Лекция №13.Система передачи информации, основные понятия.

Вопросы:

1. Общая схема передачи информации.

2. Каналы передачи данных и их характеристики.

3. Физические каналы связи.

4. Аппаратура линий связи.

Общая схема передачи информации.

Обобщенная структурная схема системы передачи информации (СПИ) изображена на рис. 13.1. В ее состав входят источник сообщений и получатель сообщений, передающее и приемное ус­тройства, линия связи. Воздействие помех условно на схеме изображено в виде источника помех.

Линия связи — это среда, используемая для передачи сигналов от передатчика к приемнику.

Такой средой могут быть кабель, волновод или область про­странства, в которых распространяются электромагнитные волны от передатчика к приемнику.

(СПИ) Система передачи информации — совокупность технических средств (передатчик, приемник, линия связи), обеспечивающих воз­можность передачи сообщений от источника к получателю.

Источник сообщений в общем случае образует совокупность источника информации ИИ (исследуемого или наблюдаемого объекта) и преобразователя сообщений (Пр.С). Преобразователь сообщений может выполнять две функции. Одной из этих функ­ций является преобразование сообщения любой физической при­роды (изображение, звуковой сигнал и т. п.) в первичный электри­ческий сигнал S(t). Другая не менее важная функция ПрС —пре­образование большого объема алфавита сообщений в малый объем алфавита первичного сигнала (кодирование).

Например, 32 буквы русского алфавита передаются посред­ством двух символов алфавита первичного сигнала — «0» и «1» или «-1» и «1». В этом случае первичный сигнал, однозначно соответ­ствующий сообщению, представляет собой код (кодовую комби­нацию) из символов первичного сигнала.

Таким образом, преобразователь сообщений наряду с преобра­зованием сообщения в электрический сигнал осуществляет и его кодирование, поэтому ПрС иногда называют кодером (кодирую­щим устройством) источника (КИ).

В одних СПИ преобразователь сообщения выполняет обе фун­кции (например, телеграфия) — преобразование и кодирование, в других (например, телефония) — только преобразование сообще­ния в электрический сигнал.

Передающее устройство осуществляет преобразование сооб­щений в сигналы, удобные для прохождения по конкретной линии связи. В его состав может входить устройство, обеспечивающее помехоустойчивое кодирование. Это устройство называют коди­рующим устройством (КУ) или кодером канала (КК).

Сущность помехоустойчивого кодирования состоит в том, что в кодовую комбинацию первичного сигнала по определенному правилу вводятся дополнительные, избыточные символы, которые не несут информации о передаваемом сообщении. Однако исполь­зование при передаче этих дополнительных символов позволяет на приемной стороне обнаруживать и исправлять искаженные помехами символы первичного сигнала, что увеличивает достоверность передачи информации.

Первичный электрический сигнал, как правило, непосредствен­но не передается по линии связи. В передатчике первичный сиг­нал S(t) преобразуется во вторичный (высокочастотный) сигнал и(t), пригодный для передачи по линии связи. Такое преобразова­ние осуществляется посредством модулятора (М), который изме­няет один из параметров высокочастотного колебания, генериру­емого генератором высокой частоты, в соответствии с изменени­ем первичного сигнала S(t).

В процессе передачи сигнала по линии связи он искажается помехой и на входе приемника отличается по форме от передан­ного. Приемное устройство обрабатывает принимаемый сигнал и восстанавливает по нему переданное сообщение.

Принимаемый полезный высокочастотный сигнал фильтруется и усиливается линейными каскадами (ЛК) приемного устрой­ства и поступает на демодулятор (ДМ), в котором высокочастот­ный сигнал преобразуется в низкочастотный первичный сигнал.

В декодирующем устройстве (ДКУ) низкочастотный сигнал пре­образуется в кодовую комбинацию символов первичного сигнала. Одновременно в ДКУ осуществляются обнаружение и исправле­ние искаженных символов первичного сигнала. Эта операция осу­ществляется в случае использования на передающей стороне по­мехоустойчивого кодирования. Таким образом, на выходе ДКУ имеется кодовая комбинация символов первичного сигнала, соот­ветствующая передаваемому сообщению.

