RU2419969C2 - Method to reduce crosstalk in four-wire electric data transfer lines - Google Patents

Method to reduce crosstalk in four-wire electric data transfer lines Download PDF

Info

Publication number
RU2419969C2
RU2419969C2 RU2009126791/09A RU2009126791A RU2419969C2 RU 2419969 C2 RU2419969 C2 RU 2419969C2 RU 2009126791/09 A RU2009126791/09 A RU 2009126791/09A RU 2009126791 A RU2009126791 A RU 2009126791A RU 2419969 C2 RU2419969 C2 RU 2419969C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
windings
transformer
cores
Prior art date
Application number
RU2009126791/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009126791A (en
Inventor
Вячеслав Николаевич Федоров (RU)
Вячеслав Николаевич Федоров
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Якутский государственный университет имени М.К. Аммосова" (ГОУ ЯГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Якутский государственный университет имени М.К. Аммосова" (ГОУ ЯГУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Якутский государственный университет имени М.К. Аммосова" (ГОУ ЯГУ)
Priority to RU2009126791/09A priority Critical patent/RU2419969C2/en
Publication of RU2009126791A publication Critical patent/RU2009126791A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2419969C2 publication Critical patent/RU2419969C2/en

Links

Landscapes

  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

FIELD: information technologies.
SUBSTANCE: groups of copper strand pairs are used so that data is sent along data transfer lines accordingly from two transmitting devices and two receiving ones, the input and output of the four-wire communication line are connected to a single-type device, which comprises the following components: a transformer, on each of two cores of which there is an input winding, the first and the second output windings. Besides, the first output windings of cores are connected in series, the second output windings of cores are connected oppositely, and reactive resistances of the input windings are equal and are twice more than the reactive resistances of the output windings.
EFFECT: reduced crosstalk in any electric transfer lines.
2 cl, 1 dwg

Description

Настоящее решение, в целом, относится к способам с улучшенными рабочими характеристиками и, в частности, предназначенным для передачи данных, имеющей внутреннее экранирование для снижения перекрестной помехи.The present solution, in General, relates to methods with improved performance and, in particular, designed to transmit data having internal shielding to reduce crosstalk.

Из уровня техники известно устройство для определения однофазных замыканий на землю в воздушных сетях с изолированной нейтралью (патент RU 2255404), содержащее трансформатор напряжения, блок сравнения фаз для каждого защищаемого присоединения, исполнительный блок, подключенный к выходу блока сравнения фаз, трансформатор тока нулевой последовательности для установки в ячейку с воздушным выходом, включающую измерительные трансформаторы тока, проходные изоляторы и высоковольтный выключатель, отличающееся тем, что в него введены входной преобразователь и блок управления, причем входы входного преобразователя соединены с выводами вторичной обмотки трансформатора напряжения, а выход подключен к первому входу каждого блока сравнения фаз и к входу блока управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно со вторым и третьим входами блоков сравнения фаз, третий выход блока управления подключен к управляющему входу исполнительного блока, а в качестве трансформаторов тока нулевой последовательности использованы кабельные трансформаторы, устанавливаемые в каждую ячейку с воздушным выходом с помощью специальной конструкции из трех гибких проводов в изоляции, выводы вторичных обмоток которых подключены к четвертым входам соответствующих блоков сравнения фаз, а первичная обмотка трансформатора тока нулевой последовательности образована проводами фаз А, В, С, протянутыми через окно сердечника, одни концы которых соединены с контактами высоковольтного выключателя ячейки с воздушным выходом, а другие концы подключены к соответствующим проходным изоляторам: по фазе В непосредственно, а по фазам А и С - через измерительные трансформаторы тока.The prior art device for determining single-phase earth faults in air networks with isolated neutral (patent RU 2255404), comprising a voltage transformer, a phase comparison unit for each protected connection, an Executive unit connected to the output of the phase comparison unit, a zero sequence current transformer for installation in a cell with an air outlet, including measuring current transformers, bushing insulators and a high-voltage switch, characterized in that the input pre a browser and a control unit, the inputs of the input converter being connected to the terminals of the secondary winding of the voltage transformer, and the output connected to the first input of each phase comparison unit and to the input of the control unit, the first and second outputs of which are connected respectively to the second and third inputs of the phase comparison units, the third the output of the control unit is connected to the control input of the executive unit, and cable transformers installed in the cable are used as zero-sequence current transformers I am waiting for a cell with an air outlet using a special design of three flexible wires in isolation, the terminals of the secondary windings of which are connected to the fourth inputs of the corresponding phase comparison units, and the primary winding of the zero-sequence current transformer is formed by wires of phases A, B, C, drawn through the core window, some ends of which are connected to the contacts of the high-voltage circuit-breaker of the cell with an air outlet, and the other ends are connected to the corresponding bushing insulators: in phase B directly, and in phase A and C - through measuring current transformers.

Решение предназначено только для сигнализации и защиты в трехфазных цепях, но не для передачи данных.The solution is intended only for signaling and protection in three-phase circuits, but not for data transmission.

