80195

Типы и основные характеристики линий связи

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Типы и основные характеристики линий связи Принципы построения радиоэлектронных систем связи Любую техническую систему действие которой основано на непосредственном использовании высокочастотных электромагнитных колебаний радиодиапазона для сбора передачи извлечения обработки или хранения информации называют радиотехнической системой упрощенно радиосистемой. Линией связи называют физическую среду космическое пространство свободное пространство воздух в нейтральном или ионизированном состояниях земная поверхность морская вода...

Русский

2015-02-16

357.5 KB

5 чел.

PAGE   \* MERGEFORMAT18

Лекция. Типы и основные характеристики линий связи  

Принципы построения радиоэлектронных систем связи

Любую техническую систему, действие которой основано на непосредственном использовании высокочастотных электромагнитных колебаний радиодиапазона для сбора, передачи, извлечения, обработки или хранения информации, называют радиотехнической системой (упрощенно  радиосистемой). Упрощенную структуру построения радиотехнической системы можно представить в виде своеобразной пирамиды (рис.1.). Фундаментом пирамиды служит элементная база, содержащая резисторы, катушки индуктивностей, конденсаторы, трансформаторы, диоды, биполярные и полевые транзисторы, аналоговые и цифровые микросхемы, микропроцессоры, резонансные цепи, монолитные фильтры, элементы СВЧ-техники и пр. Кстати, элементная база любой радиотехнической системы определяет технический уровень радиоаппаратуры. Из элементов составляют второй уровень пирамиды — цепи (колебательные контуры, дифференцирующие и интегрирующие цепи, фильтры, ограничители уровня, формирующие цепи и пр.). Узлы конструктивно и технологически объединяют в достаточно сложные радиотехнические цепи — каскады: автогенераторы, модуляторы, демодуляторы, преобразователи частоты, усилители сверхвысокой, высокой,  промежуточной и низкой частоты и т. д.

Линией связи называют физическую среду (космическое пространство, свободное пространство — воздух в нейтральном или ионизированном состояниях, земная поверхность, морская вода, волноводы, кабели, волоконно-оптические линии и пр.) и совокупность аппаратных средств, используемых для передачи сигналов от передатчика к приемнику. Простейшая линия связи может представлять собой два провода, соединяющие передатчик и приемник. В этом случае речь идет о проводной, например телефонной, связи. Сейчас все чаще осуществляют связь и без проводов с помощью электромагнитных или световых волн (через световоды). В системах радиосвязи линией связи является, как правило, область пространства, в котором распространяются электромагнитные волны от передающего устройства к приемному устройству. Обобщенная структурная схема радиоканала системы передачи информации показана на рис. 1.14.

Рис. 1. Упрощенная структура построения радиотехнической системы

Следующий уровень — блоки, к которым относят антенно-фидерный тракт, малошумящий СВЧ-усилитель приемника, каскады усиления мощности высокочастотных и СВЧ-колебаний, кодек, модем, линейный тракт приемника, устройство цифровой обработки принимаемого сигнала, систему управления и пр. Наиболее сложный уровень пирамиды включает функционально законченные устройства — приемники, передатчики и другую аналогичную радиоаппаратуру, которые работают самостоятельно в

Рис. 2. Обобщенная структурная схема радиоканала

составе различных радиосистем. Венцом пирамиды является —радиосистема. В последние годы в элементной базе резко возросла доля микросхем большой и сверхбольшой интеграции. Поэтому в радиотехнических устройствах зачастую применяют только интегральные микросхемы, что позволяет три нижних уровня пирамиды (см. рис. 1.13) технологически объединить в один. По информационному назначению радиотехнические системы делят на четыре основных класса:

• передача информации (радиосвязь, радиовещание, телевидение);

• извлечение информации (обнаружение и измерение — радиолокация, радионавигация, радиоастрономия, радиоизмерения и т.д.);

• радиотелеуправление (беспилотные летательные аппараты и др.);

• разрушение информации (радиопротиводействие).

