КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Проблема динамического диапазона в системах CDMA. 2 страница
В зарубежных источниках для обозначения данного принципа применяется понятие кодового разделения каналов – Code Division Multiply Access (CDMA). 5.5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ СВЯЗИ Многоканальные системы передачи с частотным и временным разделением каналов – это сложный комплекс технических средств, включающий в себя оконечную аппаратуру, устанавливаемую на оконечных пунктах (ОП), промежуточную аппаратуру, размещаемую в обслуживаемых (ОУП) или необслуживаемых (НУП) усилительных пунктах, а также линий связи (рис. 5.7). В отличие от аналоговых систем в цифровых системах на обслуживаемых и необслуживаемых пунктах устанавливается аппаратура для восстановления (регенерации) импульсных сигналов линейного тракта. Отсюда обслуживаемые и необслуживаемые пункты в этих системах принято называть регенерационными (ОРП, НРП). Поясним, для чего нужны усилительные и регенерационные пункты. Дальность передачи сигналов по физическим цепям (средам) определяется прежде всего затуханием (ослаблением) сигнала из-за того, что в цепи теряется часть энергии передаваемого сигнала. Конкретные электрические параметры цепи и чувствительность приемного устройства определяют допустимую дальность связи. Например, при передаче речи мощность сигнала на выходе микрофона телефонного аппарата P пер=1 мВт, а чувствительность телефона приемного аппарата P пр=0,001 мВт. Таким образом, максимально допустимое затухание цепи не должно быть больше a max=10lg(P пер/ P пр) = 10lg(1/0,001) = 30 дБ. Зная затухание a max и километрический коэффициент затухания d, можно определить дальность передачи l=amax / d. Рис.5.7. Структурная схема системы передачи Рис. 5.8. Диаграмма уровней: P пер, P пр – уровни сигнала на передаче и приеме; P пом – уровень помехи В системах передачи применяется способ компенсации затухания сигналов повышением мощности сигнала в нескольких равномерно расположенных точках тракта. Часть канала связи между соседними промежуточными усилителями называется усилительным участком. Изменение уровней сигнала вдоль магистрали описывается диаграммой уровней, приведенной на рис. 5.8. Аппаратура ОУП и НУП служит не только для усиления аналогового сигнала, но и для коррекции (выравнивания) амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик линейного тракта. Аппаратура НРП и ОРП предназначена для восстановления амплитуды, длительности и временного интервала между импульсами сигнала цифровых систем. Расстояние между НУП (НРП) меняется в широких пределах для различных систем передачи и может составлять от единиц до десятков (иногда сотен) километров. Как правило, НУП (НРП) представляет собой металлическую камеру, имеющую подземную и наземную части. В камере размещаются вводно-коммутационное и усилительное (регенерационное) оборудование. Аппаратура ОП и ОУП (ОРП) размещается в зданиях, где постоянно находится технический персонал для ее обслуживания.
ЛИНИИ СВЯЗИ 6.1. КАБЕЛЬНЫЕ И ВОЗДУШНЫЕ ЛИНИИ СВЯЗИ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРОВОДНИКОВ Существующие линии связи (ЛС) в зависимости от используемой среды распространения сигналов принято делить на проводные и радиолинии. К линиям связи предъявляются следующие основные требования: - осуществление связи на практически требуемые расстояния; - широкополосность и пригодность для передачи различных видов сообщений; - защищенность цепей от взаимных влияний и внешних помех, а также от физических воздействий (атмосферных явлений, коррозии и пр.); - стабильность параметров линии, устойчивость и надежность связи; - экономичность системы связи в целом. Часто возникает путаница в применениях терминов «провод», «кабель» и «линия связи». Провод - конструктивный элемент, представляющий собой проводник (проводники) той или иной конструкции в изолирующем покрытии. Кабель - законченная конструкция, состоящая из одного или нескольких проводов, заключенных в общие экранирующие, защитные и прочие покровы. Линия связи - инженерное сооружение, состоящее из проложенного по определенной географической трассе кабеля связи, при необходимости снабженная устройствами защиты от внешних влияний (грозоразрядники и т.