и промежуточные
станции сети. Полносвязная
схема реализуется програм-
мированием полупостоян-
ных соединений на коммута-
ционных полях АП.
Аппаратура переключений позволяет связывать различные по-
токи и каналы, закрепленные за пользователями, и проводить мно-
гие другие операции с компонентными потоками: переключение
потоков с одного направления на другое, объединение нескольких
компонентных потоков в один более высокой степени иерархии, ти-
ражирование компонентных потоков на несколько направлений, их
сортировка, выделение одного компонентного потока из группо-
вого и его замена.
Основные элементы АП (рис. 14.3): интерфейсные платы ИП со
стандартными стыками ПЦИ или СЦИ, платы коммутационного
поля КП и устройство управления УУ.
Основная задача КП заключается в установлении полупостоян-
ных соединений цифровых каналов и трактов различной пропуск-
ной способности. Так как АП, как правило, устанавливается в уз-
лах сетей и во многом определяет их надежность, коммутационное
поле обычно имеет двойное резервирование. Устройство управле-
ния выдает команды на образование полупостоянных соединений
автономно (автоматически или оператором) либо получая соответ-
ствующую информацию от системы управления первичной сети.
Различают два основных типа АП. Первые — это АП для больших
узлов, где коммутируются цифровые тракты ПЦИ от 2 до 140 Мбит/с и
СЦИ от 155 Мбит/с до 2,5 Гбит/с; вторые — АП, предназначенные
для приема и передачи первичных трактов ПЦИ 2 048 кбит/с и
453
ип кп ип перераспределения в них
основных цифровых кана-
лов с пропускной способно-
стью 64 кбит/с и каналов
пх64 кбит/с.
Оборудование АП с пере-
распределением ОЦК внутри
ПЦК выпускается для специ-
ализированных узлов цифро-
вых сетей, обычно на уровне
крупных станций, там, где до-
статочное число потребителей
сравнительно низкоскорост-
ных каналов (до 2 048 кбит/с).
Обычная емкость такого
оборудования до 30 портов
2 Мбит/с для небольших узлов,
до 1000 — для более крупных.
Рис. 14.3 Структура коммутацион-
ного поля АП с коммутацией
потоков 2 048 кбит/с и выше может иметь несколько вариантов,
которые, в свою очередь, зависят от необходимости сопряжения
трактов плезиохронной и синхронной иерархий, поддержки со-
вместной работы линейных трактов, образованных с использова-
нием различных направляющих систем и т.п.
На рис. 14.4 приведена гипотетическая модель АП, позволяющая про-
иллюстрировать возможные варианты полупостоянных соединений в
его коммутационном поле КП. В модели показаны два вида цифровых
трактов плезиохронной иерархии: электрические и оптические. Для пре-
образования оптических сигналов в стандартные электрические в состав
АП должны включаться оптические агрегатные блоки ОА.
Коммутационное поле может рассматриваться как последова-
тельное соединение мультиплексоров MUX, преобразующих циф-
ровые потоки смежных уровней ЦСП (140 Мбит/с в 34 Мбит/с,
34 Мбит/с в 8 Мбит/с, 8 Мбит/с в 2 Мбит/с), и коммутаторов циф-
ровых трактов с пропускной способностью 2 Мбит/с (ПЦТ), 8 Мбит/с
(ВЦТ), 34 Мбит/с (ТЦТ), расположенных между мультиплексорами.
454
Благодаря полупостоянным
соединениям во всех или в не-
скольких коммутаторах могут
быть реализованы любые
структуры вторичных сетей.
Для ЦСП синхронной
иерархии более точной моде-
лью будет одно коммутаци-
онное поле с устройством
управления. Тем не менее
рассматриваемая модель пока-
зывает основные принципы ре-
ализации и использования АП
в современной первичной сети.
Емкость АП зависит от по-
требностей конкретного опера-
тора сети. Оборудование АП
устанавливается на стандарт-
ных стойках и имеет модуль-
ную структуру. Производите-
ли аппаратуры для крупных
международных операторов Рис- 14 4
связи поставляют на рынок АП
емкостью до нескольких тысяч портов, каждый из которых ориентиро-
ван на пропускную способность 140—155 Мбит/с и выше.
В условиях развития широкополосных услуг связи, таких, как
телепередача, Ethernet, тракты ATM, когда требования к пропуск-
ной способности линий передачи вырастают на несколько поряд-
ков, применение оборудования СЦИ и АП существенно упрощает
построение сети и снижает издержки на ее эксплуатацию.
14.3. Система сетевой тактовой синхронизации
Режимы синхронизации в цифровых сетях связи. Принцип
временнбго разделения каналов предполагает специальные меры
синхронизации между передающей и приемной станциями. В ЦСП
455
различают два основных вида синхронизации: по тактовой часто-
те и циклам. Тактовая синхронизация необходима для установле-
ния равенства скоростей обработки сигналов на передающей и при-
емной станциях, цикловая — для правильного распределения
пришедшего на вход приемной станции сигнала по каналам или
цифровым трактам.
К устройствам системы синхронизации относятся: задающие ге-
нераторы и формирователи сигналов синхронизации на передаче,
выделители тактовой частоты (ВТЧ) в регенераторах и промежу-
точных станциях, а также ВТЧ и приемники сигналов синхрониза-
ции на приемном конце. Они обеспечивают синхронную работу
каждой из ЦСП, которые до последнего времени работали незави-
симо друг от друга. В узлах сети соединения каналов и трактов
осуществлялись либо в аналоговой форме, либо через асинх-
ронные стыки, которыми оборудованы все ЦСП плезиохрон-
ной цифровой иерархии.
Многие считают, что необходимость сетевой синхронизации
возникла с разработкой и внедрением систем передачи СЦИ. Одна-
ко можно утверждать, что она возникла вместе с появлением циф-
ровых сетей, которое произошло значительно раньше. Появление
электронных АТС, сопряжение их между собой через цифровые со-
единительные линии вызвало проблемы согласования тактовой ча-
стоты в масштабах сети из нескольких коммутационных станций.
Использовались синхронные и асинхронные режимы работы соеди-
няющих их ЦСП. Возникающие в сети сбои тактовой и цикловой
синхронизации, вплоть до ошибочного разъединения между АТС,
потребовали принятия мер по согласованию тактовой частоты меж-
ду АТС в сети, а также АТС и ЦСП. На первых этапах организа-
ции системы тактовой сетевой синхронизации (ТСС) в качестве за-
дающих источников тактовой частоты служили генераторы
опорных коммутационных станций.
Бурное развитие аппаратуры первичных сетей, появление та-
ких элементов, как электронные кросс-коннекты всех уровней
(от 64 кбит/с до 155 Мбит/с), и, конечно, оборудования синхрон-
ной иерархии, привели к тому, что требования по синхронизации
стали важны не только при построении цифровой коммутацион-
ной сети, но и внутри первичной сети, так как асинхронные стыки
456
не могли обеспечить формирования цифровых узлов, где происхо-
дят транзит, переключение каналов и трактов. Таким образом, встала
необходимость создания единой системы тактовой сетевой синхрони-
зации, которая, используя каналы и тракты первичной сети, распре-
деляет сигналы тактовой частоты от единого задающего генератора
по всем узлам сети с целью обеспечения равенства скоростей обра-
ботки сигналов во всех элементах цифровых сетей. Это позволит из-
бежать возникающих в случае несоответствия частот в каких-либо
элементах сети специфических искажений цифрового сигнала — про-
скальзываний.
Рассмотрим передачу цифрового сигнала, например, со скорос-
тью 2048 кбит/с через буферный стык между двумя цифровыми се-
тями, работающими с несколько отличными от номинального зна-
чения тактовыми частотами /Н1 и /Н2 (рис. 14.5). Это отличие
определяется относительной нестабильностью частот 8 задающих
Яин П Г~П П ГП [ Лии
I I I I I I I I I I I I
/н2.1.1.1.11..I1.1.1.и 1.1.' /"2
пр....□пп ш.......m» пр
I
Рис. 14.5
генераторов соединяемых сетей. Линейный сигнал Лин, передава-
емый по первой сети, сформирован с ее тактовой частотой/н ।. Стан-
ционная аппаратура приема Пр работает с тактовой частотой/Н2
другой сети, которая отличается от на некоторую величину
8/н ~ /н1~/н2. В этом случае вследствие расхождения частот на стыке
с течением времени будет накапливаться фазовая ошибка и, когда
она достигнет значения в один тактовый интервал, произойдет сбой
в переданном через стык сигнале. В зависимости от знака расхож-
дения частот сбой проявится как появление или пропадание одно-
го тактового интервала в прошедшей через стык цифровой после-
довательности. Лишний тактовый интервал появляется при
/н1 </н2 (рис. 14.5, а), а его пропадание — при/н| >/Н2 (рис. 14.5, б).
457
Как известно, приемники цикловой синхронизации работают по
принципу счета числа тактовых интервалов в цикле между синхро-
сигналами. Изменение числа тактов в цикле на единицу вызывает
сбой цикловой синхронизации и, следовательно, потерю передавае-
мой информации в объеме, по крайней мере, нескольких циклов,
прошедших до восстановления синхронизма. Проскальзывания,
приводящие к сбою цикловой синхронизации, называются неуправ-
ляемыми и в современной аппаратуре применяются специальные меры
для их исключения. Например, для увеличения интервалов времени
между проскальзываниями на стыках трактов сигналов 2048 кбит/с
включают устройства буферной памяти достаточно большой емкос-
ти. Емкость должна быть такой, чтобы после исчерпания или пере-
полнения буферной памяти исключался или повторялся ровно один
цикл цифрового сигнала. Такие проскальзывания, не приводящие к
сбою цикловой синхронизации, называются управляемыми.
К возникновению управляемых и неуправляемых проскальзыва-
ний, снижающих качество связи, приводят неисправности в системе
ТСС. Особо длительные перерывы в доставке тактовых сигналов син-
хронизации к нуждающемуся в них оборудованию или недопусти-
мое снижение качества этих сигналов могут привести к потере связи.
Проблемы обеспечения надежного совместного функционирования
систем ПЦИ, СЦИ и соответственно рационального использования
системы ТСС решены разработкой общего подхода к созданию и со-
вершенствованию системы ТСС. За основу взяты принципы построе-
ния системы ТСС, нашедшие отражение в ряде Рекомендаций МСЭ-Т
(G.803, G.810, G.811, G.822) и документах Европейского Института
стандартов связи ETSI (DE/TM-1015, DE/TM-1017).
Рекомендация G.803 устанавливает основные требования к по-
строению ТСС и режимы работы сети синхронизации.
Рекомендация G.811 определяет требования к первичным задаю-
щим эталонным генераторам, являющимся источниками эталонного
сигнала, от которых должны синхронизироваться непосредственно
или через промежуточные пункты все входящие в цифровую сеть узлы
и станции. Долговременное относительное отклонение частоты пер-
вичного эталонного генератора не должно превышать 1х10"и.
Рекомендация G.812 устанавливает требования к ведомым зада-
ющим генераторам (ВЗГ) транзитных и оконечных узлов. По точ-
458
ности запоминания и суточному дрейфу генераторы должны удов-
летворять следующим нормативам: транзитные ВЗГ — точность
запоминания 5х1О-10, суточной дрейф — 1х10‘9; местные ВЗГ —
точность запоминания 1х10’8, суточный дрейф — 2х10‘8.
Рекомендация G.813 определяет основные требования к генера-
торам сетевых элементов, т.е. непосредственно к генераторам ап-
паратуры оперативного переключения (кроссконнектов), мульти-
плексоров и т.п.
Рекомендация МСЭ-Т G.822 нормирует требования к частости
проскальзываний при соединении от абонента до абонента по ка-
налу 64 кбит/с. Требования к частости определены для стандартно-
го цифрового условного эталонного соединения длиной 27500 км
(рис. 14.6). Оно представляет собой соединение двух национальных
сетей через несколько международных транзитов и насчитывает в
। 27500 км ।
------------------------------------->1
! Местная Национальная Международный Национальная Местная 5
ссть сеть транзит сеть ссть J
I it it
। । it । ।
Ь-о—
МС ПЦК ВЦК ТЦК ТЦК ВЦК ПЦК мс
Рис. 14.6
общей сложности 13 узлов и станций. Из них пять международ-
ных центров коммутации МЦК, на каждой национальной сети на-
ходятся (по одному) третичный, вторичный и первичный центр ком-
мутации (соответственно ТЦК, ВЦК, ПЦК) и местная станция МС.
В соответствии с указанной Рекомендацией в этом соединении дол-
жно происходить:
а) не более пяти проскальзываний за 24 ч в течение 98,9 %
времени работы;
б) более пяти проскальзываний за 24 ч, но менее 30 за 1 ч в
течение 1 % времени работы;
в) более 30 проскальзываний за 1 ч в течение 0,1 % времени работы.
459
Считается, что общее время работы должно составлять не менее
одного года, а категория качества соответствует случаю нормаль-
ной работы эталонной цепи. Рекомендация устанавливает также
распределение продолжительности работы с пониженным и неудов-
летворительным качеством между международным и национальны-
ми участками соединения от абонента до абонента. На междуна-
родный участок отводится 8 % продолжительности работы в
указанных условиях, на каждую из двух национальных сетей — по
46 %, из которых 40 % — на местную сеть.
В идеально работающей синхронной цифровой сети возмож-
ность возникновения проскальзываний исключена. Нормирование
проскальзываний означает, что МСЭ-Т допускает в известных пре-
делах нарушения в работе синхронизации и использование на син-
хронных цифровых сетях асинхронных режимов работы.
Рекомендацией G.803 определены четыре режима работы сети
синхронизации (рис. 14.7): синхронный, псевдосинхронный (точность
установки частоты 10“н), плезиохронный 10-8, асинхронный 10-6.
Рис. 14.7
460
Синхронный режим является нормальным режимом рабо-
ты цифровой сети, при котором проскальзывания носят толь-
ко случайный характер.
Псевдосинхронный режим имеет место, когда на цифровой сети
независимо друг от друга работают два или несколько генерато-
ров, точность установки частоты которых не хуже 1х10‘и в соот-
ветствии с Рекомендацией G.811. На псевдосинхронной сети сни-
жение качества для всех видов связи из-за расхождения частот будет
практически неощутимо малым (одно проскальзывание за 70 сут.)
по сравнению со всеми другими нарушениями в передаче сигна-
лов, которые могут произойти в течение промежутка времени между
проскальзываниями по каким-то еще причинам.
Плезиохронный режим работы возникает на цифровой сети, ког-
да генератор ведомого узла полностью теряет возможность внеш-
ней принудительной синхронизации вследствие отказов основного
и всех резервных путей синхронизации. В этом случае генератор
переходит в так называемый режим удержания, при котором запо-
минается частота сети принудительной синхронизации. Далее с те-
чением времени, по мере ухода частоты вследствие дрейфа от зна-
чения, зафиксированного в начальный момент в памяти, генератор
переходит в так называемый свободный режим. Поэтому для со-
блюдения Рекомендации G.822 по частости проскальзываний дли-
тельность работы в режиме удержания в отличие от псевдосинх-
ронного режима должна быть жестко ограничена во времени.
Асинхронный режим характеризуется значительно большим рас-
хождением частот генераторов, при котором, однако, еще не наруша-
ется трафик. Для построения цифровых сетей этот режим не применим.
Принципы построения тактовой сетевой синхронизации. Сеть
принудительной синхронизации, рекомендуемая для реализации в
системе тактовой сетевой синхронизации, строится по иерархичес-
кому принципу (рис. 14.8), по древовидной (радиально-узловой)
схеме, исключающей возможность образования замкнутых петель
в любой ситуации. Ограничений на количество ветвей, исходящих
из каждого узла, нет. В основании дерева стоит первичный эталон-
ный генератор ПЭГ, в узлах разветвления — аппаратура синхро-
низации второго уровня иерархии. В узлах и на станциях, где уста-
новлено большое количество цифровой аппаратуры, нуждающейся
461
Стабильность
, „-и
частоты О
Рис. 14.8
в синхронизации (цифровые АТС, системы передачи, аппаратура
оперативного переключения, цифрового транзита ОЦК и др.), ис-
пользуются выделенные вторичные задающие генераторы ВЗГ. В
ряде случаев, когда такой аппаратуры не много, в качестве ведо-
мых генераторов могут использоваться устройства или блоки,
462
встроенные в аппаратуру коммутации и удовлетворяющие Реко-
мендации G.812 МСЭ-Т. Такой вариант организации узлов синх-
ронизации второго или третьего уровня используется на началь-
ном этапе организации системы ТСС, как правило, с
использованием узлов коммутации АМТС. Генераторы сетевых
элементов ГСЭ могут подключаться к ПЭГ или ВЗГ на любом
уровне системы ТСС. Сетевыми элементами являются мультиплек-
соры, кросс-коннекторы и другие виды устанавливаемого на сети
оборудования, требующего синхронизации.
На сети связи МПС строительство волоконно-оптических ли-
ний связи вдоль железных дорог с многократным выделением ка-
налов и трактов на промежуточных станциях приводит к тому,
что сигналы синхронизации, передаваемые от ПЭГ к ВЗГ и между
другими элементами сети, подвергаясь многократной обработке в
промежуточном оборудовании, получают дополнительные фазо-
вые флуктуации, которые снижают качество функционирования
системы ТСС. Ниже будет показано, что существуют ограничения
на число сетевых элементов, включенных подряд без коррекции
качества сигналов синхронизации.
Тракты, используемые для передачи сигналов синхронизации
могут дублироваться. Основной тракт должен проходить по крат-
чайшему пути через минимальное число промежуточных пунктов с
возможно более высоким иерархическим уровнем систем передачи.
Предпочтение отдается линиям связи, использующим оптические и
коаксиальные кабели. В случае отказа всех входных сигналов синх-
ронизации ведомый генератор данного узла или станции перехо-
дит в режим удержания частоты. Длительность работы в режиме
удержания не должна превышать одних суток в течение года.
В цифровых системах передачи ПЦИ первичным является сиг-
нал со скоростью передачи 2048 кбит/с, образованный в каналооб-
разующих мультиплексорах. Дальнейшее временнбе группообра-
зование вторичных, третичных и четверичных цифровых трактов
может осуществляться синхронным и асинхронным способами.
При синхронном объединении генераторы, входящие в состав пе-
редающих частей мультиплексоров компонентных групп, синхро-
низируются от генератора передающей части мультиплексора бо-
лее высокого уровня, т.е. генераторов оборудования вторичного,
463
третичного или четверичного группообразования (ВВГ, ТВГ или
ЧВГ). В случае асинхронного объединения все эти генераторы ра-
ботают независимо друг от друга.
Поскольку частота цифровых сигналов после прохождения че-
рез оборудование временнбго группообразования (ОВГ), работа-
ющего в режиме согласования скоростей передачи, не изменяется
(см. главу 10), нет необходимости в синхронизации генераторов,
входящих в состав мультиплексоров всех уровней иерархии. Ге-
нераторы ВВГ, ТВГ, ЧВГ могут работать автономно, независимо
друг от друга и сети синхронизации. В сеть сетевой синхрониза-
ции достаточно включать все устройства цифровой коммутации и
транзита ОЦК (электронные АТС, устройства кроссовой коммута-
ции и т.д.), включая входящие в их состав каналообразующие муль-
типлексоры, формирующие первичные сигналы групп 2048 кбит/с
(рис. 14.9). Это позволяет обеспечить синхронную передачу сигна-
лов 2048 кбит/с и, следовательно, всех входящих в эту группу ком-
Рис. 14.9
пбнентных сигналов с меньшими скоростями (Nx64 кбит/с) через
сколь угодно сложную, со многими групповыми цифровыми тран-
зитами цифровую сеть с асинхронно работающими мультиплек-
сорами различных иерархических уровней.
Таким образом, использование на цифровой сети ПЦИ асинхрон-
ных стыков с согласованием скоростей упрощает сеть синхрониза-
ции благодаря исключению из нее генераторов, входящих в ОВГ,
464
а также отпадает необходимость установки оборудования синхро-
низации в узлах группового цифрового транзита.
Для связи между узлами системы ТСС могут использоваться
сигналы, передаваемые со скоростью 2048 кбит/с по специально
предназначенным для этой цели каналам, или информационные
сигналы, передаваемые со скоростью 2048 кбит/с от узлов и стан-
ций, являющихся ведущими по отношению к ведомым. В последнем
случае на приемном конце из поступившего информационного сиг-
нала выделяются колебания с частотой синхронизации 2048 кГц и
подаются на ведомый генератор. Этот вариант позволяет эффек-
тивно использовать пропускную способность систем передачи и,
кроме того, обеспечивает более оптимальную организацию сети
ТСС. Так, пока данный узел или станция сохраняет связь с осталь-
ной сетью хотя бы по одной первичной группе, возможность синх-
ронизации остается. Когда же данный узел или станция утрачивает
связь с сетью, необходимость в синхронизации отпадает.
Переходя к системам передачи СЦИ, следует отметить, что на
всех сетевых стыках ПЦИ-СЦИ предусматриваются асинхронные
ввод/вывод цифровых сигналов с согласованием скоростей. Это
означает, что для взаимодействия сетей ПЦИ и СЦИ в общем слу-
чае не требуется синхронизация. Однако для построения сети ТСС
необходимо учитывать особенности передачи сигналов в сетях СЦИ.
В системах передачи синхронной цифровой иерархии реализо-
вана идея передачи информации по принципу контейнерных пере-
возок, что существенно облегчает выделение/ввод компонентных
потоков различных уровней на промежуточных станциях и в узлах
сети, так как исключается необходимость многоступенчатого пере-
приема цифровых сигналов, как в ПЦИ. Цифровые сигналы игра-
ют роль нагрузки, которая загружается в так называемые вирту-
альные контейнеры (VC). Далее контейнеры преобразуются и
передаются через систему СЦИ как единое целое до пункта назна-
чения, где разгружаются и где сигналы восстанавливаются.
Многие считают, что тракты сетей СЦИ абсолютно прозрачны
для нагрузки, и, следовательно, для сигналов синхронизации. Дей-
ствительно, в простейших случаях, например, при организации се-
тей простых топологий с малым числом синхронных мультиплек-
соров дополнительных условий по синхронизации по сравнению
465
с описанными для сетей ПЦИ нет. Однако, если сеть разветвлен-
ная, многоуровневая, абсолютно очевидна необходимость синх-
ронизации оборудования самой сети СЦИ, а в большинстве слу-
чаев и связанного с ней оборудования цифровых вторичных сетей.
Напомним, что виртуальные контейнеры образуют компонен-
тные блоки. Компонентный блок помимо контейнера содержит ука-
затель (pointer). Указатель определяет фазу начала цикла компо-
нентных сигналов в поле полезной нагрузки.