В настоящее время широкое применение находят радиотехнические комплексы, состоящие из нескольких радиосистем, в которых для обработки информации и управления различными объектами используют мощные компьютеры. К ним относят системы спутниковой и космической связи, глобальные системы связи, системы контроля и управления воздушным движением, ракетные и космические комплексы и т. д. Такие системы можно назвать комплексными. Большинство радиотехнических систем предназначено для доставки получателю определенной информации. Поэтому практически все радиотехнические системы можно называть информационными. Конкретное содержание информации, метод ее получения и использования получателем различны, методы же обработки, представления и передачи в значительной степени являются общими. Во всех случаях приходится иметь дело с сообщением о каком-либо физическом процессе и принимаемым сигналом, отображающим сообщение, а также естественной или искусственной помехой, искажающей принимаемый сигнал. В радиотехнических системах передачи информации сообщения, подлежащие передаче, поступают извне, от каких-либо источников, и роль системы состоит в том, чтобы передать их получателю. Все радиосистемы этого класса начинаются с преобразователей сообщений, задача которых — преобразовать поступающие сообщения в электрические сигналы, наиболее эффективные для передачи. На выходе приемника радиотехнической системы обычно также имеются преобразователи, выдающие сообщения в виде, удобном для получателя. В радиотехнических системах извлечения информации интересующая получателя информация не содержится в сигнале передатчика, а иногда передатчик в системе информации вообще отсутствует. В этих системах большей частью имеют дело с информацией, характеризующей параметры трассы, по которой распространяются электромагнитные волны. Информацию несут направление трассы, ее длина, а также скорость изменения этих параметров во времени. По значениям этих величин можно получать сведения о положении и характеристиках движения излучающих или отражающих объектов (радиолокационные системы, системы траекторных измерений). В других задачах информацией являются такие параметры трассы, как показатели поглощения и преломления (радиометеорологические системы, радиометрические системы). В некоторых случаях полезная информация заключается в самой структуре принимаемого радиосигнала (радиоастрономические и разведывательные радиосистемы). Значительного развития достигли системы радиолокации, широко применяемые в комплексах военного и гражданского назначения. Особое место заняли сегодня также километровые (длинноволновые) и метровые (ультракоротковолновые) системы наземной и спутниковой навигации, без которых ныне немыслимо осуществлять безопасное мореплавание и полеты самолетов. Системы радиотелеуправления предназначены для обеспечения движения летательных аппаратов по заданной траектории или в заданном районе. Такие системы широко применяют для решения задач дистанционного управления движением космических объектов. Радиосистемы разрушения информации служат для создания помех нормальной работе конкурирующей радиосистемы путем излучения мешающего сигнала или приема, умышленного искажения и переизлучения сигнала. Основной частью практически всех радиотехнических систем является радиотехнический канал (радиоканал), состоящий из радиопередающего (передающего) и радиоприемного (приемного) устройства и линии связи. Упрощенно, передающим называют устройство, преобразующее сообщение в передаваемый  сигнал, а приемным — устройство, преобразующее принятый сигнал в исходное сообщение. В пассивных радиотехнических системах, например в теплолокаторах (ИК-пеленгаторах, тепловизорах), передающее устройство отсутствует. Важной частью радиоканала системы связи является линия связи (среда распространения), которая оказывает существенное влияние на достоверность и качество принимаемого сообщения. Линией связи называют физическую среду (космическое пространство, свободное пространство — воздух в нейтральном или ионизированном состояниях, земная поверхность, морская вода, волноводы, кабели, волоконно-оптические линии и пр.) и совокупность аппаратных средств, используемых для передачи сигналов от передатчика к приемнику. Простейшая линия связи может представлять собой два провода, соединяющие передатчик и приемник. В этом случае речь идет о проводной, например телефонной, связи. Сейчас все чаще осуществляют связь и без проводов с помощью электромагнитных или световых волн (через световоды). В системах радиосвязи линией связи является, как правило, область пространства, в котором распространяются электромагнитные волны от передающего устройства к приемному устройству. Основными задачами, решаемыми радиосистемой при приеме информации, являются: обнаружение сигнала на фоне помехи; различение сигналов на фоне помехи; оценка параметров сигнала; воспроизведение сообщения.

Для обмена сообщениями между многими территориально разнесенными пользователями (абонентами) создают сети связи, обеспечивающие с установленным качеством и в заданное время передачу и распределение сообщений по заданным адресам. Основой электросвязи любого государства (в том числе Российской Федерации) является взаимоувязанная сеть связи (ВСС) — совокупность технологически сопряженных сетей связи общего пользования (ОП), ведомственных, корпоративных (для определенного круга пользователей) и других сетей электросвязи на территории страны независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности, обеспеченная общим централизованным управлением, которое строится по иерархически-территориальному принципу. ВСС Российской Федерации имеет разнообразную топологию. Конфигурация соединения элементов сети представляет ее топологию. Магистральные линии действующей сети образуют сетевидную структуру: между любыми сетевыми узлами имеются по крайней мере два-три независимых пути соединения.

Это обеспечивает экономичность и высокую надежность сети. Зоновые сети имеют радиально-узловую топологию, к ней добавляется соединение по принципу «каждый с каждым» для групп АТС (автоматическая телефонная станция), звездообразное подключение абонентов к станции, а также рокадное соединение — круговой принцип прохождения связей поперек радиусов в обход узлов. Развитие ВСС идет в направлении широкого внедрения новых кольцевых структур, особенно на строящихся телекоммуникационных сетях — локальных сетях. Связь Российской Федерации представляет собой совокупность сетей и служб связи и функционирует на территории Российской Федерации как взаимоувязанный производственно-хозяйственный комплекс. Структура связи Российской Федерации (рис.3.) включает в себя электросвязь и почтовую связь.

Рис.3. Структура связи Российской Федерации

Рис. 4. Состав взаимоувязанной сети связи Российской Федерации

Эти виды связи в своей основе действуют независимо друг от друга, а

имеющееся взаимодействие (служебная электросвязь в почтовом ведомстве, электронная почта, почтовые уведомления в службах электросвязи) показаны стрелками на рис. 3.