п.), а также усилительными и регенерационными пунктами. Рассмотрим проводные ЛС. В простейшем случае проводная ЛС - физическая цепь, образуемая парой металлических проводников. По конструкции и взаимному расположению проводников различил- симметричные и коаксиальные провода и кабели связи (рис.6.1). Симметричный провод состоит из двух совершенно одинаковых в электрическом и конструктивном отношениях изолированных проводников. В зарубежных источниках его часто называют «витая пара» (Twisted Pair-TP). Различают экранированные (shielded) и неэкранированные (unshielded) симметричные провода. Рис. 6.1. Типичный вид симметричного (а) и коаксиального (б) провода Коаксиальный провод (от англ. coaxial – соосный) представляет собой два цилиндра с совмещенной осью, причем один цилиндр – сплошной внутренний проводник концентрически расположен внутри другого полого цилиндра (внешнего проводника). Проводники изолированы друг от друга диэлектрическим материалом. Рассмотрим основные параметры симметричных и коаксиальных кабелей (СК и КК). Коэффициент затухания (a, дБ/км) зависит от свойств материалов проводников и изоляционного материала. Наилучшими свойствами (малым сопротивлением) обладают медь и серебро. Коэффициент затухания зависит также от геометрических размеров проводников. СК с большими диаметрами проводников имеют меньший коэффициент затухания. Коэффициент затухания КК зависит от соотношения диаметров внешнего и внутреннего проводника (рис.6.2). Оптимальными соотношениями являются (материал внешнего проводника): 3,6 для меди, 3,9 для алюминия, 5,2 для свинца. Рис. 6.2. Зависимость коэффициента затухания КК от соотношения диаметров проводников Очень важной характеристикой, фактически определяющей широкополосность системы связи, является зависимость коэффициента затухания от частоты (рис.6.3). Если определен граничный коэффициент затухания a гр (обычно он определяется возможностями усилителей или регенераторов (см. §5.4)), то данному коэффициенту соответствует граничная частота пропускания системы f гр. Полоса пропускания системы не превышает граничной частоты пропускания. Рис. 6.3. Частотная зависимость коэффициента затухания металлического кабеля Частотная зависимость скорости распространения (v, км/мс) показана на рис.6.4. С ростом частоты скорость распространения увеличивается, приближаясь к скорости света в вакууме v с» 300 км/мс. Данный параметр зависит также от свойств диэлектрика, применяемого в кабеле. Рис. 6.4. Частотная зависимость скорости распространения электромагнитной волны Волновое сопротивление (Z в, Ом) – сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без отражения, т.е. при условии, что на процесс передачи не влияют несогласованности на концах линии. Волновое сопротивление СК зависит от удельных значений емкости и индуктивности кабеля. Для КК волновое сопротивление определяется как Z, где Z – волновое сопротивление диэлектрика, D и d – соответственно диаметры внешнего и внутреннего проводников. Основные требования к СК определены в рекомендации ITU-T G.613. Диаметр жилы СК обычно составляет 0,4...1,2 мм. Как правило, СК обычно используются в диапазоне частот до 10 МГц. Основные параметры КК приведены в табл.6.1. Таблица 6.1
В настоящее время выпускается широкая номенклатура кабели, различающихся назначением, областью применения, условиями прокладки и эксплуатации и пр. На рис. 6.5 приведен пример конструкции кабеля для магистральной сети КМБ-8/7. В конструкции кабеля предусмотрено несколько коаксиальных цепей разного типа, несколько симметричных пар, а также отдельные изолированные жилы. Последние обычно используются для технологических целей. Рис. 6.5. Пример конструкции кабеля (кабель КМБ-8/7) Воздушные ПС (ВЛС) не имеют изолирующего покрытия между проводниками, роль изолятора играет слой воздуха. Проводники выполняются, в основном, из биметаллической сталемедной (сталеалюминевой) проволоки. Внутренний диаметр стальной проволоки обычно составляет 1,2...4 мм, толщина внешнего слоя меди (алюминия) 0,04...0,2 мм. Проволока подвешивается на деревянных или железобетонных опорах с помощью фарфоровых изоляторов. Используемый частотный диапазон ВЛС не превышает 150 кГц. 6.2. ПРОБЛЕМА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ Цепи ЛС постоянно находятся под воздействием сторонних электромагнитных полей различного происхождения. Выделяют две основные группы источников сторонних полей: - внутренние – соседние физические и искусственные цепи данной линии связи; - внешние – энергетически и конструктивно не связанные с линией связи. Внешние источники помех, в свою очередь, по своему происхождению делятся на: - естественные – грозовые разряды, солнечная радиация и пр.; - созданные человеком – высоковольтные линии передачи, радиостанции, линии электрифицированных железных дорог, электрические сети промышленных предприятий и отдельные энергоемкие устройства. Сторонние электромагнитные поля индуцируют в цепях линий связи помехи, которые не только снижают качество передачи, но иногда возбуждают большие напряжения и токи, приводящие к разрушению линий связи и аппаратуры. Указанные воздействия называют электромагнитными влияниями или просто влияниями на цепи линий связи. Данная проблема является общей для всех систем и