На разветвленной сети СЦИ происходит обмен контейнерами
различных рангов между линиями СЦИ, которые не всегда будут
синхронизированы друг с другом. В этом случае из-за расхождения
частот начало цикла виртуальных контейнеров в поле полезной
нагрузки будет сдвигаться. Когда фазовый сдвиг достигает трех бай-
тов (для виртуальных контейнеров высокого ранга, например VC-4),
или одного байта (для VC низкого ранга) в сторону запаздывания
или опережения, изменяется координата начала цикла VC, запи-
санная в указателе. Такой режим работы называется плавающим
(floating) и может возникать не только вследствие расхождения ча-
стот, но и из-за изменения задержки в передаче исходного сигнала.
Таким образом, для организации системы синхронизации ос-
новополагающее значение имеет процедура обработки указателей
(pointer adjusting), так как она является причиной возникновения
фазовых дрожаний в переданном сигнале. По сравнению с фазовы-
ми дрожаниями, вносимыми согласованием скоростей в ПЦИ и на
стыках СЦИ-ПЦИ, когда шаг подстройки равен одному биту, об-
работка указателей в СЦИ вносит значительно большие фазовые
дрожания. Поэтому согласно Рекомендации G.803 первичные груп-
пы 2048 кбит/с не должны использоваться для переноса синхроин-
формации для ПЦИ через СЦИ. Для этих целей должны быть при-
менены линейные сигналы STM-N (N = 1,4, 16, 64), которые не
подвержены влиянию фазовых дрожаний. Генераторное оборудо-
вание синхронных мультиплексоров выделяет из линейных сигна-
лов STM-N сигнал синхронизации частотой 2048 кГц, который
может подаваться в качестве источника внешней синхронизации
на другое оборудование узла.
Как уже указывалось, в любом случае на протяженных линиях
с многократным выделением каналов и трактов, характерных для
466
сети связи МПС, сигналы синхронизации будут претерпевать ис-
кажения. Восстанавливаются они в ВЗГ. Оборудование синхрони-
зации оснащено специальной цифровой аппаратурой ФАПЧ, од-
нако полное восстановление сигналов синхронизации возможно
только с использованием первичного эталонного генератора.
Для надежного восстановления сигналов синхронизации ВЗГ
должен иметь высокую стабильность и возможность запоминания
частот принимаемого сигнала синхронизации. У выходного сигна-
ла аппаратуры синхронизации должен быть очень незначительный
собственный джиттер. Для его фильтрации на сетях СЦИ ВЗГ уста-
навливаются через п (п < 20) промежуточных ГСЭ. Когда число ВЗГ
в цепи передачи сигналов синхронизации достигает 10, допустимое
количество ГСЭ, включаемых на каждом участке, не должно быть
в среднем более шести.
Схема рекомендуемой эталонной цепи синхронизации сети при-
ведена на рис. 14.10. Здесь сетевые генераторы, удовлетворяющие Ре-
комендации G.812, синхронизируются от ПЭГ через цепочку ГСЭ,
входящих в состав мультиплексоров СЦИ. В наихудшем случае при-
нимаются К = 10 и N = 20, причем общее число ГСЭ ограничено 60.
Формально на схеме нарушен принцип иерархии, поскольку сетевые
генераторы G.812 синхронизируются от ГСЭ, стоящих на более низ-
кой ступени иерархии. Считается, что приняты все меры для того,
чтобы переход ГСЭ в режим удержания был очень редким явлением.
Любое оборудование системы ТСС, будь то ВЗГ или ГСЭ, мо-
жет иметь более одного входа внешней синхронизации (для резер-
ва), что повышает гибкость и надежность ТСС.
Рис. 14.10
467
Выбор сигнала синхронизации из группы поступающих сигна-
лов проводится в зависимости от установленного приоритета. Пер-
вый приоритет для аппаратуры синхронизации узла или станции у
сигнала синхронизации, поступающего от ПЭГ по самому корот-
кому и качественному маршруту с наименьшим числом промежу-
точных ВЗГ. Для коммутационных станций и аппаратуры переклю-
чения первый приоритет имеет сигнал синхронизации,
поступающий от оборудования синхронизации в данном узле или
на станции. Для ГСЭ СЦИ первый приоритет имеет сигнал, посту-
пающий со стороны ПЭГ.
Для основного оборудования узла или станции второй приоритет
у синхросигнала, поступающего от ПЭГ по другому маршруту, чем
сигнал первого приоритета. Для цифровой коммутационной станции
обычно это один из информационных сигналов, несущих синхроин-
формацию ПЭГ. Для ГСЭ СЦИ — другое направление передачи.
Вторичные задающие генераторы и цифровые коммутационные
станции могут принимать сигнал синхронизации третьего, четвер-
того и т.д. приоритетов. Последний приоритет в любом оборудова-
нии синхронизации имеет сигнал от собственно задающего генера-
тора, работающего в режиме запоминания частоты сигнала
синхронизации. Последний приоритет может быть также в пере-
ходных режимах от одного сигнала синхронизации к другому, по-
ступающему по следующему приоритету.
Существует несколько методов восстановления синхронизации
сети. Централизованное управление синхронизацией сети может
происходить в ручном режиме или программно.
Ручное переключение источников применяется только для сете-
вых элементов, имеющих собственные высокостабильные тактовые
генераторы с качеством не ниже предъявляемого к транзитным ВЗГ
(Рекомендация G.812). При получении сообщения об отказе вызы-
вается ответственное должностное лицо для принятия решения о
резервном эталонном хронирующем источнике. Процесс не тре-
бует использования сложного программного обеспечения, но за-
нимает довольно продолжительный отрезок времени для связи с
одним или группой экспертов.
Восстановление синхронизации сети с использованием програм-
мы сетевого менеджера предполагает исключение оператора из про-
468
цесса принятия решения. Это ускоряет время переключения и по-
зволяет обслуживать большее число хронирующих источников,
но требуется решение целого ряда технических и организацион-
ных задач по разработке соответствующих алгоритмов управле-
ния большой сетью из единого центра. Этот метод используется
только в сетях с распределенными первичными эталонными гене-
раторами, в которых несколько хронирующих источников распо-
лагаются в различных сетевых узлах и любой из них может взять
на себя функции основного.
Другой подход основан на использовании информации, доступ-
ной в конкретном узле. В первую очередь, это входящие сигналы об
отказах, а также сигналы индикации аварийного состояния, гене-
рируемые оборудованием данного узла. В этом случае переключение
на резервный хронирующий источник происходит быстрее (менее 1 с).
К таким методам переключения относятся методы, основанные на
приоритетных таблицах и сообщениях о статусе синхронизации.
Метод приоритетных таблиц имеет простой алгоритм. Пользо-
ватель ставит в соответствие любому входящему сигналу, исполь-
зуемому для синхронизации, определенный приоритет. Сигнал с
наивысшим приоритетом выбирается в качестве основного, а ос-
тальные находятся в режиме ожидания. Переключение происходит
после исчезновения основного сигнала синхронизации или сниже-
ния его качества. Это реализуется сравнением основного сигнала
синхронизации с сигналами внутреннего тактового генератора
и резервных источников.
Преимущества метода: прост, обеспечивает быстрый переход на
резервный источник синхронизации, позволяет принимать решение
о переключении только на основе информации, собранной в конк-
ретном узле сети, не требует наличия системы управления сетью.
Недостаток — недостаточная гибкость в поддержке разнообразных се-
тевых топологий, в первую очередь это относится к сетям кольцевой и
линейной топологий с большим числом промежуточных узлов.
Метод часто применяется для переключения источников синхро-
низации в отдельных коммутаторах и кросс-коннекторах, распо-
ложенных в крупных узлах ячеистых сетей. Такие узлы имеют боль-
шое число входящих и исходящих направлений, поэтому всегда
существует несколько вариантов для формирования полноценной
469
таблицы приоритетов, обеспечивающей отсутствие замкнутых
петель синхронизации. Это наиболее традиционный метод
выбора источников синхронизации в сетях ПЦИ, работающих
внутри сетей СЦИ.
Метод сообщений о статусе синхронизации все шире использу-
ется в сетях СЦИ [23]. Его преимущество по сравнению с методом
приоритетных таблиц в том, что он может применяться в сетях
СЦИ любой топологии. Данный метод может рассматриваться как
дополнение к методу приоритетных таблиц, поскольку обеспечи-
вает в каждом узле сети дополнительную информацию, которая
поступает в форме сообщений в заголовках сигналов STM-N. Эти
механизмы являются мощным средством для автоматического вос-
становления синхронизации в сети, предотвращения возникнове-
ния замкнутых петель синхронизации и нарушения иерархии уров-
ней качества хронирующих источников.
Организация тактовой сетевой синхронизации. Система ТСС,
предназначенная для обеспечения качественными сигналами синх-
ронизации всего оборудования цифровой сети, строится наложе-
нием ее на подлежащую синхронизации цифровую сеть. Система
ТСС не должна ухудшать живучесть цифровых сетей и должна быть
рассчитана на работу в условиях оперативной перестройки сетей в
процессе эксплуатации. Кроме того, она не должна сдерживать
развитие сетей связи и, следовательно, должна развиваться парал-
лельно с ними.
Построение системы тактовой сетевой синхронизации для циф-
ровой сети связи зависит от ее топологии и применяемого обору-
дования. Важнейшим требованием является избежание петель син-
хронизации. В последнем случае синхронизация на участках сети
может выполняться сигналами синхронизации не обязательно наи-
высшего из возможных качества или поддерживаться оборудовани-
ем, не обеспечивающим требуемое качество сигналов синхрониза-
ции, что приведет к снижению качества передачи информации и, при
определнных условиях, даже к нарушению режима работы сети.
В зависимости от топологии и оборудования сети выбирается
место подключения разрабатываемой системы тактовой сетевой
синхронизации к внешним источникам синхронизации, основное и
резервное направления синхронизации, а также места установки
специализированного выделенного генераторного оборудования.
470
При построении системы ТСС также следует учитывать, что сигнал
синхронизации для центров коммутации должен передаваться от
ПЭГ по кратчайшему пути по линиям СЦИ наиболее высокого
уровня иерархии.
Особенное внимание при проектировании следует обращать на
то, что замкнутых колец следует избегать не только по основным
маршрутам синхронизирующих сигналов, но и при реконфигура-
ции сети в процессе плановых или аварийных переключений.
Оборудование, требующее синхронизации (элементы сети син-
хронизации), это, в первую очередь, устройства коммутации
(цифровые коммутационные станции, аппаратура переключения ка-
налов и трактов), а также мультиплексоры СЦИ и ПЦИ, обору-
дование абонентского доступа. Все устройства имеют в своем со-
ставе генераторное оборудование, отвечающее требованиям
рекомендаций МСЭ-Т, а также входы и выходы синхронизации.
Для синхронизации различного оборудования могут служить раз-
личные сигналы. Основными сигналами в системе ТСС являются:
импульсная последовательность или синусоидальный сигнал с ча-
стотой 2048 кГц, цифровой информационный сигнал со скоростью
передачи 2048 кбит/с и цифровые сигналы синхронной цифровой
иерархии с линейными скоростями STM-N.
К примеру, в обычном режиме синхронизации мультиплексо-
ра СЦИ от внешних источников могут быть выбраны следующие
варианты назначения приоритета, соответствующего обшей идео-
логии построения ТСС:
порты входящих линий (линейные сигналы STM);
один из STM-портов трибутарных входов (для мультиплексоров
уровня иерархии выше первого) или один из 63 портов трибутарных
входов 2 Мбит/с (для мультиплексоров любого уровня иерархии);
специальный входной порт сигнала синхронизации, как правило,
частотой 2048 кГц.
На рис. 14.11 приведена схема выбора сигналов синхронизации
в мультиплексоре СЦИ.
При стандартном варианте проводится анализ заголовков моду-
лей STM в соответствии с установленными приоритетами выбора
471
Трибутарные порты Внешний вход
STM-N 2048 кбит/с “2048 кГц”
синхронизации
Рис. 14.11
для направлений. Сначала анализируется сигнал, приходящий с
основного направления, затем с резервного. Если качество сигна-
ла, приходящего с основного направления, ниже качества ПЭГ,
проводится сравнение его с качеством сигнала, приходящего со вто-
рого направления и, если оно выше у последнего, внутреннему
генератору предписывается использовать для синхронизации сиг-
нал со второго направления. В качестве одного из приоритетов вы-
бора может также быть программно определен вход синхронизации
2048 кГц или компонентный информационный сигнал 2048 кбит/с.
В случае пропадания сигналов синхронизации какого-либо источ-
ника начинается использование сигналов синхронизации доступ-
ного источника со следующим приоритетом.
Если первоначальный источник восстанавливается, дальнейшее
действие зависит от того, какой режим работы был выбран опера-
тором: реверсивный или нереверсивный. При реверсивном режи-
472
ме работы после любого отказа синхронизации всегда выбирается
источник сигналов синхронизации с наивысшим приоритетом, как
только такой источник становится доступным. При нереверсивном
режиме работы возврат к источнику с наивысшим приоритетом
выполняется автоматически в том случае, если происходит отказ
текущего источника. Восстановить работу от этого источника мож-
но в принудительном режиме через интерфейс управления.
Выход тактовых сигналов через системный тактовый генера-
тор СТГ оборудования используется для синхронизации всех
внутренних интерфейсов передачи трафика и трибутарных плат
STM-1, если таковые используются. Тактовые сигналы оборудова-
ния также поступают на выход внешней синхронизации «2048 кГц»
через делитель Д.
В случае пропадания сигналов синхронизации от всех источни-
ков, внесенных в таблицу приоритетов, системный тактовый гене-
ратор переходит в режим удержания «holdover». Работа в этом ре-
жиме происходит от сигналов внутреннего генератора, который
ранее был синхронизирован с сигналом, поступавшим от исправ-
ного источника. Благодаря использованию цифровой формы хра-
нения информации о самых последних условиях синхронизации
стабильность тактовой частоты в режиме holdover в любой момент
времени поддерживается в пределах 0,05 ppm относительно часто-
ты сигнала синхронизации, поступавшего от последнего исправ-
ного источника непосредственно перед отказом. Если системный
тактовый генератор переходит в режим holdover, внешние выходы
источника сигналов синхронизации отключаются.
В нормальном режиме работы мультиплексор может являться
источником сигналов синхронизации для соседних элементов сети
через выход внешней синхронизации «2048 кГц» или через линей-
ные и компонентные сигналы STM и 2048 кбит/с.
В цепочках и кольцах мультиплексоров СЦИ помимо оценки
качества самого сигнала синхронизации, которую выполняет
мультиплексор, сравнивая поступающие на его входы цифровые
последовательности, происходит процедура оценки «статуса син-
хронизации». Для этого зарезервированы и используются специ-
альные байты в заголовке STM. Более подробно эта процедура
будет описана ниже.
473
Любой элемент сети SDH определяет активный источник синх-
ронизации по нескольким основным критериям. Качество каждого
источника определяется анализом информации, передаваемой в за-
головке сигнала STM-N либо задается пользователем программно.
В случае потери сигнала синхронизации на активном входе после-
днему присваивается качество «не использовать в качестве источ-
ника синхронизации». Сначала выделяются все источники с наи-
высшим качеством, а затем из них выбирается тот, который имеет
заданный пользователем приоритет. Если этому критерию удовлет-
воряют несколько возможных источников сигнализации, аппара-
тура самостоятельно принимает произвольное решение.
Любой сетевой элемент выбирает опорный сигнал не только для
своего внутреннего тактового генератора, но и для внешнего выхо-
да синхронизации. В зависимости от цели могут различаться кри-
терии, йо которым осуществляется поиск наилучшего решения, но
механизм его в обоих случаях одинаков.
В случае поиска опорного сигнала для внутреннего тактового
генератора выбранный внешний сигнал может быть отвергнут, если
его качество ниже качества внутреннего тактового генератора. Тог-
да тактовый генератор переходит в режим удержания. Если каче-
ство сигналов внешнего и внутреннего тактовых генераторов ниже
определенного программно заданного порогового качества, будет
сформировано соответствующее сообщение о статусе синхрониза-
ции («не использовать в качестве источника синхронизации») или
сигнал индикации аварийного состояния. Следует заметить, что
обычно аппаратура использует процедуру автоматического выбо-
ра сигнала синхронизации и предусматривает возможность блоки-
ровки оператором отдельных источников или принудительное пе-
реключение на более предпочтительный.
На сети связи железнодорожного транспорта имеются сравни-
тельно небольшие СЦИ-кольца STM-1 в масштабе отделений до-
рог и кольца магистральной сети большей пропускной способнос-
ти в масштабе регионов. Рассмотрим пример построения фрагмента
цифровой первичной сети связи (рис. 14.12). На схеме представле-
ны кольца СЦИ (STM-16 и STM-1), сходящиеся в узле, где распола-
гается аппаратура переключения. Линией STM-4 узел топологии
«точка—точка» связан с другим удаленным узлом. Доступ цифро-
474
вых каналов на малых станциях между двумя соседними мульти-
плексорами СЦИ организован через гибкие мультиплексоры ГМ
на уровне первичных трактов 2048 кбит /с.
Следует обратить внимание на то, что на рис. 14.12 приведена
схема не информационной сети, а сети синхронизации, где сплош-
ной линией показаны основные пути сигналов синхронизации —
сигналы первого выбора, а штриховой — резервные пути — сигна-
лы второго выбора. На рис. 14.12 обозначено: STM — линей-
ный сигнал синхронизации, импульсы — 2048 кбит/с, синусои-
да — 2048 кГц.
Первый уровень системы ТСС, включающий в себя первичный эта-
лонный генератор ПЭГ, находится вне рассматриваемого фрагмента.
Второй и третий уровни должны содержать ведомые задающие
генераторы ВЗГ, выполненные как отдельная аппаратура, генера-
торы коммутационных станций (удовлетворяющие требованиям Ре-
комендации G.812 для транзитных узлов) или задающие генерато-
ры аппаратуры кроссовых соединений. Все эти генераторные
элементы могут играть роль как транзитных (второй уровень сис-
темы ТСС), так и местных (третий уровень системы ТСС) ВЗГ. То
есть приведенный на схеме узел может рассматриваться как второй
уровень системы ТСС, где основным элементом является ВЗГ, по-
лучающий сигнал синхронизации по кратчайшему пути от ПЭГ.
Рис. 14.12
475
Сигнал синхронизирующий ВЗГ выделяется из линейного сигна-
ла STM-16 и после соответствующей обработки подается на выход
внешней синхронизации мультиплексора STM-16 (2048 кГц).
Последний уровень системы ТСС представлен генераторными
элементами мультиплексоров СЦИ и гибких мультиплексоров,
обеспечивающих абонентский доступ.
Сигнал синхронизации от ПЭГ в данный узел должен прихо-
дить по двум независимым направлениям. Сигналом второго вы-
бора для ВЗГ будет сигнал частотой 2048 кГц от мультиплексо-
ра STM-4. Сигналами частотой 2048 кГц, вырабатываемыми
ВЗГ, будут синхронизироваться все сетевые элементы, установ-
ленные в узле, включая аппаратуру переключения каналов и
трактов. Резервирование источника синхронизации для АП це-
лесообразно предусмотреть от мультиплексора STM-16, так как
он находится ближе к ПЭГ.
Так как АП является центральным элементом узла и получает
надежный синхросигнал высокого качества, вырабатываемые им ин-
формационные потоки 2048 кбит/с можно использовать для резер-
вирования основных сигналов синхронизации (2048 кГц от ВЗГ).
Так, сигналом второго выбора для мультиплексора СЦИ кольца
STM-1 будет один из трибутарных сигналов 2048 кбит/с от АП.
Третьим приоритетом для всей аппаратуры узла обычно является
режим удержания частоты.
Мультиплексоры СЦИ в кольце по основному (рис. 14.13, а) и
резервному (рис. 14.13, б) направлениям синхронизируются линей-
ными сигналами STM. Рассмотрим восстановление синхронизации
в кольце при обрыве линии между мультиплексорами. Сообщение
о статусе синхронизации посылается в заголовке сигнала STM в двух
направлениях от основного узла, остальные мультиплексоры транс-
лируют его в основном направлении, а в обратном (штриховые
линии) передают сообщение «Не использовать для синхрониза-
ции». Обычно в основном направлении по сети передается сооб-
щение «От ПЭГ». Протекание потока синхронизации по кольцу
в нормальной ситуации определяется пользователем установкой
приоритетов источников синхронизации в каждом мультиплек-
соре (в данном случае выбор направления не важен, на схеме
принято по часовой стрелке).
476
б
---—“от пэг”
От ПЭГ
Рис. 14.13
От ПЭГ
‘От ПЭГ
Для рассматриваемого примера в случае отказа на одном из уча-
стков кольца первый расположенный после поврежденного участка
узел переводит собственный тактовый генератор в режим удержа-
ния. Других вариантов нет, так как с другого направления прихо-
дит поток STM-1, в заголовке которого содержится сообщение о том,
что он не может использоваться в качестве сигнала синхронизации.
Это предотвращает возникновение замкнутой петли. На выходе этого
узла сообщение о статусе синхронизации изменяется на статус «Ге-
нератора линейного оборудования СЦИ». Таким образом, все эле-
менты кольца за поврежденным участком, за исключением после-
днего узла (расположенного перед основным узлом), переходят в
режим синхронизации от узла, тактовый генератор которого рабо-
тает в режиме удержания, и меняют на выходах статусное сообще-
ние. Этот последний узел на втором входе принимает поток STM с
уровнем качества «от ПЭГ», поэтому меняет свой источник синх-
ронизации и сообщение о статусе синхронизации. Узел, находящийся
перед ним, проводит выбор между источниками с уровнями «От ПЭГ»
и «Генератор линейного оборудования СЦИ» и переключается на
новый источник синхронизации. Аналогично переключаются и все
остальные узлы, вплоть до участка повреждения.
477
Гибкие мультиплексоры, обеспечивающие абонентский доступ,
соединены в цепь между соседними мультиплексорами СЦИ. Пер-
вый мультиплексор в цепи должен быть синхронизирован сигна-
лом частотой 2048 кГц от ближайшего мультиплексора СЦИ. Пос-
ледующие ГМ в цепи используют для синхронизации тактовые
сигналы, выделяемые из информационных потоков 2048 кбит/с.
В гибких мультиплексорах не применяется механизм сообщений о
статусе тактовой синхронизации, поэтому во избежание образова-
ния петель синхронизации в качестве второго приоритета не следует
выбирать сигналы, передаваемые со скоростью 2048 кбит/с в обрат-
ном направлении. В случае потери основного тактового сигнала ГМ,
как правило, должен переходить в автономный режим работы.
Даже из этого, достаточно условного, примера видно, что про-
блема организации системы ТСС — проблема вариантная, выбор
решения для узлов или линий передачи определяется, прежде всего,
критериями соответствия требованиям, нормам и правилам пост-
роения системы, изложенным в соответствующих документах. Сле-
дующими критериями будут такие, как надежность, стоимость, бы-
стродействие и т.д. В каждом проекте эти критерии могут выбираться
в зависимости от конкретных условий и имеющихся ограничений.
