4.2.5 Система коррекции. Постоянная коррекция. Необходимость переменной коррекции. Методы переменной амплитудной коррекции. Типы корректоров. Плоские, наклонные и криволинейные корректоры.

Более подробно с данным материалом можно ознакомиться в [1, стр. 46…48; 5, стр.352…354; 6, стр. 141…143; 7, стр. 59…62]

Частотные характеристики реальных трактов в той или иной степени отличаются от характеристик (4.24) и (4.25), что приводит к искажениям передаваемого сигнала. Линейные искажения (ЛИ) подразделяются на амплитудно-частотные (АЧИ) и фазочастотные (ФЧИ). Они характеризуют отличия частотных характеристик реальных трактов от идеальных.

Влияние линейных искажений на качество передачи различных информационных сигналов неодинаково. Так, при передаче сигналов изображения наличие АЧИ или ФЧИ приводит к снижению четкости принятого изображения, нарушению контрастности, пропорций. В некоторых случаях наличие ФЧИ приводит к появлению негативного изображения. Оба вида ЛИ влияют на качество передачи дискретной информации. Органы слуха человека не чувствуют изменений фаз отдельных спектральных составляющих звуковых сигналов. Поэтому при передаче речи учитывают только АЧИ, которые по мере их увеличения сначала снижают натуральность речи, а затем и разборчивость. ФЧИ оказывают влияние на сигналы музыкальных программ звукового вещания, т.к. могут изменять скорость нарастания громкости. Чтобы устранить или существенно ослабить негативное влияние ЛИ, линейные усилители ОП (ОУП, НУП) не только усиливают составляющие линейного сигнала, но и восстанавливают те же соотношения между спектральными составляющими сигнала, которые имели место на выходе ЛУС _пер. Эта операция называется коррекцией. Таким образом, ЛУС в НУП (ОУП, ОП) усиливает и корректирует линейный сигнал. Для этого усилители дополняются корректирующими устройствами или просто корректорами.

На рис.4.88,а показана частотная характеристика затухания А_л(f) участка кабельной линии, существенно отличающаяся от идеальной. Очевидно, что АЧИ этого участка линии можно устранить, если каскадно с ним включить четырехполюсник (рис.4.88,б), называемый амплитудным корректором (АК).

 

Рис.4.88 Коррекция линейных искажений

Частотная характеристика затухания АК А_ак(f) удовлетворяет условию неискаженной передачи:

А_л(f) + А_ак(f) = А₀ = const.

ФЧИ устраняются аналогично,т.е. каскадным подключением к данному тракту четырехполюсника, называемого фазовым корректором (ФК). Затухание ФК не зависит от частоты, а частотной характеристике времени запаздывания сигнала t_зфк(f) может быть придана такая форма в заданном диапазоне частот, чтобы, как и при коррекции АЧИ, соблюдалось условие неискаженной передачи

[t_пл(f) + t_зак(f)]+ t_зфк(f) = t_р(f) = const,

где t_пл(f) – групповое время передачи в линии; t_зак(f) – частотная характеристика времени запаздывания сигнала в АК.

При коррекции линейных искажений может оказаться, что полученное частотно-независимое затухание А₀ будет отличаться от заданного значения А_з . В этом  случае кроме корректора в тракт включают либо удлинитель (А₀ < А_з), либо усилитель (А₀ > А_з). Рис.4.88,г соответствует случаю включения усилителя.

Реальные источники ЛИ имеют частотно-зависимые АЧХ и ФЧХ, которые могут меняться под действием многих дестабилизирующих факторов (причин): температуры окружающей среды, питающих напряжений, метеоусловий и т.д. В принципе действие каждого фактора можно скомпенсировать с помощью своего «причинного» корректора АЧХ и ФЧХ, однако при большом числе факторов такое решение будет сложным и громоздким. Кроме того, для обеспечения высокой помехозащищенности сигналов корректирующие устройства необходимо размещать на всех тех участках тракта, на входах и выходах которых должны устанавливаться заданные измерительные уровни. Таким образом корректирующие устройства распределяются вдоль трактов, что является характерной особенностью АСП. Систему коррекции протяженных линейных трактов  строят методом последовательного приближения к требуемой (допустимой) АЧХ и ФЧХ тракта: сначала устраняются (корректируются) основные АЧИ на отдельных усилительных участках, затем «подчищаются» погрешности коррекции, накопившиеся на нескольких таких участках, и, наконец, устраняются погрешности случайного характера на частях тракта значительной протяженности. При подобном подходе в отдельности корректируются основные, регулярные и случайные линейные искажения.

