Радиосвязь, диапазоны и особенности распространения сигналов в каналах связи

Лекция 15. Беспроводные системы связи

Телексная сеть - единая международная автоматизированная система телеграфной абонентской сети, предназначенная для быстрой передачи символьной информации и использующая латинский алфавит, цифры и специальные знаки. Абонентам телексной сети присваивается цифровой номер и буквенный код, которые дополняются шифром страны.

Телетайпная сеть - аналог телексной сети, действующий на территории РФ, допускающий использование латинского и русского алфавитов. Абонентам телетайпной связи присваивается цифровой номер и буквенный код. Телетайп - устройство для приема/передачи данных через телеграфную систему связи.

Беспроводными называются линии, информации по которым передается при помощи радиосигналов или световых сигналов в пределах прямой видимости Связь между длиной волны (L), частотой (f) и скоростью света (с) определяется формулой: L = c/f. Согласно международным соглашениям различают основные диапазоны для радиосвязи:

Освоены все указанные диапазоны длин волн, причем каждый из них имеет определенные специфические особенности, связанные в первую очередь со строением земной атмосферы. Например, радиовещание осуществляется в диапазонах НЧ – УВЧ, а спутниковая связь – в диапазонах СВЧ и КВЧ, причем для первого вида связи необходимо отражение от определенных слоев атмосферы, а для второго – наличие окон прозрачности в атмосфере планеты.

Антенны и фидеры:

- фидер – устройства подвода энергии к антенне;

- антенна – устройство для излучения энергии в пространство и (или) для приема электромагнитного излучения. Антенны, состоящие из проводов небольшого (по сравнению с габаритами антенны) диаметра называются проволочными (используются в диапазонах НЧ, КВ и УКВ), а излучающие или принимающие энергию через раскрыв (апертуру) называются апертурными и применяются в диапазонах СВЧ и КВЧ. Диаграмма направленности показывает относительную мощность, излучаемую антенной в зависимости от угла относительно оси устройства. Типичная диаграмма направленности параболической антенны выглядит следующим образом:

Для приемной антенны также можно построить диаграмму направленности, которая по своей сути является графиком модуля коэффициента усиления в полярных координатах. Другими важными параметрами антенны являются мощность боковых лепестков и направленность. Мощность боковых лепестков должна быть по возможности минимальной, поскольку в этом случае энергия, излучаемая в требуемом направлении, будет максимальной. Кроме того, для некоторых специфических приложений (например, скрытая связь) мощность боковых лепестков должна быть минимизирована.

Связь в диапазонах СВЧ и КВЧ осуществляется в пределах прямой видимости. В этих же диапазонах осуществляется спутниковая связь (в том числе спутниковое телевещание), а также сотовая телефонная связь и связь при помощи радиомодемов. Среди других видов связи в КВ – СВЧ диапазонах следует отметить тропосферную, ионосферную и радиорелейную связь.

Тропосферная связь – связь вне пределов прямой видимости. Она основана на многократном отражении от тропосферы (на высоте 10 – 12 км) и земной поверхности. Связь производится в диапазоне частот 0,8–1 ГГц. Расстояние между станциями 300–600 км, число радиоканалов – 12….120. Преимуществом тропосферной связи является большая дальность, а недостатком – малая мощность сигнала в точке приема. Кроме того, электрофизические параметры тропосферы существенно зависят от состояния атмосферы и в целом являются неустойчивыми, что выражается в замирании сигнала при его передаче на большие расстояния.

Ионосферная связь основана на отражении радиоволн от ионосферы планеты на высотах от 50-120 км. Связь осуществляется в диапазоне 40–70 МГц. Преимуществом ионосферной связи является большая дальность приема (2000–3000 км), а недостатком - малую мощность в точке приема и малое (не более трех) количество каналов.