Управление связью Российской Федерации регулируется Министерством связи и массовых коммуникаций. Состав взаимоувязанной сети Российской Федерации показан на рис. 4. В состав ВСС входят сети связи ОП, в том числе телефонные сети общего пользования (ТфОП; Public Switched Telephone Network — PSTN), телеграфная сеть общего пользования (ТлгОП; Public Switched Telegraphe Network), сеть передачи газет (ПГ) и другие вторичные сети по видам услуг связи, а также ведомственные и корпоративные сети ограниченного пользования для определенных контингентов абонентов. Это наложенные сети, и они используют каналы и тракты ВСС. К ним относятся ведомственные и корпоративные сети для производственных и специальных нужд (например, рыбного хозяйства, службы почтовой связи, нефте-, газо- и угледобыч и пр.) и сети связи для нужд управления, обороны, безопасности и охраны правопорядка (например, МЧС, пожарной службы, милиции и т. д.). В ВСС Российской Федерации могут не входить, т. е. не иметь централизованного управления, выделенные сети (сети ведомств, организаций и фирм, имеющих собственные оборудованные линии, например, сеть связи на железнодорожном транспорте, на газопроводах, компьютерные сети банков и др.), внутрипроизводственные и технологические сети (сети учреждений и организаций, например локальные вычислительные сети по управлению производственными процессами, телефонные сети абонентов учрежденческих АТС и т. д.). Основные органы управления ВСС Российской Федерации — Главный (национальный) центр управления (ГЦУ), региональные центры управления (РЦУ) в выделенных зонах на территории одного или нескольких субъектов Российской Федерации, а также узловые территориальные пункты управления (ТПУ) и информационные исполнительные пункты (ИИП). Распределение потоков сообщений по заданным адресам осуществляется на узлах связи с помощью коммутационных устройств. Коммутация — это процесс создания последовательного соединения функциональных единиц для транспортировки информации. В целом же задачу распределения информационных потоков выполняет система коммутации, состоящая из собственно сети, коммутационных станций и узлов коммутации (УК), системы подключения пользователей и оконечных пунктов — терминальных устройств. Наиболее важную роль в ней играют УК, обеспечивающие установление, поддержание и разъединение соединений между терминалами (телефонными аппаратами, компьютерами, различной аппаратурой), каждому из которых присвоен адрес (номер). По способу распределения сообщений сети связи делятся на некоммутируемые и коммутируемые. В первом случае связь между абонентами осуществляют по постоянно закрепленным каналам по принципу «каждый с каждым». Во втором случае абоненты связываются между собой не непосредственно, а через узлы коммутации. Структурно сеть связи представляет собой совокупность оконечных (абонентских) устройств, каналов связи (линий связи) и узлов коммутации. Задача оптимального построения телекоммуникационных сетей является одной из важнейших задач теории и техники связи. Задачу решают с помощью теории массового обслуживания — теории трафика (от англ. traffic — информационная нагрузка сети связи, максимальные передаваемые потоки информации, количество информации, поступающей через сеть связи) и теории графов. В зависимости от скорости передачи информации отечественные каналы связи подразделяются на три вида:

• цифровая интегральная сеть ЦИС-32;

• узкополосная цифровая сеть интегрального обслуживания — ЦСИО-У (ISDN-N; англ. ISDN — Integrated Services Digital Network; иногда проще — IDN — Integrated Digital Networks);

• широкополосная цифровая сеть интегрального обслуживания ЦСИО-Ш (ISDN-B).

В цифровые сети связи типа ISDN можно включать такие виды связи и сетей: сеть передачи данных (Packet Data Network — PDN); сотовая связь; служба обработки сообщений — электронная почта (E-mail); всемирная компьютерная сеть Internet. Ряд сетей связи могут функционировать как выделенные сети со своими оконечными терминалами, цифровыми каналами. Они могут быть включены в ЦСИО-У, если оконечные терминалы будут работать со скоростью передачи не выше 64 кбит/с. Напомним, что, как и телеграфные сети, сети передачи данных по скорости передачи разделяют на низкоскоростные — до 200 бит/с; среднескоростные — 600... 1200 бит/с и высокоскоростные 2,4...96,0 Кбит/с и более. В цифровой интегральной сети ЦИС-32 скорость передачи информации составляет 32 Кбит/с, а в сети ISDN-B — 8 ... 565 Мбит/с и более. Сетевые цифровые технологии развивались до последнего времени параллельно для глобальных и локальных сетей. Технологии глобальных сетей были направлены в основном на развитие цифровых телефонных сетей, используемых для передачи голоса. Технологии локальных сетей — напротив, использовались, в основном, для передачи данных.

Прогресс в развитии средств связи и компьютерной техники и технологий неизбежно привел к переходу в развитых странах от общества индустриального к обществу индустриально-информационному. Международный Союз Электросвязи (МСЭ), занимающийся стандартизацией телекоммуникационных систем и сетей, ввел новое для связи понятие — интеллектуальная сеть (ИС; Intelligent Network — IN), отличительным признаком которой является быстрое, эффективное и экономное предоставление информационных услуг массовому пользователю в любой момент времени.

