Рис. 1 Функциональная схема ДУ типа ПТДУ-М

1.2 Расчёт затухания усилительных участков и рабочего усиления дуплексных усилителей

Для удобства дальнейших расчётов выпишем длины всех усилительных участков:

l₁ = 20 (км); l3 = 18 (км);

l2 = 22 (км); l4 = 22 (км).

Определим затухание усилительных участков из условия:

,

₁ = 8,2 (дБ); 3 = 7,38 (дБ);

₂ = 9,02 (дБ); 4 = 9,02 (дБ).

Найдём рабочее усиление первого, последующих и последнего ДУ согласно выражениям:

где - соответственно, затухание первого, к-го и последнего усилительных участков.

Рабочее усиление ДУ устанавливается одинаковым для обоих направлений передачи. Расчёты рабочего усиления для частот 2600, 3400 Гц производятся аналогичным образом. Далее будем приводить только конечные результаты. Километрическое затухание физической цепи на частоте f = 2600 (Гц) - =0,65 (дБ/км).

Километрическое затухание физической цепи на частоте f = 3400 (Гц) - =0,71 (дБ/км).

Рабочее усиление усилительных участков для частоты 2600 (Гц):

₁=13 (дБ); ₃=11,7 (дБ);

₂=14,3 (дБ); ₄=14,3 (дБ);

S₁=13,15 (дБ);

S₂=13 (дБ); S₃=13,15 (дБ).

Рабочее усиление усилительных участков для частоты 3400 (Гц):

₁=14,2 (дБ); ₃=12,78 (дБ);

₂=15,62 (дБ); ₄=15,62 (дБ);

S₁=15,01 (дБ);

S₂=14,2 (дБ); S₃=15,01 (дБ).

1.3 Построение диаграммы уровней

При построении диаграммы уровней необходимо определить уровни сигналов на входе и выходе каждого ДУ, а также на входе и выходе канала. Необходимые уровни сигнала определим из выражений:

Р_вх1 = Р_о-_1,

Р_вых1 = Р_вх1+S_1,

Р_вхn = Р_вых(n-1)-_n,

Р_выхn = Р_вхn+S_n.

Расчёт уровней сигнала производится на рабочих частотах 800, 3400 Гц. При правильном проведении расчётов уровень на выходе канала при 800 Гц должен составлять -14 дБ.

Расчёт уровней сигнала на входе и выходе канала для рабочей частоты 800 (Гц):

Р_{вх 1}= 0 - 8,2 = -8,2 (дБ); Р_{вых 1}= -8,2 + 5,71 = -2,49 (дБ);

Р_{вх 2}= -2,49 - 9,02 = -11,51 (дБ); Р_{вых 2}= -11,51 + 8,2 = -3,31 (дБ);

Р_{вх 3}= -3,31 - 7,38 = -10,69 (дБ); Р_{вых 3}= -10,69 + 5,71 = -4,98 (дБ);

Р_{вх 4}= -4,98 - 9,02 = -14 (дБ); Р_{вых 4}= -14+0 = -14 (дБ).

Расчёт уровней сигнала на входе и выходе канала для рабочей частоты 3400 (Гц):

Р_{вх 1}= 0 - 14,2 = -14,2 (дБ); Р_{вых 1}= -14,2 + 15,01 = 0,81 (дБ);

Р_{вх 2}= 0,81 - 15,62 = -14,81 (дБ); Р_{вых 2}= -14,81 + 14,2 = -0,61 (дБ);

Р_{вх 3}= -0,61 - 12,78 = -13,39 (дБ); Р_{вых 3}= -13,39 + 15,01 = 1,62 (дБ);

Р_{вх 4}= 1,62 - 15,62 = -14 (дБ); Р_{вых 4}= -14 + 0 = -14 (дБ).

Как видно из расчётов уровень на выходе канала составляет -14 дБ, что говорит о правильности проведённых расчётов.

Уровни сигналов на входе и выходе каждого ДУ для частоты 800 Гц:

Таблица 1

Уровни сигналов на входе и выходе каждого ДУ для частоты 3400 Гц:

Таблица 2

Диаграммы уровней сигнала на входе и выходе канала и каждого ДУ:

1.4 Расчёт дифференциальной системы

Линии абонентов выполняют двухпроводными, поэтому, при организации двухсторонней телефонной связи появляется необходимость включения в схему устройств, обеспечивающих соединение двухпроводных абонентских линий с четырёхпроводной схемой. Таким устройством является дифференциальная система, представленная на рисунке 4.