14 Л. Система сетевого управления
Принципы организации и уровни управления. При эксплуата-
ции любой сети связи возникает необходимость ее управления и
обслуживания для обеспечения высокого качества услуг и надеж-
ности. По мере развития цифровых сетей связи, усложнения при-
меняемого оборудования, а также благодаря развитию программ-
ного обеспечения, применяемого в системах передачи,
совершенствовались и системы управления, которые непосредствен-
но связаны с надежностью функционирования сетей и обеспечива-
ют оптимальность их обслуживания.
Современные сети связи отличаются многообразием установлен-
ного на них телекоммуникационного оборудования. Это оборудо-
вание разных поколений (аналоговое, ПЦИ, СЦИ и т.п.) и разных
производителей. По мере увеличения количества оборудования и
478
усложнения топологии коммуникационной сети задача управления
становится одной из важнейших. Недостаточное внимание к систе-
мам управления приводит к неоправданному росту численности пер-
сонала либо увеличению времени локализации и устранения аварий.
Операторы сетей связи несут ответственность за три основных
процесса: обеспечение услуг; техническое обслуживание и усовер-
шенствование сети; планирование новых услуг и изменений сети.
Задача системы управления сетью связи — взаимодействие опера-
тора и сети связи для обеспечения этих ключевых процессов.
Управление включает в себя установку, контроль и модификацию
функций сети. Для организации управления сетью необходима реа-
лизация специальных функций управления. Поэтому система управ-
ление сетью является неотъемлемой частью современной сети связи.
Возможности управления и аварийной сигнализации аналого-
вых систем связи и систем плезиохронной иерархии крайне огра-
ничены и, как правило, сведены к индикации перегорания предох-
ранителей, контролю наличия/отсутствия входного/выходного
сигналов, контролю состояния регенераторов или усилительных
пунктов и цепей их питания. В отдельных системах предусматри-
вается передача сигналов телемеханики. Такая ограниченность выз-
вана экономией пропускной способности каналов и невозможнос-
тью разместить дополнительные сигнальные каналы без ущерба
для основных сигналов, переносящих информацию.
С появлением волоконно-оптических систем передачи пробле-
ма пропускной способности была решена. Само оборудование свя-
зи становилось все более интеллектуальным, расширялись возмож-
ности его управления и контроля. Средства управления и контроля
переместились со стоек оборудования на терминалы.
Следующим этапом эволюции сетей связи было появление обо-
рудования (СЦИ), что повлекло за собой бурный рост пропуск-
ной способности сетей, образование крупных узлов связи. Появи-
лось большое число производителей телекоммуникационного
оборудования, которые мало заботились о совместимости средств
управления с оборудованием других производителей. В этой си-
туации поддержание работы в узлах стало нелегкой задачей, так
как каждое оборудование требовало не только отдельного термина-
ла, но зачастую приходилось иметь под рукой несколько термина-
лов разных типов.
479
Перечислим основные требования, которые следует учитывать при
организации систем управления современными цифровыми сетями:
система управления сети связи МПС России должна иметь от-
крытые интерфейсы и в перспективе увязываться с комплексной
взаимоувязанной системой управления ВСС РФ;
система должна строиться по принципу централизованного уп-
равления;
для размещения центральных терминалов управления сети, ра-
бочих станций, дежурного персонала операторов сети должен быть
организован Центр управления сетью связи (ЦУС);
с целью повышения надежности и живучести сети должны быть
организованы резервные ЦУС;
при выборе платформы сетевого управления необходимо руко-
водствоваться критериями наибольшей интегральное™ по функци-
ям и видам объектов управления, а также гибкости и удобства ра-
боты с программным продуктом;
интерфейс пользователя для интегрированного управления се-
тью должен быть интуитивным и легкообрабатываемым и иметь
всеохватывающую защиту во избежание несанкционированного до-
ступа к критическим функциям системы управления;
затраты на организацию системы управления должны обосно-
вываться понижением затрат на эксплуатацию и техническое об-
служивание сети, например уменьшением численности персонала.
Перечисленные требования реализуются в рамках концепции
управления телекоммуникационными сетями TMN (Telecom-
munication Management Networks), которая нашла соответствующее
воплощение в Рекомендациях МСЭ-Т (Рекомендация М.3000).
Считается, и это доказывается эксплуатацией крупных цифровых
сетей за рубежом, что централизованные сети управления электросвя-
зью обеспечивают наиболее эффективные и экономичные методы эксп-
луатации. Преимущество TMN-управляющих решений объясняются
тем, что они опираются на модель взаимодействия открытых систем,
стандарты и унифицированные интерфейсы. Сеть TMN снижает сто-
имость выполняемых операций через стандартизацию процедур управ-
ления на уровне услуг. Это предоставляет возможность для более
широкой автоматизации действий по управлению. Прикладные систе-
мы, использующие стандартные программные компоненты, требую!
меньших затрат на дополнительное программирование.
480
Наряду с этим сеть TMN определяет управляющие протоколы,
управляемые объекты и интерфейсы, которые необходимы для обес-
печения унифицированного доступа к сетевой управляющей инфор-
мации. Стандартизированная природа определений объектов и ин-
терфейсов позволяет ускорить разработку и внедрение новых услуг.
Рекомендации МСЭ-Т подразделяют систему управления на
пять уровней: элементы сети, управление элементами, управление
сетью, управление услугами и
бизнес-управление (рис. 14.14).
Первые три уровня рассмат-
риваются как техническое
управление, а два последних
(высших) как администра-
тивное.’Технических средств
сети касаются первые три
уровня.
На низшем уровне управ-
ления находятся элементы
сети NE (Network Element).
Каждый элемент управляет-
ся, контролируется и диагно-
стируется встроенными микропроцессорами с использованием спе-
циализированного программного обеспечения. Этот уровень играет
роль интерфейса между информацией, находящейся в каждом от-
дельном устройстве, и инфраструктурой сети TMN. Аппаратура
любой фирмы имеет интерфейсы к сети TMN, местному терминалу
и устройства сигнализации на стойках или платах.
Следующие два уровня (уровень управления элементами сети и
уровень управления сетью) поддерживают стандартный набор фун-
кций управления, определенных Рекомендациями МСЭ:
управление конфигурацией, т.е. включение элементов в обслу-
живание, установка глобальных параметров системы (идентифика-
ция системы, адресация связи и т.д.), определение новых маршру-
тов через элементы, установка специфических параметров,
связанных с определением маршрута;
16 Зак. 4611
481
обработка неисправностей — установка порогов для селекции
неисправностей, определение и запуск процедуры обработки не-
исправности элементов сети;
определение качества передачи, т.е. установка порогов опреде-
ления качества связи, сбор информации от элементов сети, форми-
рование отчетов;
защита от несанкционированного доступа, т.е. назначение па-
ролей, разграничение доступа пользователей;
обслуживание и проверки, т.е. инициализация диагностирова-
ния, запуск схемного контроля.
Первый уровень управления ЕМ (Element Manager), находит
применение на ранних стадиях использования оборудования SDH,
когда для образования основной сети используется небольшое чис-
ло мультиплексоров при более или менее изолированном приме-
нении (т.е. поддержка определенного пользователя или подсисте-
мы). Он соответствует системам поддержки операций,
контролирующим работу групп сетевых элементов. На этом уровне
реализуются управляющие функции, которые специфичны для обо-
рудования конкретного производителя. Примерами таких функ-
ций могут служить: выявление аппаратных ошибок, сбор статис-
тических данных, измерение степени использования
вычислительных ресурсов, обновление микропрограммных
средств.
Для передачи сигналов контроля и управления TMN в систе-
мах СЦИ используются встроенные в цикл STM-1 служебные бай-
ты заголовков, в ПЦИ, как правило, специальные биты в служеб-
ных позициях циклов. Обычно главный сетевой элемент
располагается в центре управления и подключается к оборудова-
нию системы TMN центра с помощью интерфейса типа Q3 (по Ре-
комендации G.784 — Ethernet LAN).
При необходимости каждый элемент современной цифровой сети
может полностью контролироваться и управляться с местного тер-
минала — для этого обычно используется интерфейс типа F (по
Рекомендации G.784-RS-232C).
482
Пользовательский интерфейс TMN использует, как правило,
оболочку Windows, обеспечивающую удобное и наглядное пред-
ставление информации. Пользовательский интерфейс уровня эле-
ментов сети Element Manager — это смесь графической и алфавит-
но-цифровой информации. Графическое представление отдельных
узлов и внутренних соединений может выполняться наряду с под-
робной информацией о состоянии и конфигурации сети.
Второй уровень — уровень управления сетью NM (Network
Manager) формирует представление сети в целом, базируясь на дан-
ных об отдельных сетевых элементах, которые передаются систе-
мами поддержки операций предыдущего уровня. Другими слова-
ми, на этом уровне осуществляется контроль за взаимодействием
сетевых элементов, в частности, формируются маршруты передачи дан-
ных между оконечным оборудованием для достижения требуемого
качества сервиса, вносятся изменения в таблицы маршрутизации, оп-
тимизируется производительность сети и выявляются сбои в ее работе.
Пользовательский интерфейс сетевого уровня — это графичес-
кий интерфейс, представляющий собой топологию контролируе-
мой территории с СЦИ-оборудованием. Дополнительно имеются
окна, в которых отображается информация о текущих неисправ-
ностях и текущем состоянии. Используя карту сети, можно созда-
вать новые СЦИ-узлы для моделирования установленных эле-
ментов сети, выполнения соединения через сеть (конфигурирование
сети), поиска дополнительной пропускной способности и запро-
са подробной информации о состоянии элементов сети и соедине-
ниях между ними.
Уровень управления услугами SM (Servise Manager) охватыва-
ет те аспекты функционирования сети, с которыми непосредствен-
но сталкиваются пользователи. На этом уровне используются све-
дения, поступившие с уровня NM, но непосредственное управление
мультиплексорами, коммутаторами, соединениями и т.п. здесь уже
невозможно. Вот некоторые функции, относящиеся к управлению
услугами: контроль за качеством обслуживания, выполнением ус-
ловий контрактов на обслуживание, управление регистрационными
483
записями и подписчиками услуг, добавление или удаление пользо-
вателей, присвоение адресов, взаимодействие с управляющими
системами других операторов и организаций.
Уровень бизнес-управления ВМ (Business Manager) рассматрива-
ет сеть связи с позиций общих бизнес-целей компании-оператора. Он
относится к стратегическому и тактическому управлению, а не к опе-
ративному, как остальные уровни. Здесь речь идет о проектировании
сети и планировании ее развития, о составлении бизнес-планов,
бюджетов организаций и пр.
TMN является очень важной частью современных сетей, кото-
рая непосредственно влияет на показатели надежности, экономич-
ности, удобства и технологичности обслуживания.
Однако уже сейчас очевидно, что развитие цифровых сетей свя-
зи на территории железных дорог РФ будет происходить неравно-
мерно с использованием оборудования различных фирм изгото-
вителей. Каждая фирма имеет свой набор требований к управлению
конфигурацией, неисправностью и действием. Это значит, что ис-
пользуемые в них системы управления характеризуют элементы
сети на индивидуальной основе, что увеличивает сложность раз-
вертывания новых технологий и услуг. Кроме того, каждая из при-
меняемых систем управления сетью отражает определенный уро-
вень технологии, что может существенно усложнить межсетевое
взаимодействие, управление новых сетей (сотовых сетей связи, тран-
кинговых сетей связи, коммерческих сетей связи) на основе ранее
созданных цифровых сетей связи. При этом главной проблемой яв-
ляется реализация единой системы управления технологической свя-
зью на территории всех железных дорог Российской Федерации.
В том случае, когда требуется объединение в управляющих си-
стемах оборудования различных производителей с разной техно-
логией, возникают определенные проблемы. Решение проблем ин-
теграции заключается во внедрении стандартизированных
телекоммуникационных сетевых управляющих систем на базе идео-
логии открытых систем, унифицированных пользовательских интер-
фейсов и стандартных протоколов и интерфейсов аппаратуры связи.
484
Эти вопросы нашли свое отражение в Рекомендации М.3010
МККТТ, определяющей интерфейс TMN в соответствии с потреб-
ностями промышленности средства связи в стандартизированной
архитектуре для интегрированных управляющих систем.
Многие ведущие поставщики оборудования, несмотря на разви-
тие своих систем управления, достигли договоренности по основ-
ным функциям, интерфейсам и протоколам обмена, что позволяет
увязывать сети разных поставщиков не только по информацион-
ным потокам, но и в части систем управления на верхних уровнях.
Особенности организации центров управления. Центры управ-
ления на первом этапе организации современных цифровых сетей,
как правило, не имеют общей платформы сетевого управления и
развиваются на базе систем управления элементами ЕМ. Операто-
ры, использующие оборудование одного поставщика, но разных
типов (мультиплексоры СЦИ, мультиплексоры доступа, кросс-кон-
некторы, и т.п.), не находятся в лучшем положении по отношению
к операторам, использующим оборудование разных поставщиков,
так как обычно системы управления оборудования разных типов
не взаимодействуют между собой на уровне управления элемента-
ми, где используются закрытые интерфейсы. Они получают пре-
имущество при существенном развитии сети, когда приобретают плат-
форму сетевого управления NM, интерфейсы которой разрабатывались
с учетом совместимости всех продуктов одной фирмы (рис. 14.15).
Рассмотрим для примера организацию системы управления сети СЦИ.
Учитывая назначение сети и важность технологических процес-
сов, информация для обеспечения которых будет передаваться по
каналам сети, на каждой железной дороге должен быть организо-
ван Центр управления сетью (ЦУС) с круглосуточным дежурством
и соответствующим количеством оперативных линий связи. Кро-
ме того, по причинам, указанным выше, в этом центре необходи-
мо предусмотреть «горячее» резервирование основных элементов,
при котором резервная система запускается автоматически с ми-
нимальным перерывом в контроле над оборудованием сети.
485
486
Уровень — управления Управление элементов оборудованием сети СЦИ Управление Управление Управление Управление оборудованием оборудованием оборудованием оборудованием кроссконнектов ОТС ПЦИ других поставщиков Элементы сети связи
Рис. 14.15
Создание нескольких ЦУС с функциями ЕМ и NM связано с до-
вольно большими затратами. В эти затраты входят: содержание
круглосуточного дежурства и обучение персонала, затраты на за-
купку и содержание контрольно-измерительного оборудования, ад-
министративные затраты на учет и обмен информацией между ЦУС,
затраты на обеспечение средствами оперативной связи и дополни-
тельными линиями связи. Однако, учитывая необходимость посто-
янного контроля и сохранения управляемости сети в аварийных си-
туациях, а также сложившуюся структуру технологического
взаимодействия между дистанциями сигнализации и связи, рекомен-
дуется дополнительно к основному ЦУС организовывать резервный.
В штатном режиме резервный центр будет осуществлять только мони-
торинг сети, а брать на себя управление только в случае выхода из
строя основного ЦУС или в случае нарушения связи с ним.
Основное рабочее место, управляющее архитектурой транспор-
тной сети подсистем управления элементами ЕМ и управления се-
тью NM, организуется в главном центре управления. К этому рабо-
чему месту могут впоследствии подключаться другие сети связи,
совместимые по интерфейсам и протоколам системы управления,
например сети доступа, построенные на аппаратуре того же постав-
щика, что и сеть СЦИ.
На рис. 14.16 приведена структурная схема главного ГЦУ и ре-
зервного РЦУ центров управления.
Базовая конфигурация серверов в центрах управления обычно
может поддерживать несколько рабочих мест. В резервных цент-
рах, так как количество сетевых элементов под их управлением бу-
дет ограничено протяженностью ВОЛС в соответствующем райо-
не, достаточно одного рабочего места, а в ЦУС рабочие места
целесообразно определять по зонам управления, например по дис-
танциям сигнализации и связи. Кроме того, целесообразно иметь
Х-терминал для мониторинга всей сети.
Главные дорожные центры управления необходимо организо-
вать с применением решений высокой пригодности, поэтому не-
487
488
Рис. 14.16
обходим дополнительный сервер «горячего» резервирования. До-
полнительное «горячее» резервирование сервера NEM может быть
организовано на этапе расширения сети. На первом этапе в целях
экономии средств достаточно резервирования со стороны резерв-
ных ЦУС. При наличии резервного сервера в главном ЦУС резер-
вные центры могут резервировать по управлению не всю сеть до-
роги, а только линейные участки от своего местоположения до
главного центра.
Система управления должна быть обеспечена качественным и
гарантированным электропитанием и защищена от случайного об-
рыва внутристанционного кабеля Ethernet.
Глава 15. Линейно-аппаратный цех
15.1. Организация ЛАЦ и состав оборудования
Аппаратуру электросвязи в сетевых узлах и на станциях уста-
навливают, как правило, в специальном техническом здании—доме
связи. В нем организуются отдельные цехи, в каждом из которых
размещается аппаратура, выполняющая определенные функции.
Оборудование, устанавливаемое в линейно-аппаратном цехе
(ЛАЦ), можно условно разбить на несколько основных групп: ап-
паратура аналоговых (АСП), цифровых (ЦСП) и волоконно-опти-
ческих систем передачи (ВОСП); вводно-коммутационная аппара-
тура; коммутационно-испытательная аппаратура; электропитающая
аппаратура. Обслуживающий персонал ЛАЦ выполняет контроль
параметров линий и систем передачи, настройку, регулировку и
измерение характеристик каналов и трактов, предоставляет каналы
и тракты потребителям, устраняет повреждения аппаратуры и цепей,
проводит оперативную замену цепей, каналов и трактов и т.д.
Вводно-коммутационная аппаратура предназначена для органи-
зации вводов, испытания и переключения цепей кабельных линий
передачи. К ней относятся:
стойка вводно-кабельного
оборудования СВКО-Т, ввод-
но-кабельная стойка ВКС-С,
оптические кроссы.
Стойка СВКО-Т входит в
состав оконечных (ОП) и про-
межуточных обслуживаемых
(ОУП) пунктов системы пере-
дачи К-60Т (рис. 15.1). Она
предназначена для включения
двух симметричных кабелей
емкостью 4x4, уплотняемых в
спектре частот до 252 кГц. Ка-
бели высокого и низкого
уровней вводят в усилитель-
0—CW)---
Бокс пара
0-—«
ФТ
Зажимы заземления
ЛТ1 170/135
-0
Р-4 к Ус ВЧ
-0
Д-8 ; Дроссельный
• фильтр ЗУ
.i2+ДП
L3
л « »
Бокс пара
0-«»
ЛТ2 170/135
490
ных пунктах на разные стойки для обеспечения требуемой защи-
щенности от переходных помех. Стойка СВКО-Т имеет по сравне-
нию с ранее выпускаемой стойкой СВКО-П повышенную элект-
рическую и механическую прочность. Стойка обеспечивает:
гальваническое разделение кабеля от станционных устройств, за-
щиту обслуживающего персонала и станционных устройств от
опасных напряжений, организацию фантомных цепей для подклю-
чения устройств служебной связи, передачу по суперфантомной
цепи дистанционного питания НУП. Кроме того, стойка позволяет
проводить замену отдельных пар кабеля и контрольные измерения.
Вводно-кабельная стойка
ВКС-С1 предназначена для
включения двух симметричных
высокочастотных кабелей емко-
стью 7x4 или 4x4, по которым
работают системы в полосе ча-
стот до 252 кГц (рис. 15.2, а). На
стойке размещаются четыре
бокса БМ2-3 с плинтами ПЭ-6
для кабеля емкостью 7x4 и два
бокса БМ1-2 с плинтами ПЭ-6
для кабеля емкостью 4x4. На
ней также имеются 18 панелей
с 72 высокочастотными согла-
сующими трансформаторами
с соотношением сопротивле-
ний 180:135 и 36 низкочастот-
ных трансформаторов с со-
Рис. 15.2
отношением ссопротивлений 200:600. Стойка ВКС-С2
используется для ввода низкочастотных кабелей общей емкос-
тью 108 пар (рис. 15.2, б), содержит 108 согласующих низкочас-
тотных трансформаторов с соотношением сопротивлений 600:600.
Оптический кросс ОК (рис. 15.3) предназначен для выполнения
перехода от линейного волоконно-оптического кабеля ВОК к стан-
ционному ВОК. Он используется при организации ввода воло-
конно-оптического кабеля в узел связи. Выпускаются оптические
кроссы, позволяющие выполнять разделку кабелей, на 8, 12, 16 и
491
Рис. 15.3
более волокон. На рис. 15.3 приведен пример ввода кабеля с ис-
пользованием оптического кросса на два ВОК емкостью по 16 опти-
ческих волокон каждый. Оптические волокна 1—4 используются для
работы системы СЦИ СТМ-1 на участке А—Б. Волокна 17—20 —
для работы на участке Б—В.
Кроссовое оборудование ОКС-01 предназначено для перехода
от линейных цепей аппаратуры ЦСП к станционным. Основным
элементом оборудования является панель блоков, на которой уста-
навливаются колодки с гнездами, попарно соединяемые между со-
бой съемными перемычками. К контактам нижних колодок под-
ключаются симметричные цепи от аппаратуры ЦСП, верхним от
линейного оборудования. Возможна коммутация с использова-
нием шнуров, входящих в состав комплекта монтажных цепей.
Съемные перемычки позволяют параллельно подключать измери-
тельные приборы для контроля и измерять параметры сигналов ЦСП.
Коммутационно-испытательная аппаратура предназначена для
предоставления потребителям каналов в режиме двух- и четырех-
проводных окончаний; организации двух- и четырехпроводных
транзитов каналов; переключения каналов и трактов при повреж-
492
дениях для организации их замены; проведения измерений при на-
стройке и регулировке систем передачи. К указанной аппаратуре
относятся промежуточные стойки переключений ПСП, стойки че-
тырех- и двухпроводных переключений СЧДП, стойка коммутации
первичных групповых трактов СКП-1, электрические кроссы.
Стойка ПСП предназначена для переключения каналов ТЧ между
отдельными стойками ЛАЦ, а также для разделки кабелей, соеди-
няющих ЛАЦ с междугородной телефонной станцией МТС, аппа-
ратурой передачи данных и т.д. Стойки ПСП выпускаются в не-
скольких вариантах: ПСП-0 — на 600 шестипроводных
кроссировок, ПСП-2 и ПСП-4 — на 480, укомплектованных соот-
ветственно двумя и четырьмя платами реле и удлинителей, кото-
рые используются при организации транзитных соединений.
Стойка СЧДП позволяет выполнить различного вида переклю-
чения как четырех-, так и двухпроводной частей канала ТЧ. Она
имеет 60 комплектов для включения каналов ТЧ (рис. 15.4, а): 10
для переключения каналов на связь совещаний с посылкой сигна-
ла занятости на МТС (рис. 15.4, б), 10 для организации транзита
каналов по расписанию (рис. 15.4, в), 20 для включения каналов
НЧ или физических цепей (рис. 15.4, г), 10 для служебных и 10 для
493
соединительных линий (рис. 15.4, д в однопроводном изображе-
нии и е), 10 для резервных удлинителей (рис. 15.4, ж), 20 для кнопок
и сигнальных ламп для передачи сигналов занятости канала на МТС
(рис. 15.4, з).
