Галуев Г.А. Принципы построения и основы функционирования систем и сетей связи

Подождите немного. Документ загружается.

общений различных видов и категорий в заданные сроки.

• Передача телеграфных сообщений и ведение документальных переговоров

между предприятиями, учреждениями, организациями.

• Предоставление в аренду некоммутируемых дискретных каналов.

Телеграфная сеть – это совокупность телеграфных станций коммутации

(ТгСК) оконечных установок, а также телеграфных каналов (ТК). Структура

телеграфной сети показана на рисунке 2.16.

ТгСК

ТК

ТКТК

ТК

Рис.2.16.

Например, в нашей стране сеть телеграфной связи имеет иерархическую ор-

ганизацию с тремя уровнями. На верхнем уровне расположены главные узлы

(располагаются в наиболее крупных городах с наибольшей нагрузкой), соеди-

ненные по полносвязной схеме и играющие роль транзитных пунктов. На сле-

дующем уровне располагаются областные узлы и на последнем

нижнем уровне

районные узлы. Областные узлы имеют связи между собой и соединяются ра-

диальными связями с главными узлами. Районные узлы не соединены между

собой, но соединены радиальными связями с областными узлами. Такая архи-

тектура является наиболее экономически эффективно для больших территорий.

Непосредственные услуги сеть телеграфной связи (ТгС) предоставляет

в оконечных

пунктах ТгС, располагаемых в отделениях связи городских, рай-

онных, сельских, и в абонентских пунктах, располагаемых в учреждениях и

предприятиях.

Таким образом, система телеграфной связи любого уровня содержит

дискретные каналы связи и соответствующую им каналообразующую аппарату-

ру, коммутационную аппаратуру и оборудование оконечных (абонентских)

пунктов.

Принципы функционирования каналообразующей аппаратуры мы уже

рассматривали когда

знакомились с методами модуляции сигналов и организа-

ции многоканальных систем передачи данных. Поэтому здесь имеет смысл бо-

лее подробно рассмотреть оконечные устройства систем передачи телеграфных

сообщений.

В общем виде структура типового абонентского пункта имеет вид,

представленный на рисунке 2.17.

ИС

ООД

АКД

Канал связи

Рис.2.17.

В режиме передачи оконечное оборудование данных (ООД) преобразу-

ет поступающие от источника сообщений (ИС) сигналы в первичный код, кото-

рый затем преобразуется в аппаратуре окончания данных (АКД) таким образом,

чтобы обеспечить эффективную их передачу по каналу связи. При приеме ин-

формации ООД и АКД осуществляют обратные преобразования. Важнейшим

блоком ООД систем телеграфной связи является телеграфный аппарат (ТА). В

настоящее время используются электронно-механические и электронные теле-

графные аппараты. В электронно-механических ТА основные функции выпол-

няются механическими узлами, требующими высокой точности изготовления.

Такие аппараты имеют ряд недостатков: высокий уровень акустического шума

и краевые искажения, вносимые аппаратом, низкая исправляющая

способность,

ограниченная скорость телеграфирования. В более современных ТА большин-

ство функций выполняется электронным способом с использованием средств

микропроцессорной техники. Эти аппараты, хотя у них некоторые функции (пе-

ремещение бумажного носителя) реализуются механически, получили название

электронных. В электронных ТА существенно лучше технические характери-

стики и шире функциональные возможности.

Для обеспечения большего удобства

в процессе подготовки и редакти-

рования текста, а также для обеспечения возможности отображения принимае-

мого из канала связи текста без печати на бумаге, современные ТА снабжаются

видеотерминальными устройствами (дисплеями).

2.3 Системы радиосвязи. Условия распространения радиоволн

коротко метрового диапазона и замирания сигналов. Способы борьбы с

замираниями. Структура и режимы функционирования коротковолновых

систем радиосвязи

Для передачи сообщений пригодны не только проводные каналы связи

в виде воздушных линий, кабелей и др., но и радиоканалы. Если речь идет о

радиорелейных или спутниковых линиях

связи, то они практически равноценны

кабельным линиям. В отличие от них КВ и УКВ радиоканалы вследствие осо-

бенностей распространения используемого вида радиоволн (КВ (10-10

м, 3-30

Мгц), УКВ (1-10 м, 30-300 МГц)) имеют существенно иные свойства и характе-

ристики и требуют соответственно других методов и режимов передачи. Како-

вы же особенности распространения КВ и УКВ радиоволн.

Условия распространения радиоволн и замирания

В соответствии с соглашениями МККР (Международный консульта-

тивный комитет по радиосвязи) на международной линии радиочастот

для КВ

каналов отведена полоса частот от 3 до 30 МГц, а для УКВ каналов – от 30 до

300 МГц.

