Lectures_RES - Лекция. Видове и основни характеристики на съобщителните линии. Принципи на изграждане на радиоелектронни комуникационни системи
Спомнете си, че комуникационните системи (включително радиокомуникациите) са предназначени да предават съобщения от една точка в пространството (локация) до друга чрез комуникационен канал. В този случай комуникационният канал трябва да има определени свойства - по-специално, той трябва да пропуска само дадена честотна лента, да има една или повече носители и т.н. За да се реши комуникационният проблем, е необходимо да се извършат редица съобщения (информационни) трансформации. Комуникационните системи включват всички основни устройства, използвани в повечето радиосистеми за предаване на информация. В теорията на комуникацията се приема следната дефиниция: комуникационна система е набор от технически средства за предаване на съобщения от източник до потребител. Понякога концепцията за комуникационна система включва елементи като източник на съобщение и потребител.
Възлагане на комуникационни системи.
Помислете за общите принципи на изграждане на радиокомуникационни системи (радио канал). По-скоро условно всички съществуващи радиокомуникационни системи могат да бъдат разделени на два големи класа: симплексни и дуплексни комуникационни системи.
Ориз. 6. Структурна схема на организацията на дуплексната комуникация
Симплексна комуникация (симплекс - еднопосочна; комуникация един към всички) се разбира като връзка между две точки, при която във всяка от тях предаването и приемането на съобщения се извършват последователно на една и съща носеща честота. Често симплексната комуникация се използва за предаване на информация само в една посока, например излъчване, телевизия, уведомяване и др. Дуплексната комуникация (дуплексна - двупосочна; комуникация едно към едно) е двупосочна комуникация между две точки, при която съобщенията се предават и получават едновременно на различни носещи честоти (фиг. 6).
Сега те използват такъв тип симплексна радиокомуникация като полудуплексна (полудуплексна) комуникация илидвучестотен симплекс, когато комуникационната система осигурява алтернативно предаване и приемане на информация на две различни носещи честоти, използвайки повторители.
Обърнете внимание, че повторителят (от лат. translator - носител) е радиотехническо устройство, използвано като междинна приемо-предавателна точка на радиокомуникационна линия. Според броя на използваните канали се разграничават едноканални и многоканални комуникационни системи (системи за предаване на информация). Едноканалните комуникационни системи вече бяха обсъдени по принцип. Една комуникационна система се нарича многоканална, ако е в състояние да предава няколко съобщения по една обща комуникационна линия (канал). Основната задача на многоканалните комуникационни системи е едновременното предаване на съобщения от много източници, т.е. увеличаване на пропускателната способност (често се използва терминът "капацитет"). Подобряването на ефективността на използването на комуникационния канал се постига чрез използване на различни методи за уплътняване на комуникационните канали, чрез намаляване на излишъка на съобщения и организиране на така наречения многоканален и множествен достъп на абонати. За увеличаване на пропускателната способност на повечето комуникационни системи се използва времево и честотно уплътняване (мултиплексиране; от лат. multiplex - сложен, множество) на сигналите (фиг. 7).
Фиг.7. Структурни схеми на модулатори на комуникационни системи с печат:
а - временно; b - честота
Амплитудната, честотната и фазовата модулация на носещите трептения ви позволява да изграждате многоканални радиоелектронни системи с честотно разделяне (разделяне) на канали (FCD), поради използването на носещи трептения с различни честоти. Предимството на системата FDM е относителната простота и възможността за предаване на много широколентови съобщения, като телевизия.