Из уровня техники известен ЭКРАНИРОВАННЫЙ РАЗЪЕМ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ (патент RU 2313179). Изобретение относится к электрическому разъему, в частности к вилке для передачи данных, имеющей внутреннее экранирование для снижения перекрестной помехи и предназначенной для использования с кабелем, имеющим множество проводов, скомпонованных в виде множества пар. Вилка содержит корпус и загрузочную планку, установленную внутри корпуса. В загрузочную планку устанавливают провода в определенном положении по отношению друг к другу. В корпусе установлен также экранирующий элемент, выполненный электропроводным и экранирующий первую пару проводов, вторую пару проводов, третью пару проводов и четвертую пару проводов. В экранирующем элементе выполнена первая выемка, имеющая размеры, позволяющие осуществлять контроль над уровнем перекрестной помехи между первой парой проводов и второй парой проводов. Технический результат - повышение скорости передачи данных.In the prior art, a SCREENED CONNECTOR FOR DATA TRANSFER is known (patent RU 2313179). The invention relates to an electrical connector, in particular to a data plug with internal shielding to reduce crosstalk and intended for use with a cable having multiple wires arranged in multiple pairs. The plug comprises a housing and a loading bar mounted inside the housing. In the boot bar set the wires in a certain position relative to each other. A shielding element is also installed in the housing, which is electrically conductive and shields the first pair of wires, the second pair of wires, the third pair of wires and the fourth pair of wires. A first recess is made in the shielding element, having dimensions that allow monitoring the level of crosstalk between the first pair of wires and the second pair of wires. The technical result is an increase in data transfer rate.

Данное решение позволяет уменьшить перекрестные помехи только на ближнем (передающем) конце (ППБК, NEXT).This solution allows to reduce crosstalk only at the near (transmitting) end (PPBK, NEXT).

Из патента US 5970088, например, известен способ компенсации для пула из N идентичных логических модемов для цифровых абонентских линий типа MDSL. Он служит для компенсации перекрестных помех на ближнем конце (ППБК). Передатчики модемов синхронизированы посредством тактового генератора. Принимаемые N модемами сигналы после приема освобождаются от помех с помощью компенсационной схемы. Компенсационная схема состоит из N субблоков, каждый из которых соотнесен с соответствующим модемом. Субблок включает в себя N адаптивных фильтров, выходной сигнал которых служит для коррекции сигнала, который уже принят модемом и преобразован в цифровую форму. В качестве опорного сигнала для адаптивных фильтров служит сигнал передачи, переданный соответствующим одним из N модемов. Выходные сигналы всех адаптивных фильтров субблока объединяются и применяются для коррекции уже принятого сигнала приема.From patent US 5970088, for example, a compensation method is known for a pool of N identical logical modems for digital subscriber lines of the MDSL type. It serves to compensate for crosstalk at the near end (PPBC). Modem transmitters are synchronized via a clock. The signals received by N modems after reception are freed from interference using a compensation circuit. The compensation circuit consists of N subunits, each of which is associated with a corresponding modem. The subunit includes N adaptive filters, the output signal of which serves to correct a signal that has already been received by the modem and converted to digital form. As a reference signal for adaptive filters, there is a transmission signal transmitted by the corresponding one of the N modems. The output signals of all adaptive filters of the subunit are combined and used to correct an already received signal.

Способ компенсации, описанный в данном решении, требует N идентичных модемов и N адаптивных фильтров и только для цифровых абонентных линиях типа MDSL и поэтому не пригоден для подавления помех в любой системе.The compensation method described in this solution requires N identical modems and N adaptive filters and only for digital subscriber lines such as MDSL and therefore is not suitable for suppressing interference in any system.

Наиболее близким аналогом является УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ГРУППЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ И СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ (патент RU 2313179), в частности группы медных пар жил, путем подавления перекрестных помех, причем данные передаются по упомянутым линиям передачи данных соответственно от одного или более передающих устройств, содержащее электронную схему, включенной между двумя выводами, причем электронная схема содержит, по меньшей мере, один адаптивный фильтр, который вырабатывает выходной сигнал для коррекции сигнала, передаваемого по первой линии передачи данных, при этом опорный сигнал для адаптивного фильтра представляет собой, по меньшей мере, один отводимый от второй линии передачи сигнал и/или внешний сигнал, а сигналом ошибки для адаптивного фильтра является скорректированный сигнал, передаваемый по первой линии передачи данных, при этом один вывод используется для подключения к внешней группе упомянутых линий передачи данных, а другой вывод используется для подключения к другой внешней группе упомянутых линий передачи данных или к одному или нескольким передающим устройствам.The closest analogue is a DEVICE FOR INCREASING THE CAPACITY OF A GROUP OF ELECTRIC DATA TRANSMISSION LINES AND A SYSTEM FOR DATA TRANSMISSION (patent RU 2313179), in particular a group of copper pairs of conductors, by suppressing crosstalk, the data being transmitted from one or more data lines, respectively transmitting devices, comprising an electronic circuit connected between two terminals, the electronic circuit comprising at least one adaptive filter that generates an output signal to correct the signal transmitted along the first data line, the reference signal for the adaptive filter is at least one signal and / or an external signal output from the second transmission line, and the error signal for the adaptive filter is the corrected signal transmitted through the first data line, while one terminal is used to connect to the external group of the above data lines, and the other terminal is used to connect to the other external group of the above lines data or to one or more transmitting devices.

В данном решении влияние перекрестных помех в аналогах снижали за счет подавления помех между линиями. Для этого устройство содержит адаптивные фильтры, с помощью которого подавляются помехи в сигнале, передаваемом по линиям передачи.In this solution, the effect of crosstalk in the analogs was reduced by suppressing interference between the lines. To this end, the device contains adaptive filters, which suppresses interference in the signal transmitted along the transmission lines.

