1.3.1. МОДЕМЫ ДЛЯ РАБОТЫ ПО НИЗКОЧАСТОТНЫМ И ПУПИНИЗИРОВАННЫМ КАБЕЛЬНЫМ ЛИНИЯМ

Для передачи на близкие расстояния в качестве некоммутируемых линий связи используются проводные пары низкочастотных кабелей (ом. том 1, разд. 3.1.2), а на более значительные

(кликните для просмотра скана)

расстояния — и пары пупинизированных кабелей (см. том 1, разд. 3.1.3). Так как эти кабели могут служить составной частью каналов ТЧ, то для передачи по ним применимы модемы, работающие со скоростями до 9600 бит/с по принципу модуляции несущей и описанные в разд. 1-2 и 1.3.2, причем ограничение полосы частот, обусловленное пупинизацией, не должно быть слишком сильным (см. том 1, табл. 3.3). При скоростях передачи 1200 бит/с и выше ,из-за ограниченной полосы частот в этих модемах должна осуществляться многопозиционная модуляция, а при скоростях более 4800 бит/с необходима очень точная коррекция.

Вместо передачи с применением модуляции (см. том 1, разд.

4.3) на некоммутируемых линиях ближней связи могут использоваться методы передачи в первичной полосе частот (см. том разд. 4.2), которые нередко оказываются существенно более простыми и в реализации. Кроме того, они позволяют вести передачу по проводным парам низкочастотных кабелей с более высокими скоростями, например 48 кбит/с (см. разд. 1.3.1.2). Однако в пупинизированных кабелях при этих методах достижима лишь скорость порядка Из-за ограничения полосы частот в результате пупинизащии (ом. том 1, разд. 3.1.3) для достижения более высоких скоростей передачи необходимо использовать модемы, специально предназначенные для каналов ТЧ.

Хотя устройства передачи данных в первичной полосе частот работают без модуляции, их нередко все же называют «модемами ближней связи», поскольку функции, которые они выполняют по отношению к оконечному оборудованию, аналогичны функциям соответствующих модемов. Для передачи со скоростями до 9600 бит/с пригодны все методы, описанные в разд. 4.2 тома 1. При выборе метода передачи существенную роль «грает максимально допустимый уровень передачи, от которого при заданной максимальной дальности связи зависит минимальный уровень приема, а следовательно, и помехозащищенность.

На рис. 1.34 приведены графики допустимого пикового напряжения передачи для разных методов передачи в первичной полосе частот, при которых псофометрическое (т. е. соответствующее чувствительности человеческого уха, см. разд. 5.2.4.1) значение напряжения помех, наводимого в соседней паре жил, менее Указанное значение установлено, в частности, Почтовым ведомством ФРГ в качестве верхней границы допустимых помех для систем телефонной связи. Другие ведомства предъявляют аналогичные требования. Предполагается, что импульсы специально

подобранной формы в данном случае не используются, так что передаваемые импульсы имеют приблизительно прямоугольную форму. Как видно из графиков, наибольшее напряжение передачи обеспечивается при псевдотроичном методе, поэтому именно этот метод Почтовое ведомство ФРГ предлагает использовать в сетях передачи данных (см. разд. 1.4.1.2, а также [1.42, 1.43]).

Рис. 1.34. Допустимо напряжение передачи при различных методах передачи: 1 — передача постоянным током; -биполярным методом; 3 — двухфазнокодовым методом; 4 — псевдотроичным методом. Справедливо для стохастической последовательности прямоугольных импульсов при оконечном сопротивлении линии 150 Ом и с учетом допустимого напряжения помех в соседних парах (эффективное значение)

При скоростях более 9600 бит/с помимо упомянутых выше ограничений на напряжения помех в телефонном канале необходимо принимать во внимание помехи, которые система передачи данных может создавать для других систем связи, использующих соседние пары жил кабеля (см. том 1, табл. 3.4).

В системах ближней связи модемы работают в основном со скоростями ниже 9600 бит/с. В отдельных случаях необходима передача с варьируемой скоростью. Однако за исключением однополюсного и двухполюсного телеграфирования все описанные в первом томе (см. разд. 4.2) методы передачи в первичной полосе частот (в том числе и псевдотроичный, специально выбранный для сетей передачи данных) требуют тактовой синхронизации. Поэтому при указанных скоростях используют модемы ближней связи, в которых применяется метод двухполюсной передачи (более благоприятный по сравнению с однополюсным, ем. том 1, разд. 4.2.1) и которые в равной степени пригодны для передачи как изохронных, так и неизохронных сигналов данных [1.44-1.46].