Носеща импулсна модулацияфлуктуации прави възможно разработването на многоканални радиокомуникационни системи с мултиплексиране с разделяне по време (TCD), които имат значителни предимства пред комуникационните системи с FDM. Тези предимства включват висока точност на предаване на сигнала (по-добра устойчивост на шум) и възможност за предаване на съобщения от няколко канала заедно в същия честотен диапазон, тъй като съобщението на всеки канал ще съответства на собствена последователност от импулси, която не се припокрива с последователността от импулси на съобщението на друг канал. При времевото мултиплексиране, поради факта, че сигналите не се предават непрекъснато, а само в техните проби (извадки) в много кратки интервали от време, могат да се предават множество различни сигнали на една носеща честота. За целта различни сигнали U1(t), U2(t) .....Un(t), отразяващи група от n предадени съобщения, се подават към аналогов мултиплексор (селектор или аналогов ключ) (фиг. 7, а). Сумарните сигнали на аналоговия мултиплексор UΣ(t) се прехвърлят към честотата f0 с помощта на импулсен модулатор и главен осцилатор и се подават през усилвателя на мощност към предавателната антена.
Традиционно в много радиотехнически системи за предаване на информация широко се използва честотно мултиплексиране на сигнали, което се извършва предварително (преди основната модулация) чрез допълнителна модулация на така наречените подносещи честоти (предварително; от английски - подносеща честота) - f1, f2, ... .. fn (фиг. 7, b). Подносещите честоти са много по-високи от честотата на предавания сигнал, но многократно по-ниски от носещата честота.
При честотно мултиплексиране предаваните сигнали се изпращат предварително към модулатори на подносеща честота, където се извършват амплитудна, честотна, фазова или други видове модулация.
Задължителноелементи на подносещи честотни модулатори са лентови филтри (не са показани на фиг. 7, b), настроени на подносещи честоти и потискащи спектралните компоненти на съседните канали. След това модулираните сигнали с подносещи честоти се подават към основния модулатор, работещ на основната носеща честота f0, и под формата на общ сигнал UΣ(t) се излъчват в пространството през антената.
Видовете комуникационни линии, по които информацията се предава от източника към получателя, са многобройни и разнообразни. Има кабелни комуникационни канали (жични, кабелни, оптични и др.) и радиокомуникационни канали.
Кабелните комуникационни линии са основата на опорните мрежи на дълги разстояния; те предават сигнали в честотен диапазон от десетки килохерци до стотици мегахерци. Една от най-модерните системи за предаване на информация са оптичните комуникационни линии (FOCL). Информацията се предава по такива канали под формата на светлинни импулси, изпратени от лазерен излъчвател. Те позволяват в честотния диапазон от 600 . 900 THz (k = 0,5. 0,3 μm) осигуряват изключително висока честотна лента (приблизително 120 000 канала на двойка оптични влакна) и създават надеждна и скрита връзка с високо качество на предаване на информация. Основните предимства на оптичните влакна (OF), или световодите, като физическа среда за разпространение на телекомуникационни сигнали и структурна основа на оптичен кабел (OC) са:
• широка честотна лента, позволяваща предаване на телекомуникационни сигнали със скорост (битрейт) до 2.0 . 2,5 Tbps и повече; например, дори при скорост от 50 MB / s, количеството информация, приблизително равно на съдържанието на 10 училищни учебника, се предава в рамките на 1 s.
• ниско ниво на загуби при разпространение на сигнала, което осигурява предаването им без регенериранеразстояния до 150 . 175 км (и в бъдеще до 350 км или повече);
• абсолютна нечувствителност към електромагнитни смущения;
• няма кръстосани смущения (кръстосана модулация) в ОК;
• малко тегло и размери ОК.
Други предимства на OF и OK включват достатъчно висока сигурност срещу неразрешено прихващане на предадена информация, пожарна безопасност, относително ниска цена на OK в сравнение с медните кабели и практически неограничени запаси от суровини за производството на OF. Всичко това прави използването им в мрежи и комуникационни системи още по-привлекателно и технически и икономически оправдано. Следователно OK вече почти напълно замества други видове направляващи структури в опорните линии на цифровите първични комуникационни мрежи. Наред с кабелните комуникационни линии широко се използват радиовръзки с различни диапазони (от стотици килохерци до десетки гигахерци). Тези линии са по-икономични и незаменими за комуникация с движещи се обекти. За многоканална радиокомуникационна система, при предаване на информация на дълги разстояния, широко се използват радиорелейни линии (RRL). Радиорелейна комуникация (радио и френски relais - междинна станция) е радиокомуникация, състояща се от група релейни станции, разположени на определено разстояние една от друга, осигуряващи стабилна работа. Антените на станциите на радиорелейната комуникационна линия са монтирани на мачти (кули) с височина 70. 100 м. Дължината на радиорелейната линия може да бъде до 10 000 км, капацитетът е до няколко хиляди канала.
