Волоконно-оптические линии связи

Общие характеристики и структурная схема КВ радиосвязи

Особенности распространения декаметровых радиоволн

СИСТЕМЫ СВЯЗИ НА ДЕКАМЕТРОВЫХ ВОЛНАХ

Пассивные и активные помехи. Распространение декаметровых (коротких) радиоволн (100-10м или 3-300МГц) в околоземном пространстве отличается тем, что при определенном выборе рабочих частот и углов возвышения главного лепестка передающей антенны излучаемые короткие волны могут достигнуть весьма удаленных пунктов, отражаясь с малой потерей энергии от ионизированных слоев с высокой электронной проводимостью и поверхности Земли. Наибольшая протяженность радиосвязи с одним отражением от ионосферы составляет 2,5-3,5 тыс.км. На линиях радиосвязи большей протяженности имеют место два, три и более скачков. Такая природа распространения позволяет, с одной стороны, передавать сигналы на большие расстояния, а с другой – приводит к появлению многолучевой структуры поля в месте приема, вследствие чего принимаемый сигнал оказывается состоящим из медленно меняющейся по амплитуде и фазе регулярной компоненты и случайной компоненты с быстро меняющимися параметрами. Возможны замирания сигнала в месте приема. Следствием многолучевого распространения является искажение модулирующей функции при демодуляции из-за наложения двух или более модулирующих функций, сдвинутых на время запаздывания лучей. Аддитивные помехи появляются в месте приема вследствие большого количества радиостанций, вещающих в КВ диапазоне, число которых значительно превышает число каналов. Заметное влияние оказывают помехи дальних и ближних гроз, индустриальные помехи, помехи возникающие в передатчиках и приемниках.

Создание систем связи для передачи больших объемов информации привело к уменьшению удельного веса КВ связи, поскольку пропускная способность и надежность действия КВ каналов оказываются ниже, чем в других системах. Однако ряд специфических особенностей КВ связи - легкая организация обходных путей, мобильность средств, возможность дальней связи с подвижными объектами, оказываются полезными для организации надежно действующих радиосвязей как для самостоятельного использования (связь в малонаселенных районах, связь с другими странами, морская связь и др.), так и для частичного резервирования более мощных систем радиосвязи. КВ системы радиосвязи применяются для передачи телеграфных, фототелеграфных, телефонных сообщений. Эти системы в зависимости от установленного оборудования позволяют вести телефонную связь по одному-четырем каналам одновременно, телеграфную связь по одному-шести каналам со скоростью до 200 бод, фототелеграфную связь по одному-четырем каналам одновременно. При использовании радиооборудования с однополосной модуляцией и устройств уплотнения возможна передача дискретной информации со скоростью 10-12тыс.бит/с. Наиболее сложную структурную схему имеют магистральные КВ каналы большой протяженности (не менее 2000 км), рассчитанные на 2-4 телефонных канала, по которым передаются телефонные, телеграфные и фототелеграфные сигналы). Структурная схема магистральной дуплексной радиосвязи между пунктами А и В через ретрансляционный пункт Б показана на рис. 8.1.

Рис.8.1. Структурная схема КВ радиосвязи с ретрансляцией

В каждом из пунктов имеются радиопередающие центры (ПРЦ), на которых размещены радиопередатчики и антенны, радиоприемные центры (ПрРЦ), где установлены приемные устройства, широкополосные антенные усилители (ШАУ), позволяющие к одной антенне подключить несколько приемников и приемные антенны, а так же радиобюро (РБ), где находится коммутационное и контрольное оборудование. Радиобюро является оконечным подразделением магистральной радиосвязи. Вся информация, передаваемая по каналам магистральной радиосвязи, проходит через радиобюро оконечных и ретрансляционных пунктов, где контролируется качество сигналов, регулируются их уровни. С радиобюро связаны подразделения - источники и получатели информации: это АТС, телеграфная ТА и фототелеграфная ФТА аппаратные. По характеру обработки передаваемых сигналов ретрансляторы делятся на регенеративные и нерегенеративные. Для организации радиосвязи применяются передатчики с амплитудной модуляцией, с амплитудной и частотной модуляцией, с однополосной модуляцией. В зависимости от дальности радиосвязи и объема передаваемой информации применяются передатчики мощностью от 20-50 Вт до 80-100кВт. Для недопущения увеличения уровня взаимных помех между радиостанциями необходимо учитывать требования электромагнитной совместимости:

1) распределение частот должно выполняться в соответствии с международными соглашениями;

2) работа радиостанций должна производиться только на присвоенных им радиочастотах;

3) необходим переход от систем с АМ к системам с ОМ;

4) необходимо уменьшать относительную нестабильность рабочих частот передатчиков и снижать уровень внеполосных излучений.

Во второй половине 19-го века Джон Тиндалл продемонстрировал возможность направленного распространения света по водяной среде, а в двадцатые годы нашего века были созданы первые твердотельные световоды. В настоящее время для передачи информации в оптическом диапазоне используются достижения квантовой механики, оптики и электроники.

Оптоволоконные технологии обладают следующими преимуществами:

– высокой пропускной способностью (до нескольких терабит в секунду);

– устойчивостью к электромагнитным воздействиям;

– отсутствием излучения у оптоволоконного кабеля;

– хорошими массо-габаритными характеристиками;

– защищенностью от несанкционированного доступа.

В основе работы волоконно-оптических линий лежит закон Снелиуса – произведение синуса угла падающего и преломленного лучей на соответствующие показатели преломления сред равны (рис.9.1)

.

а)	б)
в)	Рис.9.1. Закон преломления и отражения (а), распространение светового потока в световоде (б) и конструкция волоконно-оптического кабеля (в)

Чтобы луч не проникал во вторую среду, а двигался вдоль границы раздела сред (в этом случае ), луч должен падать на поверхность под так называемым критическим углом

.

Эта формула объясняет эффект полного отражения, состоящий в том, что луч, попавший на границу двух сред первая из которых имеет больший показатель преломления, чем вторая, под углом большим критического, полностью отражается. Если луч проходит в цилиндрическом световоде, то при угле входа больше критического он «навсегда» останется в световоде.

Таким образом, волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС) должна состоять из передатчика, приемника и среды распространения (рис.9.2).

Рис.9.2. Обобщенная структурная схема ВОЛС

Оптическое волокно состоит из сердцевины и оболочки. Они изготавливаются из стекла или пластика. Наиболее часто используется оптоволокно типа стекло-стекло. Стекло, используемое для оболочки, имеет меньший показатель преломления, чем стекло для сердцевины. В оптических волокнах показатели преломления различаются на величину порядка 1%. Величина

является одной из главных характеристик оптоволокна и называется числовой апертурой. Чем больше апертура, тем большая часть энергии попадает в световод, но при этом возникают две проблемы:

1) при полном внутреннем отражении часть световой волны проникает сквозь отражающую поверхность;

2) возникают моды сигнала.

Многомодовое распространение возникает вследствие распространения в волокне лучей, вошедших в световод в один момент времени, но под разными углами. Эти лучи (моды) проходят разные расстояния и поступают на вход приемника не одновременно. Это явление получило название «межмодовой дисперсии». Чем больше длина волокна, тем больше разброс по времени прибытия, тем меньше полоса пропускания.

Все оптические волокна разделяются на три вида

1. Многомодовое ступенчатое волокно. Оно имеет небольшую полосу пропускания (20-30МГц/км) и в настоящее время практически не применяется.

Рис. 9.3. Многомодовое оптическое волокно

2. Многомодовое градиентное волокно. В нем за счет сложного легирования показатель преломления плавно изменяется от центра к оболочке волокна. В этом случае моды по прежнему будут проходить различный путь, но потратят на это одинаковое время. Полоса пропускания в этом случае составляет 100-1000 МГц/км. Градиентное оптоволокно даже дороже одномодового, но из-за меньшей стоимости пассивных элементов находит применение в небольших оптоволоконных системах.

Рис. 9.4. Многомодовое градиентное оптическое волокно

3. Одномодовое волокно. Если диаметр волокна сравним с используемой длиной волны, то по оптоволокну будет распространяться только одна мода (здесь действуют законы волновой, а не геометрической оптики). Уменьшение пропускной способности одномодовых волокон связано с так называемой хроматической дисперсией (дисперсия материала). Показатель преломления зависит от длины волны. Так как источники излучения (особенно светодиоды) не являются монохроматичными, то разность скоростей распространения создает дополнительное размывание импульса на приемном конце. Полоса пропускания одномодового волокна составляет порядка 30ТГц.

Рис. 9.5. Одномодовое оптическое волокно

Затухание сигнала в оптоволокне вызвано в основном двумя причинами – поглощением и рассеянием. Экспериментально выявлено три диапазона, в которых поглощение заметно уменьшается 8,5, 1,3 и 1,55 мкм (чем больше длина волны, тем меньше затухание).

В качестве источников света в ВОЛС используются лазеры или светодиоды.

Дата добавления: 2014-01-11