Стойка коммутации первичных групповых трактов СКП-1 ус-
танавливается в ЛАЦ крупных сетевых узлов, где размещается обо-
рудование не менее 10 первичных групповых трактов. Коммута-
ция на стойке выполняется шнурами и перепайками.
Электрические кроссы, устанавливаемые в ЛАЦ для коммута-
ции сигналов ПЦК (рис. 15.5, а), представляют собой стойку-кар-
кас с размещаемыми на ней панелями для подключения цепей
аппаратуры ЦСП. Цепи могут коммутироваться съемными пе-
ремычками или шнурами.
Электрические кроссы для коммутации сигналов ТЧ (рис. 15.5, б)
выпускаются в виде стоек-каркасов, на которых крепятся терми-
нальные блоки двух типов: для станционной Ст. и абонентской
сторон Аб. Они позволяют коммутировать сигналы перемычка-
ми. Параметры сигналов контролируются измерительными при-
борами. Указанные кроссы устанавливаются для удобства эксплу-
атации в ЛАЦ ВОЛС и ЛАЦ ВЧ.
Аппаратура электропитания предназначена для включения под-
водимых из цеха электропитания фидеров, стабилизации и распре-
494
деления напряжения по рядам и стойкам, организации дистанци-
онного питания НУП, контроля цепей электропитания. В ЛАЦ
ВОЛС, как правило, размещается электропитающая установка с
аккумуляторами, емкость которых обеспечивает двухчасовой ава-
рийный режим питания установленного в нем оборудования.
15*2» Требования к помещениям и размещение
оборудования
Линейно-аппаратный цех должен располагаться в непосредствен-
ной близости от помещений, где осуществляется ввод кабельных
линий передачи (перчаточная) и устанавливаются устройства элек-
тропитания (выпрямительная и аккумуляторная). Это позволяет
сократить длину распределительных высоко- и низкочастотных
кабелей, а также уменьшить сечение питающих шин и проводов,
снизить падение напряжения на токоподводящих шинах. С целью
экономии проводов и кабелей ЛАЦ размещается также возможно
ближе к АТС, МТС, ДАТС.
Помещения ЛАЦ должны удовлетворять следующим основным тре-
бованиям. Перекрытие рассчитывается, исходя из нагрузки 750 Н/м2.
Высота ЛАЦ от пола до низа прогона балки или потолка выбирается
не менее 3,3 м, ширина — не менее 6 м, а длина определяется коли-
чеством устанавливаемой аппаратуры. Его площадь рассчитыва-
ется с учетом перспективы развития узла связи с запасом 15—20 %.
Пол покрывается линолеумом или паркетом. Потолок и стены
окрашиваются в светлые тона масляной краской. В ЛАЦ предус-
матривается как минимум два выхода с размером дверей: высота —
не менее 3,3 м, ширина — не менее 1,5 м. Помещение должно быть
оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией с объемом возду-
ха не менее 40 м3/ч на человека и центральным водяным отоплени-
ем низкого давления. Допускается в исключительных случаях уст-
ройство печного отопления с обязательным выносом топки за
пределы ЛАЦ. Относительная влажность должна быть 40—75 %
при температуре окружающей среды +15 +30°С. Естественное осве-
щение определяется отношением площадей окон и пола (1/5 - 1/6),
а искусственное — освещенностью не менее 75 лк при нормальном
495
режиме и не менее 20 лк — при аварийном. Помещение ЛАЦ дол-
жно содержать необходимое противопожарное оборудование.
Состав и объем вводно-коммутационной, коммутационно-ис-
пытательной и каналообразующей аппаратуры ЛАЦ определяет-
ся на основании проектного задания исходя из типов и количества
линий и систем передачи, схемы связи.
Расположение аппаратуры в ЛАЦ должно обеспечивать удоб-
ство ее эксплуатации и технического обслуживания, возможность
последующего монтажа оборудования в процессе развития узла
связи. Поэтому аппаратура устанавливается рядами перпендикуляр-
но главному проходу и стене с окнами. Ряды аппаратуры размеща-
ются попарно лицевыми сторонами друг к другу с одной или двух
сторон (при длине ряда более 4 м) от главного прохода с соблю-
дением следующих норм: ширина главного прохода при односторон-
нем расположении рядов — не менее 1,2 м, при двустороннем — 1,6 м.
Растояние между монтажными (задними) сторонами рядов, а также
между стеной и монтажной стороной должно быть не менее 0,7 м.
Проход между рядами с вводно-коммутационной или измеритель-
ной аппаратурой должен быть как минимум 1,3 м, а между высту-
пающими частями лицевых сторон — 1,1м.
Все стойки в ЛАЦ крепятся к полу и специальному каркасу из
уголковой стали болтами. На нем находятся воздушные желоба или
кабельросты, предназначенные для укладки кабелей межстоечного
монтажа, линейной или токораспределительной проводки. В одном
из главных желобов или кабельростов размещаются линейные и
монтажные провода, в другом — токораспределительные.
При размещении оборудования в ЛАЦ должны соблюдаться
следующие основные требования. Вводные и вводно-кабельные
стойки устанавливаются, как правило, в первом ряду вблизи от
места ввода цепей, в непосредственной близости от них — стойки
дистанционного питания. В небольших узлах связи в этом же ряду
устанавливают аппаратуру связи совещаний и дорожно-распоря-
дительной связи; а также усилители низкой частоты. Стойки СЧДП,
испытательные и стойки четырехпроводных переключений СЧП
располагаются в противоположном ряду лицевой стороной к ввод-
но-кабельным стойкам. Стойки ПСП, имеющие большое число со-
единений с комплектами СЧДП, размещаются в конце одного из
496
11000
ближайших рядов от стоек СЧДП в направлении ввода цепей на
МТС. Причем между ПСП и другими стойками должен быть про-
ход для обеспечения возможности подхода к стойке минимум с
трех сторон и работы на ее линейной и станционной сторонах.
Ряды комплектуются аппаратурой идентичных систем передачи
с учетом направлений действия связи. Взаимное расположение сто-
ек системы передачи определяется схемами прохождения цепей
групповых трактов и каналов (см. п. 15.4) и выбирается исходя из
требования минимальной длины кабелей межстоечного монтажа,
линейной и токораспределительной проводки. Таким образом, стой-
ки аппаратуры, между которыми должно быть большое число со-
единений, располагаются возможно ближе друг к другу. Стойки,
имеющие в своем составе оборудование контроля, регулировки и
управления, устанавливаются ближе к главному проходу для удоб-
ства эксплуатации.
В узлах связи, ведущих техническую эксплуатацию кабельных и
волоконно-оптических линий связи, сначала размещается оборудо-
вание систем передачи по кабельным линиям, а затем — по воло-
конно-оптическим. План размещения аппаратуры в ЛАЦ ВЧ и ЛАЦ
ВОЛС приведен на рис. 15.6.
Стойки распределения питания и автоматического регулирова-
ния напряжения устанавливаются с одной стороны рядов у главно-
го прохода, стойки САРН, САРН-П, СПСН — в рядах с аппарату-
рой, напряжение питания которой должно быть стабилизировано.
Сигналы о повреждении дублируются на транспарантах, размещен-
ных в конце каждого ряда со стороны главного прохода.
15.3. Временные и постоянные транзитные
соединения
В ЛАЦ магистральных, дорожных и отделенческих сетевых уз-
лов предусматрйвается возможность организации транзитных со-
единений каналов и групповых трактов. Это дает возможность, во-
первых, устанавливать связь с пунктами сети, не имеющими между
собой прямых каналов, и, во-вторых, заменять каналы и тракты по
обходным направлениям при повреждении основного направления.
498
Таким образом повышается эффективность, оперативность и на-
дежность функционирования сети электросвязи. Роль транзита ка-
налов значительно возрастает при построении цифровой сети, так
как она будет сосуществовать с аналоговой.
Транзитные соединения могут устанавливаться по двух- или четы-
рехпроводной схеме (рис. 15.7). При двухпроводной схеме для вы-
полнения нормы остаточного затухания канала А—В, равной 7 дБ,
Рис. 15.7
в узле Б выключаются два транзитных удлинителя Уд1 и Уд2 с за-
туханием 3,5 дБ каждый. Транзит осуществляется соединением
точек а и Ь, имеющих одинаковые уровни -3,5 дБ. Недостаток двух-
проводного транзита — две дифференциальные системы в узле Б
остаются включенными, что снижает запас устойчивости канала А—
В и приводит к появлению искажений сигнала, вызванных токами
обратной связи. При четырехпроводном транзите в узле Б вклю-
чаются два удлинителя УдЗ и Уд4 с затуханием 17 дБ. Они соединя-
ют точки с и а также/и е с относительными уровнями +4 и -13 дБ.
Этим достигается согласование уровней между четырехпроводны-
ми выходами и входами каналов. Преимуществом четырехпро-
водного транзита является отключение двух дифференциальных си-
стем в узле Б, что позволяет избежать искажений сигнала и обеспечить
требуемую устойчивость канала связи на участке А—В. Таким об-
разом, использование на сети связи четырехпроводных транзи-
тов каналов более предпочтительно. Двух- и четырехпроводный
499
транзит по указанным схемам может устанавливаться для каналов,
образованных в АСП и ЦСП не зависимо от вида аппаратуры.
Однако как при двух», так и четырехпроводном транзитах уве-
личивается число включенных канальных фильтров. В АСП это
полосовые фильтры, а в ЦСП — фильтры нижних частот. Это при-
водит к ухудшению АЧХ и ФЧХ составного канала. Поэтому на
магистральной и дорожных сетях, имеющих мощные пучки кана-
лов, используются транзитные соединения групп каналов.
В АСП могут устанавливаться транзитные соединения пер-
вичных групп в полосе 60—108 кГц, вторичных групп в полосе
312—552 кГц и т.д. При таком транзите соединение устанавливает-
ся, минуя индивидуальное оборудование. Это позволяет сократить
число ступеней преобразования и, как следствие, снизить уровень
помех и уменьшить искажения сигналов в составных каналах. При
организации высокочастотного транзита необходимо согласовы-
вать уровни передачи и приема, как и при транзите каналов ТЧ. В
случае транзита 12-канальной первичной группы указанное согла-
сование уровней приема (-5 дБ) и передачи (-39 дБ) выполняется с
использованием удлинителей Уд1, Уд2 и УдЗ (рис. 15.8). Полосо-
вой фильтр ПФ1 не пропускает токи, частоты которых лежат за
пределами полосы первичной группы 60,6—107,7 кГц. Режекторный
Рис. 15.8
фильтр РФ с частотой запирания 64 или 104 кГц не должен пропускать
токи с указанными частотами в групповое оборудование при транзите
I, III или V 12-канальной группы. Эти частоты после преобразования
совпадут с линейными контрольными частотами 16, 248 кГц и могут
нарушить работу устройств АРУ аппаратуры К-60Т. Корректирую-
щее устройство КУ восстанавливает АЧХ первичной группы.
По функциональному назначению транзитные соединения под-
разделяются на временные, по расписанию и постоянные. Времен-
500
ные могут устанавливаться по требованию абонентов телефонист-
кой на междугородном коммутаторе при ручном способе обслу-
живания или электромехаником ЛАЦ при отсутствии коммутато-
ра, а также в моменты возникновения повреждений для организации
обходов и замен каналов на ограниченный срок. Транзитные со-
единения каналов по расписанию организуются, как правило, по
четырехпроводной схеме на специальной аппаратуре — стойке че-
тырех- и двухпроводных переключений (СЧДП) электромехани-
ком ЛАЦ. Высокочастотный транзит первичной и вторичной групп
аналоговых систем передачи (постоянный или по расписанию) вы-
полняется на стойках транзита первичных или вторичных групп
СТПГ, СТВГ. Их схемы аналогичны схеме, приведенной на рис. 15.8.
На цифровой сети с системами синхронной цифровой иерархии
СЦИ предоставление пользователям первичных цифровых каналов
ПЦК со скоростью передачи 2048 кбит/с, называемых потоками Е1,
изменение конфигурации сети выполняются из единого центра уп-
равления программным способом.
Повышение оперативности управления и качества обслужива-
ния зависит не только от унификации систем передачи, аппарату-
ры выделения и транзита каналов, но и от схем прохождения цепей
в ЛАЦ. Указанные схемы регламентируют порядок включения ввод-
ного, коммутационного оборудования, аппаратуры систем переда-
чи в ЛАЦ и являются типовыми.
15.4. Схемы прохождения цепей групповых трактов
и каналов
Схемы прохождения цепей в ЛАЦ определяют взаимное элект-
рическое соединение оборудования, размещаемого на вводных, ком-
мутационных стойках и стойках аппаратуры систем передачи ин-
формации. С целью унификации и обеспечения удобств эксплуатации
в узлах связи применяются типовые схемы прохождения цепей, ко-
торые разработаны Государственным проектно-изыскательским
институтом «Гипротранссигналсвязь». Схемы вычерчиваются в
однопроводном изображении. Если цепь заводится на стойку
несколько раз, графы, относящиеся к этой стойке, повторяются.
501
Каналы одного назначения, организованные различными систе-
мами передачи, проходят по вводно-коммутационным и испыта-
тельным стойкам аналогично.
На рис. 15.9 приведена схема прохождения цепи симметрично-
го кабеля, используемой для работы оконечной станции ОК-ЗТ.
После ввода цепь поступает на вводно-защитное устройство ВЗУ
вводно-кабельной стойки ВКС. На панели вводно-защитных уст-
ройств ВЗУ-О, размещаемой на каркасе аппаратуры ОК-ЗТ, выпол-
няется гальваническая развязка линейной части цепи и аппаратуры.
На рис. 15.10 приведена схема включения системы передачи К-60Т
в оконечном пункте, где предусматривается организация транзита
ее первичной группы ПГ1. Ввод цепи происходит на стойке ввод-
но-кабельного оборудования СВКО-Т, в состав которой входят
междугородные боксы БМ и вводно-кабельное оборудование ВКО.
Стойка позволяет включить два симметричных кабеля емкос-
тью 4x4. Кабели приема и передачи с цепями соответственно низ-
кого и высокого уровней заводятся на разные стойки. Этим ис-
ключается влияние сигналов с выхода системы передачи на ее вход.
502
о
ев
со
СВКО-Т
БМ вко
Д-8
СВКО-Т
БМ ВКО
Д-8
СЛО-Т
кАРУ
Секция ГО
ЛКЧ 16;
248 кГц
СГП-Т
СКП-1
стпг
СКП-Т
Прием Прием Прием
кАРУ
Несущая
564 кГц
Секция
ПНЧ["
ПГ
РМ
Несущие
Секция
ПКЧ
СКП-1
Г
Г2
АРУ
АРУ
к уер ПГ
другой
системы
Секция КП
Прием
---- 1”2
12
420-444 кГц
Передача
ТАРУ
рм]
Секция
пнч
О
я
Передача ▼
т
вг-г- ПГ
ПГ
о
S
3
Секция
ПКЧ
о
КЧ 84,14 кГц
РМ
КЧ 411,86 кГц
ОТ Пр ПГ
' другой
системы
—I____£2
Секция КП 1
Передача
Рис. 15.10
После усиления в оборудовании стойки линейных усилителей СЛОТ
сигнал со спектром частот 12—252 кГц поступает на стойку груп-
повых преобразователей СГП-Т, где преобразуется в спектр частот
вторичной группы 312—552 кГц. Указанные токи могут быть на-
правлены на стойку транзита вторичных групп Тр или преобразова-
ны в токи с частотами 60—108 кГц пяти первичных групп ПГ1—ПГ5.
Токи первичной группы ПГ1 через стойку транзита первичных
групп СТПГ и стойку коммутации первичных групп СКП-1 по-
ступают на вход секции ППГ стойки групповых пробразователей
СГП-Т другой системы К-60Т. Сигналы первичных групп ПГ2—ПГ5
подаются на стойку канальных преобразователей СКП-Т, где пре-
образуются в спектры частот 48 каналов ТЧ. Несущие частоты, кото-
рые используются в модуляторах и демодуляторах стойки СКП-Т,
вырабатываются в секции получения несущих частот ПНЧ этой
же стойки. В секции ПНЧ-60, входящей в состав стойки СГП-Т,
получаются токи несущих частот для формирования вторич-
ной группы.
На рис. 15.11 приведена схема включения цифровой системы пе-
редачи ИКМ-120 в оконечном пункте сети связи. После ввода в ЛАЦ
цепи передачи и приема, организованные в различных кабелях сим-
метричной двухкабельной линии связи, подключаются к стойке
ВКС, а затем к стойке линейного оборудования СЛО-О аппарату-
ры ИКМ-120. С выхода стойки СЛО-О сигналы в тракте приема со
скоростью 8448 кбит/с поступают на оборудование вторичного
504
временнбго группообразования ВВГ. В нем происходят разделе-
ние вторичного цифрового потока и организация четырех пер-
вичных цифровых каналов ПЦК со скоростью приема сигналов
2048 кбит/с. Указанные сигналы поступают на электрический кросс
первичных цифровых каналов, а затем на аппаратуру цифрового ка-
налообразования АЦК. С ее выхода принимаемые сигналы 30 кана-
лов ТЧ со спектром частот 0,3—3,4 кГц подаются на электрический
кросс ТЧ. Сигналы абонентов АТС поступают затем на кросс АТС.
На рис. 15.12 приведена схема включения мультиплексора
ввода/вывода МВВ волоконно-оптической системы передачи син-
хронной цифровой иерархии СТМ-4 в обслуживаемом промежу-
точном пункте. В нем предусматриваются выделение первичных
цифровых каналов ПЦК со скоростью передачи 2048 кбит/с и уста-
новка оборудования гибкого мультиплексирования ОГМ-ЗОЕ, пре-
образующего сигналы ПЦК в сигналы 30 каналов ТЧ. После вво-
да волоконно-оптический кабель заводится на оптический кросс в
ЛАЦ ВОЛС. С оптического кросса рабочие оптические волокна
поступают на линейные оптические интерфейсы мультиплексора
ввода/вывода. Выделяемые электрические сигналы ПЦК с компо-
нентного электрического интерфейса поступают на электрический
кросс ПЦК, а затем на оборудование ОГМ-ЗОЕ. Электрические
сигналы каналов ТЧ со спектром частот 0,3—3,4 кГц с выхода муль-
типлексора ОГМ-ЗОЕ подаются на электрический кросс ТЧ. Такой
же электрический кросс для удобства эксплуатации организован-
ных каналов устанавливается в ЛАЦ ВЧ.
На рис. 15.13 приведена схема прохождения канала ТЧ, исполь-
зуемого для общеслужебной телефонной связи. Для перехода с че-
тырехпроводного окончания канала аппаратуры К-60Т на двух-
проводное окончание используется оборудование стойки устройств
вызова и дифференциальных систем СУВДС, кроссировочные штиф-
ты стойки ПСП и комплекты коммутации на стойке СЧДП. Дан-
ная схема является типовой независимо от вида каналообразую-
щей аппаратуры. Она используется при ручном способе соединения
на коммутаторе междугородной телефонной станции МТС. Ука-
занная схема позволяет по заранее установленному расписанию под-
ключить канал ТЧ к аппаратуре связи совещаний СС, расположенной
505
506
Рис. 15.12
в специально оборудованной студии. Схема может быть исполь-
зована также для подключения к каналу ТЧ аппаратуры передачи дан-
ных или организации четырехпроводного транзитного соединения.
15.5. Общие сведения о техническом обслуживании
Техническое обслуживание представляет собой технологический
процесс, обеспечивающий поддержание на. должном уровне пока-
зателей качества и эксплуатационной надежности организуемых ка-
налов и трактов, своевременное предупреждение появления неисп-
равностей, а также их выявление и устранение. При техническом
обслуживании ЛАЦ проводят работы по текущему содержанию,
507
планово-предупредительному осмотру и проверке устройств, а так-
же аварийные и периодические измерения электрических парамет-
ров цепей, каналов и трактов.
Технический персонал ЛАЦ обычно разделяют на две смены,
обеспечивающие бесперебойное действие сетей связи. Все оборудо-
вание ЛАЦ распределяют между работниками смен, отвечающи-
ми за их состояние, своевременное проведение планово-предупре-
дительных работ и быстрое устранение повреждений. Измерения
характеристик, выполняемые в течение продолжительного перио-
да времени, а также регулировку аппаратуры проводят с привле-
чением работников измерительных групп.
Текущее содержание аппаратуры ЛАЦ предопределяет следу-
ющие основные виды работ: установление транзитных соединений
телефонных каналов и другие переключения цепей, каналов и трак-
тов, предусмотренных расписанием; контрольные испытания и из-
мерения характеристик каналов передачи для подготовки к эксплу-
атации; контроль за работой каналов и аппаратуры и устранение
возникающих повреждений; содержание оборудования ЛАЦ в со-
ответствии с техническими нормами.
Контрольные испытания и измерения каналов проводят в око-
нечных ЛАЦ.
Телефонные каналы НЧ и ТЧ проверяются на прохождение раз-
говора и сигналов вызова. Кроме того, измеряются остаточные за-
тухания каналов на частоте 1020 Гц и псофометрическое напряже-
ние помех. Эти испытания выполняются на стойках СЧДП.
Указанные контрольные испытания и измерения каналов прово-
дятся ежедневно в утренние часы.
Контроль за работой каналов состоит в проверке качества пере-
дачи по телефонным каналам с использованием переговорно-вы-
зывного устройства, которое устанавливается в положение конт-
роля. Кроме того, проводится наблюдение за состоянием
сигнализации. В случае возникновения повреждения определяются
причины и место повреждения, принимаются меры к его быстрей-
шему устранению.
Если повреждение произошло на линии, технический персонал
ЛАЦ вызывает линейного механика и контролирует работы по
устранению повреждений. Поврежденный участок физической цепи
508
заменяют на вводных стойках, используя шнуровые пары. В слу-
чае станционного повреждения неработающий узел оборудования
может быть выявлен проверкой внутренней диаграммы уровней с
использованием указателя уровня.
Планово-предупредительные работы выполняются для предуп-
реждения повреждения оборудования и проводятся систематичес-
ки в соответствии с утвержденным планом. Периодически осмат-
ривают детали оборудования, пайки и монтаж, устраняют
обнаруженные дефекты, заменяют неисправные детали, а также
чистят и регулируют приборы. На стойках не должно быть поло-
мок, изгибов, вмятин, обрывов проводов. Плохие пайки, разлох-
маченные оплетки монтажных проводов и соединительных шнуров,
сломанные ручки и винты, расшатанные ключи, кнопки, гнезда и
прочее должны быть немедленно устранены или заменены. Регули-
ровка реле, ключей, кнопок и других приборов должна приводить
к соответствию параметров паспортным данным.