Эталонная модель взаимодействия открытых систем

Для того чтобы взаимодействовать, люди используют общение на каком- либо языке. Если невозможно разговаривать друг с другом непосредственно, применяются вспомогательные средства для передачи сообщений. Одним из таких средств является система почтовой связи. В ее составе можно выделить определенные функциональные уровни, например, уровень сбора и доставки писем из почтовых ящиков на ближайшие почтовые узлы связи и в обратном направлении, уровень сортировки писем в транзитных узлах и т. д. Принятые в почтовой связи всевозможные стандарты на размеры конвертов, порядок оформления адресов и т. д. позволяют отправлять и получать корреспонденцию практически из любой точки земного шара. Аналогичная картина наблюдается и в области электронных коммуникаций, где рынок компьютеров, коммуникационного оборудования систем и сетей связи необычайно широк и пока не стандартизован. Поэтому создание современных информационных систем стало невозможным без использования общих подходов при разработке, без унификации характеристик и параметров их составных компонентов.

Для эффективной реализации пропускной способности (емкости) каналов передачи информации и коммутационных узлов сетей связи необходимо соблюдение определенного набора стандартных правил, которые должны быть построены по принципу некоторой иерархии, т. е. разделены на определенные функциональные уровни. Набор стандартных процедур взаимодействия и программных средств, обеспечивающих установление связи, переключение, прерывание связи при необходимости и т. п., в настоящее время в основном реализуется программно. Эти правила (стандарты) разрабатываются рядом международных организаций электросвязи. В основу многоуровневой архитектуры связи положена концепция эталонной модели взаимодействия открытых систем (ВОС; OSI — Open System Interconnection), обеспечивающая введение единых стандартов на международном уровне для вновь создаваемых информационных сетей. Она описана стандартом ISO 7498. Эталонная модель взаимодействия открытых систем BOC/OSI разработана в начале 80-х гг. XX в. Международной организацией по стандартизации (МОС; International Organization of Standardization — ISO — ИСО) совместно с Международным Союзом Электросвязи Х.200. Модель BOC/OSI как единый комплекс стандартов является основой для взаимной совместимости оборудования и программ различных поставщиков.

Эталонная модель BOC/OSI ориентирована на выполнение следующих функций: представление данных в стандартной форме; связь между процессами информационного обмена и синхронизация их работы; управления информационно-вычислительными ресурсами; контроль ошибок и сохранности данных; управление базами данных и запоминающими устройствами; поддержка программ, обеспечивающих технологию передачи и обработки данных; тестирование и др. Под термином «открытая система» подразумевается система, которая может взаимодействовать с любой другой, удовлетворяющей требованиям открытой системы. В более широком смысле открытая система — это система, реализующая открытые спецификации на интерфейсы (Interface — программно- аппаратное средство, обеспечивающее взаимодействие двух систем или процессов в точке их сопряжения; устройство обмена информацией, или, согласно русской жаргонной терминологии, стык; в простейшем случае это разъем между аналоговым и цифровым узлом, или аналого-цифровым преобразователем — АЦП, от англ. — Analog-to-Digital Converter, ADC), службы и форматы данных, достаточные для того, чтобы обеспечить: » возможность переноса (от англ. portability — мобильность) прикладных систем, разработанных должным образом, с минимальными изменениями на широкий диапазон систем;

• совместимую работу (от англ. interoperability — переносимость) с другими прикладными системами на локальных и удаленных платформах;

• взаимодействия с пользователями в стиле, облегчающим последним  

переход от системы к системе. Основные элементы таких открытых систем, как сети связи — абонентские станции (АС) и физическая среда для передачи информации. АС, представляющие собой мобильные станции пользователей и устройства коллективного пользования, обеспечивают некий прикладной процесс — тот или иной вид доставки, обработки и отображения информации для нужд пользователей, например запрос и заказ билетов на концерт с домашнего персонального компьютера. Под физической средой здесь понимается совокупность цифровых каналов, позволяющих передавать биты информации. Взаимодействие АС может иметь различный уровень иерархии преобразования информации при обмене. Сеть связи, содержащая АС, которые удовлетворяют этой модели и таким образом относятся к открытым системам, в свою очередь является открытой системой. Все современные сети связи — открытые. В отличие от первоначальных сетей связи, предусматривающих подключение рабочих станций только к своему центральному компьютеру, станции открытых систем могут взаимодействовать с АС любых других систем связи, выполненных по стандарту BOC/OSI. Для упрощения разработки и реализации сетевой архитектуры каждая система разбивается на ряд функциональных уровней. При этом взаимодействие систем в сети представляется в виде взаимодействия между элементами (логическими объектами) систем одного

функционального уровня (рис. 5).

Рис. 5. Эталонная модель взаимодействия BOC/OSI:

а — основные элементы сети; б — семиуровневая архитектура взаимодействия

Эталонная модель международного стандарта BOC/OSI использует семь функциональных уровней, показанных на рис.5, а. Семиуровневая архитектура взаимодействия АС имеет следующие функции уровней (рис.5, б), т. е. следующие протоколы (от англ. Protocol — набор правил, управляющих информационным обменом взаимодействующих устройств) взаимодействия АС при соединениях систем сети между собой. Первый уровень — физический (Physical layer), он обеспечивает интерфейс с физической средой (физическую среду часто называют нулевым уровнем). Реализует управление каналом связи, что сводится к его подключению и отключению и формированию сигналов, представляющих передаваемые сообщения и/или данные. На физическом уровне биты информации или данных передают по физическим каналам связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптический кабель, радиоканал или цифровой канал связи. Этот уровень определяет уровень физических средств передачи, такие как полоса пропускания (Bandwidth), помехозащищенность, волновое сопротивление, потери и т. п. На физическом уровне задают характеристики сигналов электросвязи — электрических и оптических, такие как уровни сигналов, тип кодирования, скорость передачи и др. На этом же уровне стандартизуются собственно физические интерфейсы — в частности, типы разъемов и назначение каждого контакта. Второй (канальный) уровень — формирование пакетов данных (кадров). Обеспечивает надежную передачу сообщений через физический канал, организуемый на первом уровне. Для обеспечения надежности используется средство контроля принимаемых сообщений, позволяющие выявлять ошибки в поступающих сообщениях. Уровень управления каналом через недостаточно надежный физический канал обеспечивает передачу сообщений с необходимой достоверностью. Канальный уровень обеспечивает передачу сообщений в виде временных блоков данных — кадров (frame) — фреймов через физический канал. Основное назначение этого уровня — прием и передача кадров в сеть. Он физически адресует передаваемые сообщения, обеспечивая правильность использования физического канала, выявляет неисправности и ошибки передачи, синхронизации кадров и управления потоками сообщений.

Третий (сетевой) уровень — сегментирование и объединение блоков.

Сетевой уровень обеспечивает организацию диалога между абонентами сети, т. е. управление очередностью передачи данных, их приоритетом, процедурой восстановления и т. д.

Четвертый (транспортный) уровень создает связь между нижней и верхней группами уровней системы. Транспортный уровень обеспечивает сквозную передачу данных между абонентами используемой сети с заданным качеством обслуживания, которое является составным параметром, определяющим характеристики взаимодействия абонентов: максимальное время установления соединения, пропускная способность, время задержки сигнала, вероятность ошибки при передаче сообщений и т. п. Реализует процедуры и протоколы соединения пользователей сети через базовую (магистральную) сеть. На этом уровне возможны стандартное сопряжение различных систем с сетью и организация обмена сообщениями между сетью и узлами или системами сети. Создает связь между нижней и верхней группами уровней: обеспечивает сквозной обмен информацией между системами.

Пятый (сеансовый) уровень обеспечивает организацию сеансов связи на период взаимодействия сетевых узлов. На этом уровне по запросам в сети создаются порты (Port — интерфейс для подключения линий приема-передачи данных к сетевому устройству) для приема и передачи сообщений и организуются соединения — логические каналы.

Шестой (представительный) уровень согласует форму представления информации (изображение, распечатка, строка символов и т. д.). Представительный уровень управляет и преобразует синтаксис блоков данных, которыми обмениваются оконечные пользователи (коды, форматы данных, сжатие данных, машинные языки и т. п.).

Седьмой уровень — прикладной. Его главная задача — предоставить уже переработанную (принятую) информацию. С этим обычно справляется системное и пользовательское прикладное программное обеспечение. Прикладной уровень обеспечивает интерфейс с прикладным процессом и служит для выполнения всех информационно-вычислительных процессов, предоставляемых пользователю через транспортную сеть: электронная почта, телетекст, факс, пакетная передача речевых сообщений и др.

Четыре нижних уровня (физический, канальный, сетевой и транспортный) предоставляют сетевые услуги, три верхних (сеансовый, представительный и прикладной) — услуги самим оконечным пользователям. Как правило, соединение между АТС разных типов сетей осуществляется на нижних уровнях.

Понятие о протоколах. 

Правила взаимодействия объектов одного уровня, называемые протоколами, определяют логическое взаимодействие объектов. В эталонной модели ВОС принята концепция, в соответствии с которой взаимодействие объектов одного уровня обеспечивается предоставлением ему услуг смежным нижним уровнем. Правила взаимодействия объектов смежных уровней в одной системе сети, а также межсетевого обмена информацией называют интерфейсами ВОС. В настоящее время наиболее проработаны основные стандарты МСЭ и MOC/ISO и на них ориентированы проекты крупных сетей.

Напомним, что системы связи (в том числе и радиосвязи) предназначены для передачи сообщений из одной точки пространства (местоположения) в другую через канал связи. При этом канал связи должен обладать определенными свойствами — в частности, пропускать лишь заданную полосу частот, иметь одну или несколько несущих и т. д. Для решения задачи связи приходится осуществлять целый ряд преобразований сообщений (информации). Системы связи включают в себя все основные устройства, применяемые в большинстве радиотехнических систем передачи информации. В теории связи принято следующее определение: системой связи называется совокупность технических средств для передачи сообщений от источника к потребителю. Иногда в понятие система связи включают такие элементы, как источник сообщений и потребитель.