Недостатки: 1) для подавления перекрестных помех требуется априорное знание характеристик неискаженного передаваемого сигнала (что не всегда возможно), так как адаптивные фильтры для снижения или компенсации помех неизвестного характера в линии передачи вырабатывают компенсационный сигнал, который формируется вычитанием из полученного сигнала неискаженного; 2) для формирования опорного сигнала требуется дополнительная (холостая) линия передачи; 3) для формирования опорного сигнала требуется антенна; 3) подавление перекрестных помех в скрученных жилах кабеля осуществляется предпочтительно в пределах только одной звездообразной четверки или основной группы; 4) использование адаптивных фильтров усложняет системы передач; 5) появление перекрестных помех всегда сопровождается потерей энергии передаваемых сигналов, а их подавление - дополнительной потерей энергии; 6) пригоден для подавления помех только в цифровых электрических линиях передачи.Disadvantages: 1) to suppress crosstalk, an a priori knowledge of the characteristics of the undistorted transmitted signal is required (which is not always possible), since adaptive filters to reduce or compensate for noise of an unknown nature in the transmission line generate a compensation signal, which is formed by subtracting the undistorted signal from the received signal; 2) for the formation of the reference signal requires an additional (idle) transmission line; 3) an antenna is required to form the reference signal; 3) suppression of crosstalk in twisted cable cores is preferably carried out within only one star-shaped four or main group; 4) the use of adaptive filters complicates transmission systems; 5) the appearance of crosstalk is always accompanied by a loss of energy of the transmitted signals, and their suppression - by an additional loss of energy; 6) is suitable for suppressing interference only in digital electric transmission lines.

Целью изобретения является устранение недостатков, присущих прототипу.The aim of the invention is to eliminate the disadvantages inherent in the prototype.

Технический результат: обеспечивается повышение скрытности сигнала; для подавления перекрестных помех не требуется априорное знание характеристик неискаженного передаваемого сигнала; не нужен опорный сигнал, поэтому не требуется дополнительная (холостая) линия передачи; для формирования опорного сигнала не требуется антенна; возможность снижения перекрестных помех в любых электрических линиях передачи.Effect: provides increased signal stealth; to suppress crosstalk, a priori knowledge of the characteristics of the undistorted transmitted signal is not required; no reference signal is needed, therefore an additional (idle) transmission line is not required; an antenna is not required to form a reference signal; the ability to reduce crosstalk in any electrical transmission lines.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что способ снижения перекрестных помех в четырехпроводных электрических линиях передачи данных, характеризующийся использованием группы медных пар жил так, что данные передаются по упомянутым линиям передачи данных соответственно от двух передающих устройств и двух приемных, отличающийся тем, что вход и выход четырехпроводной линии связи подключают к однотипному устройству, которое содержит:The claimed technical result is achieved due to the fact that the method of reducing crosstalk in four-wire electrical data lines, characterized by the use of a group of copper pairs of wires so that data is transmitted on the above data lines, respectively, from two transmitting devices and two receiving, characterized in that the input and the output of the four-wire communication line is connected to the same device, which contains:

трансформатор, на каждом из двух сердечников которого размещена входная обмотка, первая и вторая выходные обмотки, причем первые выходные обмотки сердечников включены последовательно, вторые выходные обмотки сердечников включены встречно, а реактивные сопротивления входных обмоток равны и в два раза больше реактивных сопротивлений выходных обмоток, причем входное и выходное реактивные сопротивления однотипных устройств выполнены равными друг другу;a transformer, on each of the two cores of which the input winding is located, the first and second output windings, the first output windings of the cores being connected in series, the second output windings of the cores turned on in the opposite direction, and the reactance of the input windings being equal to and twice the reactance of the output windings, input and output reactances of the same type of devices are made equal to each other;

к трансформатору через входные обмотки подключают источники и/или получатели сигналов, к выходным обмоткам включенных последовательно подключают первую витую пару, а к выходным обмоткам, включенным встречно, подключают вторую витую пару, а один провод каждой пары заземлен;sources and / or signal receivers are connected to the transformer through the input windings, the first twisted pair is connected in series to the output windings, and the second twisted pair is connected to the output windings turned on, and one wire of each pair is grounded;

при поступлении сигналов на входы трансформатора на выходных обмотках образуются суммарный и разностный сигналы, соответствующие «четному» и «нечетному» типу мод, которые передают затем по витым парам на выходы другого трансформатора.when signals arrive at the transformer inputs on the output windings, the total and difference signals corresponding to the “even” and “odd” type of modes are formed, which are then transmitted via twisted pairs to the outputs of another transformer.

Кроме того, сердечники трансформатора выполняют из ферромагнитных материалов.In addition, the transformer cores are made of ferromagnetic materials.