Периодические измерения параметров физических цепей, трак-
тов и каналов передачи проводятся для проверки соответствия их
нормам. Периодические измерения физических цепей выполняют-
ся ежемесячно. Перед началом измерений, используя испытатель
линий, проверяют исправность измеряемой цепи. Затем мостом по-
стоянного тока измеряют сопротивление и асимметрию сопротив-
ления проводов цепи, сопротивление изоляции между проводами
цепи, а также каждым проводом и землей. Результаты измерений
каждой физической цепи записывают в учетную карточку установ-
ленной формы. После соответствующей обработки их сравнивают
с нормируемыми значениями и данными предыдущих измерений.
Если при очередном измерении обнаружится отклонение от них,
должны приниматься меры по устранению полученных отклонений.
Разрядники защитных устройств проверяют один раз в квар-
тал, а также перед началом сезона усиленной грозовой деятельно-
сти и после сильных гроз. При проверке измеряют сопротивление
изоляции между электродами и пробивное напряжение разрядника.
Периодические измерения и регулировку аппаратуры системы
передачи выполняют в соответствии с графиком технологического
процесса. Периодические измерения электрических характеристик
каналов (см. главу 5), проводят в оконечных ЛАЦ для проверки
t
509
их соответствия нормам. Измерения выполняются на стойках СЧДП
по переприемным участкам.
Результаты периодических измерений параметров аппаратуры
и характеристик каналов связи фиксируют и сравнивают с данны-
ми паспортов аппаратуры или каналов, составляемых при приемке
аппаратуры связи в эксплуатацию. В случае расхождений с паспор-
тными данными устанавливают причины и устраняют их.
Работы по измерениям и регулировке аппаратуры и каналов,
порядок и периодичность их выполнения обычно указывают для
каждого типа аппаратуры в заводских инструкциях по ее техничес-
кому обслуживанию. Соответствие параметров аппаратуры и ка-
налов паспортным данным и нормам с выполнением всех необхо-
димых измерений и регулировок проверяют один раз в год.
Задачи технического обслуживания цифровой сети связи на базе
систем СЦИ, создаваемой на железнодорожном транспорте, реша-
ется системой управления на первых трех ее уровнях: уровне эле-
ментов сети, уровне управления элементами и уровне управления
сетью. На уровне элементов каждый элемент сети (терминальный
мультиплексор, мультиплексор ввода/вывода, кроссконнектор и
другие виды оборудования) контролируется, диагностируется и
управляется встроенными микропроцессорами и специализирован-
ным программным обеспечением. На уровнях управления элемен-
тами и управления сетью создаются сети из отдельных элементов
определенной конфигурации, происходит диагностирование и ус-
тановление неисправностей элементов сети, выбор новых марш-
рутов через элементы сети, определение качественных показателей
передачи. Это дает возможность цифровой сети в случае каких-либо
неисправностей восстанавливать нормальное состояние, возобнов-
лять возложенные на нее функции и реализовывать услуги без вме-
шательства человека и ощутимого ущерба для пользователей сети.
15.6» Основные сведения по охране труда
Охрана труда представляет собой систему законодательных, со-
циально-экономических, организационных, технических, санитар-
но-гигиенических мероприятий по созданию условий, обеспечива-
510
ющих безопасность, сохранение здоровья и работоспособность
человека в процессе труда. На технический персонал ЛАЦ оказы-
вают воздействие ряд опасных и вредных факторов. Персонал, об-
служивающий ВОЛС, дополнительно подвергается воздействию
лазерного излучения, возможности попадания мельчайших остат-
ков оптического волокна на кожу. Однако общими для всех и наи-
более опасными факторами являются повышенное значение напря-
жения в электрических цепях обслуживаемой аппаратуры и
электромагнитное излучение. Поэтому в ЛАЦ должна обеспечивать-
ся электробезопасность, которая представляет собой систему орга-
низационных и технических мероприятий и средств, защищающих
людей от вредного воздействия электрического тока, электричес-
кой дуги, электромагнитного поля и статического электричества.
Стандарт определяет следующие организационные и технические
мероприятия по обеспечению электробезопасности:
к работе должны допускаться лица, прошедшие инструктаж и
обучение безопасным методам труда, проверку знаний правил и
инструкций по безопасности в соответствии с занимаемой должно-
стью применительно к выполняемой работе;
при проведении работ с действующими электроустановками дол-
жны быть назначены лица, ответственные за организацию и безо-
пасность производства работ, оформлен наряд или распоряжение
на выполнение работ, осуществлен допуск к проведению работ,
организован надзор за выполнением работ, оформлено окончание
работы, перерывы в работе, переводы на другие рабочие места,
установлены рациональные режимы труда и отдыха;
перед выполнением работ со снятием напряжения следует: от-
ключить установку (ее часть) от источника питания; проверить
отсутствие напряжения, механическое запирание приводов ком-
мутационных аппаратов; снять предохранители, отсоединить кон-
цы питающих линий и принять другие меры, исключающие воз-
можность ошибочной подачи напряжения к месту работы;
заземлить отключенные токоведущие части; оградить рабочее ме-
сто или остающиеся под напряжением токоведущие части, к ко-
торым в процессе работы можно прикоснуться или приблизить-
ся на недопустимое расстояние;
511
работы на токоведущих частях, находящихся под напряжени-
ем, должны выполняться по наряду не менее чем двумя лицами, с
применением электрозащитных средств, обеспечением безопас-
ного расположения работающих и используемых механизмов
и приспособлений.
В соответствии со стандартом определены следующие техничес-
кие способы и средства обеспечения электробезопасности:
для обеспечения защиты от случайного прикосновения к токо-
ведущим частям необходимо: применять защитные оболочки,
защитные ограждения, безопасно располагать токоведущие ча-
сти, изолировать их и рабочее место; предусмотреть защитное
отключение, предупредительную сигнализацию, блокировку,
знаки безопасности;
для обеспечения защиты от поражения электрическим током при
прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые
могут оказаться под напряжением в результате повреждения изо-
ляции, необходимо: выполнить защитное заземление, зануление,
выравнивание потенциалов, использовать систему защитных про-
водов, защитное отключение, электрическое разделение сети, ком-
пенсацию токов замыкания на землю, изолировать нетоковедущие
части; контроль изоляции, применить средства индивидуальной
защиты.
Технические способы и средства применяются раздельно или в
сочетании с друг с другом так, чтобы обеспечивалась максималь-
ная защита.
Все оборудование дома связи и ЛАЦ должно отвечать этим
требованиям.
512
Глава 18» Проежтирование первичной сети связи
16.1 • Перспективы существующей сети
Учитывая особенности функционирования существующей ана-
логовой первичной сети, базирующейся на традиционных кабелях
с медными жилами (наличие влияний со стороны цепей железнодо-
рожной автоматики и телемеханики, организованных по сигналь-
ным парам, и каналов низкой частоты), первые опыты применения
цифровых систем передачи выявили трудности и показали слож-
ность организации цифровых линейных трактов (см. п. 16.4).
Следовательно, на немагистральных направлениях, где установ-
лены и работают аналоговые системы передачи, сеть связи пока
будет развиваться в направлении увеличения каналоемкости дей-
ствующих магистралей для создания необходимого числа кана-
лов для всех видов вторичных сетей и резервирования каналов вво-
димых в эксплуатацию цифровых сетей.
На ряде направлений, где не будут прокладываться ВОЛС, а так-
же при замене кабелей с большими сроками службы целесообразно
использовать выпускаемые отечественной промышленностью ка-
бели МКПлАШП и МКПпАБпШп емкостью 4x4 и 7x4.
Для доуплотнения линий передачи и замены выработавшей ре-
сурсы аппаратуры К-бОп, П-306 и К-24Т должна использоваться
разработанная в ГП «Дальняя связь» (С.-Петербург) по заданию
МПС система передачи К-60Т. Она предназначена для организа-
ции каналов ТЧ магистральной, дорожной и отделенческой сетей
связи и совмещает в себе функции систем К-бОп, П-306 и К-24Т.
Структура каналов аппаратуры К-60Т удовлетворяет требованиям,
предъявляемым к ним при организации общеслужебных и оператив-
но-технологических вторичных сетей. Входящая в ее состав стойка
промежуточного оборудования СП К-60Т позволяет многократно
выделять токи первичной группы по принципу, реализованному в
аппаратуре К-24Т. Это дает возможность организовать между двумя
оконечными пунктами в спектре частот одного линейного тракта 48’
прямых, девять групповых и три многоточечных канала ТЧ.
17 Зак. 4611
513
В аппаратуре использованы современные миниатюрные изде-
лия, микросхемы общего и частного применения. Это позволило
уменьшить: в 3—4 раза размеры, в 2—3 раза — потребление элек-
троэнергии. Таким образом, при развитии первичной сети связи не
потребуется строительства новых помещений ЛАЦ и увеличения
мощности электропитающих установок. Аппаратура К-60Т имеет
более совершенную систему телеконтроля параметров обслужи-
ваемых и необслуживаемых пунктов для передачи их в узлы авто-
матизированной системы технической эксплуатации сети. Это по-
зволит повысить живучесть сети оперативным выявлением
поврежденных участков без вмешательства обслуживающего пер-
сонала и быстрой локализацией неисправности, организуя обходы.
Для организации каналов «подтягивания» абонентов, располо-
женных на перегонах, к крупным станциям целесообразно исполь-
зовать системы передачи К-ЗТ.
Таким образом, аналоговая сеть связи на симметричных кабе-
лях на некоторых направлениях еще не исчерпала себя полнос-
тью. Аналоговое оборудование будет преобладающим в процент-
ном соотношении на протяжении еще довольно длительного
времени. Доуплотнение существующих кабельных магистралей со-
временной аппаратурой позволит увеличить число каналов ТЧ для
функционирования технологической связи и, кроме того, послу-
жит резервом для организуемых цифровых сетей.
К основным преимуществам цифровых систем передачи инфор-
мации относятся: высокое качество каналов, возможность практи-
ческого устранения накопления шумов в линиях большой протя-
женности благодаря регенерации сигналов, малая чувствительность
к изменению параметров линий передачи, более простая оконеч-
ная аппаратура по сравнению с аппаратурой аналоговых систем
передачи (АСП), технологичность изготовления и обслуживания.
Однако ЦСП требуют иного подхода к использованию суще-
ствующих кабельных линий передачи, чем АСП. Линейные сигна-
лы ЦСП занимают значительно более широкий, чем в АСП, спектр
частот, в результате чего регенерационные пункты необходимо раз-
мещать более часто, чем усилительные пункты в линиях передачи
с АСП. Это приводит к появлению дополнительного оборудова-
ния на перегонах между станциями, что усложняет комплекс ра-
бот при монтаже, настройке и обслуживании магистралей.
514
При внедрении ЦСП на существующих КЛП необходимо от-
бирать пары по переходному затуханию для обеспечения работы
как самих ЦСП, так и АСП, на которые они оказывают влияние
вследствие перекрытия спектров сигналов и более высокого уров-
ня цифрового сигнала на передаче.
В условиях железнодорожных кабельных магистралей ЦСП под-
вергаются воздействию импульсных помех, создаваемых низкочас-
тотными цепями оперативно-технологической связи (ОТС) и линей-
ными цепями СЦБ. На местных сетях связи ЦСП подвергаются
воздействию импульсных помех, создаваемых электромеханическим
оборудованием АТС-ДШ, работой номеронабирателей, батарейной
трансляцией импульсов набора номера.
Практика применения ЦСП показала, что эти факторы не являются
сдерживающими в развитии цифровых систем связи. Задача состоит в
том, чтобы, внедряя ЦСП, максимально использовать их преимуще-
ства и возможности развитой сети существующих кабельных линий.
На железнодорожных сетях связи ЦСП применяются в первую
очередь на местных сетях крупных железнодорожных станций и
узлов (ИКМ-30, ИКМ-120) для организации соединительных ли-
ний и на двухкабельных магистралях с кабелями МКСА 4х4х1,2,
ЗКП 1x4x1,2 для организации каналов дорожной связи (ИКМ-120).
Обычно эти цифровые линии имеют небольшую протяженность и
не образуют единую цифровую сеть из-за сложности их приме-
нения на участках КЛП с высоким уровнем помех. Эти трудно-
сти могут быть преодолены, но требуют высокой квалификации
специалистов и использования комплекса организационно-тех-
нических мероприятий по обеспечению помехоустойчивости обо-
рудования линейного тракта.
Поэтому в условиях железнодорожного транспорта для орга-
низации магистральной и дорожной связи с использованием сис-
тем передачи ИКМ-120 на линиях с кабелями МКСА, МКПАШ
целесообразно применение отдельных кабелей, не содержащих ис-
точников импульсных помех, и, следовательно, строительство трех-
кабельных магистралей. Для этого могут быть использованы ка-
бели МКС, ЗКП и сигнально-блокировочные кабели для
организации линейных цепей СЦБ. На неэлектрифицированных
участках допустимо использование кабелей ЗКПА (КСПЗП).
515
Так как сеть связи железнодорожного транспорта развивается
вдоль железнодорожных магистралей, одной из основных особен-
ностей построения первичных сетей связи МПС является организа-
ция по одной и той же кабельной линии передачи, проложенной
вдоль полотна железной дороги, одновременно всех видов (магист-
ральной, дорожной и отделенческой) связи. Это обстоятельство
непосредственно влияет на структуру построения первичной сети и
предъявляет особые требования к системам передачи.
Анализ вариантов организации цифровой сети связи МПС на
разных уровнях, включая связь отделений железных дорог, с исполь-
зованием аппаратуры ЦСП, выпускаемой отечественной промыш-
ленностью (ИКМ-30, -120, -480), показал невозможность комплек-
сного решения этой задачи. Это связано, прежде всего, с
принципиальными отличиями в организации каналов технологи-
ческой связи и в условиях эксплуатации кабельных магистралей по
сравнению с общегосударственной сетью связи.
Поэтому в настоящее время преимущество отдается волоконно-
оптическим системам передачи с использованием на промежуточных
станциях мультиплексоров ввода/вывода и гибких мультиплексоров.
К каналообразующему оборудованию на оконечных и промежуточ-
ных железнодорожных станциях могут подключаться как аналоговые,
так и цифровые автоматические коммутационные станции (АТС), рас-
порядительные станции и промпункты ОТС, аппаратура передачи дан-
ных и другая аппаратура, используемая на сети связи МПС.
Применение ВОК решает проблемы организации высококаче-
ственных каналов магистральной и дорожной связи на грузонапря-
женных участках, но является достаточно дорогостоящим спосо-
бом на местном уровне, особенно при доведении волокна до
абонента. Поэтому актуальность вопросов использования существу-
ющих кабельных линий передачи для работы ЦСП будет сохранять-
ся еще довольно длительное время. Эта проблема является общей в
нашей стране и за рубежом. По оценкам специалистов, существую-
щие кабельные линии будут составлять основу сетей телекоммуни-
каций в течение 15 лет, а на уровне местных сетей — в течение 30 лет.
Одним из эффективных решений проблемы использования су-
ществующих кабельных линий для высокоскоростной цифровой
передачи является разработанная в США и широко применяемая в
516
мире технологии HDSL (высокоскоростная передача данных по
абонентским линиям) и ADSL (ассимметричная цифровая переда-
ча по абонентским линиям) [24].
Применение аппаратуры HDSL на местных и отделенческих се-
тях связи обеспечивает следующие преимущества: работу по це-
пям с заниженными электрическими параметрами; работу по со-
ставным (неоднородным) кабельным линиям с жилами различного
диаметра; не требует отбора пар; длина регенерационных участ-
ков в среднем в два раза больше, чем для стандартных линейных
трактов ИКМ-30; низкий коэффициент ошибок — не более 1х10‘9;
встроенная система диагностирования и измерения коэффициента
ошибок аппаратуры в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т.
Преимущества аппаратуры HDSL обусловлены применением
линейного кода 2B1Q, в некоторых образцах — амплитудно-фазо-
вой модуляции без несущей, системы эхоподавления, системы циф-
ровой обработки сигналов и компенсации помех.
Применение линейного кода 2BIQ приводит к снижению такто-
вой частоты входного цифрового потока в 4 раза и обеспечивает
возможность регенерации сигнала. При использовании регенера-
торов дальность связи составляет до 80 км в зависимости от типа
кабеля и диаметра жил. Аппаратура HDSL выпускается в двух мо-
дификациях: только на скорость цифрового потока 2048 мбит/с и
на диапазон скоростей от 48 до 2048 кбит/с. Она может применять-
ся как в качестве оборудования линейного тракта для соединений
типа «точка-точка», так и для более сложных топологий совместно
с другим, например мультиплексорным, оборудованием ЦСП.
Технической основой улучшения электрических характеристик
действующих кабельных линий могут служить новые отечествен-
ные и зарубежные технологии восстановления электрических харак-
теристик цепей, а также материалы, инструменты, позволяющие
выполнять кабельные работы, которые при традиционных техно-
логиях доступны немногим квалифицированным специалистам.
Практическое освоение новых кабельных технологий, материа-
лов и арматуры дистанциями сигнализации и связи позволит вос-
становить электрические характеристики эксплуатируемых КЛС,
улучшить работу действующих аналоговых систем передачи и обес-
печить эффективное внедрение ЦСП.
517
16.2. Основные требования к первичной сети связи
железных дорог с использованием цифровых систем
передачи информации
Первичная сеть связи как основа системы электросвязи МПС
определяет ее главные качественные характеристики: надежность,
пропускную способность, управляемость и технико-экономические
показатели. По этим характеристикам цифровые первичные сети
существенно превосходят аналоговые благодаря высокому уровню
унификации, интеграции цифровых технических средств, удовлет-
воряющих концепции открытых систем.
При построении первичных цифровых сетей следует учитывать
планы развития вторичных сетей электросвязи МПС. Принципы
организации первичных сетей, сформулированные на основе име-
ющегося у нас в стране и за рубежом опыта, в полной мере подхо-
дят и для перспективной сети связи МПС.
Во-первых, первичная сеть должна быть цифровой на всех уров-
нях. Это позволит существенно повысить темпы внедрения совре-
менной цифровой технологии связи и обеспечить координацию вне-
дрения цифровой техники передачи информации с аналогичными
средствами распределения ее на вторичных сетях. Линии передачи
как магистральные, так и местные необходимо организовывать
только на основе стандартных цифровых каналов и трактов.
Во-вторых, одним из основных принципов является четкая ко-
ординация процессов перехода на цифровые системы передачи пер-
вичной и вторичных сетей, так как большинство функциональных
возможностей цифровых вторичных сетей эффективны только при
условии, что могут быть установлены чисто цифровые соединения
между терминалами абонентов. Функциональные характеристики
первичной сети должны обеспечивать возможность ее использова-
ния для любых вторичных сетей не только МПС, но и общего пользо-
вания, частных сетей и сетей других ведомств с целью возможностей
взаиморезервирования, а также использования свободных мощно-
стей в коммерческих целях.
Важным является выбор топологии сети, которая должна эко-
номично реализовывать структуры всех вторичных сетей электро-
связи и быть оптимальной с точки зрения их постепенной интегра-
518
ции. Выбор структуры цифровой первичной сети — серьезная на-
учная проблема в комплексе задач оптимизации системы техноло-
гической связи. Тенденции развития электросвязи неизбежно ведут
к заметному повышению роли первичной сети в поддержке суще-
ствующих и перспективных информационных услуг.
Должна обеспечиваться возможность существенного расшире-
ния пропускной способности по мере предоставления пользовате-
лям вторичных сетей новых услуг, требующих широкополосных
каналов (например, в сети технологической связи видеосвязь, ви-
деоконференция, промышленное телевидение, связь компьютерных
сетей в реальном масштабе времени).
Цикл жизни первичной сети обычно значительно превышает
аналогичный период вторичной сети, поэтому топология перспек-
тивной первичной сети должна быть оптимальна для всех суще-
ствующих на ее основе вторичных сетей и возможного расшире-
ния их функций и интеграции.
Концентрация переноса информации всех вторичных сетей в
рамках единых средств передачи первичной сети возможна только
при условии, что будут найдены технические решения по обеспе-
чению ее надежности. Система обеспечения надежности в перспек-
тивной первичной сети — один из самых ответственных ее элемен-
тов. Эта задача должна решаться разработкой и использованием
целого комплекса организационных, технических и сетевых реше-
ний. Один из главных принципов для реализации этой цели —
наличие в сети системы управления для поддержки заданных пока-
зателей надежности и качества функционирования.
Основными критериями оптимального построения первичных
сетей являются «стоимость» и «надежность». Эти критерии связа-
ны между собой прямо пропорциональной зависимостью. При оп-
тимизации развития первичной сети по стоимостному критерию
(приведенные затраты) критерий надежности является ограничива-
ющим фактором.
Железнодорожные первичные сети целесообразно строить ис-
ходя из критерия надежности, т.е. выбора таких характеристик си-
стем передачи, при которых она функционирует с заданным каче-
ством при допустимых экономических показателях.
519
Перспективная цифровая сеть может быть создана на основе
рационального использования всех типов направляющих систем,
цифровых систем передачи плезиохронной и синхронной иерар-
хий, систем кроссовой коммутации и системы управления сетью.
На магистральном, дорожном и отделенческом уровнях циф-
ровая сеть МПС развивается вдоль железных дорог с использова-
нием оборудования систем передачи синхронной цифровой иерар-
хии на принципах известной стратегии «наложения». Это позволит
создать качественно новую сеть, оптимальную по структуре, уп-
равлению и возможностям ее дальнейшего развития.
Развитие местных сетей будет продолжаться, в основном, на базе
систем плезиохронной иерархии на волоконно-оптических и су-
ществующих кабельных линиях передачи, применяя стратегию «за-
мещения» аналоговых систем передачи на цифровые. Причем на
существующих кабелях с медными жилами целесообразно исполь-
зовать специальные технологии, например HDSL.
Эти утверждения нельзя считать категоричными, так как техни-
ка систем передачи стремительно развивается. Системы СЦИ со-
вершенствуются в сторону увеличения пропускной способности для
магистральной связи и в сторону мелких потребителей. Для этого
организуются удаленные оптические выносы третичных и первич-
ных цифровых потоков от магистральных мультиплексоров, а так- "
же выполняется интеграция аппаратуры СЦИ с аппаратурой
абонентского доступа.
Таким образом, задача оптимального построения цифровой пер-
вичной сети связи — рациональный выбор технических средств,
обеспечивающих удовлетворение потребностей в передаче и рас-
пределении всех видов информации на любом ее уровне.
Основа первичных сетей связи — направляющие системы, по
которым организуются тракты цифровых систем передачи.
Цифровые тракты первичной сети создаются по волокнам опти-
ческих кабелей связи, парам симметричных кабелей и стволам ра-
диорелейных линий. В качестве основного вида направляющей сис-
темы при новом строительстве и увеличении пропускной способности
действующей сети используется волоконно-оптический кабель как
обладающий наибольшими помехозащищенностью, пропускной
способностью и допускающий различные варианты подвески, про-
кладки в зависимости от условий эксплуатации [19].
