На аналоговых сетях связи нашли применение 2- и 4-проводные каналы тональной частоты (ТЧ).

Двухпроводные каналы ТЧ представляют собой физические цепи, организованные по металлическому кабелю или по воздушной линии связи. Построение участков ОТС с применением 2-проводных каналов ТЧ было показано выше (см. подраздел 3.1).

Организация оперативно-технологической телефонной связи по 2-проводным каналам ТЧ имеет существенные недостатки, ведущие к ухудшению качества связи, особенно при большой протяженности каналов.

Качество связи заметно повышается при применении 4-проводных каналов ТЧ, которые организуются преимущественно с помощью аналоговых систем передачи, хотя могут быть использованы и цифровые системы передачи. Чтобы осуществить множество выделений группового канала (режим многоточка), в восьмидесятые годы двадцатого столетия были разработаны специализированные аналоговые системы передачи: К-24Т и К-3Т, а позже – К-60Т. Для образования групповых каналов используются также аналоговые системы передачи общего назначения: К12+12, К-24, К-60 и другие. Поскольку такие системы образуют канал ТЧ только между двумя точками, то они нашли применение в основном для организации обходных каналов и каналов подтягивания.

Применение 4-проводных каналов ТЧ приводит либо к полному отказу от 2-проводных каналов ТЧ, либо сводит длину 2-проводных каналов ТЧ до минимума.

Предположим, что требуется организовать групповой 2-проводный канал ТЧ на станциях от А до Г с ответвлением на станции Д (рис. 3.14, а). В такой канал могут быть включены промежуточные двусторонние усилители У. Переговор­ные и вызывные устройства промежуточных пунктов ПП включаются непосред­ственно в 2-проводный канал.

В схеме организации группового канала ТЧ с применением систем передачи (СП) общего назначения на каждой станции, где требуется подключение переговорно-вызывных устройств ПВУ, устанавливается оконечная СП с помощью которой выделяются каналы ТЧ. На рисунке 3.14, б показан пример организации группового канала ТЧ с применением систем передачи общего назначения для того же круга ОТС, что и на рис.3.14, а. Между системами передачи смежных станций организуется линейный тракт. Выделенные на станциях системами передачи каналы подключаются к распределителям направлений Р. Распредели­тели обеспечивают параллельное включение каналов ТЧ и ПВУ по четырехпроводной схеме. Разговорные и вызывные сигналы от распоря­дительной станции PC поступают по каналам ТЧ в распределители Р всех станций и далее в оборудование промежуточных пунктов. Сигна­лы от промежуточных пунктов в каналы ТЧ передаются через распре­делители Р.

Рассмотренный способ организации группового канала требует переприема каналов по тональной частоте на каждой станции. С ростом числа станций значительно увеличиваются затраты на системы передачи, а также ухудшаются характерис­тики группового канала. Данный способ применяется для ор­ганизации различных видов магистральной и дорожной оперативно-технологи­ческой связи, в которых переговорные и вызывные устройства включаются на круп­ных станциях, расположенных друг от друга на расстояниях 50 км и более. В этих условиях выделение каналов организационно и экономи­чески оправдано.

Организация группового канала ТЧ с применением специальных систем передачи (рис. 3.14, в) предусматривает установку оборудования оконечных (ОК) и промежуточных (ПК) комплектов. В этих комплектах происходит выделение до 12 четырехпроводных групповых каналов, в которые включаются ПВУ проме­жуточных пунктов. В пунктах, где к групповому каналу подключа­ется ответвление, устанавливается распределитель Р (ст.В). Между смежными комплектами системы передачи образуются линейные тракты. На таком принципе работают аналоговые системы передачи типа К‑24Т и К-60Т, предназначенные для симметричных кабельных линий. Максимальная длина между оконечными комплектами системы К‑24Т составляет 500 км.

На участках сети ОТС, где требуется несколько групповых каналов и длина линии не превышает 20 км, используется система передачи К-3Т. На рисунке 3.14, в показано применение системы К-3Т на участке В-Д. На обеих станциях устанавливаются оконечные комплекты. Система К-3Т может быть использована на участках с промежуточными станциями (рис.3.14, г), когда устанавливаются один ОК и множество ПК. Чтобы получить групповой канал, разговорный ток из ка­нала передачи в канал приема поступает через шлейф (заворот) оконечной станции. Такая сис­тема связи позволяет заметно упростить промежуточную аппаратуру ПК. Од­нако вследствие последовательного соединения каналов, будет увеличиваться уровень шумов, что приводит к ограниченной дальности связи.