Для электрических (медных) кабелей на основе двух витых пар проводов трансформатор содержит (см. схему трансформатора для электрических (медных) кабелей на основе двух витых пар проводов на чертеже) два сердечника, выполненных из ферромагнитных материалов, на каждом из которых размещены, соответственно, входные обмотки 1 и 2, по две выходные обмотки 3, 4 и 5, 6, выходные обмотки 3, 6 сердечников включены встречно, выходные обмотки 4, 5 включены последовательно, причем реактивные сопротивления входных обмоток 1, 2 равны и в два раза больше реактивных сопротивлений выходных обмоток 3, 4, 5, 6. Входное и выходное реактивные сопротивления трансформатора выбирают равными друг другу. К трансформатору через входные обмотки 1 и 2 подключаются источники и/или получатели сигналов, а к выходным обмоткам 3, 6 подключается одна витая пара, а к выходным обмоткам 4, 5 подключается другая витая пара. На чертеже 7 - четырехпроводная линия связи, 8 - источник/получатель сигнала. В заявленном решении не используется подавление или компенсация, которые требуют расхода дополнительной энергии, усложнения схемных решений, введения активных элементов. Передача сигналов ведется на разных типах (модах) поперечных (ТЕМ-волн) электромагнитных волн, возникающих в N-проводной системе. Используется свойство электромагнитных волн распространяться вдоль проводников, порождая в них электрический ток. Это следует из уравнений Максвелла. Из них же следует, что в N-проводной системе возникает N-1 типов (мод) поперечных электромагнитных волн, которые возбуждают связанные токи в этих проводниках. Каждый тип (мода) электромагнитных волн возбуждает свою комбинацию связанных токов. В каждом проводнике ток является суммой связанных токов. Поэтому, если в проводниках вызвать заданную комбинацию амплитуд и фаз связанных токов, то возбудится заданный тип (мода) поперечных электромагнитных волн. Причем эти моды не обмениваются энергией, не взаимодействуют друг с другом.For electric (copper) cables based on two twisted pairs of wires, the transformer contains (see transformer diagram for electric (copper) cables based on two twisted pairs of wires in the drawing) two cores made of ferromagnetic materials, each of which contains, respectively, input windings 1 and 2, two output windings 3, 4 and 5, 6, output windings 3, 6 of the core included in the opposite direction, output windings 4, 5 are connected in series, and the reactance of the input windings 1, 2 is equal to and twice as reactivethe resistance of the output windings 3, 4, 5, 6. The input and output reactance of the transformer is chosen equal to each other. Sources and / or signal receivers are connected to the transformer through the input windings 1 and 2, and one twisted pair is connected to the output windings 3, 6, and another twisted pair is connected to the output windings 4, 5. In the drawing, 7 is a four-wire communication line, 8 is the signal source / receiver. The claimed solution does not use suppression or compensation, which require the consumption of additional energy, the complexity of circuit decisions, the introduction of active elements. Signal transmission is carried out on different types (modes) of transverse (TEM waves) electromagnetic waves arising in an N-wire system. The property of electromagnetic waves is used to propagate along the conductors, generating an electric current in them. This follows from Maxwell's equations. It follows from them that in the N-wire system there are N-1 types (modes) of transverse electromagnetic waves that excite coupled currents in these conductors. Each type (mode) of electromagnetic waves excites its own combination of coupled currents. In each conductor, the current is the sum of the connected currents. Therefore, if a specified combination of amplitudes and phases of coupled currents is called in the conductors, then the specified type (mode) of transverse electromagnetic waves is excited. Moreover, these modes do not exchange energy, do not interact with each other.

Когда сигнал от одного источника поступает на вход трансформатора, то сигнал возбуждает в четырехпроводных электрических линиях передачи данных только один тип моды. На выходе четырехпроводных электрических линий передачи данных трансформатор преобразует электромагнитные колебания этой моды в сигнал одного получателя, у другого получателя сигнал будет отсутствовать.When a signal from one source enters the transformer, the signal excites only one type of mode in four-wire electrical data lines. At the output of four-wire electrical data lines, a transformer converts the electromagnetic waves of this mode into a signal from one receiver, there will be no signal from another receiver.

В четырехпроводных электрических линиях передачи данных можно возбудить два типа электромагнитных волн - «четный (even)» и «нечетный (odd)», отличающиеся друг от друга только направлениями возбуждаемых ими токов в проводниках из-за симметричности конструкции таких линий. Третий тип электромагнитных волн подавляется заземлением одного проводника каждой пары. «Четный» тип волн порождает в двух проводниках движение токов в одном направлении. «Нечетный» тип волн порождает в этих проводниках встречное движение токов. Но амплитуды этих токов будут одинаковыми, так как все проводники в четырехпроводных электрических линиях передачи данных одинаковы.In four-wire electrical data transmission lines, two types of electromagnetic waves can be excited - “even” and “odd”, differing from each other only in the directions of the currents excited by them in the conductors due to the symmetry of the design of such lines. The third type of electromagnetic waves is suppressed by grounding one conductor of each pair. The “even” type of waves gives rise in two conductors to the movement of currents in one direction. The “odd” type of waves gives rise to countercurrent currents in these conductors. But the amplitudes of these currents will be the same, since all the conductors in the four-wire electrical data lines are the same.

На входе трансформатор и четырехпроводная электрическая линия передачи данных включены последовательно. Сигнал, поступающий на 1-ый вход трансформатора, вызывает на двух выходах одно направление токов, что возбуждает только «четный» тип моды в подключенной четырехпроводной электрической линии передачи данных. Сигнал, поступающий на 2-ой вход трансформатора, вызывает на двух выходах встречное направление токов, что возбуждает только «нечетный» тип моды в подключенной четырехпроводной электрической линии передачи данных. В результате в четырехпроводной электрической линии передачи данных распространяются два типа мод, не взаимодействующих друг с другом.At the input, a transformer and a four-wire electrical data line are connected in series. The signal arriving at the first input of the transformer causes one direction of currents at two outputs, which excites only the “even” type of mode in the connected four-wire electrical data line. The signal arriving at the second input of the transformer causes the opposite direction of the currents at the two outputs, which excites only the “odd” type of mode in the connected four-wire electrical data line. As a result, two types of modes that do not interact with each other propagate in a four-wire electrical data line.

На выходе четырехпроводная электрическая линия передачи данных и трансформатор включены встречно. Сигналы 1-й и 2-й витой пары в трансформаторе на 1 входе суммируются и «четный» тип моды трансформатор преобразует в сигнал 1-го входа, а на 2-м входе сигнал будет отсутствовать. Сигналы 1-й и 2-й витой пары в трансформаторе на 2 входе вычитаются и «нечетный» тип моды трансформатор преобразует в сигнал 2-го входа, а на 1-м входе сигнал будет отсутствовать.At the output, a four-wire electrical data line and a transformer are turned on in counter. The signals of the 1st and 2nd twisted pair in the transformer at the 1st input are summed up and the "even" type of mode is converted by the transformer into the signal of the 1st input, and at the 2nd input there will be no signal. The signals of the 1st and 2nd twisted pair in the transformer at the 2nd input are subtracted and the "odd" type of mode the transformer converts to the signal of the 2nd input, and at the 1st input there will be no signal.

