Основні характеристики ліній зв'язку

Основною характеристикою ліній зв'язку є коефіцієнт ослаблення [дБ / км], який показує в децибелах наскільки зменшується абсолютний рівень потужності сигналу при проходженні одного кілометра шляху.

У радіоліній коефіцієнт ослаблення залежить від напрямку та величини пройденого сигналом шляху. Для направляючих систем коефіцієнт ослаблення (в певному частотному діапазоні) можна вважати постійним.

Мінімальними значеннями коефіцієнта ослаблення володіють світловоди, для них [дБ/км]=0,2, для хвилеводів [дБ/км]=2-3 і для мідних кабелів [дБ/км]=1-10.

Важливою характеристикою є також смуга пропускання, під нею розуміють діапазон частот електричних коливань, що проходять через лінію зв'язку з мінімальним ослабленням в [Гц]. Мінімальної смугою пропускання володіють повітряні лінії зв'язку, у них =100-150 кГц. Максимальна смуга пропускання є гідністю світловодів, =100-1000 ТГц (террагерц).

Еквівалентом смуги пропускання для цифрових систем і ліній телекомунікацій часто виступає пропускна здатність у бітах в секунду [біт / с]. Вона визначає максимальну швидкість передачі r цифрового сигналу. Швидкість передачі сигналу r і ширина смуги пропускання лінії пов'язані між собою співвідношенням:

або

Таким чином, пропускної здатності в 1 біт / с відповідає 2 Гц смуги пропускання.

Величина пропускної спроможності в 2 Мбіт / с умовно ділить лінії на вузькосмугові (наприклад, симетричні кабелі) і широкосмугові (наприклад, коаксіальні кабелі і світловоди).

Іншою найважливішою характеристикою ліній зв'язку є чутливість до шумів і відповідно високий темп помилок при передачі цифрових сигналів. Найбільшою чутливістю до шумів і зовнішніх впливів володіють симетричні пари. У коаксіального кабелю і скловолокна чутливість до шумів і зовнішніх впливів на порядок менше, що пояснюється більш вдалою конструкцією. У радіоліній темп помилок визначається умовами передачі: погодою, наявністю перешкод у вигляді листя і будівель. Основні характеристики ліній зв'язку наведені в таблиці нижче.

Таблиця 6.1.Основні характеристики ліній зв'язку

Є відмінності між лініями зв'язку і по розташуванню смуги пропускання в загальному діапазоні частот.

Мідні лінії зв'язку (повітряні та кабельні) ведуть себе як фільтри низьких частот, тобто пропускають з малим ослабленням тільки коливання низьких частот.

Хвилеводи пропускають з малим ослабленням тільки коливання верхніх частот, тобто поводяться як фільтри верхніх частот.

Світловоди і радіолінії поводяться як смугові фільтри, тобто пропускають з малим ослабленням коливання в строго визначеному діапазоні частот.

Напрямні системи

Напрямна система – лінія зв'язку, в якій сигнали поширюються уздовж штучно створюваної і безперервної направляючої фізичного середовища Напрямні системи діляться на повітряні лінії (ПЛ), кабельні лінії (КЛ), хвилеводи (В) і світловоди (С). У найпростішому випадку це пара проводів, по яких поширюється електричний струм.

Якщо дроти не мають спеціального ізолюючого покриття, їх розносять в повітряному просторі на певну відстань і підвішують на стовпах .. За сформованою термінологією такі напрямні системи називають повітряними лініями (ВЛ).

Використання повітряних ліній в даний час скорочується через те, що вони пропускають тільки низькочастотні сигнали і піддані сильним впливам кліматичних умов. Вони застосовуються переважно в сільських мережах.

Рис. 6.3 Стовбова і стоякова (на даху будівлі) опори для повітряних ліній.

Напрямні системи, утворені проводами з ізоляційним покриттям і поміщені в спеціальну захисну оболонку, називаються кабельними лініями (КЛ) або просто кабелями зв'язку. По конструкції і взаємному розташуванню провідників однопарні кабелі ділять на симетричні (СК) і (несиметричні) коаксіальні (КК). Основними елементами кабелів є пари мідних проводів, кожна з яких утворює фізичну ланцюг для передачі повідомлення. У симетричних кабелях пара утворюється за допомогою однакових по конструкції ізольованих провідників. У парах коаксіального кабелю один з провідників суцільний і вкладений всередину іншого, полого.

Можливості і область застосування кабелів визначаються шириною смуги пропускання і ємністю кабелю. Ємність кабелю визначається числом пар провідників, укладених в загальну оболонку. За умовами прокладання та експлуатації розрізняють підземні, підвісні та підводні кабелі. Різні види кабелів показані на ріс.6.4. Вони використовуються в телекомунікаційних мережах, для зв'язку комп'ютерів в локальних обчислювальних мережах, у мережах радіомовлення та телевізійного мовлення.

Рис. 6.4 Кабелі зв'язку з мідних проводів

Прогрес у розвитку телекомунікацій в значній мірі визначається створенням нових ліній зв'язку. На сьогоднішній день найбільші надії покладаються на волоконно-оптичні лінії зв'язку. Саме їх широке застосування дозволить в найближчі десятиліття вирішити проблему різкого збільшення пропускної здатності ліній зв'язку. У волоконно-оптичних лініях фізична ланцюг для передачі повідомлень представлена ​​двошаровим скляним волокном – світлопроводом (С), рис. 6.5.