Электромагнитные волны, излучаемые антенной, частично распростра-

няются вдоль земной поверхности (поверхностная волна), но могут достигать и

места приема за счет преломления или отражения от слоев ионосферы или от-

ражения от поверхности Земли (пространственные волны).

Иными словами эти

волны могут достигать места приема по одному или нескольким путям (лучам)

различной длины, как показано на исунке.2.18.

Передатчик Приёмник

Рис. 2.18.

Вследствие многолучевого распространения в месте приема может воз-

никнуть интерференция волн вплоть до полного подавления принимаемого сиг-

нала. Поскольку высота каждого из отражающих слоев ионосферы постоянно

изменяется, то явление интерференции подвержено еще и временным флуктуа-

циям.

Возникающие при интерференции замирания в месте приема прояв-

ляются в более или менее сильных колебаниях уровня сигнала. Под длительно-

стью замирания понимают время, в течение которого амплитуда принимаемо-

го сигнала не превышает определенного значения, называемого уровнем зами-

раний и задаваемого обычно по отношению к среднему уровню приема.

В зависимости

от условий приема и распространения коротких волн за-

мирания могут иметь различную длительность. Кратковременные замирания

появляются гораздо чаще, чем длительные. Интервал времени между замира-

ниями зависит от времени суток, интенсивности солнечного излучения, магнит-

ных явлений и лежит в пределах от 4 до 20 секунд. Полоса частот, которая за-

трагивается селективными замираниями, имеет ширину

от 100 до 200 Гц. Раз-

ность двух соседних частот, которые одновременно могут подвергаться этому

виду замираний, как правило, более 300 Гц.

Поскольку электромагнитные волны вследствие многолучевого харак-

тера их распространения попадают в место приема по разным путям, то время

их распространения может колебаться (при большом удалении разница может

быть от 3 до 5 мсек.).

Следовательно, время, за которое изменение значения

сигнала данных достигает приемника, может колебаться на величину этой раз-

ницы. Для сигнала, передаваемого со скоростью 50 бод (знаков в секунду), т.е.

имеющего единичный интервал 1/50=20 мсек. Это еще допустимо. Но при ско-

ростях более 200 бод (интервал 5 мсек.) неопределенность времени распростра-

нения уже препятствует передаче данных

, т.к. его колебания становятся одного

порядка с единичным интервалом передачи данных. Наряду с этим на радио-

волны оказывают влияние посторонние источники: промышленные установки

создают импульсные помехи, сигналы других станций и т.д.

Способы борьбы с замираниями

Действие помех, вызванных замираниями, при передаче данных можно

ослабить если осуществлять прием

одного и того же сообщения по двум или

нескольким каналам, т.е. по нескольким ветвям разнесения. Этот способ назы-

вают разнесенным приемом. Для этого на приеме можно установить, напри-

мер, две удаленные (разнесенные) друг от друга антенны. При таком виде раз-

несения используется тот факт, что помехи, обусловленные селективными за-

мираниями

, появляются на двух разнесенных друг от друга антеннах не одно-

временно, так что по крайней мере одной из них будет принят нормальный без

замирания сигнал. Это метод пространственного разнесения. Схемы этого ме-

тода показаны на рисунке 2.19.

ИД М РПрд

РПм ДМ

УР ПД

ИД М РПрд

Схема

выбора

РПм ДМ ПД

(1) (2)

Рис.2.19.

где ИД – источник данных;

ПД – приемник данных;

РПрд – радиопередатчик;

РПм – радиоприемник;

М – модулятор;

ДМ – демодулятор;

УР – устройства управления разнесенным приемом.

На схеме (1) используются два отдельных радиоприемника. Это про-

странственное разнесение приемных устройств. На схеме (2) используется один

радиоприемник – это пространственное разнесение антенн.

Аналогичным образом можно передавать одно и то

же сообщение по двум

каналам на разных частотах. Это метод разнесения по частоте. Схема метода

показана на рисунке 2.20.

РПрдИД РПм УР

ДМ

ПД

Рис.2.20.

На приеме, при обработке сигналов, поступившим по разным ветвям

разнесения, обычно производится сравнение уровней приема в этих ветвях. Ес-

ли амплитуды сигналов различаются не очень существенно, например не более

7 дБ, то полученные после демодуляции напряжения суммируются. Такое сум-

мирование позволяет повысить отношение сигнал/шум, т.к. полезные состав-

ляющие, содержащиеся в сигналах отдельных ветвей между собой коррелиро-

ванны, а наложенный на них шум, некоррелирован. При различии уровней в

ветвях более 7 дБ, ветвь с самым слабым сигналом не используется, поскольку

снимаемый с нее сигнал не улучшил бы отношение сигнал/шум. Эти функции

реализуются схемой УР на рисунке 2.20.