Распределители направлений

Назначение и принцип действия. Как отмечалось, в групповых ка­налах в пунктах ответвления или подключения переговорных при­боров применяются устройства, называемые распределителями на­правлений. Распределитель служит для параллельного включения в одном пункте нескольких четырехпроводных каналов ТЧ так, чтобы, с одной стороны, разделить каналы передачи и приема, а с другой, ис­ключить переход разговорных токов из канала передачи в канал приема одного и того же направления. Осуществить это обычным соединением входов и выходов каналов, как это показано на рисунке 3.15, а,невозможно. На этом рисунке показано параллельное соединение трех 4-проводных каналов. При этом все входы и выходы оказываются соединенными между собой, вследствие чего создаются пути перехода разговорных токов из каналов приема в каналы передачи одноименных направлений, что недопустимо для нормальной эксплуатации каналов.

При приеме речи со стороны какого-либо направления, напри­мер 1, разговорные токи должны проходить через распределитель в ка­налы передачи других направлений (2 и 3) и не поступать по цепи обратной связи (1—1') в канал передачи направления приема (направление 1) (рис.3.15,б). Однако невоз­можно выполнить распределитель с бесконечно большим переходным затуханием ап между одноименными входом и выходом. Затухание, дБ, между одноименными входом и выходом распределителя

ап=10lgUс /Uп (дБ) (3.1)

где Uс — напряжение сигнала, поступающего на вход распределителя; Uп — напряжение сигнала, появляющегося на одноименном выходе рас­пределителя.

В существующих распределителях получают ап = 50-80 дБ. Включенный в канал распределитель вносит затухание в разго­ворный тракт, дБ,

ар = ад + ан + ас , (3.2)

где ад — затухание вследствие разветвления разговорного тока на

k — 1 на­правлений, дБ;

ан — затухание из-за несогласованности входного сопротивления распреде­лителя и включенного в него тракта приема канала ТЧ, дБ. В большинстве встречающихся на практике случаев имеет место согласование этих сопротивлений и ан = 0 дБ;

ас — собственное затухание, обусловленное потерями в элементах распре­делителя: резисторах, трансформаторах и др., дБ.

Затухание ад определяется исходя из распределения мощности разговорных токов Рвх, поступающей на вход распределителя, на k — 1 направлений с одинаковыми входными сопротивлениями:

ад = 10 lg(Рвхвых)= 10 lg(Рвх/(Рвх/(k – 1))) = 10 lg(k – 1), (3.3)

где: Рвых - мощность разговорных токов на одном выходе, кроме собственного.

Значение составляющей ас в формуле (3.2) определяется в зависи­мости от схемы распределителя.

Для компенсации затухания ар в распределителе предусматриваются усилители (см.рис. 3.15, б). Усиле­ние каждого усилителя, дБ

S = ар – (рвх – рвых)= (адс + ак) – (4 –(-13))

= 10 lg(k – 1) + ас – 17, (3.4)

где рвх= +4дБ, рвых = -13дБ – нормированные уровни 4-проводного канала ТЧ на входе и выходе распределителя.

В состав распределителя входят: распределительное устройство, с помошью которого поступающий сигнал распределяется по направлениям, и усилители. Схемы распределителей могут строиться с включением распределительного устройства РУ до усилителей У (рис. 3.16, а) и после усилителей У (рис. 3.16, б). В распределителях первого вида имеется возможность регулирования уровня сигнала на любом выходе изменением усиления соответствующего усилителя, чего не допус­кает вторая схема. В то же время в распределителе первого вида отсутствует возможность повышения уровня сигнала на его входе, что обеспечива­ется распределителем второго вида. Преимущественное распростра­нение нашли распределители первого вида, так как они позволяют по­лучить наибольшее значение переходного затухания.

На аналоговых сетях ОТС наибольшее применение нашли распределители, в котором рас­пределительное устройство построено на резисторах, а в качестве уси­лительных элементов используются операционные усилители. Схема распределителя на три направления приведена на рисунке 3.17. Сигналы, поступающие на входы распределителя Bx1…ВхЗ, распределяются резисторами R1…R6 на входы усилителей У1…У3. Так, с Bx1 сигнал через резисторы R1 и R3 поступает на входы усилителей УЗ и У2, а на вход усилителя У1 не подается. В распределителе приме­няются операционные усилители У1…УЗ, которые в диапазоне час­тот 0,3—3,4 кГц имеют большой коэффициент усиления Ку = 105, вы­сокое входное и малое выходное сопротивления.