1.3.1.1. МОДЕМЫ ДЛЯ РАБОТЫ ПО НИЗКОЧАСТОТНЫМ И ПУПИНИЗИРОВАННЫМ КАБЕЛЯМ СО СКОРОСТЯМИ ДО 9600 бит/с

Для устранения влияния помех, действующих одновременно на обе жилы физической пары НЧ кабеля, каждая такая пара

(включается симметрично, без соединения с землей. Поэтому первое из основных требований, которые предъявляются к модемам ближней связи, работающим по принципу передачи постоянным током, — это гальваническое разделение цепей стыка, имеющих потенциал земли, и линии связи. Поскольку в рассматриваемом случае постоянную составляющую сигнала также необходимо передавать, для гальванического разделения можно преобразовать двоичные сигналы данных в высокочастотные колебания и использовать трансформаторы [1.44]. В настоящее время для гальванического разделения цепей применяют также оптоэлектронные преобразователи [1.46].

Во всем диапазоне скоростей до 9600 бит/с двухполюсная передача ведется при напряжении ±360 (см. рис. 7.34, кривая 1). Передатчик имеет низкоомный выход (например, менее 20 Ом), приемник работает в режиме рассогласования с НЧ кабелем (его входное сопротивление составляет примерно 200 Ом) [1.46]. Благодаря этому, во-первых, линия связи (физическая пара кабеля) становится менее подверженной действию высокоомных источников помех, а во-вторых, достигается уменьшение неравномерностей затухания и ГВЗ (см. том 1, разд. 3.1.2, рис. и 3.6).

Кроме этих мер, для повышения качества передачи в модемах ближней связи применяются компромиссные корректоры, параметры которых устанавливаются в расчете на линию определенной длины [7.46]. Критерием указанной установки корректора служит амплитуда сигнала на приеме, т. е. (поскольку напряжение на передаче задано.) затухание пары жил кабеля.

На рис. 1.35 показаны зависимости степени синхронных искажений от длины кабеля для случая передачи с варьируемой скоростью по паре жил диаметром 0,8 мм с компромиссным корректором и без него.

Рис. 1.1.35. Степень синхронных искажений при дуплеконой передаче по четырехпроводному соединительному тракту (диаметр провода физической пары 0,8 мм): --- без компромиссного корректора; --- с компромиссным корректором

Пользуясь этими графиками, по заданной степени сихронных искажений, допустимой в том или ином случае, можно найти возможную дальность передачи. Для синхронного режима с применением дополнительного тактового генератора, а возможно и скремблера, который позволяет передавать любую

последовательность битов, за основу может быть взята приблизительно такая дальность, при которой степень синхронных искажений составляет 20%.

Как видно из рис. 1.35, кривые, соответствующие скоростям передачи не более обрываются при значении длины кабеля При такой длине кабеля пара жил диаметром имеет сопротивление шлейфа постоянному току около При указанном выше входном сопротивлении приемника 200 Ом и напряжении «а передаче ±350 мВ напряжение на приеме для кабеля такой длины получается приблизительно равным ±30 мВ. Работа с более низким напряжением на приеме из-за помех в линии связи недопустима. Так как длина кабеля определяется допустимым напряжением, то в данном случае говорят о дальности по напряжению.

Для дуплексной передачи без специальных дополнительных устройств необходимы две пары жил, т. е. четырехпроводная линия. Применяемая аппаратура обычно устроена так, что может работать также в режимах многопунктовой (с отключением передатчика) и полудуплексной связи по двухпроводным линиям. Для таких режимов раббты нужны все цепи стыка с ООД, которые были показаны на рис. 1.33. Короткая задержка между сменой состояний в цепях 105 и 106, необходимая при полудуплексной и многопунктовой связи, в данном случае может быть уменьшена примерно до или согласована с задержками соответствующих модемов.

При условии компенсации действия сигнала передающей части модема на вход его приемной части имеется возможность вести дуплексную передачу и по двухпроводной линии. Компенсацию можно осуществить путем включения сопротивления, эквивалентного входному сопротивлению используемой пары жил, в ветвь мостовой цепи (рис. 1.36).

Рис. 1.36. Мостовая схема для двухпроводной дуплексной передачи постоя иным током с применением модемов ближней связи: - передатчики; - приемники; R - сопротивление; N - сопротивление, эквивалентное входному; Z - входное сопротивление кабеля

Эти сопротивления в обеих показанных на рис. 1.36 оконечных установках должны быть сбалансированы.