устройств телекоммуникаций и называется проблемой электромагнитной совместимости. Сущность ее состоит в том, что в процессе проектирования, строительства и эксплуатации телекоммуникационных устройств и систем необходимо учитывать два противоречивых требования: - обеспечить достаточную для нормальной работы телекоммуникационных систем защиту от воздействия на них сторонних электромагнитных полей; - ограничить допустимыми значениями уровни влияния электромагнитных полей проектируемых устройств и систем на другие устройства. При количественной оценке уровня взаимных влияний обычно рассматривают две цепи: влияющую (создающую электромагнитное поле) и подверженную влиянию (в которой индуцируются помехи) (рис. 6.6). Ближним концом линии называют тот, к которому подключен генератор, дальним концом – тот, к которому подключена нагрузка цепи. Соответственно рассматриваются мощности сигналов в цепях: Р 10 – на ближнем конце влияющей цепи; P 1 L – на дальнем конце влияющей цепи; P 20 – на ближнем конце цепи, подверженной влиянию; P 2 L – на дальнем конце цепи, подверженной влиянию. Рис. 6.6. Иллюстрация взаимного влияния цепей Количественно защищенность от переходных помех из-за взаимных электромагнитных влияний оценивается рядом показатели, в том числе переходным затуханием на ближнем конце линии (Near End Cross Talk-NEXT) A0 = 10lg| P 10/ P 20|, переходным затуханием на дальнем конце линии (Far End Cross Talk - FEXT) A L = 10lg| P 1 L / P 2 L |.
6.3. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ЛИНИИ СВЯЗИ Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с линиями связи на основе металлических кабелей. К ним относятся: большая пропускная способность, малое затухание, малые масса и габариты, высокая помехозащищенность, надежная техника безопасности, практически отсутствующие взаимные влияния, долговечность, малая стоимость из-за отсутствия в конструкции цветных металлов. Конечно, ВОЛС обладают рядом недостатков: - при создании линии связи требуются высоконадежные активные элементы, преобразующие электрические сигналы в оптическое излучение и обратно, а также оптические соединители (коннекторы) с малым затуханием и большим ресурсом на подключение-отключение; точность изготовления таких элементов линии связи должна быть очень высока, поэтому их производство дорогостоящее; - для монтажа оптических волокон требуется прецизионное, а потому дорогое технологическое оборудование; - при обрыве оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при использовании кабелей с металлическими проводниками. Преимущества ВОЛС настолько значительны, что, несмотря на перечисленные недостатки, эти линии связи очень широко используются на практике. В ВОЛС применяют электромагнитные волны оптического диапазона. Напомним, что видимое оптическое излучение лежит в диапазоне длин волн 380...760 нм. Практическое применение в ВОЛС получил инфракрасный диапазон, т.е. излучение с длиной волны более 760 нм. Оптическое волокно (ОВ) изготавливается из недорогого материала - кварцевого стекла в виде цилиндров с совмещенными осями и различными коэффициентами преломления. Внутренний цилиндр называется сердцевиной (Core), а внешний слой - оболочкой (Cladding). Принцип распространения оптического излучения вдоль оптического волокна основан на отражении от границы сред с разными показателями преломления (рис.6.7). Рис. 6.7. Иллюстрация принципа распространения оптического излучения Угол полного внутреннего отражения, называемый также критическим, при котором падающее на границу двух сред излучение полностью отражается без проникновения во внешнюю среду, определяется соотношением qкр = arccos(п 2/ п 1), где п 1 – показатель преломления сердцевины; п 2 – показатель преломления оболочки, причем п 1 > п 2. Излучение должно вводится в волокно под углом к оси, меньшим qкр. В зависимости от вида профиля показателя преломления сердцевины различают ступенчатые и градиентные ОВ. У ступенчатых ОВ показатель преломления сердцевины постоянен (рис.6.8,а). У градиентных ОВ показатель преломления сердцевины плавно меняется вдоль радиуса от максимального значения на оси до значения показателя преломления оболочки (рис.6.8, б). Рис. 6.8. Профиль показателя преломления ступенчатого (а) и градиентного (б) ОВ В ОВ может одновременно существовать несколько типов волн (мод). В зависимости от модовых характеристик ОВ со ступенчатым профилем преломления делятся на два вида: многомодовые и одномодовые. Количество мод зависит от значения нормированной частоты , где D – диаметр сердцевины ОВ; l – рабочая длина волны. Одномодовый режим реализуется при V < 2,405. Заранее определенными и сравнительно малыми величинами являются рабочая длина волны и разность показателей преломления . Обычно ОВ изготавливают с dn = 