Акустические и электрические линии связи

 

Линии (каналы) связи обеспечивают передачу и распространение сигналов от передатчика к приемнику. По физической природе передаваемых сигналов различают электрические (проводные и радио), акустические и оптические каналы связи.

В наше время наибольшее распространение получили электрические каналы связи. Это совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сообщений любого вида от отправителя к получателю. Она осуществляется с помощью электрических сигналов, распространяющихся по проводам, или радиосигналов. Различают каналы электросвязи: телефонные, телеграфные, факсимильные, телевизионные, проводного и радиовещания, телемеханические, передачи данных и т. д.

Линии электросвязи возникли одновременно с появлением электрического телеграфа. Первые линии связи были кабельными. Они прокладывались под землей. Однако вследствие несовершенства конструкции подземные кабельные линии связи вскоре уступили место воздушным. Первая воздушная линия большой протяженности в России была построена в 1854 году между Санкт-Петербургом и Варшавой. В начале 70-х годов прошлого столетия заработала воздушная телеграфная линия от Санкт-Петербурга до Владивостока длиной около 10 тыс. км. В 1939 году была пущена в эксплуатацию величайшая в мире по протяженности высокочастотная телефонная магистраль Москва-Хабаровск длиной 8300 км. Обычный городской телефонный кабель состоит из пучка тонких медных или алюминиевых проводов, изолированных друг от друга и заключенных в общую оболочку. Кабели состоят из разного числа пар проводов, каждая из которых используется для передачи телефонных сигналов.

1. Радиолинии.

 

Используется для радио и теле вещания, подвижной радиосвязи, подвижной телефонии, пейджинговой связи, сотовой связи, радио модемной связи, спутниковой персональной связи, организации локальных сетей на основе радио связи.

Достоинства:

Быстрая развёртываемость (нет необходимости прокладывать физический кабель).

Нет жестокой привязки к кабелю.

Недостатки:

Необходимость получения разрешения использования соответствующего диапазона частот.

Радиоволны по своей физической природе являются обычной электромагнитной волной, которая имеет длину более 0.1 мм. и распространяется со скоростью света.

Для организации двусторонней радиопередачи в каждом пункте необходимо иметь и передатчик и приёмник. Если при этом передача и приём на каждом приёмопередатчике осуществляется поочерёдно, то такая связь называется симплексной. Двусторонняя радиосвязь при которой связь между радиопередатчиками реализуется одновременно называется дуплексной. При дуплексной связи передача и приём в одном и другом направлении ведётся по разным несущим частотам.

Распространение радиоволн из пункта передачи в пункт приёма может происходить как в непосредственной близости к земной поверхности так и путём многократного отражения от земной поверхности и от ионосферы. В виде пространственных радиоволн могут распространятся только волны частотой < 30 МГц

, h – высоты антенн над уровнем моря.

Однако в ряде случаев из-за большей мощности передатчика в благоприятном рельефе местности используя антенны узкой направленности, можно осуществлять связь на расстоянии превышающем дальность прямой видимости на 20-30%

УКВ диапазон широко используется для организации линии передачи данных в силу следующих факторов:

1.малый уровень внешних помех. Здесь сказывается ослабление амплитуды составляющих спектра атмосферных и промышленных помех по мере увеличения частоты.

2.возможность размещения большого количества широкополосных каналов без взаимных помех.

3.дальность распространения УКВ не зависит от метеорологических условий.

4.небольшие размеры передающих и приёмных антенн.

Недостатком является ограниченность дальности связи, зависящей от высоты приёмной и передающей антенны.

1. Оптические линии связи.

 

В настоящее время в качестве оптических линий связи используют:

а) волоконно-оптические линии связи (ВОЛС);

б) оптические линии связи с использованием лазерной “пушки”;

в) оптические линии связи с использованием инфракрасных излучателей и приемников;

г) оптические линии связи с использованием кремнийорганического оптического волокна.

В зависимости от назначения ВОЛС, ее протяженности, качества используемых комплектующих структурная схема может изменяться. При значительных расстояниях между пунктами передачи и приема вводится ретранслятор – усилитель сигналов. При малой длине оптического кабеля (если хватает строительной длины оптического кабеля) сварка кабеля не нужна. Под строительной длиной понимают длину цельного куска кабеля, поставляемого заводом – изготовителем.

