Основные определения 2 страница

Сети передачи массовых сообщений

Важнейшими сетями передачи массовых сообщений являются сети веща­ния. Вещание — процесс одновременной передачи различных сообщений об­щего назначения широкому кругу абонентов с помощью технических средств связи. Основными требованиями к сетям вещания являются: охват вещанием всего населения страны, высокое качество передаваемых программ, надежность и экономичность.

Сеть звукового вещания. Распределение программ производится по кана­лам связи, разветвление — на специальных узлах. Сеть каналов звукового ве­щания строится по радиально-узловому принципу.

По способу доведения различают радиовещание и проводное вещание (по специальным проводным линиям или линиям телефонной связи).

Сеть телевизионного вещания. Распределение программ производится по каналам связи, разветвление — на специальных узлах. Сеть ТВ вещания стро­ится по радиально-узловому принципу.

Используется два способа доведения ТВ программ: радиовещание с по­мощью радиотелевизионных передающих станций (РТПС) (эфирное ТВ) и проводное вещание (кабельное ТВ). Современной разновидностью эфирного ТВ является спутниковое телевизионное вещание с непосредственным приемом на установки, расположенные у абонентов.

Закономерность распространения радиоволн метрового и дециметрового диапазона, которая будет рассмотрена ниже, ограничивает зону уверенного приема сигналов РПТС пределами оптической (прямой) видимости. Для увели­чения зоны уверенного приема необходимо поднимать передающую и прием­ную антенны. Для типовых РТПС с опорами для антенн высотой 200...350 м ра­диус зоны обслуживания составляет 60...100 км. Останкинская телебашня при высоте 536 м обеспечивает радиус зоны обслуживания 120...130 км.

Сеть передачи газет. Передача газет обеспечивается факсимильным спо­собом. На территории России имеются 32 пункта приема газет, обычно распо­ложенные непосредственно в типографиях. Пункт разветвления каналов нахо­дится на центральной междугородной телефонной станции, поскольку для пе­редачи газет используются телефонные каналы.

В 1998 г. была выполнена двухэтапная реконструкция службы передачи газет. В ходе первого организована передача изображений газетных полос (ИГП) по действующим системам связи, оборудованным факсимильной аппа­ратурой «Газета-2» и «Газета-3», с электронного оригинала. На втором этапе осуществлена реконструкция СПГ с использованием системы передачи газет­ных полос на основе широковещательной сети передачи «ТВ-Информ».

Организована доставка ИГП из компьютера в компьютер с последующим выводом на приемном конце на фототехническую пленку или другой носитель информации. Эта система позволила передавать более высоколиниатурные ИГП (черно-белые и цветные) и расширила географию пунктов приема газет.

Кабельные и воздушные линии связи на основе металлических

проводников

Существующие типы линий связи (ЛС) в зависимости от используемой среды распространения сигналов принято делить на проводные и линии в атмо­сфере (радиолинии). К линиям связи предъявляются следующие основные тре­бования:

· осуществление связи на практически требуемые расстояния;

· широкополосность и пригодность для передачи различных видов сообще­ний;

· защищенность цепей от взаимных влияний и внешних помех, а также от фи­зических воздействий (атмосферных явлений, коррозии и пр.);

· стабильность параметров линии, устойчивость и надежность связи;

· экономичность системы связи в целом.

Симметричная цепь состоит из двух совершенно одинаковых в электри­ческом и конструктивном отношениях изолированных проводников. В зару­бежных источниках СК часто называют «витая пара» (TP — twisted pair). Раз­личают экранированные (shielded) и неэкранированные (unshielded) СК.

Коаксиальная цепь представляет собой два цилиндра с совмещенной осью, причем один цилиндр — сплошной внутренний проводник, концентриче­ски расположенный внутри другого полого цилиндра (внешнего проводника). Про­водники изолированы друг от друга диэлектрическим материалом. Рассмотрим основные параметры кабелей с металлическими проводниками.

Коэффициент затухания a, дБ/км. Зависит от свойств материалов про­водников и изоляционного материала. Наилучшими свойствами (малым сопро­тивлением) обладают медь и серебро.