Рис. 4 Схема дифференциальной системы

ДС представляет собой электрический мост. Для обеспечения устойчивости ДУ ДС должна обеспечивать большое переходное затухание между входами и выходами усилителей обоих направлений .

Особенностью работы ДС в ДУ является включение линии и балансного контура в противоположные диагонали моста, что обеспечивает гальваническую развязку линии и ДУ. В этом пункте необходимо найти балансное затухание ДС, зависящее от степени балансировки.

Для этого необходимо сначала настроить контур на нижнюю частоту рабочего диапазона 800 Гц.

Условие баланса ДС:

,

где - коэффициент трансформации.

Сопротивление должно быть согласовано с входным и выходным сопротивлением усилителей:

.

Так как , то .

Значения волнового сопротивления используемой линии:

Коэффициент трансформации ТР1:

.

Условие баланса в показательной форме:

,

где - волновое сопротивление линии, пересчитанное во

вторичную обмотку трансформатора:

Определим балансное затухание на трёх частотах при настройке контура на частоту 800 Гц:

Теперь можно определить затухания балансного контура из выражения:

Так как значение балансного затухания идеальной ДС на частоте настройки балансного контура (1вк = 800 Гц) стремится к бесконечности, что не соответствует реальным условиям, можно принять .

Определим балансное затухание на трёх частотах при настройке контура на частоту 2600 Гц:

Балансное затухание на частоте 2600 Гц из условия равно 24дБ, рассчитаем затухание на частотах 800 Гц и 3400 Гц:

1.5 Расчёт устойчивости канала низкой частоты

Устойчивость канала НЧ определяется устойчивостью каждого из промежуточных ДУ. Наименьшее значение запаса устойчивости, полученное при расчёте ДУ определяет устойчивость всего канала в целом. Расчёт производится на наивысшей частоте передаваемого сигнала. При росте числа усилителей устойчивость каждого ДУ ухудшается за счёт увеличения результирующего тока обратной связи. Обычно в наихудших условиях находится ДУ, включённый в средней части канала, поэтому при расчёте устойчивости канала НЧ можно ограничиться расчётом устойчивости среднего ДУ.

Устойчивость ДУ определяется по формуле:

где - активное балансное затухание с левой стороны;

- активное балансное затухание с правой стороны;

- рабочее усиление усилителей в различных направлениях передачи.

Величину активного балансного затухания слева и справа можно определить из условия:

где - балансное затухание цепи слева и справа для i-го тока обратной связи.

Полученное в результате расчёта значение устойчивости должно быть равно или быть больше 1,7 дБ на всех частотах рабочего диапазона 0,3 - 3,4 кГц.

Сбалансируем ДС на частоту 800 Гц:

1). Произведём расчёт на 800 Гц

а) слева

б) справа

Устойчивость ДУ:

2). Произведём расчёт на 3400 Гц

а) слева

б) справа

Устойчивость ДУ:

Сбалансируем ДС на частоту 2600 Гц:

1). Произведём расчёт на 800 Гц

а) слева

б) справа

Устойчивость ДУ:

2). Произведём расчёт на 3400 Гц

а) слева

б) справа

Устойчивость ДУ:

По результатам расчёта можно сделать вывод, что работа усилителя устойчива при настройке ДС на частоту 3400 Гц.

2. Проектирование каналообразующего оборудования

2.1 Четырёхпроводная однополосная система передачи

Данная часть курсового проекта предполагает проектирование каналообразующего оборудования на 276 каналов с минимальной частотой линейного спектра 14 кГц. Для системы с таким количеством каналов первичная 12-канальная группа образуется в одну ступень преобразования. Система должна работать по однополосной четырёхпроводной схеме связи.

Предусматриваются стандартные ступени наращивания группового сигнала:

-первичная 12-канальная группа (60-108 кГц);

-вторичная 60-канальная группа (312-552кГц);

-третичная 300-канальная группа (812-2044кГц).

Определим необходимое количество первичных, вторичных и третичных групп.

Количество12-канальных групп:

Количество 60-канальных групп:

Количество 300-канальных групп:

Таким образом, с помощью унифицированного оборудования необходимо сформировать 23 12-канальных группы, 5 60-канальных групп и 1 300-канальную группу. Одна вторичная и третичная группа неполные.

1). Формирование первичной 12-канальной группы

Модулируются сигналы, передаваемые по каналам стандартными несущими частотами 64,68,.. 108 кГц. Селективность обеспечивается фильтрами. Для получения необходимого числа каналов нужно образовать 23 первичных 12-канальных группы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5 Формирование первичной 12-ти канальной группы

2). Формирование вторичной 60-канальной группы

Каждый вторичный 60-ти канальный блок состоит из пяти первичных блоков и занимает полосу частот от 312 до 552 кГц. Для переноса 12-ти канальных групп в дальний диапазон частот используются следующие несущие частоты: 420, 468,.... 612 кГц и выделяется нижняя боковая полоса частот соответствующими полосовыми фильтрами. Для создания необходимого числа каналов нужно образовать 5 вторичных групп, одна из которых нестандартная, занимающая спектр частот от 312 до 456 кГц.

