Четырехпроводная однополосная система передачи

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАНАЛООБРАЗУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ МНОГОКАНАЛЬНЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

Методические указания на выполнение курсовой работы по дисциплине «Многоканальная связь на железнодорожном транспорте»

Хабаровск

2011

ВВЕДЕНИЕ

Для оперативного руководства всеми подразделениями железнодо­рожного транспорта организуется единая транспортная сеть связи, ко­торая включает в себя каналы магистральной, дорожной и отделен­ческой связи.

Для организации магистральных и дорожных каналов связи широко используются многоканальные системы связи (МКС), основу которых составляют каналы тональной частоты (ТЧ).

Для организации отделенческих связей на небольшие расстояния (80-120 км) часто используют каналы низкой частоты (НЧ), в которых сиг­нал передается без преобразования в полосе частот 0,3 - 3,4 до 1 кГц.

Цель курсовой работы - научиться проектировать многоканальные системы связи на N-ое количество каналов;

При написании введения целесообразно отразить назначение кана­лов НЧ и каналов ТЧ при организации первичных и вторичных сетей связи на железнодорожном транспорте. Показать особенности органи­зации магистральных, дорожных и отделенческих каналов связи, вклю­чая оперативно-технологические виды связи.

Отметить перспективы их развития на железнодорожном транспорте.

При проектировании каналообразующего оборудования целесообразно воспользоваться литературой [1,2].

 ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАНАЛООБРАЗУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

При проектировании каналообразующего оборудования необходимо:

1) определить количество ступеней преобразования индивидуально­го и группового оборудования для формирования группового сигнала на требуемое  количество каналов;

2) составить схемы спектрообразования как каждой ступени преоб­разования, так и всей системы в целом;

3) осуществить преобразование сформированного группового сиг­нала в заданный диапазон линейного спектра, предусмотрев формиро­вание как прямого, так и инверсного вариантов линейного спектра;

4) составить структурно-функциональную схему трактов передачи и приема многоканальной системы передачи в целом, отразив основные ступени преобразования и усиления сигнала;

5) рассчитать несущие частоты всех ступеней преобразования ин­формационных сигналов.

6) проследить и отметить на спектрограмме все ступени преобразо­вания сигнала одного заданного канала.

Исходные данные при проектировании каналообразующего оборудо­вания МКС принимаются из прил.2 согласно заданному варианту.

Варианты задания отличаются следующими параметрами:

- количеством каналов;

- минимальной частотой линейного спектра;

- формированием первичной 12-канальной группы в одну или две ступени преобразования;

- двухпроводной или четырехпроводной системой передачи;

- номером отслеживаемого канала.

Четырехпроводная однополосная система передачи

Для унификации оборудования МКС с различным количеством кана­лов предусматриваются стандартные ступени наращивания группового сигнала:

- первичная 12-канальная группа, формируемая в полосе частот 60 - 108 кГц в одну или две ступени преобразования;

- вторичная 60-канальная группа, формируемая из пяти 12-канальных групп в полосе частот 312-552 кГц;

- третичная 300" канальная группа, формируемая из пяти 300-канальных групп в полосе частот 812-2044 кГц.

Все указанные группы формируются с помощью амплитудной моду­ляции и передачи одной боковой полосы частот, обычно нижней, для получения инверсного преобразования.

При формировании первичной 12-канальной группы в одну ступень преобразования полезный сигнал (нижняя боковая полоса частот) вы­деляется обычно с помощью высокодобротного канального полосового фильтра ( кварцевого, магнитострикционного или электромеханическо­го).

При выделении нижних боковых частот имеем:

                         (2.1)

                               (2.2)

Индивидуальные несущие частоты также нетрудно определить из выражения (2.2). Так, для 1-го и 12-го каналов, занимающих спектр час­тот соответственно 104-108 и 60-64 кГц, при исходном спектре теле­фонного сигнала округленно - 0- 4 кГц, получим (рис.1):

По тракту приема необходимо осуществить обратное преобразова­ние сигналов первичной 12-канальной группы в спектр исходных сиг­налов. Воспользовавшись выражением (2.2) при выделении нижней бо­ковой полосы частот на выходе преобразователя, получим:

Как видим, частоты несущих обоих преобразователей (модулятора и демодулятора) должны быть одинаковыми. Спектр полезного сигнала, за­нимающий без защитного интервала полосу частот 0,3-3,4 кГц можно вы­делить с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ) с частотой среза 3,4 кГц.

Для перехода с 4-проводного канала на 2-проводную абонентскую ли­нию используется дифференциальная система (ДС). Блок-схема индиви­дуального преобразовательного оборудования представлена на рис.2.

Аналогично первичной группе в одну ступень преобразования фор­мируются вторичная 60 -канальная и третичная 300-канальная группы.

Необходимое количество первичных, вторичных и третичных групп определим из условия:

 - количество 12-канальных групп;

 - количество 60-канальных групп;

 - количество 300-канальных групп.

В случае получения дробного числа и остатка, большего 0,2, необхо­димое количество групп округлить в большую сторону, что приведет к формированию неполной первичной, вторичной или третичной групп. Например, при необходимости формирования группового сигнала на 444 канала (N = 444 канала) имеем:

; ; .

