Лекция 4 Двусторонние каналы Построение двусторонних каналов

Для обеспечения диалога при общении двух абонентов (человек-человек, человек-машина, машина-машина) канал передачи должен быть двустороннего действия, или двусторонним каналом. Рас­смотренные выше типовые каналы являются односторонними и, следовательно, для организации двусторонней - дуплексной связи необходимо использование двух типовых односторонних - симплекс­ных каналов, объединив их в двустороннюю единую систему и сохра­нив при этом взаимную независимость односторонних каналов. Поскольку наиболее массовым видом является телефонная связь, то рассмотрим принципы организации двусторонних телефонных кана­лов. Полученные при этом соотношения и выводы справедливы для организации двусторонних каналов передачи других видов сообщений.

Исторически первой двусторонней системой телефонной связи была однополосная четырехпроводная система двусторонней связи (рис. 1), при которой передача от микрофона М одного абонен­та к телефону Т другого абонента ведется в одной полосе частот f₁...f₂ по двухпроводной линии. Такая схема организации двусторон­ней связи экономически и эксплуатационно нецелесообразна, так как к абонентам требуется подведение четырехпроводной линии.

Рис. 1. Однополосная четырехпроводная схема организации двусторонней телефонной связи

Обычные абонентские линии двухпроводные и поэтому для под­ключения микрофонов и телефонов к таким линиям требуется применение особых развязывающих устройств - РУ (противоме-

стная схема телефонного аппарата). При этом получается однопо­лосная двухпроводная схема двусторонней связи (рис. 2), при которой передача и в одном, и в другом направлениях ведется по двухпроводной линии и в одной и той же полосе частот.

Рис. 2. Однополосная двухпроводная схема организации двусторонней связи

Как следует из рис. 2, передача в одном и другом направлениях ведется в одной полосе частот, а разделение направлений передачи осуществляется с помощью специального РУ, к характеристикам которого предъявляются определенные требования.

Двусторонняя связь при использовании двухпроводной линии может быть осуществлена с помощью двух полос частот: одна полоса частот (нижняя) f₁..f₂ передается от абонента А к абоненту Б, а другая полоса частот (верхняя) f₃...f₄ передается от абонента Б к абоненту А. Следовательно, кроме развязывающего устройства, аналогичного РУ, при двухполосной двухпроводной схеме органи­зации связи должны быть устройства, преобразующие исходные сигналы в полосу частот соответствующего направления тракта передачи и обратного преобразования в тракте приема. Разделение направлений передачи осуществляется с помощью фильтров ниж­них и верхних частот, называемых направляющими фильтрами, или вилкой направляющих фильтров. Схема двухпроводной двух­полосной организации двусторонней связи приведена на рис. 3.

Рассмотрим прохождение сигнала от абонента станции А к абоненту станции Б (для обратного направления все процессы будут аналогичными) по двухполосному двухпроводному двустороннему каналу передачи телефонных сигналов и их основные преобразования.

К зажимам 1-1 (2-2) подключается двухпроводный тракт теле­фонной сети, использующий двухпроводные физические цепи, по которым передаются телефонные сигналы в тональном диапазоне частот F₁...F₂. Эти сигналы поступают на развязывающее устройство (РУ-1), предназначенное для разделения направлений передачи и приема. С выхода РУ-1 первичный сигнал в полосе частот F₁...F₂ поступает на передатчик станции А (Пер-А), где происходит его преобразование в линейный спектр f₁...f₂, передаваемый по двух­проводной линии (физической цепи). Формирование линейного спектра направления передачи от станции А к станции Б осуществ­ляется направляющим фильтром нижних частот (ФНЧ). На стан­ции Б сигнала выделяется аналогичным ФНЧ и поступает на вход приемника (Пр-Б), где происходит его преобразование в тональный спектр с полосой частот F₁...F₂. С выхода Пр-Б сигнал поступает на развязывающее устройство (РУ-2), предназначенное для разделе­ния трактов приема и передачи станции Б, и далее поступает в двухпроводный тракт телефонной сети.

Рис. 3. Двухполосная двухпроводная схема организации двусторонней связи

При передаче от станции Б к станции А в передатчике станции Б (Пер-Б) осуществляется преобразование спектра первичного сигнала F₁...F₂ в линейный спектр f₃...f₄, выделяемый направляющим фильт­ром верхних частот (ФВЧ). 6 тракте приема станции А линейный спектр выделяется ФВЧ и затем в приемнике станции А (Пр-А) пре­образуется в тональный спектр F₁...F₂ и далее через РУ-1, разде­ляющее тракты передачи и приема станции А, поступает в двух­проводный тракт телефонной сети.

Из рассмотренного очевидно, что вилки направляющих ФНЧ и ФВЧ станций А и Б выполняют роль разделяющих устройств (РУ_А и РУ_Б, обведенные штриховыми линиями), развязывающих направ­ления передачи. Частотные характеристики затухания (ослабления) ФНЧ и ФВЧ приведены на рис. 4, где приняты следующие обозначе­ния: А_ФВЧ - затухание направляющего фильтра верхних частот (ФВЧ) в полосе эффективного задерживания f₁...f₂; а_ФВЧ - максимально-допустимое затухание ФВЧ в полосе эффективного пропускания; А_ФНЧ - затухание фильтра нижних частот (ФНЧ) в полосе эффективного задерживания f_3…f₄; а_ФНЧ - максимально допустимое затухание ФНЧ в полосе эффективного пропускания f₁...f₂.