Радиомодемы. С точки зрения структуры сети радиомодем очень похож на оконечную РРС, поскольку довольно часто с его помощью решают так называемую проблему последней мили. Данная проблема возникает при подключении абонентов с трафиком малой интенсивности к уже действующей системе РРС, поскольку строительство новой станции в данном случае нецелесообразно. Обычно скорость передачи в таких линиях достигает 2 Мбит/с на частотах несущей до 55 ГГц.

15.1 ( доп. к лекции) Радиорелейная связь (РРС) представляет собой радиосистему, в которой сигналы передаются с помощью наземных станций. Эти станции работают в СВЧ-диапазоне (0,4–40 ГГц). Ретрансляторы располагаются на высоких (до 100 м) специальных мачтах на расстоянии 40–50 км (наземная сеть до 10000 км). Отсутствие кабельной проводки является несомненным преимуществом рассматриваемого вида связи, однако он весьма чувствителен к атмосферным помехам. Принципиальным отличием радиорелейной станции от иных радиостанций является дуплексный режим работы, протяжённость и скорость передачи данных находятся в обратно пропорциональной зависимости друг от друга: чем больше расстояние, тем ниже скорость, и наоборот. Пример построения РРС:

На рисунке ОРС, ПРС и УРС – соответственно оконечная, промежуточная и узловая радиорелейные станции. Поскольку РРС работают в СВЧ диапазоне они должны располагаться в пределах прямой радиовидимости друг от друга. Это, безусловно, можно считать недостатком рассматриваемого типа связи, однако в СВЧ диапазоне можно формировать потоки энергии в очень малых телесных углах, что позволяет не только увеличить дальность уверенного приема и помехоустойчивость, но и существенно повысить безопасность радиообмена по сравнению с радиосетями, работающими на более длинных волнах. Недостатком работы в СВЧ диапазоне является также зависимость качества приема от погодных условий. Однако данная проблема имеет различные вполне приемлемые технические решения.

Антенны РРС могут работать в режиме приема-передачи информации по методу частотного разделения каналов (ЧРК). Прием и передача сигналов производится одной антенной на двух различных частотах f1 и f2, которые образуют радиочастотный ствол (на станции до восьми).

Аналоговые РРС предназначены для передачи многоканальных телефонных сигналов, сигналов ТВ и данных с низкой и средней скоростью по каналам тональной частоты.

Цифровые РРС используются для реализации трактов со скоростями передачи данных 150-650 Мбит/с. Обработка сигналов производится не на СВЧ (в этом диапазоне лежит только несущая частота), а на промежуточной частоте, что позволяет унифицировать приемопередающие тракты и тракты ввода-вывода и первичной обработки сигналов. В цифровых РРС применяется импульсно-кодовая модуляция, а число каналов (например, телефонных) может достигать 2000..

15.2. Оптические системы связи (ОСС) – передача информации на расстоянии без использования кабеля: на противоположных концах линии устанавливаются приемо-передающие устройства, которые соединены через блок преобразователя с оборудованием конечного пользователя (ПК, телефон).

Оборудование ОСС удобно применять в условиях, где сложно или затруднительно проложить кабель: городская застройка, железнодорожные пути, водная преграда. Возможны различные конфигурации сети: «звезда», «кольцо» или «mesh». Связь по лазерному лучу по воздуху обеспечивает передачу большого количества информации с высокой надежностью на расстояниях до 5 км (прямой видимости) и наиболее просто и эффективно решает проблему "последней мили", также и в качестве вставок в волоконно-оптические линии на отдельных труднопроходимых участках; для связи в горных условиях, в аэропортах, между отдельными зданиями одной организации (органы управления, торговые центры, промышленные предприятия, университетские городки, больничные комплексы, стройплощадки и т. д.); при создании разнесенных в пространстве локальных компьютерных сетей; при организации связи между центрами коммутации и базовыми станциями сотовых сетей; для оперативной прокладки линии при ограниченном времени на монтаж.

Дата добавления: 2014-01-13