В данном изобретении рассматривается случай передачи по 4-проводной линии передачи типа две витых пары. Если количество витых пар будет 3, 4, 5… или если рассматривать несимметричные многопроводные линии передачи, то соединение и сами выходные обмотки будут иными (нужны другие коэффициенты трансформации по току и напряжению). Это достаточно сложно технически реализуемо и поэтому в данной заявке не рассматривается.The present invention addresses the case of transmission over a 4-wire transmission line such as two twisted pairs. If the number of twisted pairs is 3, 4, 5 ... or if you consider asymmetric multi-wire transmission lines, then the connection and the output windings themselves will be different (other transformation ratios for current and voltage are needed). This is quite difficult technically feasible and therefore is not considered in this application.

В многосвязных системах, в частности, в многопроводных линиях связи возбуждается множество типов электромагнитных волн. Но распространяться (переносить энергию) могут только волны типа ТЕМ (поперечные). Но из-за того, что они не совсем «плоские», их называют квази-Т-волнами. Разные типы Т-волн возникают в многопроводных линиях связи при передаче сигналов даже по одной линии. Это вызвано существованием распределенной электрической и магнитной связи между линиями. Этот факт общеизвестен (см., например, [4]).In multiply connected systems, in particular in multi-wire communication lines, many types of electromagnetic waves are excited. But only TEM waves (transverse) can propagate (transfer energy). But due to the fact that they are not completely “flat”, they are called quasi-T-waves. Different types of T-waves occur in multi-wire communication lines when transmitting signals even on one line. This is due to the existence of a distributed electrical and magnetic connection between the lines. This fact is well known (see, for example, [4]).

В работе [1] показано, что в многопроводных линиях (кабелях) связи распространяются связанные типы поперечных электромагнитных волн (моды), которые можно назвать квази-Т-волнами (квази-TEN-волнами). Эти моды одновременно возбуждаются на одном конце линий и распространяются, переходя (наводясь) из одной линии в другую. В работе [2] показаны условия возбуждения каждого типа мод.It was shown in [1] that in multi-wire communication lines (cables), coupled types of transverse electromagnetic waves (modes) propagate, which can be called quasi-T waves (quasi-TEN waves). These modes are simultaneously excited at one end of the lines and propagate, passing (induced) from one line to another. In [2], the excitation conditions of each type of mode are shown.

Эти моды не взаимодействуют друг с другом. Поэтому передача сигналов на связанных типах волн в многопроводных линиях позволит существенно снизить перекрестные помехи и потери. В работе [3] приведена теоретическая возможность передачи сигналов на каждом из типов мод. Для передачи сигналов на связанных типах мод источники и получатели сигналов подключаются к многопроводным линиям связи через трансформаторы.These modes do not interact with each other. Therefore, the transmission of signals on connected types of waves in multi-wire lines will significantly reduce crosstalk and loss. In [3], the theoretical possibility of signal transmission on each type of mode is given. To transmit signals on related types of modes, signal sources and receivers are connected to multi-wire communication lines through transformers.

В работе [1] доказано, что в многопроводных линиях энергия переносится разными (получивших название «связанные») типами электромагнитных волн (мод), приведены теоретические и экспериментальные результаты, подтверждающие это. В общем случае скорость распространения и соотношение между электрической и магнитной составляющей (волновое сопротивление) у разных типов волн разное. Также в работе [1] получены выражения для расчета элементов матрицы передачи [а] многопроводных линий, связывающие входные и выходные токи и напряжения в этих линиях.In [1], it was proved that in multi-wire lines, energy is transferred by different (called “coupled”) types of electromagnetic waves (modes), theoretical and experimental results are presented that confirm this. In the general case, the propagation velocity and the ratio between the electric and magnetic components (wave impedance) are different for different types of waves. Also in [1], expressions were obtained for calculating the elements of the transmission matrix [a] of multi-wire lines connecting the input and output currents and voltages in these lines.

В работах [2, 3] показано, что суммарная падающая мощность вдоль многопроводной линии не меняется и остается постоянной, но суммарная мощность при распространении осциллирует (колеблется), перетекая из одной линии в другую и обратно. Это вызвано тем, что энергия сигнала распределяется между модами, а путь распространения у каждой моды свой. Пути распространения мод, длина периода осцилляции определяются погонными параметрами многопроводных линий и условиями возбуждения (это определяется соотношением между напряжениями на входах линий).It was shown in [2, 3] that the total incident power along the multi-wire line does not change and remains constant, but the total power oscillates (oscillates) during propagation, flowing from one line to another and vice versa. This is because the signal energy is distributed between the modes, and the propagation path of each mode has its own. The mode propagation paths, the length of the oscillation period are determined by the linear parameters of the multi-wire lines and the excitation conditions (this is determined by the ratio between the voltages at the line inputs).

Моды не взаимодействуют друг с другом. Объясняется это следующим. В работах [2, 3] показано, что матрица передачи [а] многопроводных линий описывает каскадное соединение терминальных (концевых) трансформаторов и несвязанных длинных линий. По каждой такой длинной линии распространяется свой тип волн (своя мода), а трансформаторы преобразуют входные и выходные токи и напряжения в связанные токи и напряжения этих мод. Фактически каждая длинная линия - это путь распространения этой моды. Путь этот может не совпадать с геометрическим путем.Mods do not interact with each other. This is explained as follows. It was shown in [2, 3] that the transmission matrix [a] of multi-wire lines describes the cascade connection of terminal (terminal) transformers and unconnected long lines. Each such long line spreads its own type of waves (its own mode), and transformers convert the input and output currents and voltages into the connected currents and voltages of these modes. In fact, each long line is the way this mode spreads. This path may not coincide with the geometric path.