Рис. 4. Характеристики ослабления направляющих фильтров верхних и нижних частот

Дальность непосредственной телефонной связи определяется из сле­дующих рассуждений: на выходе типового микрофона телефонного аппа­рата средняя мощность первичного сигнала равна W_М = 1 мВт, мощность сигнала на входе телефона, соответствующая его нормальному воспри­ятию, W_T = 1 мкВт, допустимое затухание (ослабление) между микрофо­ном одного абонента и телефоном другого равно . Если коэффициент затухания линии равен дБ/км, то непосредственная дальность связи будет равна , км.

Пример: коэффициент затухания телефонного кабеля равен = 0,75 дБ/км, следовательно, допустимая дальность непо­средственной связи составит L_MT = A_MT/ = 30/0,75 = 400 км.

Максимальная дальность телефонной связи должна быть не ме­нее 27 500 км. Следовательно, необходимо применение усилителей и их равномерное размещение по магистрали.

Усилители - это четырехполюсники одностороннего направле­ния передачи и поэтому требуются два усилителя, обеспечивающих усиление сигналов двух направлений передачи. Структурная схема усилителя однополосной двухпроводной схемы организации дву­сторонней связи приведена на рис. 5. Подключение усилителей к двухпроводной линии осуществляется с помощью развязывающих устройств PУ₁ и РУ₂. Структурная схема двустороннего усилителя двухполосной двухпроводной схемы организации связи приведена на рис. 6.

Рис. 5. Структурная схема двустороннего усилителя однополосной двухпроводной схемы организации двусторонней связи

К зажимам 1-1 левого развязывающего устройства (РУ₁) и к за­жимам 1-1 правого РУ₂ подключается двухпроводная линия (физи­ческая цепь). Рассмотрим передачу сигналов от станции А к станции Б. После прохождения по двухпроводной цепи ослаблен­ный сигнал от зажимов 1-1 РУ₁ поступает на зажимы 2-2, усилива­ется усилителем (Ус₁) направления от станции А к станции Б и через зажимы 4-4 РУ₂ поступает в двухпроводную линию (зажимы 1-1 РУ₂). Передача от станции Б к станции А осуществляется ана­логично. Напомним, что в случае двухпроводной двухполосной схемы организации двусторонней связи роль развязывающих уст­ройств РУ₁ и РУ₂ выполняет вилка направляющих фильтров нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот.

Рис. 6. Структурная схема двустороннего усилителя двухполосной двухпроводной организации двусторонней связи

В случае организации двусторонней связи по четырехпроводной однополосной схеме развязывающие устройства необходимы

только для подключения двустороннего канала к двухпроводным линиям телефонных сетей (рис. 7).

Рис. 7. Обобщенная схема однополосной четырехпроводной системы двусторонней связи

К зажимам 1-1 РУ₁ и РУ₂ подключаются двухпроводные абонент­ские или соединительные линии телефонных сетей. Передатчики преобразуют полосу частот первичного сигнала в полосу частот f_1…f₂, которая передается по двухпроводной линии от станции А к станции Б, и наоборот. Усилители Ус₁…Ус_n компенсируют ослаб­ление (затухание) сигналов при их прохождении по физическим -двухпроводным линиям.

Канал тональной частоты (КТЧ) - канал односторонней переда­чи. Для организации двусторонней связи требуются два КТЧ и их подключение к двухпроводным линиям телефонных сетей должно осуществляться с помощью развязывающих устройств (РУ₁ и РУ₂).

Из вышерассмотренного следует, что двусторонний канал пред­ставляет замкнутую систему и, следовательно, возникает цепь обратной связи и при определенных условиях возможно самовоз­буждение канала. Обобщенная структурная схема двустороннего канала и пути возникновения обратных связей показаны на рис. 8.

Рассмотрим прохождение сигналов при передаче от пункта А (п. А) к пункту Б (п. Б). Сигнал от абонента п. А поступает по двухпроводной линии на зажимы 1-1 РУ₁ далее - на зажимы 2-2 РУ₁ и через канал односторонней передачи - на зажимы 4-4 РУ₂ и далее через зажимы 1-1 РУ₂ сигнала поступает по двухпроводной цепи к абоненту п. Б. Если затухание от зажимов 4-4 к зажимам 2-2 РУ₂ не равно бесконечности, то сигнал с выхода канала передачи от п. А к п. Б поступает на вход канала обратного направления передачи и, если затухание от зажимов 4-4 к зажимам 2-2 РУ₁ также не равно бесконечности, то сигнал поступает на зажимы 2-2 и на вход канала передачи от п. А к п. Б. Так образуется электрическая замкнутая цепь (цепь обратной связи).

Рис. 8. Обобщенная структурная схема двустороннего канала

Цепь обратной связи образует одиночную замкнутую систему (ОЗС), в которой при определенных условиях возможно самовозбу­ждение - генерация.