Вопросы для самопроверки
1. Поясните основное выражение для энергетического расчета систем связи. 2. Поясните принцип работы спутниковых систем связи. 3. Перечислите основные особенности передачи сигналов в спутниковых системах связи. 4. Объясните принципы организации многостанционного доступа. Начало
9. Радиорелейные линии связи Вопросы, подлежащие изучению
1. Общие принципы построения радиорелейных линий связи ([1], стр. 68-80; [2], стр. 18-22, 225-227). 2. Особенности распространения сигнала по интервалу ра-диорелейной линии связи ([2], стр. 54-63; [1],стр. 115-122). 3. Особенности построения цифровых радиорелейных линий связи ([1], стр. 143-158). 4. Принципы работы и основные особенности тропосферных линий связи ([1], стр. 167-170; [2],стр.71-73, 271-273).
Пояснения к изучаемым вопросам
Радиорелейные линии связи (РРЛ) предназначены для передачи сигналов в диапазонах дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. Передача ведется через систему ретрансляторов, расположенных на расстоянии прямой видимости. Ретрансляторы осуществляют прием сигнала, усиление его, обработку и передачу на следующий ретранслятор. Общая протяженность РРЛ может достигать тысяч километров. До недавнего времени РРЛ использовали диапазоны частот от 2 до 8 ГГц и представляли собой монументальные дорогостоящие структуры. Применялись сложные и дорогие антенные опоры мачты или башни. Громоздкая аппаратура располагалась на станциях в специальных зданиях с собственной электростан-цией и жилыми помещениями для обслуживающего персонала. Такие структуры существуют и строятся в настоящее время при организации магистральных систем связи. В 1993 г. введена в строй магистральная цифровая РРЛ Санкт-Петербург - Москва, а в 1997 г. - Москва - Хабаровск. Запланировано строительство еще нескольких магистральных систем.
Рис. 8
Однако, в последние годы, новейшие технологии и освоение диапазонов частот выше 10 ГГц, коренным образом изменили структуры и оборудование радиорелейных линий связи. Габариты и вес оборудования уменьшились в десятки и сотни раз. В типовом исполнении, современная радиорелейная аппаратура состоит из наружного и внутреннего модулей, соединенных кабелем. Наружный модуль выполняется в виде моноблока, весом несколько килограмм, состоящего из приемопередатчиков и антенны. Пример конструкций наружных блоков современной отечественной аппаратуры показан на рис. 8 (аппаратура Бист и Sandra), а на рис. 9 - наружный блок зарубежной аппаратуры MINI-LINK, которая достаточно широко распространена в России.
Рис.9
Наружный блок устанавливается на простой антенной опоре или на здании, дымовой трубе и прочих возвышенных местах. Внутренний модуль располагается в помещении, удаленном от наружного модуля на расстояние до 300 - 400 м и представляет собой настольную или настенную компактную конструкцию. Подобные устройства получают массовое распространение в мире и позволяют организовывать радиорелейные линии и сети связи, передавая информацию
между населенными пунктами,
внутри населенных пунктов, между отдельными предпри-ятиями или зданиями,
между базовыми станциями сотовой связи,
между компьютерными центрами.
Кроме того, подобные устройства могут применяться для:
обеспечения телекоммуникационными каналами индивиду-альных пользователей,
оперативной организации связи при различных стихийных бедствиях и катастрофах,
организации вставок в действующие и строящиеся телекоммуникации.
Современное оборудование обладает очень высокой надежностью. На аппаратуру ведущих фирм дается время наработки на отказ до 25-30 лет. На основе подобной аппаратуры начинают развиваться микроволновые системы распределения информации. Такие системы (MMDS, MVDS, LMDS) представляют собой сеть базовых станций, обслуживающих пользователей, находящихся в пре-делах прямой видимости и обладающих приемным или приемо-передающим оборудованием. Системы предназначены для распределения цифровых телевизионных сигналов, высокоскоростных каналов для Интернета и прочих услуг в диапазонах частот 2, 27 или 40 ГГц .
Рис. 10
Условия распространения сигнала на интервалах РРЛ значительно отличаются от условий свободного пространства. Во-первых, электромагнитные волны могут отражаться от поверхности Земли и приходить вместе с прямой волной на вход приемника. Во-вторых, на вход приемника может приходить волна, отраженная от неоднородностей атмосферы. На рис. 10 показан поперечный разрез профиля земной поверхности и пути распространения электромагнитных волн. Взаимодействие прямой и отраженных волн (рис. 10) приводит к изменениям уровня сигнала в приемной антенне, другими словами - к замираниям. Это обстоятельство усугубляется тем, что радиоволны распространяются по кривым траекториям (показано пунктирными линиями на рис. 10), зависящим от состояния атмосферы (времени года, времени суток, погоды и пр.). Следовательно, замирания на трассе РРЛ (или множитель ослабления V) явля-ются случайной величиной. Помимо этих явлений, на распро-странение сигнала в диапазонах волн выше 8-10 ГГц, сильное влияние оказывают дождь, снег, туман, смог. Несмотря на эти дестабилизирующие факторы современные технологические решения позволяют обеспечивать надежную и эффективную связь по интервалам РРЛ. С основными техническими данными оборудования, областями применения и с ценами можно познакомиться на сайтах производителей аппаратуры (к примеру, http:\\bist.ru, www.loniir.spb.ru/microwave, www.irz.ru, www.radian.spb.ru, www.informsviaz.ru/docs/rrl). В труднодоступных местах и для специальных целей находят применение тропосферные радиорелейные линии (ТРЛ), которые работают на расстояниях значительно превышающих прямую видимость. Передача сигнала идет за счет рассеяния электромагнитной энергии в тропосфере. В следствии того, что уровни рассеяных сигналов очень малы, мощности передающих устройств в ТРЛ составляют до 10 киловатт, применяются громоздкие антенны с размерами до 30х30 м и сложные малошумящие приемники. Протяженность одного интервала может быть 200 - 400 км.
Вопросы для самопроверки
1. В чем заключается принцип радиорелейной связи. 2. Перечислите типы станций РРЛ. 3. В чем особенности распространения сигнала на интервалах РРЛ. 4. Поясните особенности построения цифровых РРЛ. 5. Поясните принцип работы тропосферных линий связи. Начало
10. Оптические и волоконно-оптические системы связи
Вопросы, подлежащие изучению
1. Принципы построения и классификация оптических линий связи ([1], стр. 235-239). 2. Особенности построения оптических систем связи открытого распространения ([1], стр. 268-275). 3. Особенности построения волоконно-оптических линий связи ([1], стр. 243-246, 275-278).
Пояснения к изучаемым вопросам
В оптических диапазонах волн можно создавать системы связи с громадной пропускной способностью. Поэтому очень велик интерес к освоению этих диапазонов. По принципу организации оптические системы связи можно разделить на системы открытого распространения света в атмосфере или в космическом пространстве и закрытые системы, в которых свет распространяется по стеклянным волокнам. Оптические системы связи открытого распространения, получающие развитие 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 потерями в атмосфере из-за тумана, дождя, снега, смога, града и различными естественными и искусственными препятствиями. Лучшие системы позволяют передавать цифровые потоки со скоростью до 622 Мбит/с на расстояние до 4-5 км при любых погодных условиях (например, системы Canobeam и Lightpoint), концентрируя сигнал в чрезвычайно плотный луч и применяя автоматический поиск и юстировку системы, которая удерживает луч света в апертуре приемной антенны. К важнейшему преимуществу инфракрасного и лазерного оборудования можно отнести то, что оно применимо везде, без всяких лицензий или разрешений, в отличие от многих других систем. На рис 11 показан вид одного из типов оптической связной аппаратуры и некоторые примеры ее использования. Космические оптические системы связи позволяют строить линии связи, например, между космическими аппаратами на большие расстояния. Основная технологическая трудность - обеспечение очень высокой точности наведения антенн и авто-матическое сопровождение.
Рис. 11
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. Сигнал в волоконно-оптических системах передается по стеклянной нити, диаметром 0.1-0.2 мм, состоящей из светонесущего сердечника, диаметром 2-30 микрометров и оболочки. Оболочка и сердечник имеют разные коэффициенты преломления, которые обеспечиваются добавкой в стекло окислов разных металлов (чаще всего - германия и кремния). С уменьшением диаметра сердечника возрастает полоса пропускания оптического волокна и качественные показатели системы связи. Однако, при этом возрастают технологические трудности, как при изготовлении волокна, так и при сращивании отдельных звеньев, что приводит к увеличению стоимости. В последние годы появляются новые технологии и принципы организации связи по оптическим волокнам. В частности, развиваются системы на основе солитонных импульсов, позволяющие получать ничтожно малые потери и искажения сигналов.