4.2.2 Размещение усилителей. Влияние разброса длин усилительных участков на защищенность от помех

Материал по данному вопросу можно найти в [7, стр. 122…124; 9, стр. 67…69].

Следует отметить, что применение промежуточных усилителей, являющихся основным компонентом ОУП и НУП, принципиально необходимо. Рассмотрим это на примере. Допустим требуется осуществить 24-канальную телефонную связь по кабелю МКС-4х4х1,2 протяженностью 100 км. Максимальная частота линейного спектра 108 кГц, километрическое затухание кабеля α ≈ 1,75 дБ/км. При длине цепи 100 км величина αL = 175 дБ. Остаточное затухание канала A_r = 7 дБ (МККТТ).  

 

 

Рис.4.78 Размещение усилителей

 

Пусть ПЧ и фильтры на передающей и приемной станциях вносят затухание   7 дБ (см. рис.4.78), тогда затухание линии вместе с преобразовательным оборудованием составит 189 дБ. Для компенсации избыточного затухания необходимо в канале обеспечить усиление S = 189 - A_r = 182 дБ.

Если попытаться компенсировать затухание одним усилителем на передающем конце (рис.4.78,а), то уровень на его выходе составит 175 дБ, что соответствует мощности Р = 1х10^17,5 мВт = 131400 млн. кВт (для сравнения: мощность Братской ГЭС 4,5 млн кВт).

При включении усилителя только на приемном конце уровень сигнала на входе усилителя составит -182 дБ (рис.4.78,б), т.е. будет полностью подавлен помехами.

Очевидно, что увеличение дальности связи с применением маломощных усилителей и обеспечение требуемой защищенности сигнала от помех может быть реализовано на основе применения промежуточных усилителей в ЛТ. В этом случае мощность сигнала будет восстанавливаться усилителями после каждого участка линии определенной длины. Поскольку энергия сигнала в линии убывает по экспоненциальному закону, естественно ожидать, что для достижения максимальной помехозащищенности усилители в ЛТ доложны быть размешены строго равномерно, т.е. все усилительные участки должны иметь одинаковое затухание, а все усилители – одинаковое усиление. Докажем это на примере двух усилительных участков (рис.4.79,а).

 

 

Рис.4.79 Размещение усилителей

 

Мощность помехи на выходе ЛТ за счет первого усилительного участка равна Р_п1 = 10 ^{0,1(рп +S1-А2+S2)} = 10^{0,1(рп +А1)} мВт, а за счет второго участка                                 Р_п2  = 10^{0,1(рп +А2)} мВт.

Суммарная мощность помех на выходе линейного тракта                                   Р_п = 10^0,1рп (10^0,1А1 +10^0,1А2) мВт. Предположим, что А₁ = (А/2)+ΔА и А₂ = (А/2)-ΔА, где А = А₁+А₂ – общее затухание линии. Тогда Р_п = 10^{0,05(2рп+А)} ( 10^0,1ΔА  + 10 ^{- 0,1ΔА}) мВт.

Величина ΔА, при которой обеспечивается минимальная суммарная мощность помех, определяется из уравнения

dР_п/ dΔА =0.

Откуда можно получить ΔА = 0 и А₁ = А₂ = А/2. Таким образом, суммарная мощность помех на выходе ЛТ будет минимальной при равномерном размещении усилителей в линейном тракте.

При увеличении дальности связи для обеспечения требуемой защищенности каналов приходится уменьшать длину усилительных участков, чтобы повысить защищенность на каждом из них. Размещая равномерно усилители при определенном их количестве, можно обеспечить требуемую дальность связи при малой мощности сигнала на их выходах. Возвращаясь к примеру на рис.4.78, можно включить усилители после каждого участка линии длиной 25 км. Затухание участка составит 44 дБ, необходимое усиление каждого промежуточного усилителя - также 44 дБ (рис.4.79,б). При нулевом измерительном уровне на выходе оконечной аппаратуры измерительные уровни на выходах промежуточных усилителей также будут нулевыми, что соответствует мощности в 1 мВт.

При проектировании линий передач всегда стремятся к равномерному размещению усилительных пунктов по магистрали при длине усилительных участков, равной номинальному [9]. Однако, выполнить это не всегда возможно. Поэтому появляется разброс длин усилительных участков. Оценим, как это влияет на результирующую защищенность сигнала от помех.

Результирующая мощность собственных помех для магистрали с n усилительными участками

                                         ,                             (4.9)

где Р_спн – мощность собственных помех усилительного участка с номинальным затуханием (номинальной длины); ΔА_i - разброс затуханий усилительных участков.

Поскольку ΔА_i = αΔL, то очевидно, что разброс длин усилительных участков приводит к увеличению мощности тепловых шумов, и , следовательно, к потерям в помехозащищенности сигнала ΔW

               ΔW = 10lg(Р_спр/Р_спн)                               (4.10)

Если ΔА_i>0, то имеет место удлиненный усилительный участок, увеличивающий потери в помехозащищенности; при ΔА_i <0 участок будет укороченным и собственные помехи от него меньше помех от усилительных участков номинальной длины.

Для АСП, работающих по КК, число усилительных участков велико, а разброс длин – невелик и имеет равномерный характер. Поэтому сумму в (4.9) можно заменить интегралом и получить:

              ,               (4.11)

где ΔА_max – максимально допустимый разброс затуханий усилительных участков.

Вредное действие удлиненных усилительных участков можно скомпенсировать с помощью нескольких укороченных. Для определения числа укороченных участков n_ук, необходимых для компенсации влияния одного удлиненного на Δ усилительного участка, можно пользоваться соотношением [9]

Р_спн 10 ^0,1Δ+Р_спн n_ук 10 ^{- 0,1Δ} = (n_ук + 1) Р_спн     или

        10 ^0,1Δ+ n_ук 10 ^{– 0,1Δ} = n_ук + 1.                       (4.12)

Решая (4.12) относительно n_ук , получим n_ук = 10^0,1Δ .

Более общее решение проблемы компенсации влияния удлиненных участков можно найти, например, в [9].