По виду передаваемых сообщений различают системы: передачи речи (телефония); передачи данных, радиовещание, передачи подвижных изображений (телевидение); передачи текста (телеграфия); передачи неподвижных изображений, рисунков и текста (фототелеграфия); телеизмерения; телеуправления. По назначению телефонные, радиовещательные и телевизионные системы делят на вещательные, отличающиеся высокой степенью качества воспроизведения сообщений, и профессиональные, имеющие специальное применение (служебная связь, промышленное телевидение и т. д.). В системе телеизмерения физическая величина, подлежащая измерению (напряжение, температура, скорость и т. п.), с помощью датчиков преобразуется в электрический сигнал (этот сигнал называют первичным), поступающий на передающее устройство. На приемном конце переданную физическую величину или ее изменения выделяют из сигнала и наблюдают или регистрируют с помощью записывающих приборов. В системе телеуправления осуществляется передача команд для автоматического выполнения определенных действий. Часто эти команды формируют по результатам измерений, переданных телеметрической системой. Повсеместное внедрение высокоэффективных и скоростных компьютеров привело к необходимости быстрого развития систем передачи данных, обеспечивающих обмен информацией между вычислительными средствами и объектами автоматизированных систем управления и измерения. Этот вид связи по сравнению с другими отличается более высокими требованиями к скорости и верности передачи информации.

Назначение систем связи.

Рассмотрим общие принципы построения систем радиосвязи (радиоканала). Достаточно условно все существующие системы радиосвязи можно разделить на два больших класса: симплексные и дуплексные системы связи.

Рис. 6. Структурная схема организации дуплексной связи

Под симплексной связью (simplex — односторонний; связь «один-ко-всем») понимают связь между двумя пунктами, при которой в каждом из них передача и прием сообщений ведутся поочередно на одной несущей частоте. Часто симплексную связь используют для передачи информации только в одном направлении, например радиовещание, телевидение, оповещение и т. д. Дуплексная связь (duplex — двусторонний; связь «один-на-один») — двусторонняя связь между двумя пунктами, при которой передача и прием сообщений осуществляют одновременно на разных несущих частотах (рис. 6).  

Сейчас применяют такую разновидность симплексной радиосвязи, как полудуплексная (half-duplex) связь или двухчастотный симплекс, когда система связи обеспечивает поочередно передачу и прием информации на двух разных несущих частотах с использованием ретрансляторов.

Отметим, что ретранслятор (от лат. translator — переносчик) —  радиотехническое устройство, используемое как промежуточный приемопередающий пункт линии радиосвязи. По числу используемых каналов различают одноканальные и многоканальные системы связи (системы передачи информации). Об одноканальных системах связи уже в принципе и говорилось. Система связи называется многоканальной, если она способна обеспечить передачу нескольких сообщений по одной общей линии связи (каналу). Основная задача многоканальных систем связи — одновременная передача сообщений от многих источников, т. е. увеличение пропускной способности (часто используется термин «емкость»). Повышение эффективности использования канала связи достигается путем применения разных методов уплотнения каналов связи, за счет сокращения избыточности сообщений и организации так называемого многоканального и многостанционного доступа абонентов. Для увеличения пропускной способности большинства систем связи применяют временное и частотное

уплотнение (multiplexing; от лат. multiplex — сложный, многократный) сигналов (рис. 7).

Рис.7. Структурные схемы модуляторов систем связи с уплотнением:

а — временным; б — частотным

Амплитудная, частотная и фазовая модуляция несущих колебаний позволяет строить многоканальные радиоэлектронные системы с частотным  уплотнением (разделением) каналов (ЧРК), обусловленным использованием несущих колебаний с различными частотами. Достоинством системы с ЧРК является сравнительная простота и возможность передачи весьма широкополосных сообщений, например телевизионных.

Импульсная модуляция несущего колебания дает возможность разрабатывать многоканальные радиотехнические системы связи с временным уплотнением (разделением) каналов (ВРК), обладающие заметными преимуществами перед системами связи с ЧРК. К этим достоинствам относится высокая точность передачи сигналов (лучшая помехозащищенность) и возможность передавать совместно сообщения нескольких каналов в одном частотном диапазоне, поскольку сообщению каждого канала будет соответствовать своя последовательность импульсов, не перекрывающаяся с последовательностью импульсов сообщения другого канала. При временном уплотнении, благодаря тому, что сигналы передают не непрерывно, а только их отсчетами (выборками) в очень короткие временные интервалы, на одной несущей частоте можно передавать ряд различных сигналов. Для этого разные сигналы U1(t), U2(t) …..Un(t), отражающие группу из n передаваемых сообщений, подают на аналоговый мультиплексор (селектор или аналоговый коммутатор) (рис. 7, а). Суммарные сигналы аналогового мультиплексора UΣ(t)  с помощью импульсного модулятора и задающего генератора переносят на частоту f0 и через усилитель мощности подводят к передающей антенне.

Традиционно во многих радиотехнических системах передачи информации широкое применение находит частотное уплотнение сигналов, осуществляемое предварительно (перед основной модуляцией) дополнительной модуляцией на так называемых поднесущих частотах (предварительных; от англ. — subcarrier frequency) —f1,f2,…..fn (рис. 7, б). Поднесущие частоты значительно превышают частоту передаваемого сигнала, но во много раз меньше несущей частоты.

При частотном уплотнении передаваемые сигналы предварительно поступают на модуляторы поднесущих частот, где осуществляется амплитудная, частотная, фазовая или другие виды модуляции.