Однако балансировка сопротивлений требует измерительных приборов и сопряжена с большими затратами времени.

Метод, при котором передаваемый сигнал компенсируется на входе приемника во временной области, обеспечивает гораздо более удобную балансировку [1.46]. Принцип такой компенсации упрощенно иллюстрируется рис.

1.37. На рис. 1.37 а представлена временная диаграмма подлежащего компенсации импульса линейного тока передатчика после изменения состояния цепи данных в момент На рис. 1.376 наглядно показана аппроксимация этого импульса с помощью отрезков прямых с разными начальными значениями и наклоном на различных интервалах оси времени.

Рис. 1.37. Принцип компенсации редаваемого сигнала на входе приемника той же установки: а) линейный ток передатчика сформированный аппроксимирующий ток разностный ток на входе приемника

Области между прямыми, из которых складывается диаграмма аппроксимирующего сигнала, отмечены разной штриховкой. Наконец, на рис. 1.37 в изображена разность между аппроксимирующим током и действительным линейным током которая представляет собой некоторый остаточный ток на входе приемника.

При практической реализации этого метода отрезки прямых обычно заменяются отрезками экспоненциальных функций с различными коэффициентами затухания и начальными значениями, что позволяет, кроме того, добиться и более точной аппроксимации. Коэффициенты затухания задаются соответствующими постоянными времени RC-звеньев а начальные значения экспонент — коэффициентами усиления операционных усилителей, устанавливаемыми с помощью переменных сопротивлений (рис. 1.38). Кроме того, на рис. 1.38 показан регулятор предназначенный для компенсации постоянной составляющей, которая может присутствовать в сигнале.

Временная диаграмма разности между действительным линейным током и его имитацией, которая получается на входе приемника с помощью такого рода компенсационной схемы, приведена на рис. 1.39. На рисунке указаны интервалы времени (отвечающие интервалам на рис. 1.37), в каждом из которых основную роль при формировании суммарного сигнала играет соответствующее -звено.

Рис. 1.38. Схема для компенсации во временной области: передатчик; линейный ток; приемник; сформированный ток.

Рис. 1.39. Временная диаграмма разности между линейным током и сформированным аппроксимирующим током на входе приемника

Разностный ток измеряют только в эти интервалы времени и сравнивают его с тем пороговым значением на рис. 1.39), ниже которого должен лежать скомпенсированный сигнал передатчика на входе приемника. Это пороговое значение разностного тока должно быть выбрано таким, чтобы оно достаточно сильно отличалось от минимального значения тока сигнала на приеме. Для индикации превышения порога

можно использовать светодиоды, как это символически показано на рис. 1-39. В интервале времени III разностный ток превышает Ток на выходе -звена, которое играет основную роль в этом интервале, необходимо подстроить с помощью соответствующего переменного сопротивления; кроме того, остальные переменные сопротивления нужно также отрегулировать заново, так как составляющие общего тока, создаваемые отдельными звеньями в разные отрезки времени, частично зависят друг от друга.

Результаты применения такого рода компенсационной схемы при дуплексной передаче по двухпроводной линии видны из графиков, приведенных на рис. 1.40.

Рис. 1.40. Степень синхронных искажений при дуплексной передаче по двухпроводному соединительному тракту. Диаметр провода пары

По сравнению с дуплексной передачей по четырехпроводной линии (см. рис. 1.35) степень синхронных искажений при заданной длине кабеля и скорости в данном случае из-за неполной компенсации выше. Относительно характеристик синхронной передачи и дальности связи по напряжению справедливы такие же условия, как и при передаче по четырехпроводной линии (см. с. 71).

1.3.1.2. МОДЕМ ДЛЯ РАБОТЫ ПО НИЗКОЧАСТОТНЫМ КАБЕЛЯМ СО СКОРОСТЯМИ ВОЛЕЕ 9600 бит/с

При скоростях более 9600 бит/с передача с варьируемой скоростью едва ли необходима. Поэтому в данном случае применимы все методы, перечисленные в разд. 4.2 первого тома. Необходимо обращать особое внимание на то, чтобы при передаче данных не создавались переходные помехи для систем связи, использующих соседние жилы кабеля (см. том 1, табл. 3.4). Поскольку в настоящее время высокие скорости модуляции применяются сравнительно редко, в качестве примера укажем лишь, что в случае использования псевдотроичного метода при напряжении 6 В дальность передачи со скоростью 48 кбит/с по кабелю с диаметром жил составляет около 12 км.