Очень важной характеристикой, фактически определяющей широкопо­лосность системы связи, является зависимость коэффициента затухания от частоты (рис. 5.3). Если определен граничный коэффициент затуха­ния a_ГР (обычно он определяется возможностями усилителей или регенерато­ров), то данному коэффициенту соответствует граничная частота пропускания системы f_ГР. Полоса пропускания системы не превышает граничной частоты пропуска­ния.

Скорость распространения v, км/мс. Частотная зависимость скорости распространения показана на рис. 5.4. С ростом частоты скорость распростра­нения увеличивается, приближаясь к скорости света в вакууме v_С >> 300 км/мс. Данный параметр зависит также от свойств диэлектрика, применяемого в ка­беле.

Рис. 5.2. Зависимость коэффициента затухания КК от соотношения диаметров проводников

Волновое сопротивление Z_В (Ом) — сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без от­ражения, т.е. при условии, что на процесс передачи не влияют несогласованно­сти на концах линии. Волновое сопротивление СК зависит от удельных значе­ний емкости и индуктивности кабеля. Для КК волновое сопротивление опреде­ляется как

Z_B = {1/(2p)} Z_Д ln(D/d) ,

где Z_Д - волновое сопротивление диэлектрика, D и d - соответственно диаметры внешнего и внутреннего проводников.

Основные требования к СК определены в рекомендации МСЭ-Т G.613. Диаметр жилы СК обычно составляет 0,4...1,2 мм. СК обычно используются в диапазоне частот до 10 МГц. Основные параметры КК приведены в Таблице 5.1.

Рис. 5.4. Частотная зависимость скорости распространения электромагнитной волны

Воздушные ЛС (ВЛС) не имеют изолирующего покрытия между провод­никами, роль изолятора играет слой воздуха. Проводники выполняются, в ос­новном, из биметаллической сталемедной (сталеалюминевой) проволоки. Внутренний диаметр стальной проволоки обычно составляет 1.2...4 мм, тол­щина внешнего слоя меди (алюминия) — 0.04...0.2 мм. Проволока подвешива­ется на деревянных или железобетонных опорах с помощью фарфоровых изо­ляторов. Используемый частотный диапазон ВЛС не превышает 150 кГц.

Таблица 5.1

Проблема электромагнитной совместимости

Цепи ЛС постоянно находятся под воздействием сторонних электромаг­нитных полей различного происхождения. Различают две основные группы ис­точников сторонних полей:

§ внутренние — соседние физические и искусственные цепи данной линии связи;

§ внешние — энергетически и конструктивно не связанные с линией связи.

Рис. 5.5. Пример конструкции кабеля (кабель КМБ-8/7)

Внешние источники помех, в свою очередь, по своему происхождению делятся на:

§ естественные — грозовые разряды, солнечная радиация и пр.;

§ созданные человеком — высоковольтные линии передачи, радиостанции, линии электрифицированных железных дорог, электрические сети про­мышленных предприятий и отдельные энергоемкие устройства.

Сторонние электромагнитные поля индуцируют в цепях линий связи по­мехи, которые не только снижают качество передачи, но иногда возбуждают большие напряжения и токи, приводящие к разрушению линий связи и аппара­туры. Указанные воздействия называют электромагнитными влияниями или просто влияниями на цепи линий связи.

Рис. 5.6,а. Взаимное влияние цепей

Данная проблема является общей для всех систем и устройств телеком­муникаций и называется проблемой электромагнитной совместимости. Сущ­ность ее состоит в том, что в процессе проектирования, строительства и экс­плуатации телекоммуникационных устройств и систем необходимо учитывать два противоречивых требования:

- необходимо обеспечить достаточную для нормальной работы телекоммуни­кационных систем защиту от воздействия на них сторонних электромагнитных полей;

- необходимо ограничить допустимыми значениями уровни влияния
электромагнитных полей проектируемых устройств и систем на другие устройства.

При количественной оценке уровня взаимных влияний обычно рассмат­ривают две цепи: влияющую (создающую электромагнитное поле) и подвер­женную влиянию (в которой индуцируются помехи) (рис. 5.6,а).