Необходимые элементы модуляторов поднесущих частот — полосовые фильтры (на рис. 7, б не показаны), настроенные на поднесущие частоты и подавляющие спектральные составляющие соседних каналов. Затем промодулированные сигналы с поднесущими частотами подают на основной модулятор, работающий на основной несущей частоте f0, и в виде суммарного сигнала UΣ(t) через антенну излучают в пространство.

Системы радиосвязи принято делить на наземные и спутнико-космические. В наземных системах радиосвязи радиоволны распространяются в пределах земной атмосферы. Такие системы служат для обеспечения связи с самолетами, кораблями, наземным транспортом и другими объектами. Они осуществляют персональную радиосвязь в рамках сотовой, транкинговой и иных видов связи. Особенностью спутнико-космических систем радиосвязи является наличие в их составе искусственных спутников Земли (ИСЗ), на которых располагают ретрансляторы радиосигналов. В целом система состоит из двух основных частей, или сегментов: наземного и космического. С помощью систем космической радиосвязи, работающих, как правило, в диапазоне сверхвысоких частот, передают огромные объемы сообщений: трансляция множества телевизионных каналов, компьютерных данных, телефонных, телефаксных и иных сообщений.

Линии связи

Виды линий связи, по которым передают информацию от источника к получателю, многочисленны и разнообразны. Различают каналы проводной связи (проводные, кабельные, оптоволоконные и др.) и каналы радиосвязи.

Кабельные линии связи являются основой магистральных сетей дальней связи; по ним осуществляется передача сигналов в диапазоне частот от десятков килогерц до сотен мегагерц. Одним из самых совершенных систем передачи информации являются  волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Информация по таким каналам передается в виде световых импульсов, посылаемых лазерным излучателем. Они позволяют в диапазоне частот 600 ... 900 ТГц (к = 0,5...0,3 мкм) обеспечить чрезвычайно большую пропускную способность (примерно 120 000 каналов по паре оптических волокон) и создают надежную и скрытую связь с высоким качеством передачи информации. Основными преимуществами оптических волокон (ОВ), или световодов, как физической среды распространения сигналов электросвязи и конструктивной основы оптического кабеля (ОК) являются:

• широкая полоса пропускания, позволяющая передавать сигналы электросвязи со скоростью (битрейтом) до 2,0 ... 2,5 Тбит/с и выше; например, даже при скорости 50 Мбайт/с в течение 1 с передается объем информации, приблизительно равный содержанию 10 школьных учебников.

• низкий уровень потерь на распространение сигналов, обеспечивающих их передачу без регенерации на расстояния до 150 ... 175 км (и в перспективе до 350 км и более);

• абсолютная нечувствительность к электромагнитным помехам;

• отсутствие перекрестных помех (перекрестной модуляции) в ОК;

• малая масса и размеры ОК.

К другим достоинствам ОВ и ОК можно отнести такие, как достаточно высокая защищенность от несанкционированного перехвата передаваемой информации, пожаробезопасность, относительно невысокая стоимость ОК по сравнению с медными кабелями и практически неограниченные запасы сырья для производства ОВ. Все это делает их применение в сетях и системах связи еще более привлекательным и технически и экономически оправданным. Поэтому ОК почти полностью вытесняют в настоящее время другие виды направляющих структур в магистральных линиях цифровых первичных сетей связи. Наряду с проводными линиями связи широко используют радиолинии различных диапазонов (от сотен килогерц до десятков гигагерц). Эти линии более экономичны и незаменимы для связи с подвижными объектами. Для многоканальной системы радиосвязи при передаче, информации на большие расстояния широко используются радиорелейные линии (РРЛ) связи. Радиорелейная связь (радио и франц. relais — промежуточная станция) —радиосвязь, состоящая из группы ретрансляционных станций, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, обеспечивающем устойчивую работу. Антенны станций линии радиорелейной связи устанавливают на мачтах (башнях) высотой 70 ... 100 м. Протяженность линии радиорелейной связи может составлять до 10 000 км, емкость — до нескольких тысяч каналов.

В зависимости от используемого метода распространения радиоволн радиорелейные линии связи можно разделить на две основные группы: прямой видимости и тропосферные.

Радиорелейные линии прямой видимости — основные наземные средства передачи сигналов телефонной связи, звукового и телевизионного вещани», цифровых данных и других сообщений на большие расстояния. Ширина полосы частот сигналов многоканальной телефонии и телевизионного вещания составляет несколько десятков мегагерц, поэтому для их передачи практически могут быть использованы диапазоны только дециметровых и сантиметровых волн, общая ширина спектра которых составляет 30 ГГц. Кроме того, в этих диапазонах почти полностью отсутствуют атмосферные и промышленные помехи.

Современные радиорелейные линии связи представляют собой цепочки достаточно мощных приемно-передающих радиостанций — ретрансляторов, последовательно принимающих, усиливающих, преобразовывающих (переносящих) сигналы на другие частоты и передающих далее сигналы от одного конца линии связи к другому (рис.8). На каждой из промежуточных станций происходит восстановление и перенос сигнала на другую частоту, т. е. замена принятого слабого сигнала новым сильным, посылаемым на следующую станцию. Наиболее распространены радиорелейные линии метрового, дециметрового и сантиметрового диапазонов на частотах от 60 МГц до 15 ГГц.