Принимаем , , .

Таким образом, с помощью унифицированного оборудования необ­ходимо сформировать 37 12-канальных, 8 60-канальных и 2 300-каналь-ных группы. Причем одна вторичная и одна третичная группы окажутся неполные и будут состоять:

вторичная - из 2-первичных групп;

третичная - из 3-вторичных групп.

Формирование данных групп показано на рис.3.

Полный групповой сигнал (444 канала) можно сформировать нес­колькими путями:

а) на базе третичной группы путем переноса второй непол­ной третичной группы в пользу частот выше 2044 кГц (например, 2052-2644 кГц) и с последующим объединением исходной 300 канальной группы и преобразованной с формированием группового сигнала в по­лосе 812-2644 кГц;

б) путем переноса обеих третичных групп в полосу частот выше 2044 кГц. С учетом 10 % защитного частотного интервала можно при­нять f = 2250 кГц, тогда преобразованный групповой спектр займет по­лосу частот 2250-4082 кГц. Для возможности расфильтровки вторичных и третичных групп на приемном конце между ними введен защитный частотный интервал, равный 8 кГц.

Последний вариант формирования группового спектра является бо­лее предпочтительным, так как дает возможность выполнить важное условие преобразования сигналов, чтобы спектры сигналов на входе и выходе преобразователя не перекрывались.

Покажем, что это условие не выполняется при формировании линей­ного спектра при первом варианте группового сигнала в полосе 812-2044 кГц. Так при заданной минимальной частоте линейного спектра, например, 12 кГц (она обычно составляет единицы или десятки кило­герц в зависимости от типа линии связи), линейный спектр группового сигнала должен занимать полосу частот от f_min =12 кГц до f_max=f_min+f_c, f_max=12+ 1832=1844 кГц.

При формировании линейного спектра сигнала спектры сигналов на входе и выходе преобразователя будут перекрываться (рис.4,а).

Свободен от указанного недостатка второй вариант группового спектра сигнала в полосе 2250-4082 кГц при котором спектры сигналов не перекрываются.

При формировании линейного спектра обычно предусматривается несколько его вариантов, отличающихся друг от друга инверсией или сдвигом по частоте относительно друг друга. Формирование прямого и инверсного линейного спектра достигается сменой несущей частоты по­следней ступени преобразователя (рис.4,б). При формировании линей­ного спектра на выходе преобразователя возможно выделение только нижней боковой полосы частот, так как спектр сигнала переносится в бо­лее низкую область частот. При этом также возможно формирование как прямого, так и инверсного спектра сигнала.

Выбирая частоту несущей выше спектра исходного сигнала и выделяя нижнюю боковую, получим инверсный спектр сигнала по отношению ко входному спектру. А форми­руя несущую ниже спектра сигнала - прямой спектр сигнала:

 - прямое преобразование; инверсное преобразование.

Необходимая величина частоты несущей в каждом из этих случаев составит:

 - прямое преобразование; инверсное преобразование.

Для рассматриваемого примера (рис.4,б) получим:

 - прямое преобразование; обратное преобразование.

Заметим, что частота сигнала нижней боковой  в обоих случаях разная, так как частоты исходного сигнала переносятся в различные участки диапазона при прямом и инверсном преобразовании:

 - при прямом преобразовании;

 - при инверсном преобразовании.

Все полезные составляющие линейного сигнала находятся ниже частоты 1844 кГц, а все побочные продукты преобразования выше час­тоты 2238 кГц. Для выделения полезного сигнала достаточно использо­вать фильтр нижних частот с частотой среза

Таким образом, на выходе последней ступени преобразования необ­ходимо установить фильтр нижних частот Д2041 (рис.4,в).

Аналогично рассматривается обратное преобразование линейного сигнала по тракту приема системы, работающей по 4-проводной одно­полосной схеме связи.

Так как линейный спектр сигнала по тракту приема и передачи 4-про-водной системы одинаковый, то все несущие частоты преобразователей тракта приема равны соответствующим частотам несущих преобразо­вателей тракта передачи.

В итоге, учитывая все рассмотренные ступени преобразования сигнала по тракту передачи и приема необходимо построить блок схему всего каналообразующего оборудования многоканальной системы пе­редачи на N каналов. С примерами построения промышленных систем МКС можно ознакомиться в литературе [2,3].

Построив спектрообразование сигнала по трактам передачи и прие­ма всей системы МКС, необходимо проследить преобразование часто­ты сигнала одного из заданных каналов. Проследим в рассматриваемом примере преобразование сигнала 60-го канала:

- на выходе первой ступени преобразования сигнал этого канала будет находиться в пятой 12-канальной группе в полосе 60-64 кГц;

- на выходе второй ступени преобразования - в 1-й 60-канальной группе в полосе частот 548 -552 кГц;

- на выходе третьей ступени преобразования - в 1-й 300-канальной группе в полосе частот 812-816 кГц;

- на выходе четвертой ступени преобразования - в полосе частот 3478 - 3482 кГц;

- на выходе пятой ступени преобразования - в полосе:

1240 - 1244 кГц - прямого линейного спектра,

612-616 кГц - инверсного линейного спектра.

Частотное расположение шестидесятого канала показано на схеме спектропреобразования (см. рис. 3).