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.
Глава 5 | Линии связи |
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.
Проводники |
Полиэтиленовая изоляция |
Экран |
Рис. 5.1,а. Типичный вид симметричного кабеля |
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.
Внешний проводник |
Внутренний проводник |
Диэлектрический материал |
Полиэтиленовая изоляция |
Рис. 5.1,б. Типичный вид коаксиального кабеля |
Очень важной характеристикой, фактически определяющей широкополосность системы связи, является зависимость коэффициента затухания от частоты (рис. 5.3). Если определен граничный коэффициент затухания aГР (обычно он определяется возможностями усилителей или регенераторов), то данному коэффициенту соответствует граничная частота пропускания системы fГР. 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 vС >> 300 км/мс. Данный параметр зависит также от свойств диэлектрика, применяемого в кабеле.
α, дБ/км |
D/d |
D/dопт |
Рис. 5.2. Зависимость коэффициента затухания КК от соотношения диаметров проводников
Волновое сопротивление ZВ (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
ZB = {1/(2p)} ZД ln(D/d) ,
где ZД - 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.
α, дБ/км |
αгр |
fгр |
f, Гц |
Рис. 5.3. Частотная зависимость коэффициента затухания металлического кабеля |
V, км/мс |
Vc |
f, Гц |
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
Тип КК | D/d | Рекомендация МСЭ-Т | Рабочая полоса частот, МГц |
Мини-КК | 0.7/2.9 | G.621 | 0.2 … 20 |
Малогабаритный КК | 1.2/4.4 | G.622 | 0.06 … 70 |
Нормализованный КК | 2.6/9.5 | G.623 | 0.06 … 300 |
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.
Наружный покров |
Симметричные пары |
Коаксиальные пары |
Бронеленты |
Жилы |
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.
P1L |
P2L |
P10 |
P2L |
Влияющая цепь |
Цепь, подверженная влиянию |
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, P1L — на дальнем конце влияющей цепи, P20 — на ближнем конце цепи, подверженной влиянию, P2L — на дальнем конце цепи, подверженной влиянию.
Оболочка кабеля |
Передатчик |
Приёмник |
Передатчик |
NEXT |
NEXT |
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):
AL = 10 lg |P1L/P2L| .
Оболочка кабеля |
Передатчик |
Приёмник |
Передатчик |
FEXT |
FEXT |
Передатчик |
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.
Передатчик |
Приёмник |
Двухслойное волокно |
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:
θКР = 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 θКР.
D/2 |
D/2 |
D |
D |
d, мкм |
d, мкм |
а) |
б) |
n1 |
n2 |
n1 |
n2 |
n1 |
n2 |
D/2 |
D |
d, мкм |
в) |
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
δn = n1 — n2 .
На рис. 5.9 приведен пример конструкции оптического кабеля.
Рис. 5.9. Конструкция 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:
αK, дБ/км |
0,5 |
0,85 |
1,3 |
1,55 |
λ, мкм |
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.
Поверхность Земли |
Тропосфера |
Стратосфера |
Космическое пространство |
Ионосфера |
120…400 км |
50 км |
10…12 км |
10…12 км |
40 км |
70 км |
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.
Оконечные станции |
Промежуточные станции |
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
Вид радиоволн | Тип радиоволн | Диапазон радиоволн (длина волны) | Номер диапазона | Диапазон частот | Вид радиочастот |
Мириаметровые | Сверхдлинные | 10…100 км | 3…30 кГц | Очень низкие (ОНЧ) | |
Километровые | Длинные | 1…10 км | 30…300 кГц | Низкие (НЧ) | |
Гектометровые | Средние | 100…1000 м | 300…3000 кГц | Средние (СЧ) | |
Декаметровые | Короткие | 10…100 м | 3…30 МГц | Высокие (ВЧ) | |
Метровые | 1…10 м | 30…300 МГц | Очень высокие (ОВЧ) | ||
Дециметровые | Ультракороткие | 10…100 см | 300…3000 МГц | Ультравысокие (УВЧ) | |
Сантиметровые | 1…10 см | 3…30 ГГц | Сверхвысокие (СВЧ) | ||
Миллиметровые | 1…10 мм | 30…300 ГГц | Крайневысокие (КВЧ) | ||
Децимиллиметровые | 0.1…1 мм | 300…3000 ГГц | Гипервысокие (ГВЧ) |
Также напряженность поля в точке приёма зависит от длины волны, освещенности земной атмосферы Солнцем и ряда других факторов.
Таблица 5.3
Вид радиоволн | Основные способы распространения радиоволн | Дальность связи |
Мириаметровые и километровые (сверхдлинные и длинные) | Дифракция | До тысячи км |
Отражение от Земли и ионосферы | Тысячи км | |
Гектометровые (средние) | Дифракция | Сотни км |
Преломление в ионосфере | Тысячи км | |
Декаметровые (короткие) | Преломление в ионосфере и отражение от Земли | Тысячи км |
Метровые и более короткие | Свободное распространение и отражение от Земли | Десятки км |
Рассеяние в тропосфере | Сотни км |
Глава 6 | Методы модуляции и кодирования |
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
Дата добавления: 2016-04-11; просмотров: 734;