Рис. 6 Формирование вторичной 60-ти канальной группы

Рис. 7 Формирование неполной вторичной 60-ти канальной группы

3). Формирование третичной 300-т канальной группы

Для формирования спектра, занимающего полосу частот от 812 до 2044 кГц, 60-канальные группы модулируются частотами 1364, 1612, 1860, 2108, 2356 кГц. Для создания необходимого числа каналов нужно образовать одну неполную третичную группу, занимающую полосу частот от 812 до 1948 кГц.

Рис. 8 Формирование третичной 300-т канальной группы

Полный групповой сигнал формируется путём переноса третичной группы в полосу частот больше 1948 кГц. Линейный спектр сигнала будет занимать полосу частот f_min f_max+f_c=141150 кГц. Тогда исходный и линейный спектры будут перекрываться. Чтобы этого не происходило, исходный спектр из полосы частот 812-1948 кГц переносится с учётом 10%-го защитного интервала в полосу частот 21503286 кГц.

Такой вариант формирования группового сигнала наиболее предпочтителен, так как дает возможность выполнить важное условие преобразование сигналов, чтобы спектры сигналов на входе и выходе преобразователя не перекрывались.

Необходимая величина частоты несущей в каждом из случаев составит:

f_н= F_{с вх}- f_нб=2150-14=2136кГц;

f_н= F_{с вх}+ f_нб=3286+14=3300кГц.

Все полезные составляющие линейного сигнала находятся ниже частоты 1150 кГц, а все побочные продукты преобразования выше частоты 2136 кГц. Для выделения полезного сигнала достаточно использовать фильтр нижних частот с частотой среза:

f_ср=f_{с вых max}+1/2(f_н-f_{с вых max});

f_ср=1150+0.5(2136-1150)=1643 кГц.

Таким образом, на выходе последней ступени преобразования необходимо установить фильтр нижних частот Д1643.

Рис. 9 Схема формирования линейного спектра

Проследим преобразование 85 канала:

- на выходе первой ступени преобразования сигнал 85 канала будет находиться в восьмой 12-ти канальной группе в полосе частот 104-108 кГц;

- на выходе второй ступени преобразования сигнал будет находиться во второй 60-ти канальной группе в полосе 452-456 кГц;

- на выходе третьей ступени преобразования - в 1-ой 300 канальной группе в полосе 1200-1204 кГц;

- на выходе четвёртой ступени - в групповом спектре в полосе частот 2538-2542 кГц;

- в линейном спектре: 758-762 кГц - прямой спектр;

402-406 кГц - инверсный спектр.

Рис. 10 Схема формирования линейного спектра сигнала

2.2 Оборудование сопряжения системы передачи

В данной части курсового проекта необходимо представить блок-схему оборудования, а также функциональные схемы каналообразующего оборудования передачи и приёма на 276 каналов.

Рис. 11 Блок-схема оборудования

Рис. 12 Функциональная схема каналообразующего оборудования передачи на 276 каналов

Рис. 13 Функциональная схема каналообразующего оборудования приёма на 276 каналов

Заключение

Данный курсовой проект состоит из двух частей. В первой части были рассмотрены основные вопросы проектирования канала низкой частоты: расстановка дуплексных усилителей, расчёта их рабочего усиления и устойчивости.

Вторая часть курсового проекта посвящена разработке каналообразующего оборудования многоканальных систем связи с использованием унифицированных ступеней формирования группового сигнала и переносом его в заданную полосу частот линейного спектра.

В ходе работы были приобретены навыки в проектировании канала низкой частоты для организации оперативно-технологической связи, а также многоканальные системы связи на заданное количество каналов.

Список литературы

1). Многоканальная связь на железнодорожном транспорте. В.Л. Тюрин, Д.В. Дьяков, В.П. Глушко и др. М.: Транспорт, 1992.

2). В.П. Багуц, В.Л. Тюрин Многоканальная телефонная связь на железнодорожном транспорте. М: Транспорт, 1988.

3). Цива Г.И. Проектирование канала низкой частоты и каналообразующего оборудования многоканальных систем связи.Методическое указание на выполнение курсовой работы. Хабаровск, 1998.

Размещено на Allbest.ru