Эффективность рассмотренных способов борьбы с замираниями может

быть весьма низкой если

ощущается сильное воздействие других типов помех

(промышленные и т.д.). В этом случае для повышения верности приема данных

наряду с методами разнесения применяются методы помехоустойчивого коди-

рования, которые мы с вами уже рассмотрели ранее.

Обобщенная структурная схема системы коротковолновой связи

Структуру системы связи КВ можно представить

как показано на рисунке 2.21.

При построении систем связи КВ, УКВ особое значение имеет стабиль-

ность несущей частоты и характеристики автоматической регулировки уровня.

В современных системах легко обеспечивается стабильность частоты до 10

-8

при этом все необходимые комбинации частоты, дополнительные несущие и

т.п. получают от одного высококачественного генератора (синтезатора). Повы-

шение стабильности частоты позволяет, например, при передаче данных с по-

мощью частотной модуляции, не меняя скорость передачи перейти к более уз-

ким полосам частот и тем самым увеличить пропускную способность каналов

связи,

а также увеличить отношение сигнал/шум и улучшить качество передачи

данных.

Согласно классификации, принятой в международной связи, режимы

работы КВ систем связи подразделяют на два типа F и А, которые различают по

методу модуляции и способу передачи.

НЧД

ПЧПр ВЧПр

Синтезатор

ПЧПе

НЧМ

ВЧПе

Согласующее

устройство для

антенны

Приёмник (Пр)

Передатчик (Пер)

Вход по ПЧ

для режима F

Вход по НЧ

для режима А

Вход по ПЧ

для режима F

Вход по НЧ

для режима А

Рис.2.21.

В режимах работы F модулирующий сигнал непосредственно воздейст-

вует на высокочастотное несущее колебание, поэтому спектр сигнала симмет-

ричен относительно несущей. Например, режим F

– одноканальный с частот-

ной модуляцией, режим F

– двухканальный (дуплексный) с частотной модуля-

цией. Это режимы с центральной несущей частотой. Режим работы А: в радио-

передатчике полоса канала НЧ переносится в область высоких частот, передача

осуществляется с одной боковой полосой, несущая может сохраняться или пол-

ностью или частично подавляться. Этот режим особенно выгоден, когда необ-

ходимо передавать одновременно

несколько сообщений или для увеличения

верности передачи одно и то же сообщение многократно.

Структура коротковолновых каналов связи в общем случае зависит от

используемой радиоаппаратуры. Различают дуплексные, симплексные и каналы

односторонней связи. В дуплексных каналах передача и прием ведутся одно-

временно и поэтому всегда необходимы две разные несущие частоты. Так как в

обоих направлениях одновременно могут передаваться независимые сообще-

ния, то на радиостанции должны быть приняты специальные меры по разделе-

нию трактов приема и передачи. Обычно удается решить эту задачу за счет раз-

несения несущих частот. Организация таких каналов требует значительных за-

трат.

Во многих случаях нет необходимости предавать данные одновременно

обоих направлениях. Достаточно попеременной передачи в том и в другом

направлениях. Такие каналы называют симплексными. В этом случае нет необ-

ходимости в специальных мерах по развязке передатчика и приемника. Прием-

ная и передающая антенны могут быть расположены достаточно близко. В со-

временных системах радиосвязи, содержащих приемную и передающую части и

которых частоты приема и передачи формируются совместно, можно вести

передачу и прием на одной и той же частоте и на одну и ту же антенну. Такие

устройства называют радиотрансиверами. Такие симплексные каналы позволя-

ют лучше использовать плотно заполненный КВ диапазон и получили особо

широкое применение для связи с подвижными объектами (автомобилями, ко-

раблями и т.д.).

По каналам односторонней

связи данные передаются только в одном

направлении, т.е. приемная станция не может вести передачу. Эти каналы ис-

пользуют для радиовещания, это межконтинентальная система телеграфной

связи.

2.4. Радиорелейные системы связи. Условия распространения

радиоволн метрового, дециметрового и сантиметрового диапазонов.

Явление рефракции радиоволн и связанные с ним виды замираний

сигнала. Способы борьбы с

замираниями. Выбор трассы радиорелейной

линии связи и ее обобщенная структура. Электромагнитная совместимость

и методы ее обеспечения

Одним из основных видов современных средств связи являются радио-

релейные линии (РРЛ) прямой видимости, которые используют для передачи

многоканальных телефонных сообщений, радиовещания, телевидения, теле-

графных и фототелеграфных сигналов. Все виды сообщений передаются по РРЛ

на большие расстояния с высоким качеством и большой надежностью.