Рис. 6.5 Принцип поширення світлового променя по волокну

Сигнали зв'язку для передачі в світловод переносяться в оптичний діапазон частот (сто террагерц). Принцип поширення світлового променя уздовж скловолокна показаний на малюнку. Промінь розповсюджується по серцевині волокна за рахунок послідовного і повного відображення від її кордону з оболонкою. Для цього коефіцієнт заломлення світла в серцевини повинен бути трохи більше, ніж у оболонки.

В оптичному кабелі скловолокна вільно поміщаються всередині поліетиленових трубок, скручених навколо міцного пластмасового або металевого осердя.

Для захисту від зовнішніх впливів в кабелі передбачені оболонка і зовнішній покрив.

Особливості та переваги світловодів перед іншими лініями зв'язку:

-Висока ємність передачі. Скловолокна мають широку смугу пропускання, вони здатні забезпечити високу швидкість передачі даних, аж до 50 Гбіт / с.

-Низька вартість: Вартість скловолокна на порядок вище, ніж вартість симетричної пари, проте покриття і захист його від зовнішніх впливів обходяться на два порядки нижче.

- Стійкість до зовнішніх впливів: електромагнітні поля не роблять впливу на світловий сигнал усередині скловолокна.

-Малі розміри і низька вага: Скловолокно виконується з матеріалу з низькою вагою, його діаметр становить сотню мікрон, в той час як діаметр мідного дроту порядку одного міліметра.

- Необмежені ресурси матеріалу: Кварц, використовуваний в скловолокна, є найбільш поширеним матеріалом в світі.

- Низький коефіцієнт ослаблення: менше, ніж 0,5 дБ / км. Він практично не залежить від швидкості передачі даних.

Хвилевід (В) являє собою порожню металеву трубу прямокутного або круглого перетину, усередині якої можуть поширюватися електромагнітні хвилі певної довжини хвилі. Поширення хвиль вздовж осі хвилеводу супроводжується їх повним відбиттям від стінок хвилеводу. Щоб зменшити виникаючі при цьому втрати внутрішні стінки хвилеводу покривають шаром добре провідного металу.

Хвилеводи виготовляють секціями 2.5 і 5 метрів, монтаж секцій здійснюється за допомогою спеціальних фланців, що зміцнюються болтами. Як і світловоди, хвилеводи характеризуються низьким ослабленням і широким діапазоном частот пропускаються коливань.

Рис 6.7 Хвилеводи.

Радіолінії

Радіолінії використовують в якості фізичного середовища повітряне або космічний простір. Вони діляться на лінії радіозв'язку (ЛРС), радіорелейні лінії (РРЛ) і супутникові лінії (СЛ).

Для використання радіоліній сигнали зв'язку перетворять в радіохвилі, здатні випромінюватися антенами. Радіохвилі являють собою електромагнітні коливання з частотами від 30 кГц до 300 ГГц, що поширюються у вільному просторі.

У лінії радіозв'язку використовуються радіопередавач і радіоприймач з антенами. Підлягає передачі сигнал перетвориться передавачем в радіохвилю, яка випромінюється у вільний простір. Ця хвиля приймається антеною радіоприймача і перетвориться спочатку в первинний сигнал, а потім в повідомлення. Протяжність лінії радіозв'язку і можливе число сигналів, переданих по ній, залежать від багатьох чинників: діапазону переданих частот, атмосферних умов, технічних даних передавача, приймача і антен.

Цінними якостями ліній радіозв'язку є можливість швидкої організації і невисока вартість. Важливим є і те, що лінії радіозв'язку використовуються для зв'язку з будь-якими рухомими об'єктами, а також для зв'язку їх між собою.

Рис 6.7 Схеми наземних радіоліній

Радіолінії можуть складатися з декількох ділянок, у межах яких здійснюється радіозв'язок по розглянутій схемі: передавач – приймач. У цьому випадку сигнали, передані з першого пункту, приймаються, посилюються в другому і передаються в третій, від нього в четвертий і так далі по ланцюжку. Такі радіолінії називаються радіорелейними лініями. Частоти, використовувані для радіорелейного зв'язку (2-8 ГГц), поширюються, подібно променям світла, прямолінійно. Тому і станції повинні знаходитися на відстані прямої видимості (40-60 км).

За таких лініях можна передавати одночасно кілька тисяч телефонних сигналів або кілька телевізійних програм. Перевагою РРЛ є швидкість споруд, особливо у важкодоступних і необжитих місцях.

Рис. 6.8 Супутникова лінія зв'язку

Різновидом радіорелейних ліній є супутникові лінії. Радіосигнали з земної передавальної станції випромінюються в напрямку штучного супутника Землі, де приймаються, посилюються і знову передаються в напрямку земної приймаючої станції, яка може знаходитися навіть на іншій половині земної кулі. Таким чином, радіоапаратура штучного супутника Землі виконує роль проміжної станції радіорелейної лінії, що перебуває на великій висоті.

Контрольні питання:

1. Що називається лінією зв'язку?

2. Перерахуйте типи ліній зв'язку.

3. Які основні характеристики ліній зв'язку?

4. Вкажіть види направляючих систем.

5. У чому полягає принцип поширення світлового променя по скловолокну?

6. Вкажіть види радіоліній.

7. Які основні застосування супутникових ліній зв'язку?