520
Совершенствование технологии ВОК, увеличение объемов их
выпуска, а также отсутствие в конструкции дорогостоящих цвет-
ных металлов приводят к устойчивому снижению стоимости кабе-
лей. В настоящее время стоимость ВОК сопоставима, а в ряде слу-
чаев ниже стоимости магистральных симметричных кабелей связи.
Волоконно-оптический кабель изготавливается с требуемыми за-
казчиком конструктивными и механическими характеристиками
под конкретные условия прокладки и эксплуатации.
Пропускная способность волоконно-оптических линий переда-
чи (количество оптических волокон и систем передачи) должна опре-
деляться с учетом внутренних потребностей МПС, а также всех опе-
раторов сетей общего пользования в районе прохождения ее трассы.
Волоконно-оптические кабели, используемые при строительстве
ВОЛС на железнодорожных магистралях, должны иметь не менее
16 волокон. В Концепции создания цифровой сети связи МПС [5]
рекомендовано шесть волокон выделить для организации связи от-
делений дороги. С этой целью при проектировании должен быть
предусмотрен их ввод в служебно-технические здания на проме-
жуточных станциях. Кабели должны быть с одномодовыми во-
локнами и использоваться в диапазонах длин волн 1,31 и 1,55 мкм.
При расстоянии между узлами сети, не превышающем 40 км, обыч-
но используется диапазон 1,31 мкм, а на участках протяженностью
свыше 40 км — 1,55 мкм. Волокна магистральных кабелей долж-
ны позволять в перспективе использование аппаратуры со спект-
ральным уплотнением [20].
Выбор типа ВОК, его оптических и конструктивных характе-
ристик, а также топологии линейного тракта необходимо делать с
учетом способа прокладки, технологии выполнения аварийно-вос-
становительных работ, варианта обслуживания сети связи, цены
простоя линейного тракта или отдельных сегментов связи, требуе-
мого значения коэффициента готовности линейного тракта, терри-
ториального распределения потребителей услуг в районе прохож-
дения трассы ВОЛС и размера передаваемого трафика.
521
При выборе типа ВОК следует отдавать предпочтение кабелям
без металлических элементов в их конструкции, как не требую-
щим применения специальных мер защиты от опасных электро-
магнитных влияний со стороны контактной сети переменного тока
и грозовых разрядов.
При строительстве ВОЛС необходимо проведение комплексных
изысканий с целью технико-экономического обоснования спосо-
бов прокладки-подвески ВОК на отдельных участках трассы (сети):
непосредственно в грунт, в полиэтиленовом трубопроводе, кабель-
ном желобе, подвеска самонесущего кабеля на опорах контактной
сети или высоковольтных линий автоблокировки, подвеска воло-
конно-оптического кабеля способом навивания провода осветитель-
ных сетей или линий электропередачи [19].
Одной из важнейших задач проектирования сетей связи являет-
ся правильное размещение вдоль проектируемых линий передачи
усилительных и регенерационных пунктов. Причем такие расчеты
необходимо проводить для аналоговых и цифровых систем пере-
дачи независимо от того, по какой направляющей среде организо-
вана связь. Ниже приводятся основные правила расчетов для ка-
бельных линий передачи.
16.3. Принципы размещения усилительных пунктов
вдоль кабельной магистрали с аналоговыми системами
передачи информации
Аналоговые системы передачи работают по кабельным магист-
ралям с медными жилами, при этом может использоваться одно-
или двухкабельная системы связи. Возможности работы по той
или другой системе определяются при выборе аппаратуры с уче-
том типа используемого кабеля. Далее проектируемую кабельную
магистраль разделяют на переприемные участки по тональной и
высокой частотам и устанавливают пункты выделения каналов пе-
редачи в соответствии с эксплуатационными требованиями.
Рассмотрим элементы проектирования кабельной магистрали
на примере наиболее распространенной на сети связи МПС систе-
мы передачи К-бОп, технические данные которой приведены ниже.
522
Линейный спектр частот каналов ТЧ, кГц.............. 12—252
Номинальные относительные уровни передачи по мощно-
сти по каналам ТЧ на выходе линейных усилителей ОП,
ОУП, дБ:
без предыскажения (только на коротких магистра-
лях протяженностью до 250 км)....................... -5
с предыскажением на частоте:
252 кГц.............................................. -1
12 кГц.......................................... -11
Система АРУ в усилителях:
НУП................................................. Температурная,
частотно-
зависимая
ОУП.......................................... По контрольным
частотам, двух-
и трехчастотная
Линейные контрольные частоты, кГц, для АРУ:
наклонной............................................ 16
криволинейной................................ 112
плоской........:............................. 248
Размещение усилителей с АРУ:
температурной....................................... В каждом НУП
двухчастотной (в ОУП) при системе провод—земля
через расстояние, км ........................ 250—300
трехчастотной (в ОУП й ОП) через расстояние, км... 500—600
Максимальное число НУП между двумя ОУП исходя из наи-
большего допустимого напряжения дистанционного питания,
организованного по системе:
провод—провод................................................ 6
провод—земля......................................... 12
Номинальное затухание усилительного участка на частоте
252 кГц при максимальной температуре грунта, дБ..... 51
Разность затуханий:
контура постоянного наклона в цепи ООС
на частотах 247 и 17 кГц, дБ ........................ 13
линейных выравнивателей на частотах 247 и 17 кГц, дБ 17,0; 18,6; 20,2;
22; 23,6; 25
523
Затухание, дБ:
линейных выравнивателей на частоте 252 кГц............. 1
двух линейных трансформаторов........:........... 1
Магистральные выравниватели:
расстояние между ними, км........................... 60—80
затухание на частоте 252 кГц, дБ................. 3
Искусственные линии:
эквивалентная длина кабеля, км....................... 3; 6
затухание, дБ, на частоте:
252 кГц:
ИЛЗ ............................................. 7,4
ИЛ6.......................................... 14,9
ИЛЗ—ИЛ6...................................... 22,3
12 кГц:
ИЛЗ ........................................ 2,2
ИЛ6 .......................................... 4,3
ИЛЗ—ИЛ6 ................................. 6,5
Пределы изменения усиления грунтовой АРУ при изменении
температуры на 20°С (от -2 до + 18°С, от -10 до +10°С, от +10 до
+30°С), дБ, для кабеля МКС на частоте:
12 кГц................................................. 1
252 кГц.......................................... 2,1
Пределы регулировки АРУ по контрольным частотам, дБ, для
усилителей:
с двухчастотной АРУ:
плоской (248 кГц)................................ ±4
наклонной (12 кГц).......................... ±3,5
с трех частотной АРУ:
плоской (248 кГц)................................ ±4
наклонной (12 кГц).............................. ±3,5
криволинейной (80 кГц).......................... ±3,5
Погрешность АРУ, дБ:
частотной............................................ ±0,5
температурной........................................ ±0,2
524
Максимальное усиление усилительных станций на час-
тоте 252 кГц при максимальном положении регуляторов
АРУ, дБ:
для НУП............................................. 55
для ОУП, ОП ........................................ 61
Минимальное усиление усилительных станций на частоте
252 кГц, дБ:
для НУП................................................. 45
для ОУП, ОП ........................................ 49
Средняя псофометрическая мощность шумов, пВт, в
точке с нулевым относительным уровнем, вносимых в
каналы ТЧ системы:
линейным трактом при дальности передачи 2500 км ... 7500
оборудованием двух оконечных станций с НЧ
окончанием каналов или оборудованием
транзита по низкой частоте ........................ 500
оборудованием транзита по ВЧ (по первичным
группам)........................................... 200
оборудованием выделения каналов (на 4, 12 и 24
канала) в тракт:
прямого прохождения ................................ 30
выделения и введения четырех каналов ....... 350
Уровень мощности собственных шумов в спектре частот
одного канала ТЧ (248—252 кГц), приведенный по входу
линейного усилителя, дБ:
НУП и ОУП-2 .......................................... -132
ОУП-3 и ОП...................................... -129
На основании данных о длине секций автоматического регули-
рования усиления определяют место размещения ОУП с двух- или
трехчастотной АРУ. Как правило, для ОУП выбирают достаточно
крупные железнодорожные станции, где есть электроэнергия и со-
ответствующие помещения. На участках магистрали между ОУП,
руководствуясь значением средней или номинальной длины уси-
лительного участка, намечают места расположения НУП с грунто-
вой АРУ или без нее. Стремятся разбивать магистраль на одинако-
вые по затуханию усилительные участки номинальной длины.
525
Номинальная длина усилительного участка
= ан I ,
где </н — номинальное затухание усилительного участка (только ка-
беля), дБ; Я/. — километрическое затухание кабеля на верхней частоте
линейного спектра при максимальной температуре грунта, дБ/км.
Частотные характеристики километрического затухания кабе-
лей в справочниках приводят для температуры грунта Т = +20°С.
Километрическое затухание кабеля при любой температуре грунта
а, -а[1-аа(Т0-/)],
где а — километрическое затухание кабеля при температуре
То = +20°С, дБ/км; а(х — температурный коэффициент километ-
рического затухания кабеля, 1/град.
Практически нельзя точно выдержать номинальную длину. Од-
нако значительных отклонений от нее следует избегать, так как уве-
личение длины усилительного участка ведет к возрастанию помех
в каналах магистрали, а уменьшение ее — к повышению стоимости
магистрали. Желательно, чтобы длина участка перед ОУП была на
1—2 км меньше номинальной. Такое ограничение длины, несмотря
на большую усилительную способность усилителей ОУП, опреде-
ляется большим значением собственных шумов и необходимостью
включения на их входах магистральных выравнивателей со значи-
тельным затуханием.
Минимальная длина усилительного участка (наименьшая коррек-
тируемая длина) определяется способностью усилителя устранять
искажения, вносимые линией передачи наименьшей длины. Линей-
ные усилители имеют контур постоянного (начального) наклона и
линейный выравниватель определенного типа, которые постоянно
включены в схему и создают определенный перепад усиления на
крайних частотах линейного спектра. Этот перепад усиления и оп-
ределяет минимальную длину участка.
Минимально корректируемая длина усилительного участка
Anin - (ДйКНН + А^ЛВ! Иа/2 “ ал
где Д«кнн — разность затуханий контура начального (постоянного)
наклона на частотах/2 и/|, дБ; zk/jlBl — разность затуханий первого ли-
нейного выравнивателя на частотах /2 и f\, дБ; ау2 и а/]— километричес-
526
кое затухание кабеля на частотах линейного спектра, для которых зада-
ны значения zk/кнн и ^ЛВ1 при минимальной температуре грунта, дБ/км.
При строительстве кабельных магистралей иногда необходимо
длину усилительного участка сделать меньше, чем допускается кор-
ректирующей способностью усилителя. В этом случае на входе уси-
лителя, следующего за укороченным участком, включают искусст-
венные линии, электрически дополняющие его до необходимой
длины. Желательно укороченные участки располагать около ОУП.
Число этих участков между соседними ОУП с использованием ис-
кусственных линий не должно быть более трех.
Максимальная длина усилительного участка определяется уси-
лительной способностью линейных усилителей. Пределы регули-
рования грунтовой АРУ обычно выбирают, исходя из условий ком-
пенсации изменения затухания участка кабеля номинальной длины
при определенных типе кабеля и перепаде температур грунта. По-
этому для более длинного участка эти изменения полностью ком-
пенсироваться не будут.
Во избежание превышения допустимого уровня передачи при
изменении температуры грунта примем, что затухание участка мак-
симальной длины Zmax будет компенсироваться усилителем при ми-
нимальной температуре грунта:
*$тах ~ А*$АРУг ~ а t minimax + 2#т>
где Smax — максимальное усиление усилителя, дБ; Д^арУг — пределы
регулирования усиления грунтовой АРУ, дБ; a/min — километрическое
затухание кабеля при минимальной температуре грунта на расчетной ча-
стоте, дБ/км; 2</т — затухание двух линейных трансформаторов, дБ.
Исходя из этих условий, максимальная длина усилительно-
го участка
^тах = (*^тах “ ^^АРУг ~ 2#Т) ^armin- (16.1)
В отдельных, редких случаях длина усилительного участка
может быть выбрана больше полученной по формуле (16.1).
Тогда уровни передачи при любой температуре грунта будут
ниже номинального.
Одновременно с размещением усилительных пунктов выбира-
ют места для установки магистральных выравнивателей. Необхо-
димость в последних вызвана тем, что частотные характеристики
527
промежуточных усилителей, определяемые линейными выравнива-
телями, неточно соответствуют частотным характеристикам затуха-
ния кабелей, вследствие чего в групповом тракте систем передачи
возникают амплитудно-частотные искажения, накапливающиеся по
длине магистрали. Магистральные выравниватели удобно устанав-
ливать на концах одного и того же участка, длина которого выб-
рана меньше номинальной.
Правильность размещения промежуточных усилителей на ка-
бельной магистрали проверяют построением диаграммы уровней
и расчетом допустимых и ожидаемых шумов в каналах систем пе-
редачи. Перед построением диаграммы уровней выбирают номи-
нальные уровни системы передачи, определяют затухание усили-
тельных участков и усиления усилителей.
Системы передачи могут работать без предыскажения и с пре-
дыскажением линейного спектра частот. При работе без предыска-
жения уровни передачи по всем каналам устанавливают одинако-
выми. В этом случае в наиболее худших условиях с точки зрения
помехозащищенности оказываются каналы верхней части линей-
ного спектра, так как сигналы, передаваемые по этим каналам, пре-
терпевают наибольшее затухание. Для выравнивания шумов уров-
ни в верхних каналах повышают, а для сохранения той же средней
мощности группового сигнала уровни в нижних каналах понижа-
ют. Системы передачи, работающие без предыскажения, могут быть
применены только на коротких кабельных магистралях, каналы
которых не участвуют в транзитных соединениях.
На железнодорожном транспорте, где любые пункты должны
иметь возможность соединения между собой, даже системы переда-
чи, установленные на коротких магистралях, должны работать с
предыскажением спектра частот.
Рабочее затухание усилительных участков рассчитывают для
верхней частоты линейного спектра при минимальной и максималь-
ной температурах грунта.
Диаграмма уровней служит для получения исходных данных для
дальнейших электрических расчетов и является руководящим до-
кументом при настройке и эксплуатации кабельной магистрали. Все
расчеты ведутся для верхней частоты линейного спектра и данные
расчетов заносятся в таблицу. Вначале определяется затухание
528
xaui = *°dZ ;iau s Tsoi = *°dZ • j-au s‘sh = s/.‘o*86i = ““’j этюьэт^ц
69‘£ £8‘fr 86‘6 £‘81 9l‘£ 8‘33 ££.> £9‘i7 90‘0l £‘9 L‘IZ —> хдл ‘яоиХт чюонТпорм
£‘зг 99‘9 9V‘oi c‘Z.1 £3‘9 I‘6 9£‘ll £0‘9 90‘0l 11‘9 £9‘t <—
frO‘O9~ 3Г19- L№ I‘49- £0‘£9- £0‘99_ £Z‘l9- £1‘19- 9>9- t£‘Z9~ t8‘t9~ —> н* ‘AdV иоаашХШ пюоньаьэн иаьэвХ 3EN9Hdii4H9aodx
to‘99- 36‘19~ £9>9” 6‘99- Zt‘Z9- £0>9” £0‘Z9- 9>9- t£wZ9- W‘l9- <—
gr g‘ I = g‘o—у — aooedi иээя оц gtf ‘HhBtfsdau HHsaodX и1чн«пгениион
3‘o I/O 9‘0 8‘0 I z‘o l7‘0 9‘0 8‘0 —> 9* ‘AdV HoaoiHXdj Hiogcd Ч1ЭОННО1ЭН
O‘I 8‘0 9‘0 t/o 3‘0 — 8‘0 9‘0 l7‘0 3‘0 — <—
S‘6t> 9‘6t? 9‘39 99 £‘09 9‘Z9 £‘6t P‘6P 9‘39 9‘09 — —> a* ‘ИЭ1ГЭ1И1ГИЭХ ЭИНЭ1ГИЭД
9‘6t? 9‘39 99 £‘09 9‘39 £,‘617 t‘617 9‘39 9‘09 9‘6l7 — <—
t7g‘6t> 39‘6fr L&ZS 0‘99 3£‘O9 £9‘39 ££‘617 £t‘6l7 9‘39 fr9‘09 t9t9 —> gtf ‘яолювьЛ хннчкэхиииэХ ЭИНРХХ±В£
vfzs 39‘6l7 l£ZS 0‘99 3£‘O9 £9t9 ££‘617 £l7‘6t 9‘39 l79‘09 179‘617 <—
i I £+1 I 6>l+l £+1 I I £+1 I £+1 —> gtf ‘aiOHOdioX Х1ЧН1ГОХЯ ЭИНВХ/1В£
£+1 I £+1 I 6‘frl+l £+1 I I £+1 I I
99‘9l7 ZZ/9t> £9‘9l7 £8‘39 8t‘££ 49‘9fr Z8‘9fr 9‘£l7 £‘917 £‘£17 99‘9t ЭоЗ- элхзвьХ иончиашпиэХ вн ‘gtf ‘кладем ЭИНВХК1В£
l79‘8fr Z9‘8t> £9‘8l7 0‘t* 38>£ £9‘8t ££‘817 £t‘8t 9‘8t t9‘6t 179‘817 3o8l+
ZHAO IS lUAHl fr'IUAH IE'lLIAH1 ГI UAH | IlUAH I IUAO ItoUAH1EOUAH |ZOUAH | IOUAH1 UO аохлнЛц аинвяонэиивн
63‘8l 93‘8l fr3‘8l £‘03 96‘3l frZ‘8l 0£‘8l £9‘8l 93‘8l 99‘8l £3‘8l ня ‘яолювьЛ ХННЧЕЭХИЕИЭЛ UHHIftf
901 36 ил ‘KHHBflodHifXjad ИИЙЛЭЭ BHHIfV
Гох1+гох$+$о‘1хт gviixw ‘П09-Л Э1ЧННВ1Г Э1ЧН1ГОХЭИ
18 Зак. 4611
в Ti и if 9 в x
усилительных участков, а затем уровни на входе и выходе усили-
телей и их усиления. Затухание рассчитывается при максимальной
и минимальной температурах грунта:
a-al+2ci ,
т’
где а — километрическое затухание кабеля на верхней частоте
линейного спектра, дБ; / — длина усилительного участка, км; 2ят —
затухание двух линейных трансформаторов, дБ.
Уровни передачи и усиление усилителей определяются после-
довательно для всех пунктов каждого направления. Режим работы
обычно выбирается с предыскажением линейного спектра. Уровни
на выходе оконечных станций принимаются равными номиналь-
ным. Уровни на входе НУП при максимальной Ти минимальной t
температурах грунта:
р = п _л -a i р = р -а-а ,
? прГ гперГ Т вх’? пр/ гпер/ / вх’
где Рпр'Л Рпр/ — уровни на входе усилителя при максимальной и мини-
мальной температурах грунта, дБ; рпер7, Рпер/ — уровни на выходе пре-
дыдущей станции при максимальной и минимальной температурах грун-
та, дБ; ар и а( — затухания предыдущего усилительного участка при
максимальной и минимальной температурах грунта, дБ; авх — затухание
входных устройств (линейных выравнивателей «лв, магистральных вы-
равнивателей ямв и искусственных линий лил), дБ.
Разность уровней на входе НУП, дБ,
А/*пр “ Л1р/ “ ЛлрГ’
где РпрьРпрТ— уровни приема при минимальной и максималь-
ной температурах грунта, дБ.
Усиление усилителей в НУП определяется в зависимости от со-
отношения между изменением усиления грунтовой АРУ Д5 и уров-
ня приема Дрпр-
Диаграмму уровней строят для максимальной температуры грун-
та по результатам расчета рпер и рпр для обоих направлений пере-
дачи (рис. 16.1). На диаграмме уровней должен быть показан мак-
симально допустимый уровень передачи, который соответствует
номинальному, сниженному на значение погрешности частотных
АРУ (0,5 дБ). Цифрами на диаграмме обозначают все уровни при-
ема, а уровни передачи только в тех случаях, когда они меньше
номинальных.
530
Учитывают только ту погрешность работы АРУ (грунтовых
±ДАРУг и частотных ДАРУч/ которая приводит к уменьшению
уровней сигнала, так как это может вызвать увеличение уровня
собственных шумов выше допустимого значения. Полностью ди-
аграмму уровней не рассчитывают, а определяют только уровни
на входе усилителей, необходимые для расчета шумов.
В тракте передачи устройства АРУ отсутствуют, поэтому уров-
ни на входе первого НУП остаются неизменными. На входе вто-
рого НУП уровни могут снижаться на значение ДАРУ г, на входе
третьего — на значение 2ДАРУг и т.д: На выходе первого НУП,
следующего после ОУП, уровни не снижаются, на входе второго
снижаются на значение ДАРУ г, на входе третьего НУП — на значе-
ние 2 ДАРУ г и т. д.
Значения результирующей погрешности ДрПр/ и соответствую-
щие им уровни на входах усилителей рпр/ вносят в таблицу под
диаграммой уровней.
Помехи являются одной из основных характеристик кабельной
магистрали. Они характеризуют правильность размещения про-
межуточных усилителей. Поэтому после расчета затухания участ-
ков усиления усилителей и построения диаграммы уровней опре-
деляют допустимое и ожидаемое значения мощности помех в канале
и сравнивают их друг с другом.
531
Общая мощность шумов в каналах систем передачи на кабель-
ной магистрали равна сумме мощностей отдельных составляющих:
Робщ Рлпн+^an ?с +^л +^ок +
+Рпптч^1 +Рпппг^2“^ ^выд^З» (16.2)
где Рлин — мощность шумов линейного тракта; Рап — мощность шу-
мов аппаратуры; Рс — мощность собственных шумов; Ри — мощность
шумов от нелинейных переходов; Рл — мощность шумов от линейных
переходов; Рок — мощность шумов оконечных станций; Рп11 тч — мощность
шумов аппаратуры переприема по ТЧ; Рпп пг — мощность шумов
аппаратуры переприема по первичным группам; Рвыд— мощность шумов
аппаратуры выделения; п\, //3— число переприемов по НЧ, ВЧ и пунк-
тов выделения каналов.
Обычно из всех составляющих общих шумов рассчитывают толь-
ко собственные шумы. Считают, что остальные составляющие при
нормальных условиях работы аппаратуры и кабеля не будут пре-
вышать допустимых значений.
Среднее значение псофометрической мощности шума по Реко-
мендациям МСЭ-Т для эталонной (гипотетической) цепи симмет-
ричного кабеля длиной L = 2500 км, уплотненной 60-канальной
системой передачи, в канале ТЧ в точке с нулевым относительным
уровнем должно быть не более 10000 пВт в час наибольшей нагруз-
ки. Из них 2500 пВт отводятся на шумы аппаратуры оконечных и
переприемных станций и 7500 пВт — на шумы линейного тракта.