Однако не следует думать, что демодуляция и декодирование это операции, обратные модуляции и кодированию. В результате различных искажений и воздействия помех пришедший сигнал может существенно отличаться от переданного. Поэтому всегда можно высказать ряд предположений (гипотез) о том, какое сообщение передавалось. Задачей приемного устройства является решение о том, какое из возможных сообщений действительно передавалось источником. Для принятия такого решения принятый сигнал подвергается анализу с учетом всех сведений об источнике (вероятность передачи того или иного сообщения), о применяемом помехоустойчивом коде и виде модуляции, а также о свойствах помех. В результате такого анализа принимается решение о том, какое сообщение передано. Та часть приемного устройства, которая осуществляет анализ приходящего сигнала и принимает решение, называется решающей схемой.

В системах передачи непрерывных сообщений при аналоговой модуляции решающая схема по пришедшему искаженному вторичному сигналу определяет наиболее вероятный переданный первичный сигнал и восстанавливает его. В этих системах решающей схемой является демодулятор, а декодирующее устройство в структурной схеме приемника отсутствует.

В системах передачи дискретных сообщений решающая схема состоит из двух частей — демодулятора и декодирующего устройства. Заметим, что в некоторых СПИ роль решающей схемы полностью или частично выполняет человек.

В общем случае на выходе ДКУ имеется кодовая комбинация символов первичного сигнала, соответствующая определенному сообщению.

Детектор сигнала (ДС) преобразует кодовую комбинацию символов первичного сигнала в соответствующее сообщение, которое поступает на вход получателя информации (ПИ), которому была адресована исходная информация. Если передача информации между передатчиком и приемником осуществляется одновременно в обе стороны, то такой режим называется дуплексным. При полудуплексном режиме в каждый момент времени информация передается только в одну сторону. Сидеплексный режим в одну сторону.

Меру соответствия принятого сообщения переданному называют верностью передач, обеспечение которой — важнейшая цель СПИ.

Совокупность средств, предназначенных для передачи сообщений, называют каналом связи. Для передачи информации от группы источников, сосредоточенных в одном пункте, к группе получателей, расположенных в другом пункте, часто целесообразно использовать только одну линию связи, организовав на ней требуемое число каналов. Такие системы называют многоканальными. Многоканальные системы – одна линия связи с требуемым числом каналов.

Каналы передачи данных и их характеристики.

Как уже отличалось: каналом передачи информации называют совокупность техничес­ких средств, обеспечивающую передачу электрических сигналов от одного пункта к другому. Входы канала подключаются к передатчику, а выходы — к приемнику. В современных цифровых системах связи основные функции передатчика и приемника выполняет модем.

Емкость канала:

(1)

F – max частота передачи сигнала;

P_c,ш – мощность сигнала и шума.

Итак, емкость канала ограничивается двумя величинами: ши­риной полосы канала и шумом. Соотношение (1) известно как формула Хартли-Шеннона и считается основной в теории инфор­мации. Полоса частот и мощность сигнала входят в формулу та­ким образом, что для

С= const при сужении полосы необходимо увеличивать мощность сигнала, и наоборот.

Основные характеристики каналов связи.

1.) амплитудно - частотная;

2.) полоса пропускания;

3.) затухание;

4.) пропускная способность;

5.) достоверность передачи данных;

6.) помехоустойчивость.

Для определения характеристик канала связи применяется ана­лиз его реакции на некоторое эталонное воздействие. Чаще всего в качестве эталона используются синусоидальные сигналы разных частот.

1) АЧХ показывает, как изменяется амплитуда синусоиды на вы­ходе линии связи по сравнению с амплитудой на ее входе для всех частот передаваемого сигнала.

2) Полоса пропускания — это диапазон частот, для которых отно­шение амплитуды выходного сигнала к входному превышает неко­торый заданный предел (для мощности 0.5). Эта полоса частот опре­деляет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по линии связи без значительных искажений.

