Дисциплина: Основы телекоммуникаций Лекция 9 Широкополосные групповые тракты аналоговых и цифровых систем передачи

Вопросы для рассмотрения: Типовые каналы и тракты

Современные системы передачи информации используют множество различных технологий, количество которых стремительно увеличивается. Однако наибольшее развитие получили: · системы связи по электрическим кабелям (КСС); · волоконно-оптические системы связи (ВОЛС); · системы связи с искусственными спутниками Земли (ИСЗ); · узкополосные и широкополосные наземные системы радио-связи; · оптические системы связи открытого распространения.

В этом перечне системы связи разделяются на группы кабельных (ВОЛС и КСС) и беспроводных систем. Системы связи по электрическим кабелям получили наибольшее распространение в распределительных сетях (например в системах кабельного телевидения) и системах дальней связи, однако высокая стоимость исходных материалов (цветных и драгоценных металлов), наряду с относительно небольшой полосой пропускания, делают проблематичным кон-курентоспособность подобных устройств в будущем.

Общими недостатками кабельных структур являются: большое время строительства, связанное с земляными или подводными работами, подверженность воздействию природных катаклизмов, актов вандализма и терроризма и все возрастающая стоимость прокладочных работ. Работы по развертыванию проводных систем трудоемки, а в некоторых местах, особенно исторической части городов, в охраняемых районах или при сложном рельефе, практически неосуществимы. А связанные с ними неудобства для жителей, нарушения работы транспорта, поврежденные дороги и прочие сопутствующие проблемы, усложняют и без того непростые процедуры согласования с различными инстанциями и уменьшают экономические выгоды.

Важным же достоинством беспроводных систем является малое время развертывания. Это, в частности, связано с тем, что отпадает необходимость в рытье траншей, укладывании кабеля, а также внутренней разводке кабелей и проводов в зданиях. Инвестиции требуются для создания любой системы, другое дело, как они распределены во времени и как быстро можно ожидать получения доходов от эксплуатации.

Беспроводные системы могут вводиться в эксплуатацию поэтапно. Проводная же система требует создания всей инфраструктуры единовременно. Начало получения доходов в беспроводных системах совпадает с запуском первого фрагмента, и дальнейшее развитие системы фактически финансируется самими пользователями. Кроме того, положительный пример в виде работающей структуры, позволяет, в обмен на будущие льготы, привлечь и средства потенциальных абонентов. Это резко снижает финансовые риски инвесторов и позволяет более уверенно смотреть в будущее. При одновременном начале работ, полной окупаемости беспроводной телекоммуникационной системы можно достичь раньше, чем будет запущена проводная.

На рис.1 показана условная диаграмма областей применения различных телекоммуникационных систем, относящихся к цифровым технологиям. Две большие основные области применения: систем связи с искусственными спутниками Земли (ИСЗ) и волоконно-оптических систем связи (ВОЛС). К характерным особенностям систем связи с ИСЗ относятся возможности передачи относительно небольших объемов информации (со скоростью до Мбит/c) на очень большие дальности, перекрывая значительные площади земной поверхности (вплоть до построения глобальных систем)..

Ограничение передаваемых объемов информации определяется лимитированием мощностей излучаемых сигналов в целях обеспечения приемлемой электромагнитной обстановки на Земле. Волоконно-оптические системы связи (ВОЛС) позволяют надежно передавать наибольшие объемы информации (скорость передачи цифровых потоков превысила 1 Тбит/с) на расстояния до нескольких тысяч километров. С уменьшением расстояний экономический эффект от внедрения ВОЛС может уменьшаться и требуется проводить тщательный анализ в каждом конкретном случае.

Наземные беспроводные системы среди современных методов передачи информации играют весьма значительную роль, успешно конкурируя с волоконно- оптическими и спутниковыми структурами, особенно для связи на небольшие расстояния. Произошли революционные перемены в технологических решениях в области наземных радиосредств. Связь на расстояния до нескольких тысяч километров обеспечивают микроволновые радиорелейные системы связи, скорость работы которых превышает сотни мегабит в секунду. Появились цифровые радиорелейные структуры, позволяющие организовывать передачу цифровых потоков STM-4 (622 Мбит/с) в полосе частот 40 МГц

.

Для связи на небольшие расстояния (до нескольких десятков километров) в массовом масштабе преимущественное развитие получают системы доступа и распределения информации. К таким системам относятся узкополосные и широкополосные системы радиосвязи, а также оптические телекоммуникацион-ные системы открытого распространения.