Усилители охвачены глубокой отрицательной обратной связью с помощью резисторов Roc. Коэффициент усиления с учетом действия об­ратной связи

Кос = —Uвых/Uвх = —Roc/Ri ≈ 101. В рабочем режиме напряжение на входе усилителя в точке А

UA = — (Uвых/Kу) = (Uвх Кос)/ Kу = Uвх (101/105) = Uвх 10-4 .

Так как напряжение UA на входе усилителя очень мало, то и вход­ное сопротивление в точке А этого усилителя близко нулю.

Переходное затухание ап между входом и выходом первого направления

ап = 20 lg( Uвх1 / Uвых1 ) = 20 lg( Uвх1 /( UД1 Kу), (3.5)

где UД1 – напряжение на входе У1.

На вход У1 с первого входа Bx1 поступает напряжение сигнала Uвх1, ослабленное делителями напряжения, образованными резисто­рами Rl, R3 и очень малыми сопротивлениями входов усилителей У3 и У2, соответственно. Кро­ме того, на вход У1 через делители напряжений, образованные резисторами R2, R4 и входными сопротивлениями RВХ2, Rвхз, посту­пают очень малые напряжения, близкие нулю. Если принять напряже­ния UД3 и UД2 в точках А усилителей УЗ и У2 равными нулю, то согласно формуле (3.5) будем иметь ап = ∞. Практически при Kу = 105 и Кос = 10 имеем ап ≥ 60 дБ.

Распределители на резисторах и операционных усилителях приме­няются в аппаратуре оперативно-технологической связи на пять (рисунок 3.18) и шесть направлений.

. Влияние распределителей на устойчивость группового канала и уровень электрических шумов. Рассмотрим групповой канал ТЧ, в ко­торый включено 4 переговорно-вызывных устройства ПВУ и 4 распределителя Р (рисунок 3.19). Каналы ТЧ вместе с распределителями образуют состав­ной групповой канал, в котором уровень электрических шумов будет определяться суммарным уровнем шумов всех каналов, включенных в распределитель. При передаче речи со стороны, например, ПВУ1 во всех распределителях создаются токи перехода Iп, которые поступают в обратный канал и по нему в переговорно-вызывное устройство ПВУ1. Они мо­гут вызвать при определенных условиях ложное срабатывание опреде­лителя речевых сигналов, включенного в ПВУ1 в канал приема. Кроме того, токи перехода образуют, как это показано на рассматриваемом рисунке, замкнутые петли токов обратной связи в каналах, включен­ных в распределители, которые, как известно, снижают устойчивость канала. Таким образом, включение распределителей в канал вызыва­ет увеличение уровня электрических шумов в групповом канале и об­разование токов обратной связи во время разговора. В источнике [1] приведен расчет шумов и показано, на сколько шумы групповых каналов превышают шумы стандартных каналов. В этом же источнике сделан расчет устойчивости групповых каналов ТЧ, включенных в распределители. Расчет показал, что при включении в каналы ТЧ распределителей с переходным затуханием не менее 60 дБ, влияния на устойчивость практически не оказывается.

Для частичного предотвращения суммирования шумов в групповых каналах на сети ОТС используют шумозаградители (ШЗ). На рисунке 3.20 показан пример применения шумозаградителей, которые включаются в ответвления от основного канала ТЧ. Шумозаградители управляют подключением тракта приема канала ответвления к распределителю. На рисунке 3.21 показана функциональная схема ШЗ, в который входят: устройство обнаружения речи (УОР) и два контакта S1 и S2. При отсутствии в канале ответвления разговорных сигналов тракт приема канала ответвления отключен от распределителя. В шумозаградителе тракт приема канала ответвления и вход распределителя нагружены на согласующие резисторы Rн.При появлении в канале ответвления разговорного сигнала, УОР обнаруживает его и передает управляющий сигнал на изменение состояния контактов S1 и S2. Через эти контакты канал ответвления подключается к входу рас­пределителя.

Шумозаградители включаются только в каналы ответвлений чтобы не увеличивать по главному направлению время переключения тракта из режима передачи в режим прие­ма. Если включить несколько ШЗ в основной канал, то при передаче они будут срабатывать последовательно друг за другом и общее время переключения кана­ла будет возрастать пропорцио­нально количеству ШЗ, а это в свою очередь будет вызывать иска­жение начальных слогов переда­ваемой речи.