Если последовательно включить два терминальных трансформатора, описываемых матрицами передачи [а]T и [а]T-1, соответственно, то коэффициент передачи этой системы по напряжению и току будет равен 1, входные напряжение и ток будут равны выходным напряжению и току (работа одного трансформатора скомпенсировала работу другого) (см., например, [3]).If two terminal transformers described by transfer matrices [a] T and [a] T -1 are connected in series, respectively, then the transmission coefficient of this system by voltage and current will be 1, the input voltage and current will be equal to the output voltage and current (operation of one transformer compensated for another) (see, for example, [3]).

Для электрических (медных) кабелей на основе двух витых пар проводов элементы матриц передачи [а]T терминального трансформатора записываются следующим образом, [2]:For electric (copper) cables based on two twisted pairs of wires, the elements of the transfer matrices [a] T of the terminal transformer are written as follows, [2]:

Figure 00000001
Figure 00000001

Для передачи сигналов на связанных типах мод источники и получатели сигналов следует подключать к многопроводным линиям связи через терминальные трансформаторы. Тогда, если вход и выход многопроводной линии нагрузить терминальными трансформаторами, включенными встречно, которые скомпенсируют электрическую и магнитную связь между ними, то вход и выход многопроводной линии будут соединены несвязанными длинными линиями напрямую.To transmit signals on related types of modes, signal sources and receivers should be connected to multi-wire communication lines through terminal transformers. Then, if the input and output of the multi-wire line are loaded with terminal transformers connected in the opposite direction, which compensate for the electrical and magnetic coupling between them, then the input and output of the multi-wire line will be connected directly by unconnected long lines.

Передача сигналов на связанных типах волн в многопроводных линиях позволит существенно снизить перекрестные помехи. Это объясняется следующим. В многопроводных линиях связи перекрестные помехи растут с увеличением длины линий. Так, кабели типа UTP-3, DTP-5 не используются, как правило, на расстояниях более 100 м. Если вход и выход таких многопроводных линий будут соединены несвязанными линиями, мы исключаем перекрестные помехи при любой длине.Signal transmission on coupled wave types in multi-wire lines will significantly reduce crosstalk. This is explained by the following. In multi-wire communication lines, crosstalk increases with increasing line lengths. So, cables like UTP-3, DTP-5 are not used, as a rule, at distances of more than 100 m. If the input and output of such multi-wire lines are connected by unconnected lines, we exclude crosstalk at any length.

В заявленном изобретении используется линия, содержащая четыре одинаковых провода (две связанные линии, кабель типа UTP-3).In the claimed invention uses a line containing four identical wires (two connected lines, cable type UTP-3).

Рассмотрим две витых пары проводов (например, кабель типа UTP-3). Это симметричный кабель с четырьмя проводниками, у которого погонные параметры всех проводов одинаковы. Если один провод каждой пары заземлить, то согласно (1) в любом сечении (в т.ч. по концам линий) напряжение U1 в первой линии равно сумме мод «четной» Ue и «нечетной» Uo, а напряжение U2 во второй линии равно разнице этих мод, соответственно:Consider two twisted pairs of wires (for example, a UTP-3 cable). This is a symmetrical cable with four conductors, in which the linear parameters of all wires are the same. If one wire of each pair is grounded, then according to (1) in any section (including at the ends of the lines) the voltage U 1 in the first line is equal to the sum of the modes “even” U e and “odd” U o , and voltage U 2 in the second line is equal to the difference of these modes, respectively:

Figure 00000002
Figure 00000002

Из (1) следует, чтоIt follows from (1) that

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Следовательно, «четная» мода равна сумме напряжений линий на входе, а «нечетная» равна разности этих напряжений. Токи этих напряжений связаны с напряжениями через волновые сопротивления, тоже «четные» и «нечетные»:Therefore, the “even” mode is equal to the sum of the line voltages at the input, and the “odd” mode is equal to the difference of these voltages. The currents of these voltages are associated with voltages through wave resistances, also “even” and “odd”:

Figure 00000005
Figure 00000005

Поэтому для преобразования напряжений удобно использовать трансформаторы.Therefore, it is convenient to use transformers for voltage conversion.

Ферромагнитные сердечники нужны для магнитной связи между входными и выходными обмотками в области высоких частот. Два сердечника нужны для исключения связи между входами 1 и 2 (см. чертеж) по магнитному потоку.Ferromagnetic cores are needed for magnetic coupling between the input and output windings in the high frequency region. Two cores are needed to eliminate the coupling between inputs 1 and 2 (see drawing) in magnetic flux.

Последовательное включение выходных обмоток 4 и 5 позволяет возбудить «четный» тип моды в линиях согласно (3).The sequential inclusion of output windings 4 and 5 allows you to excite the "even" type of mode in the lines according to (3).

Встречное включение обмоток 3 и 6 позволяет возбудить «нечетный» тип моды в линиях согласно (4).The counter inclusion of windings 3 and 6 makes it possible to excite the “odd” type of mode in the lines according to (4).

Реактивные сопротивления входных обмоток 1, 2 делают равными потому, что погонные параметры всех проводов одинаковы [1, 2, 3]. Реактивные сопротивления входов больше выходных обмоток в два раза, чтобы обеспечить соотношения (3) и (4).The reactance of the input windings 1, 2 is made equal because the linear parameters of all wires are the same [1, 2, 3]. The reactance of the inputs is twice as large as the output windings to ensure relations (3) and (4).