Ширина полосы пропускания влияет на максимально возмож­ную скорость передачи информации по линии связи.

3)Затухание — определяется как относительное уменьшение ам­плитуды или мощности сигнала при передаче по линии связи сиг­нала определенной частоты.

Затухание L обычно измеряется в децибелах (дБ) и вычисляет­ся по формуле:

(2)

где Р_вых — мощность сигнала на выходе линии;

Р_вх — мощность сигнала на входе линии.

4)Пропускная способность линии (throughput) характеризует максимально возможную скорость передачи данных по линии свя­зи и измеряется в битах в секунду (бит/с), а так же в производных единицах Кбит/с, Мбит/с, Гбит/с.

Емкость каналов

C=Flog2(1+Pc/Pc.ш)

1)F-max частота передачи сигнала.

2)Pc.ш- мошьность сигнала и шум.

На пропускную способность линии оказывает влияние физи­ческое и логическое кодирование. Способ представления дискрет­ной информации в виде сигналов, передаваемых на линию связи, называется физическим линейным кодированием. От выбранно­го способа кодирования зависит спектр сигнала и соответственно пропускная способность линии. Таким образом, для одного или другого способа кодирования линия может иметь разную пропус­кную способность.

Если сигнал изменяется так, что можно различить только два его состояния, то любое его изменение будет соответствовать наи­меньшей единице информации — биту.

Если сигнал изменяется так, что можно различить более двух со­стояний, то любое его изменение несет несколько бит информации.

Количество изменений информационного параметра несущего колебания (периодического сигнала) в секунду измеряется в бодах.

Пропускная способность линии в битах в секунду в общем слу­чае не совпадает с числом бод.

Она может быть как выше, так и ниже числа бод, и это соотношение зависит от способа кодирова­ния. Если сигнал имеет более двух различимых состояний, то про­пускная способность в бит/с будет выше, чем число бод.

Например, если информационными параметрами являются фаза и амплитуда синусоиды, причем различают 4 состояния фазы (0, 90, 180 и 270) и два значения амплитуды, то информационный сигнал имеет шесть различимых состояний. В этом случае модем, работающий со скоростью 2400 бод (с тактовой частотой 2400 Гц), передает информацию со скоростью 7200 бит/с, так как при од­ном изменении сигнала передается три бита информации. 2400*3

При использовании сигнала с двумя различными состояниями может наблюдаться обратная картина. Это происходит, когда для надежного распознавания приемником информации каждый бит в последовательности кодируется с помощью нескольких измене­ний информационного параметра несущего сигнала.

Например, при кодировании единичного значения бита импуль­сом положительной полярности, а нулевого значения бита — им­пульсом отрицательной полярности, сигнал дважды меняет свое состояние при передаче каждого бита. При таком способе коди­рования пропускная способность линии в два раза ниже, чем чис­ло бод, передаваемое по линии.

На пропускную способность оказывает влияние логическое ко­дирование, которое выполняется до физического и подразумевает замену бит исходной информации новой последовательностью бит, несущей ту же информацию, но обладающей при этом дополнитель­ными свойствами (обнаруживающие коды, шифрование).

При этом искаженная последовательность бит заменяется бо­лее длинной последовательностью, поэтому пропускная способ­ность канала уменьшается.

Из этого соотношения следует, что хотя теоретического преде­ла увеличения пропускной способности линии (с фиксированной полосой пропускания) нет, на практике такой предел существует. Повысить пропускную способность линии можно, увеличив мощ­ность передатчика или уменьшая мощность помех. Однако увели­чение мощности передатчика приводит к росту его габаритов и сто­имости, а уменьшение шума требует применения специальных кабелей с хорошими защитными экранами и снижения шума в аппаратуре связи.

Достоверность передачи данных характеризует вероятность ис­кажения для каждого передаваемого бита данных. Показателем достоверности является вероятность ошибочного приема инфор­мационного символа — Р_ош.

Величина Р_ош для каналов связи без дополнительных средств защиты от ошибок составляет, как правило,

10^-4...10^-6. В оптоволокон­ных линиях связи Р_ош составляет 10^-9.