Переходные устройства

Структура организации группового канала ОТС определя­ется прежде всего эксплуатационными параметрами, к которым отно­сятся протяженность и границы диспетчерского участка, количество включаемых в него промежуточных пунктов, месторасположение рас­порядительной станции. Иногда нельзя организовать оперативно-технологическую связь только по одному 2-проводному каналу ТЧ, например, когда в него требуется включить более двух двусторонних усилителей или если диспетчерский участок удален от распорядительной станции на значи­тельное расстояние. В таких случаях применяют 2- и 4-проводные каналы ТЧ. В пунктах соединения этих каналов устанавливаются переходные устройства. На рис.3.22 при­ведены три основных варианта построения групповых каналов с пе­реходными устройствами ПУ. Первый вариант (рис. 3.22, а) приме­няют при удалении основного группового канала ТЧ от распоряди­тельной станции PC, и групповой канал подключается к ней по обходному каналу ТЧ через ПУ. Распорядительная станция и переходное устройство подключены к обходному каналу через систему передачи (СП). Второй вариант (рис. 3.22, б) характерен для случаев деления групповых каналов на участки по эксплуатационным или расчетным сообра­жениям (если в групповой канал по расчету требуется включить более двух усилителей). Третий вариант (рис. 3.22, в)относится к случаю расположения распорядительной станции PC внутри диспетчерского участка. Мо­гут быть и другие варианты применения ПУ.

Принцип действия ПУ поясняется рисунком 3.23. В состав ПУ входят распределитель направления Р типа РН-5 и два двухпроводных окон­чания Д01 и Д02. Распределитель выполнен по схеме, приведенной на рис. 3.18, и имеет пять сторон. Стороны 1 и 2 предназ­начены для подключения двух двухпроводных окончаний Д01 и Д02. Стороны 3 и 4 служат для подключения двух 4-проводных каналов ТЧ. Сторона 5 ис­пользуется для каскадного соединения двух переходных устройств. На входах 1, 2, 3 и 4 распределителя уровень сигнала +4 дБ, а на выходах —13 дБ. На входе и выходе 5 можно иметь уровни соответ­ственно +4 и —13 дБ, а также —3,5 и +3,5 дБ. Последние значения уровней соответствуют соединению двух переходных устройств.

Двухпроводное окончание содержит устройство управления голо­сом УУГ, электронные ключи КПер в цепи передачи и КПр в цепи приема, усилители передачи УПер и приема УПр, автоматический регулятор усиления АРУ для УПр. Нормально ключ КПр открыт, ключ КПер закрыт и разговорный сигнал из двухпроводного канала проходит через КПр на вход 2 распределителя. Автоматический регу­лятор усиления обеспечивает на выходе КПр уровень +4 дБ, для чего усиление УПр должно изменяться от +18,0 до —1,0 дБ, если на входе УПр уровень сигнала будет принимать значения соответст­венно —14и +5,2дБ. Сигнал с выхода распределителя с уровнем — 13 дБ поступает в УУГ и на его выходах появляются сигналы по­стоянного тока, которые закрывают КПр и открывают КПер.

Усиление усилителя УПер должно быть не менее 18 дБ, чтобы уровень на выходе ДО был +5 дБ. Так как на выходе каждого ДО может быть обеспечена передача максимально допустимого для канала ТЧ уровня сигнала +5 дБ, то переходное устройство дает возмож­ность реализовать включение цепей с собственным затуханием 19 дБ.

Наличие двух двухпроводных окончаний позволяет включать два электрически независимых участка группового канала. Эти участки могут содержать двусторонние усилители, устойчивость которых определяется только на данном участке, так как цепи обратной связи будут разомкнуты в переходном устройстве.

Если участки двухпроводного канала ТЧ образованы на разных типах линии, например один на воздушной, а другой на кабельной, то эти участки целесообразно подключать также через переходные устройства.

Применение переходных устройств позволяет уменьшить число дуплексных усилителей на групповых каналах ОТС.

В устройствах сопряжения двух- и четырехпроводных каналов применяются устройства управления голосом УУГ, необходимое для управления направлением передачи речи под действием речевых сигналов. В ПУ при обнаружении речевого сигнала происходит изменение направлением передачи речи.