Рис. 8. Структурная схема радиорелейной линии связи

Все большее применение находят спутниковые линии связи — РРЛ с ретранслятором на искусственном спутнике Земли. В системах спутниковой радиосвязи используются радиоволны СВЧ-диапазона (обычно в пределах частот 1,5...14 ГГц, наиболее используемый диапазон 4...6 ГГц), пронизывающие ионосферу с минимальным затуханием. Передача информации на большое расстояние при одном ретрансляторе на ИСЗ, гибкость и возможность организации глобальной связи — важное преимущество спутниковых систем. Основным преимуществом цифровых систем связи перед аналоговыми системами является их высокая помехоустойчивость. Это полезное качество наиболее сильно проявляется в системах передачи с многократной ретрансляцией (переприемом) сигналов. Типичные системы подобного типа — радиорелейные, волоконно-оптические и кабельные линии большой протяженности. В них сигналы передаются по цепи ретрансляторов, расположенных на таких расстояниях друг от друга, которые обеспечивают надежную связь. В таких системах помехи и искажения, возникающие в отдельных звеньях, как правило, накапливаются. Для простоты положим, что радиосигнал в каждом ретрансляторе только усиливается. Тогда, если аддитивные помехи в каждом звене связи статистически независимы, их мощность на входе последнего звена равна сумме мощностей помех всех звеньев. Если система передачи информации состоит из n одинаковых звеньев, для обеспечения заданной верности связи необходимо обеспечить на входе каждого ретранслятора отношение сигнал/помеха в п раз больше, чем при передаче сигнала без ретрансляций. В реальных системах число ретрансляций п может достигать несколько десятков, а иногда и сотен; накопление помех вдоль тракта передачи становится основным фактором, ограничивающим протяженность линии связи. В цифровых системах передачи для ослабления эффекта накопления помех при передаче с ретрансляциями наряду с усилением применяют регенерацию импульсов, т. е. демодуляцию с восстановлением переданных кодовых символов и повторную модуляцию на переприемном пункте. При использовании регенерации аддитивная помеха с входа ретранслятора не поступает на его выход. Однако она вызывает ошибки при демодуляции. Ошибочно принятые в одном регенераторе символы в таком виде передаются и на следующие регенераторы, так что ошибки все же накапливаются. При цифровой системе передачи непрерывных сообщений можно, кроме того, повысить верность применением помехоустойчивого кодирования. Высокая помехоустойчивость цифровых систем передачи позволяет осуществить практически неограниченную по дальности связь при использовании каналов сравнительно невысокого качества.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9255. Гражданская процессуальная ответственность. 54.5 KB
  Тема № Гражданская процессуальная ответственность. понятие и значение гражданской процессуальной ответственности предпосылки и основания привлечения к гражданской процессуальной ответственности виды гражданской процессуальной ответ...
9256. Подведомственность гражданских дел 50 KB
  Тема №9. Подведомственность гражданских дел. понятие и виды подведомственности судебная подведомственность ГД правовые последствия не подведомственности дела суду Постановление Пленума ВС РФ от 18.08.1992г. №12/12 НК, СК, ФЗ «О тре...
9257. Подсудность гражданских дел 47 KB
  Тема № Подсудность гражданских дел. понятие и виды родовая подсудность территориальная подсудность передача дела и 1 суда в другой правовые последствия несоблюдения правил подсудности ФКЗ О военных судах в РФ от 23.06...
9258. Процессуальные сроки 52.5 KB
  Процессуальные сроки. понятие и значение процессуальных сроков виды процессуальных сроков исчисление процессуальных сроков приостановление, продление и восстановление процессуальных сроков. Постановление Пленума ВС РФ №...
9259. Судебное доказывание и доказательства по гражданским делам 105 KB
  Судебное доказывание и доказательства по гражданским делам. Постановление 2003 года о судебном решении Постановление 2008 о разрешении дел в судебных инстанциях понятие судебного доказывания предмет доказывания основания для освобо...
9260. Место искового производства в системе видов гражданского судопроизводства 70.5 KB
  Иск. Место искового производства в системе видов гражданского судопроизводства Понятие иска Признаки иска Виды исков Право на иск Обеспечение иска Средства защиты В соответствии со ст. 11 ГК РФ орг...
9261. Приказное производство 47 KB
  Тема № 15: Приказное производство. понятие и сущность приказного производства требования, по которому выдается судебный приказ порядок подачи заявления о вынесении приказа порядок вынесения и выдачи судебного приказа...
9262. Возбуждение гражданского судопроизводства. Подготовка ГД к судебному разбирательству 46.5 KB
  Возбуждение гражданского судопроизводства. Подготовка ГД к судебному разбирательству. Литература: ПП ВС РФ от 24.06.2008 г. О подготовке ГД к судебному разбирательству. ГПП РФ: учебник. Викут порядок предъявления иска. Последстви...
9263. Судебное разбирательство 86.5 KB
  Тема №17:Судебное разбирательство - Постановление от 26.06.2008 г. О применении норм ГПК при рассмотрении и разрешении дел в суде первой инстанции Сущность и значение судебного разбирательства. В соответствии с действующим законодательст...