Состав устройства на входе четырехпроводной линии передачи: трансформаторы с сердечниками, их число равно количеству входов; сердечники необязательно ферритовые, но для передачи высокочастотных сигналов они предпочтительнее; число входных обмоток равно количеству входов; число выходных обмоток каждого сердечника равно количеству мод; проводники (линии передачи, между которыми уменьшаем паразитную связь), их число равно удвоенному числу входов, т.к. каждый второй провод - обратный или земля. Для уменьшения паразитных связей необходимо включить на входе и выходе линии передачи два одинаковых устройства, реализованных изобретением, включенных последовательно и встречно. В результате изобретение можно использовать для увеличения скрытности, т.к. передача сигналов ведется одновременно по всем линиям передачи, и выделить какой-то один сигнал достаточно сложно, если количество проводников велико (десятки, сотни).The composition of the device at the input of the four-wire transmission line: transformers with cores, their number is equal to the number of inputs; the cores are not necessarily ferrite, but they are preferable for transmitting high-frequency signals; the number of input windings is equal to the number of inputs; the number of output windings of each core is equal to the number of modes; conductors (transmission lines between which we reduce spurious connection), their number is equal to twice the number of inputs, because every second wire is reverse or ground. To reduce spurious connections, it is necessary to include at the input and output of the transmission line two identical devices implemented by the invention, connected in series and in the opposite direction. As a result, the invention can be used to increase stealth, as Signals are transmitted simultaneously on all transmission lines, and it is quite difficult to isolate any one signal if the number of conductors is large (tens, hundreds).

В устройстве для подавления перекрестных помех не требуется априорное знание характеристик неискаженного передаваемого сигнала, а для формирования опорного сигнала не требуется дополнительная (холостая) линия передачи. Для формирования опорного сигнала в заявленном устройстве не требуется антенна.In the device for suppressing crosstalk, a priori knowledge of the characteristics of the undistorted transmitted signal is not required, and an additional (idle) transmission line is not required to form the reference signal. To generate a reference signal in the claimed device does not require an antenna.

Как следствие всего вышеописанного, устройство пригодно для снижения перекрестных помех в любых электрических линиях передачи.As a consequence of the foregoing, the device is suitable for reducing crosstalk in any electrical transmission lines.

Принцип работы способа состоит в следующем.The principle of the method is as follows.

Четырехпроводная линия связи подключена к двум передатчикам и двум приемникам через трансформаторы. При поступлении сигналов на входы 1 и 2 трансформатора на обмотках 4, 5 и 3, 6 образуются суммарный и разностный сигнал, соответствующие «четному» и «нечетному» типу мод, которые передаются затем по витым парам 1 и 2. Другие концы этих витых пар подключены к выходу такого же трансформатора. Сигналы из витых пар 1 и 2 поступают на выходные обмотки 5, 6 и 3, 4, суммируются и вычитаются и поступают на входы 1 и 2. Благодаря двойному суммированию и двойному вычитанию сигналов устраняются искажения сигналов, связанных с влиянием перекрестных помех.A four-wire communication line is connected to two transmitters and two receivers via transformers. When signals are received at the inputs 1 and 2 of the transformer, windings 4, 5 and 3, 6 produce a total and difference signal corresponding to the “even” and “odd” type of modes, which are then transmitted through twisted pairs 1 and 2. Other ends of these twisted pairs connected to the output of the same transformer. Signals from twisted pairs 1 and 2 go to the output windings 5, 6 and 3, 4, are added and subtracted, and go to inputs 1 and 2. Thanks to the double summation and double subtraction of the signals, signal distortions due to the influence of crosstalk are eliminated.

Источники информацииInformation sources

1. Воробьев П.А., Малютин Н.Д., Федоров В.Н. Квази-Т-волны в устройствах на связанных полосковых линиях с неуравновешенной электромагнитной связью // Радиотехника и электроника, 1982. Т.27. N 9. С.1711-1718.1. Vorobyov P.A., Malyutin N.D., Fedorov V.N. Quasi-T-waves in devices on coupled strip lines with unbalanced electromagnetic coupling // Radio Engineering and Electronics, 1982. V.27. N 9. S.1711-1718.

2. Федоров В.Н. Исследование волновых процессов в связанных полосковых линиях и разработка на их основе быстродействующих аттенюаторов и динамических корректоров: Дис. канд. техн. наук. Томск: ТУСУР, 1999, 172 с.2. Fedorov V.N. The study of wave processes in coupled strip lines and the development on their basis of high-speed attenuators and dynamic correctors: Dis. Cand. tech. sciences. Tomsk: TUSUR, 1999, 172 p.

3. Федоров В.Н. Связанные волны в информационных и телекоммуникационных системах / INTERMATIC - 2006 // Материалы Международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения», 24-28 октября 2006 г., г.Москва. - М.: МИРЭА, 2006, часть 2. - с.7-10.3. Fedorov V.N. Bound Waves in Information and Telecommunication Systems / INTERMATIC - 2006 // Materials of the International Scientific and Technical Conference "Fundamental Problems of Radioelectronic Instrumentation", October 24-28, 2006, Moscow. - M .: MIREA, 2006, part 2. - p. 7-10.

4. Григорьев А.Д. Электродинамика и микроволновая техника: Учебник. 2-е изд., доп. - СПб.: Лань, 2007. - 704 с.4. Grigoriev A.D. Electrodynamics and microwave technology: Textbook. 2nd ed., Ext. - SPb .: Doe, 2007 .-- 704 p.