Ближним концом линии называют тот, к которому подключен генера­тор, дальним концом — тот, к которому подключена нагрузка цепи. Соответст­венно рассматриваются мощности сигналов в цепях: P₁₀ — на ближнем конце влияющей цепи, P_1L — на дальнем конце влияющей цепи, P₂₀ — на ближнем конце цепи, подверженной влиянию, P_2L — на дальнем конце цепи, подвержен­ной влиянию.

Рис. 5.6,б. Источники NEXT-помехи в многопарном кабеле

Количественно защищенность от переходных помех из-за взаимных элек­тромагнитных влияний оценивается рядом показателей, в том числе переход­ным затуханием на ближнем конце линии (near end cross talk — NEXT, рис. 5.6,б):

A₀ = 10 lg |P₁₀/P₂₀| ,

переходным затуханием на дальнем конце линии (far end cross talk — FEXT, рис. 5.6,в):

A_L = 10 lg |P_1L/P_2L| .

Рис. 5.6,в. Источники FEXT-помехи в многопарном кабеле

Волоконно-оптические линии связи

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с линиями связи на основе металлических кабелей. К ним относятся: большая пропускная способность, малое затухание, малые масса и габариты, высокая помехозащищенность, надежная техника безопасно­сти, практически отсутствующие взаимные влияния, малая стоимость из-за от­сутствия в конструкции цветных металлов.

В ВОЛС применяют электромагнитные волны оптического диапазона. Напомним, что видимое оптическое излучение лежит в диапазоне длин волн 380...760 нм. Практическое применение в ВОЛС получил инфракрасный диапа­зон, т.е. излучение с длиной волны более 760 нм.

Рис. 5.7. Принцип распространения оптического излучения

Принцип распространения оптического излучения вдоль оптического во­локна (ОВ) основан на отражении от границы сред с разными показателями преломления (рис. 5.7). Оптическое волокно изготавливается из кварцевого стекла в виде цилиндров с совмещенными осями и различными коэффициен­тами преломления. Внутренний цилиндр называется сердцевиной ОВ, а внеш­ний слой — оболочкой ОВ.

Угол полного внутреннего отражения, при котором падающее на гра­ницу двух сред излучение полностью отражается без проникновения во внеш­нюю среду, определяется соотношением:

θ_КР = arccos(n₂/n₁) ,

где n₁ — показатель преломления сердечника ОВ, n₂ — показатель преломления оболочки ОВ, причем n₁ > n₂. Излучение должно вводится в волокно под углом к оси меньшим θ_КР.

Рис. 5.8. Виды ОВ и профили показателя преломления

В зависимости от числа распространяющихся на рабочей частоте волн, ОВ подразделяются на одномодовые (рис. 5.8,а) и многомодовые (рис. 5.8,б,в). В зависимости от вида профиля показателя преломления сердцевины раз­личают ступенчатые и градиентные ОВ. У ступенчатых ОВ показатель пре­ломления сердцевины постоянен (рис. 5.8,б). У градиентных ОВ показатель преломления сердцевины плавно меняется вдоль радиуса от максимального значения на оси до значения показателя преломления оболочки (рис. 5.8,в). Световые лучи в сердечниках таких ОВ превращаются в синусоиду или винтовые линии.

Количество мод зависит от значения нормированной частоты:

V = Dπ (n₁² – n₂²)^½ /λ ,

где D — диаметр сердцевины ОВ, λ — рабочая длина волны. Одномодовый ре­жим реализуется при V < 2.405. Заранее определенными и сравнительно ма­лыми величинами являются рабочая длина волны и разность показателей пре­ломления

δ_n = n₁ — n₂ .

На рис. 5.9 приведен пример конструкции оптического кабеля.