Устойчивая работа УУГ зависит от времени его срабатывания и возвращения в ис­ходное состояние, а также от степени его защищенности от воздействия помех. Защищенность повышается с увеличением задержки на срабаты­вание УУГ, однако при этом повышаются искажения речевого сигнала вследствие пропадания начальных элементов речи. Время срабатывания УУГ выбирается равным 10…15 мс. Время задержки УУГ на выключение выбирается равным, примерно, 350 мс. Оно определяется временными интервалами между слогами произносимых слов.

В УУГ для обнаружения речевого сигнала применяется фильт­рация огибающей входного сигнала. Исследования показали, что спектр изменения огибающей речевого сигнала лежит в диапазоне 0…25 Гц, а помехи — в диапазоне 0…50 Гц (рис.3.24, а). Используя эти различия в УУГ применяются следующие фильтры (рис. 3.25). Фильтр Ф-0,2 пропускает со­ставляющие сигнала и поме­хи свыше 200 Гц и задержи­вает составляющие, лежащие в полосе ниже 200 Гц. Такая пред­варительная фильтрация по­мех облегчает работу осталь­ных узлов УУГ. Усилитель-детектор УД усиливает и вы­деляет огибающие речевого сигнала и помехи. Фильтр нижних частот Ф-0,025 выде­ляет спектр частот ниже 25 Гц, т. е. на выходе этого фильтра будет в основном огибающая речевого сигнала, так как огибающая помехи значительно ослаблена. В усилителе-детекторе УДО происхо­дит усиление сигнала огибающей, его выпрямление и передача на вход порогового устройства ПРУ (см. рис. 3.24, б). Если на входе ПРУ по­является напряжение Uпу > Uпор (Uпор – пороговое напряжение срабатывания ПРУ), то ПРУ срабатывает и на вход ключа К подается управляющее напряжение Uвых (см. рис. 3.24, в).

Для срабатывания устройства от вызывного сигнала предусмат­ривается выделитель вызывного сигнала ВВС, который работает сле­дующим образом. Вызывной сигнал проходит через Ф-0,2, УД и через диод VD подается на резистор R и далее на вход ВВС. Резистором R регу­лируется порог срабатывания ВВС. В выделителе вызывного сигнала сигнал усиливается, выпрямляется и поступает на вход ПРУ. Суммарное время срабатывания ПРУ и К выбирается приблизительно 15 мс, и, следо­вательно, на это время теряется начальная часть принимаемого сигнала.

На существующих аналоговых и цифро-аналоговых сетях связи наибольшее применение получили переходные устройства следующих типов: ПУ-4Д, УС2/4, ПУ-5/3МЦ и ПУ-2000. На некоторых участках сети ОТС можно встретить устаревшую аппаратуру типа ПУ‑62М.

Аппаратура ПУ-4Д позволяет включить до четырех 4-проводных и до двух 2-проводных каналов ТЧ. При включении одного 2-проводного канала ТЧ допустимое количество 4-проводных каналов ТЧ уменьшается на один. Такое ПУ строится в соответствии со схемой, приведенной на рис.3.23. Кроме того, в каждом ПУ-4Д есть дополнительный 4-проводный интерфейс, служащий для объединения двух ПУ-4Д. В два объединенных ПУ можно включить до восьми 4-проводных и до четырех 2-проводных каналов ТЧ.

Переходное устройство УС2/4 позволяет включить до четырех 4-проводных и до двух 2-проводных каналов ТЧ.

Аппаратура ПУ-5/3МЦ и ПУ-2000 строится на базе микропроцессоров с цифровой обработкой сигналов в разговорных трактах. В ней используются наиболее эффективные методы обработки сигналов, что позволяет добиться наименьших искажений речи при управлении направлением передачи голосом. В ПУ-5/3МЦ можно включить до пяти 4-проводных и до трех 2‑проводных каналов ТЧ. ПУ-2000 имеет четыре модификации: 5/3, 6/2, 7/1 и 8/0, где в числителе указано число 4-проводных каналов ТЧ, а в знаменателе – число 2‑проводных каналов ТЧ. В таких ПУ предусмотрено тестирование и настройка параметров через внешний интерфейс с помощью персонального компьютера. Переходное устройство может иметь в своем составе устройство управления радиостанциями – ТУ‑РС.

Все рассмотренные ПУ выполняют функцию шумоподавления на 4‑проводных каналах ТЧ.

Наши рекомендации