В зависимост от използвания метод на разпространение на радиовълните, радиорелейните комуникационни линии могат да бъдат разделени на две основни групи: пряма видимост и тропосферни.
Съвременните радиорелейни комуникационни линии сате са вериги от достатъчно мощни приемо-предавателни радиостанции - ретранслатори, които последователно приемат, усилват, преобразуват (прехвърлят) сигнали на други честоти и след това предават сигнали от единия край на комуникационната линия до другия (фиг. 8). Във всяка от междинните станции сигналът се възстановява и прехвърля на друга честота, т.е. полученият слаб сигнал се заменя с нов силен, изпратен към следващата станция. Най-често срещаните радиорелейни линии са метрови, дециметрови и сантиметрови диапазони при честоти от 60 MHz до 15 GHz.
Ориз. 8. Структурна схема на радиорелейна комуникационна линия
Все по-често се използват сателитни комуникационни линии - RRL с ретранслатор на изкуствен спътник на Земята. Системите за сателитна радиокомуникация използват микровълни в микровълновия диапазон (обикновено в рамките на честоти от 1,5,14 GHz, най-използваният диапазон е 4,6 GHz), проникващи в йоносферата с минимално затихване. Предаването на информация на голямо разстояние с един ретранслатор на сателит, гъвкавостта и възможността за организиране на глобални комуникации са важно предимство на сателитните системи. Основното предимство на цифровите комуникационни системи пред аналоговите системи е тяхната висока устойчивост на шум. Това полезно качество се проявява най-силно в предавателни системи с многократно препредаване (приемане) на сигнали. Типични системи от този тип са радиорелейни, оптични и междуградски кабелни линии. При тях сигналите се предават чрез верига от повторители, разположени на такива разстояния един от друг, които осигуряват надеждна комуникация. В такива системи смущенията и изкривяванията, които възникват в отделни връзки, като правило се натрупват. За простота приемаме, че радиосигналът във всеки ретранслатор е само усилен.Тогава, ако допълнителната интерференция във всяка връзка е статистически независима, тяхната мощност на входа на последната връзка е равна на сумата от мощностите на смущението на всички връзки. Ако системата за предаване на информация се състои от n идентични връзки, за да се осигури дадена прецизност на комуникацията, е необходимо да се гарантира, че съотношението сигнал/шум на входа на всеки повторител е n пъти по-голямо, отколкото при предаване на сигнал без повторни предавания. В реални системи броят на повторните предавания n може да достигне няколко десетки, а понякога дори стотици; натрупването на смущения по пътя на предаване става основният фактор, ограничаващ дължината на комуникационната линия. В цифровите системи за предаване, за да се смекчи ефектът от натрупването на смущения по време на предаване с повторни предавания, заедно с усилването се използва регенерация на импулси, т.е. демодулация с възстановяване на предадените кодови символи и повторна модулация в приемащата точка. Когато се използва регенерация, допълнителната интерференция от входа на ретранслатора не достига до неговия изход. Това обаче причинява грешки по време на демодулацията. Символите, получени погрешно в един регенератор, се предават в тази форма на следващите регенератори, така че грешките все още се натрупват. С цифрова система за предаване на непрекъснати съобщения също е възможно да се увеличи точността чрез използване на кодиране за коригиране на грешки. Високата устойчивост на шум на цифровите предавателни системи позволява да се осъществява комуникация с почти неограничен обхват, като се използват канали с относително ниско качество.