Следовательно, допустимая мощность общих шумов, пВт, для
магистрали длиной /, км,
Робщд = юооо m
Между составляющими шумов линейного тракта (Рсд, Рнд, Рлд)
в многочетверочном кабеле обычно выполняется соотношение 1:1:2.
Следовательно, допустимая мощность собственных шумов и шу-
мов от нелинейных переходов, пВт, для магистрали длиной /, км,
Рсд = 0,25x7500 (//L),
а допустимая мощность шумов от линейных переходов для магист-
рали длиной /, км,
Рлд = 0,5-7500 (//£).
При расчете ожидаемой мощности шумов учитывают следую-
щее. Если уровень сигнала на входе У-го усилителя принять равным
532
рПр/(Рис- 16.2), а уровень соб-
ственных шумов, приведен-
ный к входу усилителя, рсп ,,
то разность уровней между
сигналом и шумом на входе
усилителя А/?/ = рпр / -рсп /. Эта
разность сохранится и на
выходе канала в точке с отно-
сительным уровнем рк. Здесь
уровень шума, появившегося
на /-м усилительном участке,
ТУ ОП . НУП ОП ТУ
'—•-----©S-v
Рс/ =Рк-&Pi ~Рк~~Рпр/+ Реп /• Для точки с нулевым относительным уров-
нем, гдерк = 0,рс/ =рсп / -рПр/. Тогда мощность собственных шумов, мВт,
на выходе канала от одного усилительного участка Рс =10 1 1 .
Мощность собственных шумов на выходе канала равна сумме
мощностей шумов, приходящих с каждого участка. Общая ожидае-
мая псофометрическая мощность собственных шумов в точке с
нулевым относительным уровнем на выходе канала, пВт,
Л + 1 п п 0,1( р -р }
Р= £ (109/Р)-Ю р' ,
/=|
где к — псофометрический коэффициент, для каналов с полосой эф-
фективно передаваемых частот 0,3—3,4 кГц А' = 1,33;/;С1П — уровень мощ-
ности собственного шума в спектре одного телефонного канала, приве-
денный по входу усилителя, дБ; рпр/ — уровень на входе усилителя (по
диаграмме уровней), дБ.
Полученная ожидаемая мощность собственных шумов не долж-
на превышать допустимую: Рс £ Рсд. Если это соотношение не вы-
полняется, следует пересмотреть размещение промежуточных пунктов,
сократив число усилительных участков большой длины. После
перераспределения вновь выполняется проверочный расчет шумов.
Ожидаемая мощность нелинейных шумов ориентировочно при-
нимается равной мощности собственных шумов: Ри = Рс. Мощность
шумов от линейных переходов не зависит от размещения промежу-
точных пунктов, а определяется степенью симметрирования
533
кабеля и числом работающих систем передачи. Поэтому ожи-
даемая мощность от линейных переходов может быть принята рав-
ной допустимой мощности этого вида шумов: Рл = Рлд.
Ожидаемая мощность шумов аппаратуры определяется типом
и количеством устанавливаемого оконечного оборудования Рок,
оборудования переприема Рпп и выделения каналов РВыд- Значе-
ния этих шумов приведены в технических данных аппаратуры.
Ожидаемая псофометрическая мощность общих шумов на ка-
бельной магистрали в точке с нулевым относительным уров-
нем будет равна сумме мощностей всех составляющих шумов
[см. (16.2)]. Ожидаемая мощность общих шумов должна быть воз-
можно ближе к допустимой, но не превышать ее: Робщ 5 Л>бщ д-
16.4. Размещение регенерационных пунктов
в цифровых системах передачи информации, работающих
по симметричным кабелям с медйыми жилами
Все производимые отечественной промышленностью ЦСП раз-
рабатывались для конкретных типов кабелей, используемых на се-
тях Министерства связи. Для местных сетей это кабели Т, ТПП, для
внутризоновых и магистральных ЗКП или МКС [13].
На сети связи железнодорожного транспорта используются
симметричные высокочастотные кабели с диаметром жил 1,05 мм и
кордельно-трубчатой полиэтиленовой изоляцией, в алюминиевой
оболочке (МКПА) и кабели с диаметром жил 1,2 мм и кордельно-
бумажной изоляцией в алюминиевой оболочке (МКБА). Основным
типом кабеля является МКП 7x4x1,05 + 5x2x0,7 + 1x0,7.
Положительный опыт реконструкции кабельных магистралей
при переходе на ЦСП накоплен в подразделениях Министерства
связи. В условиях железнодорожного транспорта сложность прове-
дения таких работ определяется особенностями конструкции желез-
нодорожных кабелей и условиями работы кабельных магистралей,
существенно отличающимися от кабельных магистралей Министер-
ства связи. Эти отличия состоят в следующем:
наличие, кроме высокочастотных, низкочастотных цепей связи
и сигнальных пар (жил) для организации цепей СЦБ;
534
большой коэффициент защитного действия оболочки для проклад-
ки кабеля вдоль дорог, электрифицированных на переменном токе;
значительное число ответвлений от магистрали к объек-
там на линии;
сложное взаимное расположение цепей различного назначения
кабелей по длине магистрали;
действие помех со стороны линейных цепей СЦБ, цепей ОТС на
высокочастотные цепи связи; электромагнитные влияния контакт-
ной сети и устройств управления подвижного состава на цепи связи.
Возможность работы ЦСП на железнодорожных кабельных ма-
гистралях зависит от вышеперечисленных факторов, но в первую
очередь определяется параметрами передачи и взаимных влияний
в рабочем диапазоне частот ЦСП, от которых, в свою очередь, за-
висит качество коррекции импульсов в регенераторах и, следова-
тельно, длина регенерационного участка.
На железнодорожных магистралях имеется опыт применения
систем передачи ИКМ-30 и ИКМ-120 с использованием высокоча-
стотных кабелей связи. Срав-
ним электрические характери-
стики железнодорожных
кабелей с характеристиками
кабеля типа МКС, по которо-
му обычно организуют ли-
нейный тракт системы переда-
чи ИКМ-120.
Наиболее близким к кабе-
лю типа МКС 4x4 по километ-
рическому затуханию и харак-
теру его изменения (рис. 16.3)
является кабель типа МКПА
7x4, который позволяет органи-
зовать работу линейного трак-
та без подстройки элементов
схемы корректирующего усили-
тсля регенератора ИКМ-120.
Данный вывод подтвержден
результатами измерений
Рис. 16.3
535
диаграммы «глаз» на выходе корректирующего усилителя ре-
генераторов ИКМ-120 на магистрали с кабелями типа МКП.
Наибольшее отличие частотной характеристики затухания имеет
кабель типа МКБА, что приводит к значительному сокращению
длины регенерационного участка при использовании системы пе-
редачи ИКМ-120. Поэтому данные кабели целесообразно исполь-
зовать только для работы систем передачи ИКМ-30.
Взаимные влияния во внутричетверочных комбинациях влия-
ющих цепей магистральных железнодорожных кабелей значитель-
но больше, чем в кабелях МКС. Так, средняя защищенность на
дальнем конце цепи Ау на частоте f = 4,224 МГц для строительной
длины кабеля МКПА 35,29 дБ, а для МКС — 48,4 дБ. Для межчет-
верочных комбинаций взаимовлияющих цепей средние значения
А у примерно одинаковы и равны 52,1 и 57,0 дБ соответственно для
кабелей МКПА и МКС. Таким образом, при использовании же-
лезнодорожных кабелей МКПА для работы системы передачи
ИКМ-120 целесообразно организовывать один линейный тракт
ИКМ-120 в каждой четверке, причем можно применять как высо-
ко-, так и низкочастотные четверки. В свою очередь, для работы
систем передачи ИКМ-30 могут быть использованы цепи одной и
равных четверок кабелей типа МКПА и МКБА.
Возможность применения железнодорожных кабелей МКПА для
работы ЦСП ИКМ-120 определяется также параметрами влияний
с выхода на вход регенератора через третьи цепи, проходящие тран-
зитом регенерационный пункт.
Влияние транзитных цепей в кабеле МКПА 7x4 на переходное за-
тухание Лоз ср в зависимости от частоты иллюстрируется нижеприве-
денными данными, где также даны минимальные значения Аоз через
третьи цепи кабеля МКПА (числитель) и МКС 7x4 (знаменатель).
Частота, МГц.... 2 4,224 6
Л оз ср, дБ.... 80,3 66,7 62,9
ДПпнп,дБ....... 73,1/92 58,6/83 54,9/82
8
58
49,7/73
10
50,4
37,6/71
Значение Аоз ср на частоте f = 4,224 МГц в кабеле МКПА значи-
тельно ниже минимального значения Лоз на этой частоте для кабе-
ля МКС и нормируемого значения Аоз = 95 дБ. Допустимое для
нормальной работы регенератора значение Аоз зависит от длины
536
прилегающего к нему регенерационного участка. Таким образом,
значение Аоз на частоте 0,5/У, дБ,
43(0,5/7,)S4(0,5/r)+101g/7+a(0,5/7,)/,
где п — число транзитных цепей; 01(0,5/7)/ — затухание участка реге-
нерации, прилегающего к НРП.
Затухание участка регенерации определяется исходя из того, что
защищенность от переходной помехи Лз/(О,5/т) должна быть не
менее 35 дБ, а помехи через третьи цепи суммируются по мощ-
ности. Например, при п = 6 и al =45 дБ Аоз = 83 дБ, а при п = 7 и
al = 55 дБ AQ3 = 95 дБ. Затухание 55 дБ является номинальным для
участка регенерации на частоте 0,5//= 4,224 МГц.
Из приведенных данных видно, что сокращение длины регене-
рационного участка позволяет снизить требование к значению Аоз.
Однако такая мера обеспечения работоспособности регенератора
существенно увеличивает затраты на оборудование линейного трак-
та и может применяться в исключительных случаях.
Таким образом, при эксплуатации ЦСП ИКМ-120 по железно-
дорожным КЛП для уменьшения влияний с выхода на вход регене-
раторов через третьи цепи требуется применение специальных мер.
К ним относятся: установка защитных фильтров в третьи цепи
(см. рис. 11.6), переключение линейных трактов ИКМ-120 из одно-
го кабеля в другой (см. рис. 11.5), а при необходимости и сокраще-
ние длины регенерационного участка.
Предельную длину участка регенерации, км, можно определить,
зная минимальное и максимальное усиления корректирующего уси-
лителя регенератора 5, дБ, и километрический коэффициент затуха-
ния цепи а, дБ/км, при t = 20° С на полутактовой частоте ЦСП 0,5/7:
L 5(0,5/г)
РУ а(0,5/г)'
Для регенераторов ИКМ-30 минимальное усиление 8 дБ, а макси-
мальное 36 дБ; для ИКМ-120А 45—65 дБ, для ИКМ-120У 20—70 дБ.
Обычно определяют номинальную длину регенерационного учас-
тка исходя из номинального усиления корректирующего усилите-
ля 32 дБ для регенераторов ИКМ-30 и 55 дБ для регенераторов
ИКМ-120 и затухания цепи а(0,5/г) при максимальной температу-
537
ре грунта для данных условий эксплуатации кабельной линии. При
выполнении требований, предъявляемых к параметрам взаимных вли-
яний цепей строительных длин кабелей и условиям эксплуатации ЦСП,
участки регенерации проектируют номинальной длины. В зависимос-
ти от организации схемы связи, условий размещения регенераторов,
числа параллельно работающих систем передачи, состояния и усло-
вий эксплуатации КЛП длина участка регенерации сокращается для
обеспечения необходимого значения А3 на входе регенератора.
Решающим фактором в определении длины регенерационных
участков, организуемых по, симметричным КЛП, являются переход-
ные помехи, возникающие при передаче сигналов по параллельным
цепям в кабеле. Помехи зависят от параметров взаимных влияний
между цепями в диапазоне частот, занимаемом системой передачи.
Для однокабельной схемы связи (по этой схеме иногда органи-
зуют тракты аппаратуры ИКМ-30) взаимные влияния между сис-
темами передачи определяются переходным затуханием между це-
пями на ближний конец Aq, для двухкабельной (которая является
основной для ЦСП) — переходным затуханием на дальний конец
А/ (см. рис. 11.3, 11.4). Защищенность цепей от действия пере-
ходных помех, вызванных работой однотипных систем передачи,
уровни сигналов которых одинаковы:
А3 = A-al, (16.3)
где А — переходное затухание на ближний или дальний конец цепи;
al — затухание цепи.
Из выражения (16.3) следует, что средняя длина участка регене-
рации, км, при параллельной работе однотипных ЦСП, максимум
энергетического спектра линейного сигнала которых приходится
на частоту 0,5/у-, определяется следующими соотношениями:
для однокабельной схемы связи
z _ /10(0,5/г)-А3-Л,-о
ру£ а(0Д/г) :
для двухкабельной схемы связи
AA№fT)-A -А'-о
РУ* а(0,5/г)
где А3 — защищенность регенератора ЦСП; для регенератора ИКМ-
120 Аз« 34 дБ, регенератора ИКМ-30 А3« 27 дБ; А' — добавочное затуха-
538
ние, учитывающее число N ЦСП, работающих параллельно рассматрива-
емой и оказывающих на нее влияние; А' = 20 1g N, 2 s N s 5; A' = 10 1g N,
Ni6;o — среднее квадратичное отклонение переходного затухания на
ближний или дальний конец цепи, дБ.
В условиях железнодорожных КЛП длина участков регенера-
ции и работоспособность линейного тракта во многом определя-
ются действием помех, вызванных работой различных железнодо-
рожных устройств и систем. Поэтому помимо приведенных выше
расчетов в проектах необходимо предусматривать специальные
меры обеспечения помехоустойчивости ЦСП. Выявляют особен-
ности проектируемого участка, которые могут повлиять на каче-
ство работы ЦСП. К таким особенностям относятся: однородность
КЛП (число и протяженность вставок на данном участке кабель-
ной линии); число отпаев от КЛП к объектам на линии (релейные
шкафы, посты ЭЦ, блокпосты, переезды, дома связи); сближения
КЛП с ЛЭП (протяженность участка сближения, расстояние меж-
ду КЛП и ЛЭП); электрификация участка дороги, вдоль которого про-
ложена КЛП (худшее условие при электрификации на переменном токе);
местоположение КЛП относительно дороги (в теле земляного полот-
на, полосе отвода); число задействованных цепей в КЛП (число цепей
ОТС, типы систем передачи, работающие по цепям связи).
Важным моментом является определение мест установки НРП,
которые следует оборудовать вне постов ЭЦ, домов связи на рас-
стоянии от них 200—500 м. Если это не удается, необходимо в пре-
делах указанного расстояния сократить длину участка регенерации.
В ряде случаев для улучшения условий работы регенераторов
требуется установить защитные фильтры в параллельные цепи ОТС,
которые заводятся в помещения ЛАЦ, постов ЭЦ, блок-постов, рас-
положенных на этом и прилегающих к нему участках.
При переоборудовании существующих кабельных магистралей
для работы ЦСП целесообразно выбрать участок с наихудшими
условиями эксплуатации и провести измерения параметров пере-
дачи и влияний в реальных условиях. Иногда по результатам из-
мерений оборудуют опытный регенерационный участок и измеря-
ют коэффициент ошибок. Если на участке не выполняются
требуемые нормы, его следует существенно сократить или разде-
лить на два равной длины [8].
539
Следует отметить, что применение ЦСП на железнодорожных
кабельных магистралях, оборудованных К-бОп, нецелесообразно.
Для повышения пропускной способности таких магистралей необ-
ходимо их дооборудование такими же аналоговыми системами пе-
редачи для получения максимального числа каналов ТЧ. Для рабо-
ты ЦСП в этом случае обычно прокладывают ВОК.
16.5. Размещение регенерационных пунктов
волоконно-оптической системы передачи информации
Длина / регенерационных участков ВОСП, работающих на срав-
нительно низких скоростях передачи (2 и 8 Мбит/с) определяется
прежде всего потерями в волокнах, поэтому расчет ведется по за-
туханию без учета дисперсионных искажений. Однако при проек-
тировании высокоскоростных ВОСП должны рассчитываться от-
дельно длина участка регенерации по затуханию 1а и длина участка
регенерации по широкополосности /ш.
Максимальная проектная длина участка регенерации по затуха-
нию, км,
4/ max G^max ~ “ ^з) / + ^а + /1с / /ст),
где Атах — максимальное значение перекрываемого затухания, дБ, ап-
паратуры ВОСП, определяемое как разность между минимальным уров-
нем мощности оптического излучения на передаче и уровнем чувствительно-
сти приемника, при значении коэффициента ошибок не более 1х10‘10;
Ар — затухание мощности оптического излучения разъемного оптического
соединителя, дБ; А3 — системный запас ВОСП по кабелю на участке реге-
нерации, учитывающий старение элементов оптической цепи и возможность
проведения ремонтных работ на кабеле (4 + 6 дБ), дБ; а — километрическое
затухание в оптических волокнах кабеля на расчетной длине волны, дБ/км;
Да — возможное увеличение затухания ОВ при температуре окружающей
среды ниже -40 °C (учитывается при подвеске и наружной прокладке и не
превышает 0,05 дБ/км; Ас — среднее значение затухания мощности опти-
ческого излучения неразъемного (сварного) оптического соединения меж-
ду строительными длинами кабеля на участке регенерации, дБ; /ст — сред-
нее значение строительной длины кабеля на участке регенерации, км; т —
число разъемных оптических соединителей на участке регенерации.
540
Причины, ограничивающие предельные значения /„ и /ш, неза-
висимы. Это видно из формулы
/ш = (4,4x10’5) /
где D — суммарная дисперсия одномодового оптического волокна,
пс/нмхкм; d— ширина спектра источника излучения, нм; В— широкопо-
лосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту, МГц.
Если по результатам расчетов /ш < 1а тах, для данных условий в
качестве максимальной длины регенерационного участка на маги-
страли принимается полученная величина /ш.
Если по условиям проектирования сокращать длину участка ре-
генерации нельзя, необходимо подобрать аппаратуру или кабель с
другими техническими данными (Z), d), обеспечивающими больший
запас по широкополосности на участке регенерации. Расчет дол-
жен быть проведен снова. Критерием окончательного выбора аппа-
ратуры или кабеля должно быть выполнение соотношения /ш > la тах
с учетом требуемой пропускной способности тракта В на перс-
пективу развития. 1
В ряде случаев бывает необходимо определение минимально
допустимой длины регенерационного участка, например, когда по
заданию на проектирование промежуточные станции на участке
расположены близко друг к другу и возможна перегрузка оптичес-
ких приемников, вызывающая искажения принимаемых сигналов:
4/ min “ ^min / (<Х + Да + Ас / /ст),
где, /1т{п — минимальное значения перекрываемого затухания аппа-
ратуры ВОСП, определяемое разностью между максимальным уровнем
мощности оптического излучения на передаче и уровнем перегрузки оп-
тического приемника, дБ.
Если требуемое расстояние / между аппаратурой ВОСП оказа-
лось меньше минимально допустимой длины регенерационного
участка la min, на таких коротких участках на вход оптических при-
емников включают аттенюаторы, вносящие дополнительное зату-
хание Ядоп- избежание перегрузок приемника должно выпол-
няться условие Лдоп > /lmin ~ <*1.
Уровень перегрузки приемника и уровень его чувствительнос-
ти определяются соответственно как максимальное и минималь-
ное значения уровня мощности оптического излучения на входе
541
приемника, при которых обеспечивается коэффициент ошибок не
более 1х10‘10 к концу срока службы аппаратуры ВОСП.
Уровни мощности оптического излучения на передаче, ширина
спектра источника излучения, затухание мощности оптического
излучения разъемного оптического соединителя, уровни чувстви-
тельности и перегрузки приемника должны быть приведены в тех-
нических характеристиках на аппаратуру. В частности, для ВОСП
СЦИ они должны удовлетворять требованиям ОСТ.45.104-97.
Параметры оптических волокон и кабелей приводятся в техни-
ческих характеристиках на поставляемый оптический кабель (a, D)
или определяются условиями и технологией прокладки (Ас, /ст).
16*6» Взаимодействие комплекса оборудования
первичных сетей связи в единой цифровой сети
В настоящее время происходит перевооружение первичных се-
тей связи, связанное прежде всего с увеличением темпов строитель-
ства волоконно-оптических линий передачи, обладающих целым
рядом преимуществ перед линиями, построенными на традицион-
ных кабелях с медными жилами. Новые высокоскоростные техно-
логии постепенно завоевывают телекоммуникационное простран-
ство. Однако традиционно для больших многоуровневых и
протяженных сетей связи новые технологии еще довольно продол-
жительное время будут не только существовать, но и взаимодей-
ствовать в рамках единой сети с оборудованием, установленным и
освоенным ранее. Такой сетью является сеть связи железнодорож-
ного транспорта, где аналоговое оборудование, физические цепи
соседствуют с цифровыми системами передачи информации.
В соответствии с решениями Государственной комиссии по элек-
тросвязи оборудование сети системами синхронной цифровой
иерархии стало основой для развития и совершенствования пер-
вичной сети связи России. Все построенные в последние годы ма-
гистральные линии используют оборудование СЦИ. Модерниза-
ция магистральной сети МПС также основана на СЦИ.
Благодаря своим достоинствам системы передачи СЦИ быстро
завоевали свое место на сетях связи всего мира. Прежде всего это
магистральные и региональные сети связи. Последние разработки
в области систем СЦИ не только в части повышения пропускной
542
i способности, но и в части расширения функциональности позво-
ляют строить разветвленные сети широкополосного доступа на базе
технологии СЦИ не только на региональном, но и местном уровне,
а также сети связи ведомственной принадлежности. Маршрутиза-
ция в СЦИ осуществляется программными средствами и, следова-
тельно, существенно упрощается.
Синхронная цифровая иерархия не получила бы столь быстро-
го и успешного распространения по всему миру, если бы не был
решен вопрос о ее взаимодействием с действующими цифровыми
сетями, основанными на оборудовании ПЦИ. В оборудовании
СЦИ возможен асинхронный ввод сигналов ПЦИ на различных
уровнях (рис. 16.4). Если тактовые частоты сигналов ПЦИ и обо-
рудования СЦИ различны, проводится согласование скоростей,
аналогичное применяемому в мультиплексорах ПЦИ. Наличие
стандартных интерфейсов действующих иерархий ПЦИ позволя-
ет встраивать оборудование СЦИ в существующие цифровые сети,
в максимальной степени обеспечивая использование уже работа-
ющей на сети аппаратуры. Звездочка на рис. 16.4 означает крат-
ность мультиплексирования.
