Переходные помехи в аналоговых системах передачи (АСП). Нелинейные помехи в АСП

Эти помехи в АСП на электрических кабелях возникают в основном за счет электромагнитной связи между параллельными парами проводников в многопарных кабелях. Эта паразитная связь (наводка) имеет несколько механизмов возникновения, основными из которых является связь по электрическому полю. Удельный вес электрической и магнитной составляющей зависит от частоты сигнала, от числа пар в кабеле и их взаимного расположения. Так, например, для канала тональной частоты подавляющий вклад в переходную помеху вносит электрическая составляющая.

При рассмотрении влияния между двумя парами различают два вида перехода энергии: на ближнем (передающем) конце и на дальнем (приемном) конце (рисунок 3.23). Из рисунка видно, что помеха на ближний конец проявляется при встречных движениях сигналов в каналах, а помеха на дальний конец - при согласованной передаче.

Помеха на ближний больше, чем помеха на дальний конец, по ряду причин:

1) в силу фазовых соотношений электрическая и магнитная составляющие поля наводки на ближнем конце складываются, в то время как на дальнем конце они вычитаются;

2) наиболее значительная часть наводки возникает вблизи передатчика активной (влияющей) линии. На ближний конец она воздействует непосредственно, в то время как на дальнем конце наводка затухает так же, как и полезный сигнал;

3) эффект синфазного накопления наводки на дальний конец устраняется скручиванием как каждой пары в кабеле, так и всего жгута.

Рассмотрим защищенность системы передачи по переходным помехам. На ближнем конце

,             (3.9) 

где Р_г^II и p_г^II – мощность передатчика II и ее уровень соответственно;

Р_пр^II – мощность на входе приемника II;

Р_перпом^II и p_перпом – мощность переходной помехи в канале II и ее уровень.

Выразим p_перпом^II через уровень мощности генератора и переходное затухание

.                   (3.10)

Тогда ρ_перпом^II=p_г^I– A₀.

.                           (3.11)

Если передатчики одинаковы и их уровни мощности равны p_г^I= p_г^II, то

.                                (3.12)

Это выражение имеет простой смысл. Помеха на ближнем конце линии не зависит от ее длины, в то время как сигнал затухает по мере распространения. Поэтому отношение сигнал-шум (защищенность) уменьшается с увеличением длины линии. На низких частотах (канал тональной частоты) влияние слагаемого al в (3.12) несущественно (al)<< А₀ уменьшается (переходная помеха возрастает), а a l увеличивается (затухание возрастает) и защищенность по переходной помехе на ближнем конце может стать меньше нормы.

На дальнем конце уровень сигнала передатчика II ослабляется в линии на al, а переходная помеха с уровнем А₀, наведенная передатчиком I, также ослабляется в линии, поэтому

                    (3.12)

если                   Р_г^I = Р_г^II , то А_3l= A₀

и защищенность по переходной помехе на дальнем конце не зависит от длины линии и больше, чем защищенность на ближнем конце. Уровень переходной помехи на ближнем конце в одно-кабельных системах больше уровня на дальнем конце на 10–40дБ в зависимости от частоты сигналов и длины линии. Способы снижения переходных помех:

1) применение скручивания пар в кабеле – снижение помехи на дальнем конце;

2) организация передачи в двухкабельных системах, когда все каналы в прямом направлении передаются по проводным парам, собранным в одном кабеле, а все встречные каналы в другом кабеле, изолированном от первого металлической экранирующей оболочкой. При этом наиболее существенная помеха на ближний конец практически устраняется;

3) для устранения внятного переходного разговора при согласованной передаче применяется инверсия или смещение спектра сигналов (рисунок 3.24).

В этом случае внятная переходная помеха превращается в невнятную (помеха III). Ослабление помехи может составлять 5–25 дБ.

Нелинейные помехи 

Нелинейные помехи возникают как в сугубо нелинейных приборах (преобразователи частоты, детекторы и т.п.), так и в усилительных элементах, особенно в ограничителях и выходных каскадах усилителей мощности за счет отклонения их вольтамперной характеристики от линейной. Как и другие виды помех нелинейные помехи накапливаются от участка к участку.

Продуктами нелинейности являются гармоники (в основном вторая и третья) и комбинационные составляющие типа nf₁+mf₂+kf₃+..., если f₁,f₂,f₃... – частоты составляющих на входе усилителя, а n,m,k = 1,2,3... Чтобы нелинейные составляющие помех были меньше нормы, напряжение сигнала не должно превышать порог перегрузки усилителя U_п или уровень ρ_г.

Порогом перегрузки является уровень мощности р_п на выходе усилителя, при котором увеличение уровня сигнала на входе на 1 дБ приводит к увеличению уровня третьей гармоники на выходе на 20 дБ.

Для количественной оценки нелинейных свойств канала вводят понятие затухания нелинейности по второй и третьей гармоникам

,

где Р_1г, Р_2г, Р_3г – мощности первой, второй и третьей гармоник, а р_пер, р_2г, р_3г – их уровни соответственно.

Заводы-изготовители обычно нормируют значения а_2г и а_3г.

Для снижения уровня нелинейных помех применяют обязательную их нормировку, стараются комбинировать виды трафика в каналах, чтобы не увеличивать пик-фактор, а также применяют усилители с автоматической регулировкой усиления (АРУ).