0,003...0,05. Поэтому диаметр сердцевины одномодовых волокон также небольшой и составляет 5...15 мкм (обычно 9 или 10). Для многомодовых волокон диаметр сердцевины около 50 мкм (обычно 50 или 62,5). Диаметр оболочки у всех типов ОВ 125 мкм. Диаметр защитного покрытия 900 мкм. Наружный диаметр кабеля с числом ОВ от 2...32 с учетом всех защитных оболочек и элементов обычно составляет 5...17 мм. Затухание ОВ определяется потерями на поглощение и на рассеяние излучения в оптическом волокне. Потери на поглощение зависят от чистоты материала, потери на рассеяние от неоднородностей показателя преломления материала. Затухание ОВ неоднородно для разных длин волн. Зависимость коэффициента затухания a ОВ от рабочей длины волны приведена на рис.6.9. Данная зависимость имеет три минимума, называемые окнами прозрачности. Исторически первым было освоено первое окно прозрачности на рабочей длине волны 0,85 мкм. Первые полупроводниковые излучатели (лазеры и светодиоды) и фотоприемники были разработаны именно для данной длины волны. Коэффициент затухания в первом окне значителен и составляет единицы децибелов на километр (дБ/км). Позднее были созданы излучатели и фотоприемники, способные работать на больших длинах волн (1,3 и 1,55 мкм). Современные системы связи обычно используют второе или третье окно с малыми коэффициентами затухания. Современная технология позволяет получить ОВ с коэффициентом затухания порядка сотых долей децибела на километр. Рис. 6.9. Спектральная характеристика коэффициента затухания ОВ Другой важнейший параметр оптического волокна – дисперсия – рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала. Существуют три типа дисперсии: - модовая дисперсия присуща многомодовому волокну и обусловлена наличием большого числа мод, время распространения которых различно; - материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны; - волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью скорости распространения моды от длины волны. Поскольку источники оптического излучения излучают некоторый спектр длин волн (светодиоды – 15...80 нм; лазеры – 0,1...4 нм), дисперсия приводит к уширению импульсов при распространении по волокну и тем самым порождает искажения сигналов. Уширение определяется как , где t вх, t вых – длительность импульса соответственно на входе и выходе ОВ. Единицей измерения уширения является наносекунда на километр (нс/км). При оценке пользуются термином «полоса пропускания», – это величина, обратная уширению импульса при прохождении им по оптическому волокну расстояния 1 км. Полоса пропускания измеряется в мегагерц-километрах (МГц×км). Из определения полосы пропускания видно, что дисперсия накладывает ограничение на дальность связи и на верхнюю частоту передаваемых сигналов. Если при распространении света по многомодовому волокну как правило преобладает модовая дисперсия, то одномодовому волокну присущи только два последних типа дисперсии. На длине волны 1,3 мкм материальная и волноводная дисперсии в одномодовом волокне компенсируют друг друга, что обеспечивает наивысшую пропускную способность. Затухание и дисперсия у разных типов оптических волокон различны. Одномодовые волокна обладают лучшими характеристиками по затуханию и по полосе пропускания. Однако одномодовые источники излучения в несколько раз дороже многомодовых. В одномодовое волокно труднее ввести излучение из-за малых размеров ОВ, по этой же причине сращивание одномодовых волокон сложно осуществить с малыми потерями. Монтаж оптических разъемов для одномодовых кабелей также обходится дороже. Многомодовые волокна более удобны при монтаже, так как размер сердцевины в них в несколько раз больше, чем в одномодовых волокнах. Проще получается монтаж оптических разъемов для многомодового кабеля с малыми потерями (до 0,3 дБ) на стыке. На многомодовое волокно рассчитаны излучатели на длину волны 0,85 мкм – доступные и дешевые излучатели, выпускаемые в очень широком ассортименте. Но затухание на этой длине волны у многомодовых волокон находится в пределах 3...4 дБ/км и не может быть существенно улучшено. Полоса пропускания у многомодовых волокон достигает 800 МГц×км, что приемлемо для локальных сетей связи, но недостаточно для магистральных линий. Полоса пропускания у одномодовых волокон может достигать 5000 МГц×км. Сегодня в мире существует несколько десятков фирм, производящих волоконно-оптические кабели (ВОК) различного назначения. Определяющими параметрами при производстве ВОК являются условия эксплуатации и пропускная способность линии связи. Основные требования к ВОК сформулированы в рекомендациях ITU-T серии G.650. По условиям эксплуатации кабели подразделяют на монтажные, станционные, зоновые и магистральные. Первые два типа кабелей предназначены для прокладки внутри