Радиосистемы подразделяются по современной терминологии на узкополосные и широкополосные. Различие заключается, прежде всего, в структуре применяемых несущих колебаний. Традиционные радиосредства, которые и относятся к группе узкополосных, используют в качестве несущего сигнала одночастотные гармонические колебания. Для обеспечения возможности работы многих пользователей в выделенных диапазонах частот в таких системах стремятся сделать полосу частот передаваемых сигналов как можно меньше.

В широкополосных системах связи в качестве несущих колебаний применяются широкополосные псевдослучайные сигналы. При этом сигнал каждого пользователя занимает весь выделенный участок диапазона частот, а отделение отдельных сигналов проводится кодовыми методами.

К характерной особенности современных радиосредств мож-но отнести переход на все более высокочастотные участки радиодиапазона от 2 до 100 ГГц. При этом обеспечивается передача достаточно больших объемов информации на расстоянии прямой видимости. При этом частоты нижних участков диапа-зона проходят через атмосферу лучше и, к примеру, в диапазоне 2 ГГц могут перекрыть расстояние вплоть до 90 км, а радиосистема с той же мощностью передатчика в диапазоне 38 ГГц обеспечит протяженность не более чем 5-7 км.

Одно из названий наземных систем работающих в диапазонах ГГц - микроволновая связь. К ним относятся радиорелейные линии и сети связи прямой видимости, системы распределения информации, радиомосты и некоторые сотовые структуры. Современная аппаратура для радиорелейных линий и сетей связи прямой видимости выпускается на диапазоны частот 2, 4, 6, 8, 11, 13, 15, 17, 23, 27, 38 ГГц и выше. Несколько десятков фирм в мире, таких как Ericsson, Siemens, Nokia, Nera, Harris, MRC, Alcatel и др. производят сотни вариантов оборудования для микроволновой связи. В последние годы, в России, так же развернуто производство цифровых радиорелейных систем связи малой и средней емкости: Радан, Радиан, Радиус, Эриком, «Бист», Sandra, Просвет, Перевал - вот малая часть названий оборудования отечественного производства

Оптические системы связи открытого распространения, разработанные в последние годы, подразделяются на инфракрасные и лазерные. Эти системы позволяют передавать значительные объемы информации на малые расстояния (сотни и тысячи метров). Небольшая дальность объясняется влиянием тумана, дождя, снега, смога, града и различных естественных и искусственных препятствий.

Лучшие системы позволяют передавать цифровые потоки со скоростью 155 Мбит/с на расстояние до 4-5 км при любых погодных условиях (например, систе-мы Canobeam, Lightpoint), концентрируя сигнал в чрезвычайно плотный луч и применяя автоматический поиск и юстировку системы, которая удерживает луч света в апертуре антенны ( К важнейшему преимуществу инфракрасного и лазерного оборудования можно отнести то, что оно применимо везде, без всяких лицензий или разрешений в отличие от других систем.

ПЕРВИЧНЫЕ СИГНАЛЫ СВЯЗИ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ КАНАЛОВ Необходимо изучить те характеристики и особенности первичных сигналов (телефонных, телевизионных и пр.), которые определяют специфические требования к линиям связи: · уровни передачи, · полосы частот, · статистические характеристики. Изучить особенности организации каналов, обратив внима-ние на функционирование дуплексных линий связи.

СИГНАЛЫ ГРУППОВЫХ И ЛИНЕЙНЫХ ТРАКТОВ МНОГОКАНАЛЬНЫХ СРС Современные системы связи, как правило, являются многоканальными, т.е. позволяют передавать по одной линии множество сообщений от независимых источников. Существует несколько принципов, позволяющих организовывать такую работу - частотное разделение каналов (частотное уплотнение), временное разделение каналов (временное уплотнение), кодовое разделение каналов (кодовое уплотнение). Необходимо знать, что в многоканальных системах связи применяется две ступени модуляции первичная ступень модуляции при получении многоканальных сигналов и вторичная ступень - для модуляции несущей частоты системы связи.

ЧАСТОТНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ КАНАЛОВ Система частотного разделения каналов (ЧРК) позволяет объединять тысячи отдельных ТЛФ каналов в общий групповой сигнал, передаваемый по линии связи. При изучении данного вопроса нужно обратить внимание на общий принцип частотного разделения и принципы многократного и группового преобразования сигналов. Важнейшее значение для выбора принципов организации построения линий связи, для выработки требований к их параметрам и пр. имеют знания о характеристиках многоканальных групповых сигналов. Необходимо изучить их статистические свойства, спектральные характеристики, уровни мощности Обратите внимание на шумоподобный характер группового сигнала, величину пик-фактора, квазипиковые значения.

.