В настоящее время аппаратура ПЦИ успешно эксплуатируется
на существующих сетях связи. В новых проектах многоканальные
системы передачи ПЦИ используются на кабельных линиях с мед-
ными жилами, на уровне доступа к существующим сетям или в
качестве привязки к удаленным от магистралей СЦИ объектам.
Комплексные сетевые проекты обычно учитывают особеннос-
ти оборудования обеих иерархий и увязывают их в единые
сетевые решения.
Сочетания различных топологий позволяют создавать сети с
гибкой архитектурой. Как правило, все мультиплексоры СЦИ име-
ют возможность оснащения различными платами оптоэлектронных
интерфейсов на длинах волн 1310 и 1550 нм, выбор которых позво-
ляет оптимизировать структуру линии в зависимости от соотно-
шения стоимости и длины регенерационных участков.
Использование различных «окон прозрачности» волокон кабелей
и специальных мер по увеличению длины регенерационного участка
позволяют располагать мультиплексоры вдоль железнодорожных
магистралей на необходимом расстоянии (от 1 до 100 км и более).
543
64 кбит/с
ПЦИ
СЦИ
Рис. 16.4
2,5 Гбит/с
Для железнодорожных сетей наиболее целесообразно использо-
\ вать кольцевые топологии и их варианты. Важным является не
• только правильный выбор оборудования, но и оптимальное рас-
положение узлов в каждом кольце и узлов, где будет организова-
но их взаимодействие.
Пропускная способность волоконно-оптических линий переда-
чи (число оптических волокон и систем передачи) определяется с
учетом внутренних потребностей МПС и возможностей предос-
тавления услуг связи операторам сетей общего пользования в рай-
оне прохождения трассы линий.
Выбор типа кабеля, его оптических и конструктивных характе-
ристик, а также топологии линейного тракта делается с учетом спо-
соба прокладки, технологии выполнения аварийно-восстановитель-
ных работ, варианта обслуживания сети связи, цены простоя
линейного тракта или отдельных сегментов связи, требуемого зна-
чения коэффициента готовности линейного тракта, территориаль-
ного распределения потребителей услуг в районе прохождения трас-
сы ВОЛС и размера передаваемого трафика.
При планировании цифровой сети связи МПС учитывается ряд
характерных ее особенностей. Сеть концентрируется вдоль желез-
ной дороги, полностью отражая ее конфигурацию. Основная фун-
кция первичной сети в данном случае — формирование единого
информационного потока, проходящего через последовательно рас-
положенные пункты выделения, где часть потока ответвляется для
обслуживания абонентов местной сети. Другая особенность сети —
в большинстве пунктов выделения ответвляется незначительная
часть потока: от долей до нескольких процентов главного потока.
Использование описанных выше возможностей СЦИ позволя-
ет решить проблему создания оптимальной сети связи МПС с ли-
нейно-протяженной структурой.
Структура магистральной сети строится с учетом необходимо-
го резервирования так, чтобы к каждому управлению дороги под-
ходило два направления волоконно-оптических трасс. По этим трас-
сам организуются кольцевые топологии магистральных колец
545
СЦИ, пропускная способность которых не менее формата STM-4.
Пропускная способность систем передачи на других направлени- ,
ях определяется общей емкостью информационного потока, кото-
рый должен быть обеспечен на данном участке железной дороги.
Количество потоков со скоростью 2048 Мбит/с, выделяемых на
станциях, зависит от производственной необходимости, а так-
же числа терминалов местной сети, которым требуется доступ
в сеть связи МПС.
При таком построении в определенной степени сглаживаются
традиционные понятия магистрального, дорожного и отделенчес-
кого уровней сети и цифровая сеть отражает двухуровневую систе-
му, имеющую уровень транспортной сети и уровень абонентского
доступа. Первичные потоки, используемые для магистральной до-
рожной и отделенческой сетей, большей частью интегрируются в
потоки STM-1, STM-4, обеспечивающие многократный ввод/вывод
компонентных потоков, передаваемых со скоростью 2048 Мбит/с,
из высокоскоростного группового потока.
При использовании на сети нескольких типов систем передачи
СЦИ (STM-1, STM-4, STM-16) должен соблюдаться принцип ре-
зервирования, заключающийся в поддержке системы нижнего уров-
ня системой верхнего уровня.
При проектировании сети должен быть реализован принцип са-
мовосстанавливающихся сетей — способность сети восстанавливать
свое нормальное состояние в случае каких-либо неисправностей без
вмешательства человека. Восстановление означает возобновление
функций и услуг, которые нормально обеспечиваются сетью без ре-
монта или замены неисправных компонентов. Принцип самовосста-
новления состоит в способности сети находить пути в обход неисп-
равного оборудования и поддерживать связь до тех пор, пока
действительная причина не будет выявлена и устранена. Глобальная
задача самовосстанавливающейся системы заключается в восстанов-
лении связи без какого-то ощутимого ущерба для пользователя сети.
Таким образом, как это и рекомендовано в руководящих доку-
ментах Министерства связи и МПС, первичная сеть связи будет
построена на кольцевых структурах. В случае, когда железные до-
роги проходят параллельно, кольцевание осуществляется с исполь-
зованием поперечных (рокадных) направлений или инфраструк-
546
i туры других ведомственных сетей, например на опорах ли-
ний электропередачи. На линейной сети связи, проложенной
вдоль железной дороги, будут формироваться кольцевые
структуры («плоское кольцо», когда для замыкания кольца
используются оптические волокна внутри одного кабеля) или,
в ряде случаев, использоваться защита 1 + 1. Опыт эксплуата-
ции первой ВОЛС СЦИ С.-Петербург — Москва показал неэф-
фективность построения протяженных колец на базе STM-1. Учи-
тывая взаимное тяготение узлов, расположенных вдоль
железнодорожных магистралей, кольца плоской структуры STM-
1 целесообразно организовывать в пределах диспетчерского уча-
стка и отделения дороги. Кольца большой протяженности орга-
низуются на дорожном и магистральном уровнях на оборудовании
более высокой пропускной способности.
Отечественные волоконно-оптические системы передачи ПЦИ,
работающие на скоростях передачи 140 Мбит/с, используют стан-
дартный для СНГ ряд оборудования: ИКМ-30, -120, -480, -1920.
Главный недостаток этих систем, усложняющий их применение в
цифровых сетях с многократным вводом/выводом цифровых по-
токов, передаваемых со скоростью 2048 кбит/с, и их распределени-
ем, связан с применением в ВОСП ПЦИ посимвольного мульти-
плексирования цифровых потоков. Такой способ приводит к
необходимости установки на промежуточных станциях ввода/вы-
вода оборудования для двух-, трехкратного мультиплексирования/
демультиплексирования цифровых потоков, что существенно ус-
ложняет построение сети. Поэтому в случае применения ВОСП ПЦИ
необходимо выбирать такие системы, в составе комплекса оборудо-
вания которых имеются мультиплексоры ввода/вывода (см. п. 10.6).
Эти системы могут быть использованы на тех участках, где не
планируется строительство систем СЦИ, но возникает необходи-
мость цифровизации сети связи. В дальнейшем, при внедрении си-
стем СЦИ, фрагметы сетей ПЦИ войдут в общую цифровую сеть.
Принципы построения цифровой сети поясняются схемой, при-
веденной на рис. 16.5. Вдоль железной дороги прокладывается ВОЛС
с использованием систем передачи STM-4 (STM-16). На крупных и
средних станциях организуются сетевые узлы, оборудованные
547
Местная сеть Магистральная сеть
Магистральный уровень
Крупная станция
Промежуточные станции
Рис. 16.5
синхронными мультиплексорами ввода/вывода с функциями кросс-
коннекта, обеспечивающими ответвление высокоскоростных пото-
ков (155 и 140 Мбит/с), распределение компонентных потоков, вза-
имодействие STM-1 и STM-4 нижнего уровня, разветвление потоков по
направлениям на узловых станциях, а также выделение необходимого
количества потоков, передаваемых со скоростью 2048 кбит/с.
На уровне отделенческой связи, как правило, должны приме-
няться системы STM-1. На некоторых направлениях, например, где
возможен большой коммерческий трафик с промежуточных стан-
ций, целесообразно использование системы STM-4. Все оборудо-
вание первичной сети СЦИ должно охватываться системой управ-
ления сетью. Центры управления организуются в крупных узлах с
учетом резервирования и возможностей передачи функций конт-
роля и управления в резервные центры.
Терминалы абонентов местной сети включаются в коммутаци-
онное оборудование вторичных сетей, которое, в свою очередь, че-
рез стыки 2048 кбит/с подключаются к первичной сети СЦИ. Для
подключения абонентов малых промежуточных станций использу-
ются отдельные тракты, рассчитанные на скорость 2048 кбит/с, ко-
торые могут быть организованы по волокнам того же кабеля, по
которому работают системы СЦИ. На малых станциях устанавли-
вается цифровой коммутатор оперативно-технологической связи
УАКЦ, к которому подключаются терминалы всех станционных
абонентов. Коммутатор может работать по волокнам кабеля и для
этого оснащается оптоэлектронными преобразователями или по
существующему кабелю с медными жилами с использованием
технологии HDSL.
На средних и малых станциях могут быть использованы гиб-
кие мультиплексоры ГМ, обеспечивающие доступ в сеть связи че-
рез широкую номенклатуру стыков типа лх64 Кбит/с, каналы ТЧ и
др. На малых станциях гибкий мультиплексор может служить для
включения абонентских устройств в коммутационное оборудова-
ние соответствующих вторичных сетей соседних станций, а на сред-
них станциях — расширить функции коммутатора.
Система связи железнодорожного транспорта создавалась деся-
тилетиями, она развивалась не только количественно, но и функци-
онально на всех уровнях. Чем ниже уровень, тем больше произ-
549
водственной специфики заложено в аппаратуру, в принципы орга-
низации кабельных трасс, тем ббльшая интеграция сети связи с
системами железнодорожной автоматики и телемеханики (АТ).
Эта особенность не позволяет полностью исключить использова-
ние кабелей с медными жилами, по которым работают некото-
рые виды оперативно-технологической связи и системы АТ. Стра-
тегия «наложения» предполагает строительство ВОЛС
дополнительно к уже существующим линиям передачи, а при но-
вом строительстве и при замене воздушных линий связи переда-
чи, кабельная магистраль должна состоять из двух (ВОК + сим-
метричный кабель для оперативно-технологической связи и цепей АТ)
или трех кабелей (ВОК + симметричный кабель связи +сигналь-
но-блокировочный кабель АТ).
Местные сети целесообразно развивать на базе систем ПЦИ,
используя новые технологии передачи сигналов по существующим
кабелям с медными жилами [24], что позволит снизить затраты на
ввод цифровых технологий.
В последние годы техника связи развивается стремительно, по-
этому содержание данной главы, да и учебника в целом, не может
претендовать на полноту, так как практически каждый год на теле-
коммуникационном рынке появляется новое оборудование, расши-
ряющее возможности построения цифровых сетей. В связи с этим
нельзя не закончить эту главу рекомендацией использовать допол-
нительные источники информации, в частности периодические спе-
циализированные издания, где освещаются текущая ситуация, тен-
денции развития отрасли и новые нормативные документы в области
железнодорожной связи.
550
Список использованной литературы
1. Федеральный Закон «О связи». Принят Государственной
Думой РФ 20 января 1995 г. Информкурьер (Приложение), 1995,
№ 1(17).— С.1—12.
2. Виноградов В.В., Кузьмин В.И., Гончаров А.Я.
Линии автоматики, телемеханики и связи на железнодорожном
транспорте. — М.: Транспорт, 1990. — 231с.
3. Система передачи К-60Т / И.А. Здоровцов, А.Ю. Казанский,
Л.В. Шинов и др. // Автоматика, телемеханика и связь, 1995,
№ 3. — С.4—7.
4. Маркова Л.И. Сети связи МПС // Автоматика, связь и
информатизация, 2000 г., N7. — С. 33.
5. Концепция создания цифровой сети связи МПС России // МПС РФ,
1997. — 90 с.
6. Б а г у ц В.П., Тюрин В.Л. Многоканальная телефонная связь
на железнодорожном транспорте: Учебник для техникумов ж.-д.
транспорта. — М.: Транспорт, 1988. — 383 с.
7. Кетермоул К. Принципы импульсно-кодовой модуляции.
Пер. с англ. / Под ред. В.В.Маркова. — М.: Связь, 1971. — 408 с.
8. Шмытинский В.В., Котов В.К., Здоровцов И.А.
Цифровые системы передачи информации на железнодорожном транс-
порте / Под ред. В.В. Шмытинского. — М.: Транспорт, 1995. — 238 с.
9. Шмытинский В.В., Коренников В.В., Ну пр и к В.Н.
Первая волоконно-оптическая линия связи на железнодорож-
ном транспорте И Автоматика, телемеханика и связь, 1990,
N 9. — С. 7—10.
10. К и р е е в В.И., Шмытинский В.В. Первая региональная
сеть синхронной цифровой иерархии в России // Электросвязь, 1995,
N 8 — С. 21—23.
11. Савченкова Т.В. Концепция внедрения СЦИ // Вестник
связи, 1994, N 5 —С. 11—13.
12. ГОСТ 26886—86. Стыки групповых каналов передачи и груп-
повых трактов первичной сети ЕАСС. Основные параметры.
13. Л е в и н Л.С., Плоткин М.А. Цифровые системы передачи
информации. — М.: Радио и связь, 1982. — 216 с.
551
14. Нормы на электрические параметры цифровых каналов и
трактов магистральных и внутризоновых первичных сетей //
Министерство связи Российской Федерации. Утверждены 10.08.96.
15. Многоканальная связь на железнодорожном транспорте:
Учеб, для вузов ж.-д. транспорта / Под ред. В.Л. Тюрина. —
М.: Транспорт, 1992. — 431 с.
16. Кудряшов В. А., Глушко В.П. Системы передачи диск-
ретной информации: Учеб, для техникумов ж.-д. транспорта.
М.: УМК МПС России, 2001. — 288 с.
17. Аппаратура ИКМ-30 / А.Н.Голубев, Ю.П. Иванов,
Л.С. Левин и др.; Под ред. Ю.П. Иванова и Л.С. Левина. —
М.: Радио и связь, 1983. — 184 с.
18. Аппаратура ИКМ-120 / А.Н.Голубев, Ю.П. Иванов,
Л.С. Левин и др.; Под ред. Л.С. Левина. — М.: Радио и связь, 1989.—256 с.
19. Виноградов В.В., Котов В.К., Нуприк В.Н. Воло-
конно-оптические линии связи. — Учеб, пособие для техникумов и
колледжей ж.-д. транспорта. ИПК “Желдориздат”, 2002. — 278 с.
20. Убайдулаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. — М.:
ЭКО-ТРЕНЗ, 1998. — 267 с.
21. Нетес В.А. Основные принципы самозалечивающихся се-
тей на основе синхронной цифровой иерархии //Электросвязь, 1995,
№12, —С. 9—11.
22. Нетес В.А. Новые возможности аппаратуры SDH // Вест-
ник связи, 1999, № 9. — С. 14—16.
23. Зе л е н я к-К уд ре й к о И.В., Костомаров Н.В.
Восстановление синхронизации в SDH сетях // Вестник связи, 1998 г.,
№ 1. — С. 36—39, № 2. — С. 65—68.
24. Денисьева О.М., Мирошников Д.Г. Средства
связи для «последней мили». — М.: ЭКО-ТРЕНЗ; НТС НАТЕКС,
1999.—137 с.
552
Оглавление
Предисловие...........................................3
Глава 1. Организация первичной сети связи
на железнодорожном транспорте.......................6
1.1. Принципы организации сетей связи.................6
1.2. Сеть связи железнодорожного транспорта и ее место
во Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации.10
Глава 2. Принципы передачи информации................20
2.1. Понятие об информации и сообщении...............20
2.2. Принципы передачи сообщений при помощи
электрической энергии................................22
2.3. Электрические сигналы и их характеристики.......24
2.4. Дальность передачи по проводным линиям..........29
2.5. Двусторонние усилители..........................35
Глава 3. Принципы построения аналоговых систем
передачи информации................................43
3.1. Разделение каналов по частоте...................43
3.2. Виды модуляции при частотном разделении каналов..46
3.3. Образование каналов тональной частоты...........50
3.4. Принципы построения систем передачи с частотным
разделением каналов..................................55
3.5. Стандартизация спектров систем передачи
с частотным разделением каналов......................57
Глава 4. Оборудование аналоговых систем передачи
информации.........................................74
4.1. Состав оборудования.............................74
4.2. Преобразователи частоты.........................76
4.3. Электрические фильтры...........................85
4.4. Усилители.......................................90
4.5. Устройства автоматической регулировки усиления..98
4.6. Генераторное оборудование..................... 104
553
4.7. Оборудование оконечных станций..................115
4.8. Оборудование линейного тракта...................118
Глава 5. Электрические характеристики каналов и
групповых трактов аналоговых систем передачи .... 122
5.1. Общие сведения.................................122
5.2. Остаточное затухание и остаточное усиление канала
тональной частоты................................. 124
5.3. Амплитудно-частотная характеристика............126
5.4. Фазочастотная и частотная характеристики группового
времени прохождения. Явление эха................ 127
5.5. Амплитудная характеристика и нелинейные искажения .... 130
5.6. Помехи и защищенность от внятных переходных влияний ..132
5.7. Уровни передачи и приема. Устойчивость двусторонних
каналов связи........................................135
Глава 6. Аналоговые системы передачи информации
по кабельным линиям..............................137
6.1. Система передачи К-24Т........................ 137
6.3. Система передачи К-ЗТ..........................149
6.4. Система передачи К-60Т.........................159
Глава 7. Принципы построения цифровых
систем передачи информации...........................201
7.1. Развитие и преимущества цифровых и волоконно-
оптических систем передачи информации...............201
7.2. Иерархии цифровых систем передачи информации...208
7.3. Цифровые стыки.................................214
Глава 8. Преобразование сигналов в цифровых системах
передачи информации и основные характеристики
каналов и трактов................................218
8.1. Временнбе разделение каналов...................218
8.2. Основные способы аналого-цифрового преобразования
сигналов............................................219
8.3. Электрические характеристики каналов тональной
частоты в аппаратуре с импульсно-кодовой модуляцией.... 237
8.4. Объединение и согласование скоростей цифровых сигналов.... 244
554
8.5. Преобразование сигналов при передаче
в линейных трактах...................................254
8.6. Нормирование параметров цифровых каналов
и трактов............................................261
Глава 9. Принципы построения и элементы аппаратуры
каналообразования цифровых систем передачи
информации.......................................271
9.1. Построение аппаратуры каналообразования........271
9.2 Структура цикла и генераторное оборудование.....275
9.3. Амплитудно-импульсные модуляторы...............278
9.4. Кодер и декодер................................282
9.5. Система синхронизации..........................296
9.6. Особенности построения аппаратуры
с индивидуальным кодированием.......................304
9.7. Особенности применения аппаратуры каналообразования.
Гибкие мультиплексоры...............................307
Глава 10. Принципы! построения и элементы
оборудования плезиохронной цифровой иерархии .. 317
10.1. Построение аппаратуры временнбго группообразования.. 317
10.2. Структура цикла и генераторное оборудование......325
10.3. Устройство асинхронного сопряжения передачи......332
10.4. Устройство асинхронного сопряжения приема........342
10.5. Оборудование временнбго группообразования
аппаратуры высших уровней плезиохронной иерархии... 351
10.6. Особенности применения аппаратуры плезиохронной
цифровой иерархии на сети связи МПС. Мультиплексоры
ввода/вывода......................................356
। Глава 11. Принципы организации и элементы
оборудования линейного тракта............................. 364
t 11.1. Состав оборудования линейного тракта................364
11.2. Помехи в линейном тракте.......................370
11.3. Устройство и работа линейных регенераторов.....377
11.4. Системы телеконтроля и служебной связи
I’ линейных трактов ЦСП............................385
555
Глава 12. Принципы организации и элементы
оборудования волоконно-оптических систем
передачи информации..............................391
12.1. Принципы передачи сигналов по волоконным световодам .. 391
12.2. Основные сведения о волоконно-оптических кабелях.398
12.3. Принципы организации линейных трактов........404
12.4. Оборудование оконечных и промежуточных станций...410
Глава 13. Системы передачи синхронной цифровой
иерархии.........................................418
13.1. Основные принципы технологии синхронной
цифровой иерархии...................................418
13.2. Схема мультиплексирования....................421
13.3. Структура синхронных транспортных модулей....426
13.4. Топология сетей синхронной цифровой иерархии.
Основные методы повышения надежности...............434
13.5. Универсальный синхронный мультиплексор.......442
Глава 14. Основы организации узлов первичной
цифровой сети связи..............................449
14.1. Организация узлов первичной сети связи.
Оборудование, устанавливаемое в узлах..............449
14.2. Оборудование переключений каналов и трактов..452
14.3. Система сетевой тактовой синхронизации.......455
14.4. Система сетевого управления..................478
Глава 15. Линейно-аппаратный цех...................490
15.1. Организация ЛАЦ и состав оборудования........490
15.2. Требования к помещениям и размещение оборудования .. 495
15.3. Временные и постоянные транзитные соединения.....498
15.4. Схемы прохождения цепей групповых трактов
и каналов..........................................501
15.5. Общие сведения о техническом обслуживании....507
15.6. Основные сведения по охране труда............510
556
Глава 16. Проектирование первичной сети связи.......513
16.1. Перспективы существующей сети.................513
16.2. Основные требования к первичной сети связи железных
дорог с использованием цифровых систем передачи
информации.........................................518
16.3. Принципы размещения усилительных пунктов вдоль
кабельной магистрали с аналоговыми системами передачи
информации.........................................522
16.4. Размещение регенерационных пунктов
в цифровых системах передачи информации, работающих
по симметричным кабелям с медными жилами...........534
16.5. Размещение регенерационных пунктов волоконно-
оптической системы передачи информации.............540
16.6. Взаимодействие комплекса оборудования
первичных сетей связи в единой цифровой сети.......542
Список использованной литературы....................551
557
Учебное издание
Виктор Викторович Шмытинский
Валентин Петрович Глушко
МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
Учебник
для студентов техникумов и колледжей
железнодорожного транспорта
Редактор Н.Л. Немцова
Корректор Н.А. Каменская
Компьютерная вёрстка Е.А. Костина
Изд. лиц. ИД № 04598 от 24.04.2001 г.
Подписано в печать 16.07.02 г. Заказ 4611.
Формат 60x88 1/16. Усл. печ. л. 35 . Тираж 6000 экз.
Издательство “Маршрут”, 107078, Москва, Басманный пер., 6
Отпечатано в соответствии с предоставленными диапозитивами на ордена
Трудового Красного Знамени ГУП Чеховский полиграфический комбинат
Министерства Российской Федерации по делам печати,
телерадиовещания и средств массовых коммуникаций
142300, г. Чехов Московской области.
Тел. (272) 71-336. Факс (272) 62-536
ISBN 5-89035-067-6