зданий и сооружений. Они компактны, легки и, как правило, имеют небольшую строительную длину. Кабели последних двух типов предназначены для прокладки в колодцах кабельных коммуникаций, в грунте, на опорах вдоль ЛЭП, под водой. Эти кабели имеют защиту от внешних воздействий и строительную длину более двух километров. Для обеспечения большой пропускной способности линии связи производятся ВОК, содержащие небольшое число (до восьми) одномодовых волокон с малым затуханием, а кабели для распределительных сетей могут содержать до 144 волокон, как одномодовых, так и многомодовых, в зависимости от расстояний между сегментами сети. При изготовлении ВОК в основном используются два подхода: - конструкции со свободным перемещением элементов; - конструкции с жесткой связью между элементами. Существуют многочисленные комбинации конструкций ВОК, которые в сочетании с большим ассортиментом применяемых материалов позволяют выбрать исполнение кабеля, наилучшим образом удовлетворяющее всем условиям проекта, в том числе стоимостным. На рис.6.10 приведен пример конструкции оптического кабеля. Рис. 6.10. Пример конструкции оптического кабеля: 1 – ОВ, 2 – полиэтиленовая трубка, 3 – силовой элемент, 4 и 5 – соответственно внутренняя и внешняя полиэтиленовые оболочки
Сращивание строительных длин оптических кабелей производится с помощью кабельных муфт специальной конструкции. 6.4. КАБЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ В настоящее время проводные линии связи широко используются при построении локальных сетей. Данные линии связи стандартизированы и обычно называются структурированной кабельной системой (СКС). Известны СКС категорий 3,4,5 стандартов EIA/TIA-568, TSB-36, TSB-40 специального подкомитета TR41.8.1. Приведем основные параметры проводки: - длина горизонтальных кабелей – не более 90 м независимо от типа кабеля; - к применению допускаются кабели четырех типов: 4-парный из неэкранированных витых пар с волновым сопротивлением 100 Ом; 2-парный из экранированных витых пар с волновым сопротивлением 150 Ом; коаксиальный с волновым сопротивлением 50 Ом; волоконно-оптический с волокнами диаметром 62,5/125 мкм; - типы соединителей: модульный 8-контактный RJ-45; 4-контактный по стандарту IEEE 802.5; коаксиальный BNC; оптический не определен; - на каждом рабочем месте устанавливается не менее двух розеток; - разводка кабелей должна соответствовать топологии «звезда». Общая структура СКС показана на рис. 6.11. Рис. 6.11. Структура СКС 6.5. РАДИОЛИНИИ В радиолиниях связи средой распространения электромагнитных волн в подавляющем большинстве случаев (за исключением случая связи между космическими аппаратами) является атмосфера Земли. На рис.6.12 приведено упрощенное строение атмосферы Земли. Рис. 6.12. Строение атмосферы Земли Реально строение атмосферы более сложно и приведенное деление на тропосферу, стратосферу и ионосферу достаточно условно. Высота слоев приблизительна и различна для разных географических точек Земли. Около 80 % массы атмосферы сосредоточено в тропосфере и около 20 % - в стратосфере. Плотность атмосферы в ионосфере крайне мала, граница между ионосферой и космическим пространством является условным понятием, так как следы атмосферы встречаются даже на высотах более 400 км. Считается, что плотные слои атмосферы заканчиваются на высоте около 120 км. Типичный вид радиолинии показан на рис. 6.13. Линия может состоять из двух оконечных станций, примером таких радиолиний являются линии сетей передачи сообщений массового характера (сети телевизионного и радиовещания). Радиолиния может содержать несколько промежуточных переприемных станций. Так строятся линии радиорелейных систем передачи. Рис. 6.13. Типичный вид радиолинии Классификация и способы распространения радиоволн приведены в табл.6.2 и 6.3. Деление радиоволн на диапазоны установлено Международным регламентом радиосвязи ITU-R. Таблица 6.2
Радиоволны, излучаемые передающей антенной, прежде чем попасть в приемную антенну, проходят в общем случае сложный путь. На значение напряженности поля в точке приема оказывает влияние множество факторов. Основные из них: - отражение электромагнитных волн от поверхности Земли; - преломление (отражение) в ионизированных слоях атмосферы (ионосфере); - рассеяние на диэлектрических неоднородностях нижних слоев атмосферы (тропосфере); - дифракция на сферической выпуклости Земли. Кроме того, напряженность поля в точке приема зависит от длины волны и освещенности земной атмосферы Солнцем и ряда других факторов. Таблица 6.3
АНАЛОГОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ 7.1. ДВУСТОРОННЯЯ ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ
Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 745; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |