Волоконно-оптические и электрические линии связи

Конспект лекций

Мухамедзянов М.С.

Екатеринбург 2011

Введение

1Информация. Сообщение. Сигнал. Линия связи

Основой развития человеческой цивилизации явилось изобретение письменности, т.е. способа отображать информацию таким образом, что бы она могла быть передана как во времени, так и в пространстве.

Под информацией понимается суть связей между различными материальными объектами, проявляющаяся в изменении их состояний.

Человеку нужна не столько сама по себе информация, а знания – руководство к действию. Понятия знания и информация являются тождественными.

Для передачи информации используются символы, звуковые фонемы, которые несут информацию и образуют сообщение.

Сообщение – это материальная форма информации, доступная для органов чувств человека, т.е. это часть информации, сигналы от которой могут быть восприняты.

Носителями сообщения может быть бумага, электрический ток.

Изменение параметров носителя по закону передаваемого сообщения, называется модуляцией.

Сигнал от источника информации к потребителю передается по линии связи (направляющая система, позволяющая канализировать электромагнитные волны определенной структуры, уровня и частотного диапазона в заданном направлении).

Различают следующие виды сигналов: акустические, электрические и электромагнитные.

Любой сигнал характеризуется амплитудо-частотным и фазочастотным спектрами.

Передача сигнала сопровождается искажениями, т.е. при передаче будет изменён амплитудо-частотный и фазочастотный спектры передаваемого сигнала. Необходимо установить меру допустимых искажений, которая будет определяться требуемым качеством связи.

Выделяют три параметра качества канала:

1. Достаточный уровень сигнала (громкость)

2. Разборчивость и внятность

3. Узнаваемость (Оперативно-технологическая связь)

Искажения бывают:

1. линейными,

2. нелинейными.

Если параметры элементов (R, L, C) не зависят от величины протекающего тока или приложенного напряжения, то элемент называется линейным.

Если цепь содержит хотя бы один нелинейный элемент, то она называется нелинейной.

В линиях связи нет нелинейных искажений, т.е. наличия гармоник других частот.

Линейные искажения – это не одинаковый коэффициент передачи для гармоник различных частот (АЧ и ФЧ искажения).

Рисунок 1.1

Это амплитудно-частотные искажения. Например, искажения голоса по телефону.

Сигналы в линии связи распространяются с конечным временем. Существует время запаздывания в линии связи. Оно всегда только положительно t_з = const., но это к сожалению не возможно, т.к. существуют фазочастотные искажения.

(1.1)

(1.2)

Чтобы время t_з было постоянно нужно иметь фазочастотную характеристику в виде прямой с некоторым наклоном.

ФЧ и АЧ искажения устранимы с помощью корректора.

Рассмотрим структурную схему линии связи.

Рисунок 1.2 – Структурная схема линии связи

Качество канала связи (КС) определяется качеством линии связи. На железнодорожном транспорте большинство воздушных линий связи (ВЛС), также имеются кабельные линии связи (КЛС): симметричные (у которых потенциалы проводов по отношению к земле одинаковы) и коаксиальные. Современные линии связи представлены волоконно-оптическими кабелями (ВОЛС).

Диапазоны применимости линий связи:

1. ВЛС – до 150 кГц. На более высоких частотах ВЛС представляют собой антенну.

2. Симметричный кабель – применяется при частоте до 1 МГц, затухание а данного кабеля будет находится в пределах от 8 до 9 дБ/км.

Рисунок 1.3 – симметричный кабель

3. Коаксиальной кабель – применяется на частотах до 100 МГц с затуханием в линии а= 9–10 дБ/км

Рисунок 1.4 – коаксиальный кабель

4. Волноводы – используются с длины волны =10–2 мм

Рисунок 1.5 – схематическое изображение волновода

5. ВОЛС – применяется на частоте 210⁴ Гц = 200 ТГц

Однако реально используются ВОЛС на меньших частотах 25 – 35 ТГц. Это огромная абсолютная полоса при незначительной относительной частоте f/f.

Пример. Система К-60.

Система кабельная, имеет 60 каналов с частотами от 12 до 252 кГц (по 4 кГц на каждый канал). Отношение верхней частоты к нижней для данной системы будет равно:

= 20. (1.3)

ВОЛС имеет малое затухание а= 0,2 дБ/км. Он практически не подвержен электромагнитным влияниям.

Параметры электрических линий связи