Особенности распространения КВ и УКВ радиоволн мы с вами рассмотрели

в разделе 2.3 Поскольку РРЛ предназначены также для передачи телевизионных

сообщений, в диапазоне метровых, дециметровых и сантиметровых волн, то для

РРЛ важным является учет особенностей распространения этих радиоволн во

внешней среде. Для

волн указанного диапазона наряду с замираниями, вызван-

ными их поступлением в приемное устройство по разным по своей длине путям

(как для КВ и УКВ), существенное значение играет неоднородность тропосфе-

ры (нижних слоев атмосферы). Эта неоднородность приводит к тому, что ди-

электрическая проницаемость тропосферы меняется с высотой. Это изменение

характеризуется вертикальным

градиентом диэлектрической проницаемости g и

приводит к искривлению траектории радиоволн на пролете РРЛ. Такое явление

называют рефракцией. Различают положительную (g<0) и отрицательную (g>0)

рефракцию. К замираниям сигнала приводит отрицательная рефракция, назы-

ваемая субрефракцией. Схематично это можно представить в виде рисунка 2.22.

g>0 субрефрация

g = 0 нет рефрации

g<0 положительная

рефрация

РРС

РРС - радиорелейная

станция

Рис.2.22.

Степень субрефракции изменяется случайным образом и может ока-

заться настолько значительной, что неровности рельефа поверхности земли на

пролете РРЛ приведут к резкому падению мощности сигнала на входе приемни-

ка. Этот вид замираний характерен для сухопутных трасс, особенно в летнее

время и весной, и может длиться от нескольких десятков

минут до нескольких

часов.

Другой вид замираний характерен для радиоволн с частотой f≥8000

МГц (сантиметровые волны) и связан с рассеянием электромагнитной энергии в

каплях дождя, когда длина волны соизмерима с размерами дождевой капли.

При выпадении ливневых дождей могут возникать глубокие замирания вплоть

до полного прерывания связи.

Для борьбы со всеми видами

замираний используют способы: разнесе-

ние в пространстве и по частоте (о котором говорилось в разделе 2.3), увеличе-

ние мощности передатчика, называемое запасом на замирание.

Выбор трассы РРЛ

Стоимость строительства проектируемой РРЛ, а также ее дальнейшая

эксплуатация во многом определяется правильностью выбора трассы. Обычно

рассматривают и прорабатывают несколько альтернативных вариантов трассы

учетом природно-географических особенностей местности, наличия строитель-

ных ресурсов, близости к населенным пунктам и др. Из нескольких вариантов

трассы затем выбирают наиболее экономически выгодный: с наибольшей дли-

ной пролета и наибольшим числом РРС вблизи населенных пунктов, наимень-

шими высотами опорных антенн, наименьшим числом ретрансляционных стан-

ций и т.д. При

этом одним из важных условий, которое необходимо соблюдать

при выборе трассы РРЛ, является условие "зигзагообразности", т.к. нельзя че-

тыре станции подряд размещать на одной прямой линии. Это позволяет исклю-

чить помехи от станций через три-пять пролетов, т.к. при существующих час-

тотных планах РРЛ на каждой четвертой станции частота приема совпадает с

частотой первой станции. Схема трассы типовой РРЛ показана на рисунке 2.23.

Участок

Пролёт

РРС

(ОРС)

РРС

(ОРС)

(УРС)

Рис.2.23.

Расстояние между двумя соседними РРС называют пролетом. Расстоя-

ние между оконечной РРС (ОРС) и узловой РРС (УРС) или между двумя УРС

называют участком. При зигзагообразном расположении РРС ослабление ме-

шающего сигнала достигается за счет направленного действия антенн. При этом

угол между направлением на соседнюю станцию и направлением на станцию

отстоящую на три пролета, становится больше ширины диаграммы направлен-

ности антенны. Там, где из-за особенностей рельефа местности нельзя осущест-

влять зигзагообразное расположение РРС применяют специальные частотные

планы распределения радиоволн по РРС, исключающие совпадение частот пер-

вой и четвертой РРС.

Обобщенная структурная схема многопролетной РРЛ показана на рис. 2.24.

ОА П

Передающая часть

ГС

ПЧ СВЧ

Пр ОААУ АУ

СВЧ ПЧ

ГС

Приёмная часть

Рис.2.24.

Схема содержит: АУ – аппаратура уплотнения, где в передающей РРЛ

сигналы отдельных каналов объединяются в один общий групповой сигнал

(ГС), а в приемной происходит выделение из группового сигнала сигналов от-

дельных каналов.