Основные искажения отличаются тем, что их характер заранее известен. Например, известна частотная зависимость  затухания кабеля, ее изменение при изменении температуры почвы или значение краевых искажений в полосах пропускания направляющих фильтров.

Основные АЧИ вносит участок линии связи, затухание которого можно представить в виде А = А_ср(f) + А_~(f, t, t°…). Постоянные (не меняющиеся во времени и от температуры)  АЧИ, определяемые слагаемым А_ср(f), устраняются с помощью постоянного АК (линейного корректора – ЛК), размещаемого в каждом усилительном пункте. Переменная составляющая затухания линии А_~(f, t, t°…), зависящая от температуры и времени, а в воздушных линиях – и от метеоусловий, корректируется с помощью переменного амплитудного корректора (ПАК). Последний размещается в каждом НУП или через несколько НУП (в НУП-К), а его подстройка может выполняться автоматически (с помощью системы АРУ) или вручную. Поскольку ПАК регулируют усиление ЛУС, их еще называют регуляторами.

Для упрощения схемы ПАК используют следующий прием [1]: часть АЧИ, соответствующих либо тяжелым (при t = t_мах), либо средним (t_ср), либо легким (t_мin) условиям работы, корректируют постоянным корректором. У этого корректора в отличие от ПАК параметры элементов не изменяются во времени, т.е. он формирует  лишь одну, соответствующую заданным условиям работы, кривую усиления ЛУС (например, t_мах на рис.4.89,а). Оставшуюся часть АЧИ корректируют переменным АК.

Рис.4.89 Методы переменной амплитудной коррекции

 

Чтобы еще более упростить схему и повысить точность коррекции, АЧХ затухания линии связи представляют в виде суммы отдельных составляющих, каждая из которых корректируется соответствующим ПАК. Например, затухание участка линии симметричного кабеля А_уч можно рассматривать как сумму плоской (1), наклонной (2) и криволинейной (3) составляющих (рис.4.89,б). Каждая составляющая изменяется во времени. Эти изменения корректируются соответствующими ПАК: плоским регулятором (РП), наклонным (РН) и криволинейным (РК). Соответствующие АЧХ затуханий регуляторов приведены на рис. 4.90, а,б и в. Необходимо отметить, что все кривые семейства АЧХ затуханий РН сходятся в одной точке, называемой точкой вращения. Обычно она выбирается вблизи либо верхней f_в, либо нижней f_н граничной частоты линейного спектра АСП. Семейство АЧХ затуханий криволинейного регулятора имеет две точки вращения, расположенные также вблизи f_н и f_в.

Очевидно, что точность коррекции определяется тем, насколько ЧХ соответствующих корректоров приближаются к заданным. В общем случае идеальное совпадение характеристик корректора с заданными возможно при бесконечно большом количестве элементов его схемы. Поэтому применение реальных схем с ограниченным числом элементов приводит к погрешности коррекции. Таким образом, при использовании АК (или ПАК) основные АЧИ оказываются устраненными не полностью.

 

Рис.4.90 АЧХ затуханий  корректоров

Оставшаяся часть искажений называется искажениями из-за погрешности коррекции (погрешностью основной коррекции). Эти ЛИ для однотипных участков ЛТ и корректоров имеют один и тот же знак и накапливаются вдоль трактов по линейному закону. Подобные АЧИ именуют регулярными (систематическими)  и устраняют с помощью системных (магистральных) корректоров (МК). Магистральные корректоры в зависимости от особенностей тракта могут быть как постоянными, так и переменными и обычно располагаются в ОУП, а в АСП большой емкости (К-1920П, К-3600) – и в отдельных НУП (НУП-К).

АЧХ затухания МК содержит семейство кривых с экстремумами на частотах линейного спектра (рис.4.90,г).

Помимо регулярных погрешностей имеются  погрешности коррекции, возникающие при работе ПАК. Эти погрешности также вызывают появление линейных искажений, которые носят название случайных, поскольку на каждом усилительном участке имеют свой характер и накапливаются вдоль тракта по случайному закону.

Случайные искажения могут быть вызваны следующими причинами:

- неоднородностью участков линии связи;

- неточным согласованием характеристик сопротивлений линий связи с входными (выходными) сопротивлениями ОП, ОУП, НУП;

- производственными допусками на параметры элементов аппаратуры;

- изменением параметров элементов из-за их старения, параметров окружающей среды и т.д.