Кабельные системы

В настоящее время проводные линии связи широко используются при по­строении локальных сетей. Данные линии связи стандартизированы и обычно называются структурированной кабельной проводкой или кабельной системой. Известны кабельные системы категорий 3, 4, 5 стандартов EIA/TIA-568, TSB-36, TSB-40 специального подкомитета TR41.8.1. Приведем основные пара­метры проводки:

Рис. 5.10. Спектральная характеристика коэффициента затухания ОВ

§ длина горизонтальных кабелей — не более 90 м независимо от типа ка­беля;

§ к применению допускаются кабели четырех типов: 4-парный из неэкрани­рованных витых пар с волновым сопротивлением 100 Ом; 2-парный из экранированных витых пар с волновым сопротивлением 150 Ом; коаксиальный с волновым сопротивлением 50 Ом; волоконно-опти­ческий с волокнами диаметром 62,5/125 мкм;

§ типы соединителей: модульный 8-контактный RJ-45; 4-контактный по стандарту IEEE 802.5; коаксиальный BNC; оптический не определен;

§ на каждом рабочем месте устанавливается не меньше 2 розеток;

§ разводка кабелей должна соответствовать структуре «звезда».

Радиолинии

В радиолиниях связи средой распространения электромагнитных волн в подавляющем большинстве случаев (за исключением случая связи между кос­мическими аппаратами) является атмосфера Земли.

На рис. 5.11 приведено упрощенное строение атмосферы Земли.

Рис. 5.11. Строение атмосферы Земли

Реальное строение атмосферы более сложное и приведенное деление на тропосферу, стратосферу и ионосферу достаточно условно. Высота слоев приведена приблизительно и различна для разных географических точек Земли. В тропосфере сосредоточено около 80% массы атмосферы и около 20% — в стратосфере.

Плотность атмосферы в ионосфере крайне мала, граница между ионосфе­рой и космическим пространством является условным понятием, так как следы атмосферы встречаются даже на высотах более 400 км. Считается, что плотные слои атмосферы заканчиваются на высоте около 120 км.

Рис. 5.12. Типичный вид радиолинии

Типичный вид радиолинии показан на рис. 5.12. Линия может состоять из двух оконечных станций. Типичным примером таких радиолиний являются линии сетей передачи сообщений массового характера (сети телевизионного и радиовещания). Радиолиния может содержать несколько промежуточных пе­реприемных станций. Так строятся линии радиорелейных систем передачи.

Классификация и способы распространения радиоволн приведены в таб­лицах 5.2 и 5.3. Деление радиоволн на диапазоны установлено Международ­ным регламентом радиосвязи МСЭ-Р.

Радиоволны, излучаемые передающей антенной, прежде чем попасть в приемную антенну, проходят в общем случае сложный путь. На величину на­пряженности поля в точке приема оказывает влияние множество факторов. Основные из них:

§ отражение электромагнитных волн от поверхности Земли;

§ преломление (отражение) в ионизированных слоях атмосферы (ионо­сфере);

§ рассеяние на диэлектрических неоднородностях нижних слоев атмосферы (тропосфере);

§ дифракция на сферической выпуклости Земли.

Таблица 5.2

Также напряженность поля в точке приёма зависит от длины волны, ос­вещенности земной атмосферы Солнцем и ряда других факторов.

Таблица 5.3

Передача информации посредством электрических сигналов играет ог­ромную и всё возрастающую роль во всех видах человеческой деятельности. За последнее время резко повысились требования, предъявляемые к системам и сетям связи.

Необходимо вести передачу со всё большими скоростями и всё большим качеством. Дело усложняется тем, что зачастую энергетические ресурсы пере­датчика жестко ограничены (в силу экологических проблем и разделе­ния/ограничения диапазона частот). И в то же время всё более высокие требо­вания предъявляются к верности передачи.

Верность зависит, с одной стороны, от исправности аппаратуры (эта сторона не относится к изучаемому предмету). С другой же стороны, верность зависит от помех, действующих в канале передачи.

Способность сетей и систем связи противостоять вредному влиянию по­мех называется помехоустойчивостью. В современных условиях проблема по­мехоустойчивости является приоритетной. Она останется важнейшей про­блемой в области передачи информации и в предвидимом будущем.

Рассмотрим основные методы и способы модуляции и кодирования, ис­пользуемые для решения этой проблемы и при построении сетей и систем связи.

Методы модуляции в системах и сетях связи