Это значит, что при Р_ош = 10^-4 в среднем из 10 000 бит искажается значение одного бита.

Искажения бит происходят как из-за наличия помех на линии, так и из-за искажений формы сигнала, ограниченной полосой пропус­кания линии. Поэтому для повышения достоверности передаваемых данных необходимо повышать степень помехозащищенности линий, а также использовать более широкополосные линии связи.

Физические каналы связи

Непременной составной частью любого канала является линия связи — физическая среда, обеспечивающая поступление сигна­лов от передающего устройства к приемному.

В зависимости от среды передачи данных линии связи могут быть:

1. проводные (воздушные);

2. кабельные (медные и волоконно-оптические);

3. радиоканалы наземной и спутниковой связи (беспроводные каналы связи).

Проводные линии связи представляют собой проложенные между опорами провода без каких-либо экранирующих или изо­лирующих оплеток. Помехозащищенность и скорость передачи данных в этих линиях низкая. По таким линиям связи передаются, как правило, телефонные и телеграфные сигналы.

Рис. 13.3 Воздушные линии связи

Кабельные линии связи представляют собой пучок проводов, заключенных в одну или несколько защитных (электрическая, ме­ханическая, электромагнитная и т. п.) трубок.

В современных системах связи применяют три основных типа кабеля:

а) на основе скрученных пар медных проводов;

б) коаксиальные кабели с медной жилой;

в) волоконно-оптические кабели.

Скрученная пара проводов называется витой парой (twisted pair). Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на сигналы, передаваемые по кабелю. Витая пара конструктивно мо­жет быть:

неэкранированной (рис. 13.4 а)—Unshielded Twisted Pair, UTP;

экранированной (рис. 13.4 б)—Shielded Twisted Pair, STP.

В случае экранированной витой пары STP каждая из витых пар помещается в металлическую оплетку-экран для уменьшения из­лучений кабеля, защиты от внешних электромагнитных помех и снижения взаимного влияния пар проводов друг на друга. Экра­нированная витая пара гораздо дороже, чем неэкранированная, а при ее использовании необходимо применять специальные экра­нированные разъемы, поэтому встречается она значительно реже, чем неэкранированная.

Основные достоинства неэкранированных витых пар — про­стота монтажа разъемов на концах кабеля, а также простота ре­монта любых повреждений по сравнению с другими типами кабе­ля. Все остальные характеристики у них хуже, чем у других кабе­лей. Например, при заданной скорости передачи затухание сигна­ла (уменьшение его уровня по мере прохождения по кабелю) у них больше, чем у коаксиальных кабелей, поэтому линии связи на ос­нове витых пар, как правило, довольно короткие (обычно в преде­лах 100 м). В настоящее время витая пара используется для пере­дачи информации на скоростях до 100 Мбит/с (ведутся работы по повышению скорости передачи до 1000 Мбит/с).

Коаксиальный кабель имеет симметричную конструкцию и со­стоит из внутренней медной жилы (центральный проводник) и внешнего экрана, отделенного от проводника слоем изоляции. Применяется также внешняя защитная оболочка (рис. 13.4 в).

Коаксиальный кабель обладает более высокой помехозащи­щенностью (благодаря металлической оплетке), а также более вы­сокими, чем в случае витой пары, допустимыми скоростями пе­редачи данных (до 500 Мбит/с) и большими допустимыми рас­стояниями передачи (до километра и выше). К нему труднее ме­ханически подключиться для несанкционированного прослуши­вания сети, он также дает заметно меньше электромагнитных излучений вовне.

Существует два основных типа коаксиального кабеля:

1. тонкий {thin), имеющий диаметр около 0,5 см, более гибкий;

2. толстый (thick), имеющий диаметр около 1 см, значительно более жесткий. Он представляет собой классический вари­ант коаксиального кабеля, который уже почти полностью вытеснен более современным тонким кабелем.

Тонкий кабель используется для передачи на меньшие расстоя­ния, чем толстый, так как в нем сигнал затухает сильнее.

Типичные величины задержки распространения сигнала в ко­аксиальном кабеле составляют для тонкого кабеля около 5 нс/м, а для толстого — около 4,5 нс/м.

В настоящее время считается, что коаксиальный кабель уста­рел, в большинстве случаев его вполне может заменить витая пара или оптоволоконный кабель.

Волоконно-оптический кабель (optical fiber) состоит из цент­рального проводника света — стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла — оболочкой, обладающей меньшим показа­телем преломления, чем сердцевина (рис. 13.5).

Распространяясь по сердцевине, лучи света, отражаясь от обо­лочки, не выходят из центрального проводника. В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:

1. многомодовое волокно со ступенчатым изменением показа­теля преломления (рис. 13.6 а);

2. многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления (рис. 13.6 б);

3. одномодовое волокно (рис. 13.6 в).

Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля.

В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF ) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света — 5... 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отра­жаясь от внешнего проводника. Полоса пропускания одномодового кабеля достигает сотен ГГц на километр.

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) применяют­ся более широкие внутренние сердечники, которые легче изгото­вить технологически.

Наиболее употребительными являются многомодовые кабели с диаметрами центрального и внешнего проводника: 62,5/125 мкм и 50/125 мкм.

В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновре­менно существует несколько путей световых лучей, отражающих­ся от внешнего проводника под разными углами.

В многомодовых кабелях с плавным изменением коэффициен­та преломления режим распространения каждой моды определя­ется более сложным характером. Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания — 500...800 МГц/км. Сужение по­лосы происходит из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод.

Для одномодовых кабелей применяются в качестве источника излучения света полупроводниковые лазеры. Для многомодовых кабелей для этих целей используют более дешевые источники — светодиодные излучатели.

В оптических волокнах передача информации возможна «в ок­нах прозрачности» 1550 нм (1,55 мкм), 1300 нм (1,3мкм) и 850 нм (0,85 мкм). Для других волн затухание в волокнах существенно выше. В качестве источника света обычно используется лазер на арсениде галлия с длиной волны излучения 0,84 мкм и средней мощ­ностью от 1 до 10 мВт. Это излучение находится в невидимой части спектра (видимый диапазон спектра занимает область от 0,4 мкм —фиолетовый цвет, до 0,7 мкм — красный цвет). Кроме источника света, в передающее устройство входит модулятор. На приемном конце линии сигналы детектируются фотодиодом; для исключения ошибок часто применяется помехоустойчивое кодирование.

Предельные расстояния для передачи данных по волоконно-оптическим линиям связи (без ретрансляции) зависят от длины волны излучения и достигают десятков километров.

Беспроводные линии связи

В беспроводных линиях связи передача информации осуществ­ляется на основе распространения электромагнитных волн (радио­волн). Наиболее освоенный диапазон длин волн находится в пре­делах от 10 до 2∙10^-9 м.

Радиоволны, представляющие собой электромагнитные коле­бания, являются совокупностью переменных электрического и магнитных полей и характеризуются напряженностью электричес­кого и магнитного полей.

Радиоволнам присущи следующие физические свойства:

преломление и отражение волны на границе перехода из од­ной среды в другую;

рефракция (искривление траектории распространения) при распространении в неоднородной среде;

Дифракция — огибание волной препятствия, когда длина вол­ны соизмерима с размерами препятствия.

Существенное влияние на распространение радиоволн оказы­вают земная поверхность и атмосфера Земли, в особенности ее нижняя область — тропосфера и верхняя — ионосфера.

Радиоволны, распространяющиеся вдоль поверхности Земли, называют земными радиоволнами. Земная радиоволна (рис. 13.7) как бы стелится вдоль поверхности Земли, огибая ее крупномасш­табные неровности. Траектория радиоволны повторяет профиль

соответствующего участка гра­ницы между земной поверхно­стью и атмосферой Земли — двумя областями с резко отли­чающимися электрическими параметрами. Таким образом, преимущественно распростра­няются радиоволны, длина ко­торых превышает 200—400 м.