 Коррекция случайных АЧИ, которые накапливаются медленнее регулярных, производится с помощью подчисточных корректоров. Подчисточные корректоры в большинстве случаев являются корректорами локального типа (локальными корректорами - ЛкК), т.е. их характеристики затухания должны существенно отличаться от нуля лишь в некоторых (локальных) областях частотного диапазона. Они размещаются в отдельных ОУП (не в каждом) и в ОП приемного конца и имеют, как правило, регулируемые характеристики (ПАК).

Таким образом, в существующих АСП с ЧРК коррекция АЧИ организована обычно в таком порядке: основные АЧИ корректируют на каждом усилительном участке; регулярные АЧИ корректируют лишь в некоторых НУП или ОУП; случайные АЧИ корректируют либо в ОУП, либо в тракте приема ОП.

Если искажающая и корректирующая цепи (т.е. тракт и АК, ПАК) относятся к классу минимально-фазовых цепей, то одновременно с коррекцией АЧИ происходит и коррекция ФЧИ [5]. Это позволяет в ЛТ, предназначенных для передачи сигналов многоканальной телефонии, ограничиться применением одного корректора ФЧИ (ФК), размещаемого в конце тракта. При передаче сигналов телевидения к линейности ФЧХ предъявляются более жесткие требования, поэтому корректоры ФЧИ располагаются чаще. Обычно коррекция ФЧИ осуществляется совместно с коррекцией случайных АЧИ с помощью гармонических корректоров (ГК). Более жесткин требования к ФЧИ предъявляются в тех отдельных каналах и групповых трактах АСП, по которым передаются сигналы телеграфии, факсимильной связи и др. Чтобы не усложнять построение системы коррекции ЛТ, ФК располагают непосредственно в оконечной аппаратуре названных выше сигналов. Корректоры ФЧИ (а при необходимости и АЧИ) имеют переменные параметры, подбираемые таким образом, чтобы обеспечить необходимую форму передаваемых сигналов, поэтому они называются корректорами сигналов. Рассмотренные ранее корректоры АЧИ и ФЧИ, прдназначенные для универсальных каналов и трактов, называются корректорами каналов и трактов.

С учетом сказанного, структуру системы коррекции линейных искажений группового тракта  можно изобразить следующим образом (рис.4.91). Передача осуществляется слева направо, а коррекция – по мере возникновения искажений. Поэтому на передающем ОП корректоры не устанавливаются; во всех остальных осуществляется коррекция основных АЧИ. По мере накопления погрешностей коррекции в тракт вводятся  корректоры регулярных и случайных АЧИ; ФЧИ корректируются лишь в приемном ОП.

Принятая структура линейных искажений обеспечивает конечную точность коррекции. Поэтому в трактах большой протяженности, несмотря на тщательную настройку, могут наблюдаться недопустимо большие ЛИ.

Рис.4.91 Структурная схема системы коррекции

Они устраняются в результате переприема стандартных групповых сигналов, т.е. на магистрали большой протяженности организуются промежуточные пункты, в которых производится разделение линейного спектра АСП на те или иные стандартные группы каналов. В каждой из этих групп выполняется регулирование плоской составляющей затухания (плоское регулирование) и обратное преобразование каждой группы в линейный спектр АСП.

Рис.4.92 Коррекция при переприеме групповых сигналов

На рис. 4.92 показана частотная характеристика неравномерности затухания тракта ΔА_т (кривая 1), обусловленная несовершенством системы коррекции. Очевидно, что если линейный спектр разделить на части, соответствующие стандартным ВГ, и для каждой из них  отрегулировать плоскую составляющую затухания, АЧИ в большей части линейного спектра будут снижены (кривая 2).

При необходимости каждая ВГ может быть разделена на части, соответствующие стандартным ПГ, коррекция плоской составляющей затухания в которых еще больше снизит АЧИ (кривая 3). В предельном случае линейный спектр может быть разделен на отдельные КТЧ и в каждом из них выполнено не только регулирование плоской составляющей затухания, но и коррекция возникающих АЧИ.

Понятно, что такой способ коррекции, с одной стороны, обеспечивает почти полное устранение АЧИ, однако с другой оказывается очень громоздким, т.к. для его реализации необходима установка двух комплектов оконечного оборудования аппаратуры АСП. Переприем каналов производят в местах расположения узлов автоматической коммутации, на которых одновременно и осуществляется коррекция данного типа.