Волоконно-оптические линии связи имеют следующие достоинства:

1. Высокая помехозащищенность от внешних электромагнитных помех и от межканальных взаимонаводок.

2. Широкий диапазон рабочих частот позволяет по такой линии связи можно передавать информацию со скоростью 10¹²бит/с = Тбит/c.

3. Защищенность от несанкционированного доступа: излучения в окружающее пространство ВОЛС почти не дает, а изготовление отводов

4. оптической энергии без разрушения кабеля практически не возможно. А всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы с помощью мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии.

5. Возможность скрытой передачи информации.

6. Потенциально низкая стоимость, обусловленная заменой дорогостоящих цветных металлов (медь) материалами с неограниченными сырьевыми ресурсами (двуокись кремния).

7. Автоматически обеспечивается гальваническая развязка сегментов линии.

Однако в оптоволоконной технологии имеются и свои недостатки:

1. Высокая стоимость аппаратуры.

2. Требуется дорогое технологическое оборудование, как в процессе монтажа, так и в процессе эксплуатации. При обрыве оптического кабеля затраты на его восстановление значительно выше, чем на восстановление медного кабеля.

3. Относительно малая долговечность. Время жизни + сохранение им своих свойств в определенных допустимых пределах – оптического кабеля 25 лет. Заметим, что до настоящего времени в Москве эксплуатируются телефонные линии проложенные в начале века (см. Hard & Soft,1998,N11).

4. Оптические кабели не стойки к воздействию радиации.

1. Разделение линий связи.

 

Для экономного использования линий связи необходимо организовать возможность использования одной линии связи многими пользователями. Для этого необходимо, чтобы сигнал каждого источника, мог попасть к своему приемнику, передаваясь по одной линии связи. Такая процедура носит название разделения линий связи. Так как сигналы от разных источников передаются по одной линии связи, то многоканальную передачу называют также уплотнением линий связи.

Различают следующие методы разделения линий связи: частотное, временное, кодовое, дифференциальное, фазовое, по уровню, по форме, комбинированные.

 

При частотном разделении (FDMA - Frequency Division Multiple Access) для различных каналов отводятся непересекающиеся участки полос частот Δf₁, Δf₂, …, Δf_n в полосе пропускания линии связи (см. рис.3.5.2).

Распределение каналов по шкале частот при частотном разделении

 

Спектры сигналов соответствующих каналов должны укладываться в пределы Δf_k. Полоса пропускания линии связи ΔF_л=F_в-F_н определяет количество возможных каналов. Для уменьшения паразитного влияния каналов друг на друга между полосами частот, отведенных каналу, оставляются незанятые полосы частот.

Большим преимуществом систем с частотным разделением является возможность одновременной передачи сигналов, относящихся к разным каналам.

К недостаткам относят:

1. Сравнительно большое взаимное влияние каналов из-за перекрытия спектров сигналов, не идеальности полосовых фильтров и наличие паразитных частотных составляющих вследствие перекрестной модуляции.

2. Неполное использование каждым пользователем всей полосы пропускания канала.

Такое разделение используется в стандартах NMT (Nordic Mobile Telephone) – стандарте Европы на мобильную аналоговую связь.

 

При временном разделении (TDMA – Time Division Multiple Access – множественный доступ с временным разделением каналов) сигналы датчиков (источника сигнала) передаются только в отведенные для них непересекающиеся отрезки времени Δt_k. На рис.3.5.4 приведено распределение каналов во времени.

Распределение каналов во времени.

Отметим, что каждый канал получает доступ в линию связи через время ΔT.

В данной системе распределение во времени источников информации осуществляется распределителем Р, который поочередно подключает источник и приемник к линии связи. Распределители на передающей и приемной стороне должны быть строго синхронизированы (т.е. работать с одинаковой скоростью) и синфазированы (работать без сдвига во времени).

Взаимное влияние каналов при временном разделении обычно незначительно, что позволяет строить системы с большим количеством каналов. Благодаря этому обстоятельству, а также простоте технических средств этот метод широко используется. Например, в стандарте GSM (Global System for Mobile Communication – глобальная система мобильной связи) для организации множественного доступа абонентов к базовой станции используется метод временного разделения.