Радиоволны, распространяющиеся в атмосфере Земли и за ее пределами, где нет резко выраженных границ раздела, называют пространственными.

Приземную область атмосферы, имеющую толщину 10—15 км, называют тропосферой. Она неоднородна как по высоте, так и вдоль земной поверхности. При этом электрические параметры тропосферы существенно зависят от метеоусловий.

Тропосфера искривляет траекторию радиоволн (рефракция), рассеивает их своими неоднородностями и ослабляет.

На рис. 13.8 а показаны возможные виды траекторий радиоволн, распространяющихся в тропосфере. Эти радиоволны называют тропосферными. Длина волны тропосферных радиоволн не пре­вышает 5 м.

Область атмосферы, расположенную выше 60 км и простираю­щуюся до 20000 км, называют ионосферой. Эта весьма разрежен­ная область содержит значительное количество свободных элект­ронов в единице объема. В ней выделяют области повышенной кон­центрации электронов — слои Д, Е и F, оказывающих существен­ное влияние на распространение радиоволн.

Ионосфера также искривляет траекторию радиоволн, рассеи­вает их своими неоднородностями и ослабляет их. Искривление траектории радиоволны в ионосфере иногда оказывается столь значительным, что может рассматриваться как отражение радио­волны от ионосферы.

На рис. 13.8 б показаны возможные харак­терные виды траекторий радиоволн, распространяющихся в ионос­фере. Радиоволны, распространяющиеся путем отражения от ионосферы или рассеивания на ее неоднородностях, называют ионосферными радиоволнами. Такой характер распространения присущ радиоволнам, длина которых превышает 5 м.

За пределами ионосферы плотность газа и концентрация элек­тронов столь незначительны, что эта область практически может рассматриваться как вакуум, а следовательно, радиоволны, вышед­шие за пределы ионосферы, можно считать распределяющимися прямолинейно.

Волны различных диапазонов имеют свои особенности распро­странения.

Длинные (1—10 км) и сверхдлинные (свыше 10 км) волны рас­пространяются земной и ионосферной волнами. Земная волна может распространяться на расстояние до 300 км. Начиная с рас­стояния 300—400 км, помимо земной волны, в точке приема при­сутствует волна, отраженная от ионосферы.

На расстоянии свыше 3000 км длинные и сверхдлинные волны распространяются только ионосферной волной.

Длинные и особенно сверхдлинные волны мало поглощаются при их прохождении вглубь суши или моря.

Этот диапазон волн может быть использован для связи с погруженными подводными лодками, а также для подземной связи. Дальность связи в этом ди­апазоне может быть обеспечена на расстоянии более 20 000 км, но для этого требуются мощные передатчики и большие антенны.

Средние волны (100—1000 м) обычно используются для веща­ния и могут распространяться как земные и как ионосферные вол­ны. Дальность распространения земной волны ограничена рассто­янием 500—700 км. На большие расстояния радиоволны этого ди­апазона распространяются ионосферной волной.

На условие распространения радиоволн среднего диапазона существенно влияют время суток и время года. Так, в ночное вре­мя средние волны распространяются за счет отражения от слоя F ионосферы, в то время как в дневное время на пути волны возни­кает слой D ионосферы, сильно поглощающий средние волны.

Поэтому в дневные часы распространение средних волн происхо­дит практически только земной волной на сравнительно неболь­шие расстояния (порядка 1000 км).

В диапазоне средних волн более длинные волны испытывают меньшее поглощение. Поглощение увеличивается в летние меся­цы и уменьшается в зимние. Этому диапазону волн присущ эф­фект замирания волны. Так, в ночные часы на некотором расстоя­нии от передатчика возможен

одновременный приход земной и ионосферной волн. В зависимости от разности фаз этих волн в точ­ке приема может происходить усиление или ослабление принима­емого сигнала. На значительных расстояниях от передатчика этот эффект может возникнуть при взаимодействии волн, пришедших в точку приема путем одного и двух отражений от ионосферы.