Claims (2)

1. Способ снижения перекрестных помех в четырехпроводных электрических линиях передачи данных, характеризующийся использованием группы медных пар жил так, что данные передаются по упомянутым линиям передачи данных соответственно от двух передающих устройств и двух приемных, отличающийся тем, что вход и выход четырехпроводной линии связи подключают к однотипному устройству, которое содержит: трансформатор, на каждом из двух сердечников которого размещена входная обмотка, первая и вторая выходные обмотки, причем первые выходные обмотки сердечников включены последовательно, вторые выходные обмотки сердечников включены встречно, а реактивные сопротивления входных обмоток равны и в два раза больше реактивных сопротивлений выходных обмоток, причем входное и выходное реактивные сопротивления однотипных устройств выполнены равными друг другу; к трансформатору через входные обмотки подключают источники и/или получатели сигналов, к выходным обмоткам, включенных последовательно, подключают первую витую пару, а к выходным обмоткам, включенным встречно, подключают вторую витую пару, а один провод каждой пары заземлен; при поступлении сигналов на входы трансформатора на выходных обмотках образуются суммарный и разностный сигналы, соответствующие «четному» и «нечетному» типу мод, которые передают затем по витым парам на выходы другого трансформатора.1. A method of reducing crosstalk in four-wire electrical data lines, characterized by using a group of copper pairs of cores so that the data is transmitted through said data lines from two transmitting devices and two receiving, respectively, characterized in that the input and output of the four-wire communication line are connected to a device of the same type, which comprises: a transformer, on each of two cores of which an input winding is placed, a first and second output winding, the first output windings cores are connected in series, the second output windings of the cores are turned on in the opposite direction, and the reactance of the input windings is equal to and twice as large as the reactance of the output windings, the input and output reactances of the same devices being made equal to each other; sources and / or signal receivers are connected to the transformer through the input windings, the first twisted pair is connected to the output windings connected in series, and the second twisted pair is connected to the output windings connected in the opposite direction, and one wire of each pair is grounded; when signals arrive at the transformer inputs on the output windings, the total and difference signals corresponding to the “even” and “odd” type of modes are formed, which are then transmitted via twisted pairs to the outputs of another transformer. 2. Способ снижения перекрестных помех в четырехпроводных электрических линиях передачи данных по п.1, отличающийся тем, что сердечники трансформатора выполняют из ферромагнитных материалов. 2. A method of reducing crosstalk in four-wire electrical data lines according to claim 1, characterized in that the transformer cores are made of ferromagnetic materials.
RU2009126791/09A 2009-07-15 2009-07-15 Method to reduce crosstalk in four-wire electric data transfer lines RU2419969C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009126791/09A RU2419969C2 (en) 2009-07-15 2009-07-15 Method to reduce crosstalk in four-wire electric data transfer lines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009126791/09A RU2419969C2 (en) 2009-07-15 2009-07-15 Method to reduce crosstalk in four-wire electric data transfer lines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009126791A RU2009126791A (en) 2011-01-20
RU2419969C2 true RU2419969C2 (en) 2011-05-27

Family

ID=44735041

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009126791/09A RU2419969C2 (en) 2009-07-15 2009-07-15 Method to reduce crosstalk in four-wire electric data transfer lines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2419969C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2579915C2 (en) * 2014-04-25 2016-04-10 Вячеслав Николаевич Федоров Method of suppression of cross-talk interferences in multiwire communication lines
RU2824094C2 (en) * 2022-01-11 2024-08-01 Чансинь Мемори Текнолоджис, Инк. Structure with signal lines, method of driving signal line and circuit of signal line

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2579915C2 (en) * 2014-04-25 2016-04-10 Вячеслав Николаевич Федоров Method of suppression of cross-talk interferences in multiwire communication lines
RU2824094C2 (en) * 2022-01-11 2024-08-01 Чансинь Мемори Текнолоджис, Инк. Structure with signal lines, method of driving signal line and circuit of signal line

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009126791A (en) 2011-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
da Silva Costa et al. Coupling for power line communications: A survey
US7307512B2 (en) Power line coupling device and method of use
US5659273A (en) Line termination for multiple differential transmission lines
JPH0225296B2 (en)
US4012733A (en) Distribution power line communication system including a messenger wire communications link
Grassi et al. Immunity to conducted noise of data transmission along DC power lines involving twisted-wire pairs above ground
US20060125609A1 (en) Power line coupling device and method of using the same
US4222016A (en) High frequency transformer
EP0443778A2 (en) A communications transmission system including facilities for suppressing electromagnetic interference
EA006284B1 (en) High frequency network multiplexed communications over various lines using multiple modulated carrier frequencies
HUT76947A (en) Coupling of telecommunications signals to a balanced power distribution network
JPS5829013B2 (en) Signal coupling circuit device for distribution line carrier communication system
Hasler et al. Communication systems using bundle conductor overhead power lines
RU2419969C2 (en) Method to reduce crosstalk in four-wire electric data transfer lines
US5461349A (en) Directional coupler tap and system employing same
US4707673A (en) Directional coupling transformer for bi-directional full duplex data bus
Tsuzuki et al. Characteristics of power-line channels in cargo ships
RU89293U1 (en) DEVICE FOR REDUCING CROSS INTERFERENCE OF FOUR-WIRE ELECTRIC DATA TRANSMISSION LINES
Broyde et al. Crosstalk in balanced interconnections used for differential signal transmission
US11128024B2 (en) Combiner-divider
Milosevic et al. Optimal terminations for crosstalk mitigation of high-speed interconnects with discontinuities using modal signaling
RU185931U1 (en) Four-way broadband power addition device with improved isolation
WO2024007924A1 (en) Communication apparatus, communication control method, and communication system
Perz Power line carrier on insulated bundle subconductors of DC and AC transmission lines
US3453494A (en) Neutralizing transformers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130716

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20160710

PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170716