Диапазон коротких волн — земных и ионосферных находится в пределах от 10 до 100 м. В этом диапазоне можно создать направ­ленные антенны. Однако в нем поглощение земных волн сильно возрастает, поэтому земные волны распространяются на расстоя­ния, не превышающие нескольких десятков километров. Ионос­ферной волной короткие волны могут распространяться на мно­гие тысячи километров при сравнительно небольшой мощности передатчиков.

Короткие волны распространяются на большие расстояния пу­тем отражения от верхнего F слоя ионосферы и поверхности Зем­ли, проходя при этом через слои D и Е, в которых они претерпева­ют поглощение. В этом диапазоне также наблюдается эффект за­мираний. Чаще всего причиной замирания служит приход в точку приема двух волн, распространяющихся путем одного и двух от­ражений от ионосферы.

Ультракороткими называются радиоволны короче 10 м. Диа­пазон УКВ содержит четыре поддиапазона: метровый — от 10 до1 м, дециметровый — от 1 м до 10 см, сантиметровый — от 10 до 1 см и миллиметровый — короче 1 см. Диапазон метровых волн используют в телевидении и вещании, дециметровый и сан­тиметровый — в телевидении, радиолокации и многоканальной связи.

Ультракороткие волны каждого из поддиапазонов имеют свои особенности распространения. Однако на практике чаще рассмат­ривают:

распространение УКВ на расстояния, не превышающие пре­делов прямой видимости;

ионосферное распространение УКВ (расстояние свыше 1000 км);

дальнее распространение УКВ с использованием искусствен­ных спутников Земли.

Радиоволны УКВ диапазона в силу их малой длины плохо дифра­гируют вокруг сферической поверхности Земли и крупных неров­ностей земной поверхности и других препятствий. Поэтому при ра­боте в диапазоне УКВ антенны стремятся расположить на значитель­ной высоте над поверхностью земли, что позволяет увеличить рас­стояние прямой видимости r₀ (км), определяемое соотношением:

(3)

где h₁, h₂— высота соответственно передающей и приемных ан­тенн, в м.

Для организации связи на линии Земля—космос используют волны в диапазоне от 3 м до 3 см. Волны этого диапазона практи­чески не поглощаются в атмосфере. Они также не отражаются ионосферой. Применяя спутники-ретрансляторы, можно обеспе­чить глобальную связь в данном диапазоне волн.

Аппаратура линий связи

Аппаратура линий связи подразделяется на аппаратуру приема-передачи данных, называемую аппаратурой окончания канала данных (DCE — Data Circuit terminating Equipment), которая не­посредственно связывает источник и получателя сообщения и про­межуточную аппаратуру.

DCE работает на физическом уровне, отвечая за передачу и прием сигнала нужной формы, и мощности в физическую среду.

Примеры DCE: модемы, терминальные адаптеры сетей, оптичес­кие модемы, устройства подключения к цифровым каналам.

Промежуточная аппаратура используется на линиях связи боль­шой протяженности и решает две основные задачи:

улучшение качества сигнала;

создание составного канала связи между абонентами в вы­числительных сетях.

Промежуточная аппаратура может совсем не использоваться, если протяженность физической среды — кабелей или радиоли­нии позволяет осуществлять прием-передачу без промежуточно­го усиления.

В противном случае применяют специальные устрой­ства — повторители.

Повторитель — устройство, обеспечивающее сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее, чем предусмотре­но данным типом физической среды, расстояние.

Если требуется обеспечить качественную передачу сигналов на большие расстояния, то необходимы усилители сигналов, установ­ленные через определенные расстояния.

В сетях передачи данных используется также и другая промежуточная аппаратура:

1. мультиплексоры;

2. демультиплексоры;

3. коммутаторы.

Мультиплексор — устройство, обеспечивающее совмещение со­общений, поступающих по нескольким каналам ввода, в одном выход­ном канале.

Демулытиплексор — устройство, выполняющее операцию, обрат­ную мультиплексированию (уплотнению).

Коммутатор — комбинационная схема, коммутирующая один из п входов с m выходами.

В зависимости от типа промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналоговые и цифровые.