литература / Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей, 2004

Звуковой сигнал ТВ їзс їзв їигп ТВ сигнал

' с П " і 1 2 1 3 1 4 1 5

Рис. 22. Спектр частот сигналов в спутниковой системе связи «Орбита-2»

Функциональная схема передающей ЗС «Орбита-2» представлена на рис. 23, где приняты следующие обозначения: УПС ИГП - устройство преобразования сигналов изображения газетных полос методом ЧМ поднесущей /игп в соответствующую полосу частот; УСС - устройство совмещения сигналов ИГП и ЗВ; УСС ТВ и ЗС - устройство совмещения ТВ сигнала и сигнала звукового сопровождения (ЗС); МД и ПТПЧ - модулятор и передающий тракт промежуточной частоты; ПТВЧ - передающий тракт СВЧ; Анпер - передающая антенна. Назначение всех элементов очевидно и особых пояснений не требует. Только отметим, что сигнал, поступающий на частотный модулятор передающей ЗС «Орбита-2», как и на РРЛ, предварительно подвергается частотным предыскажениям. Кроме линейных предыскажений передаваемого сигнала на спутниковой линии связи используется еще и нелинейная обработка ТВ сигнала. Ее целью является получение дополнительного выигрыша в помехоустойчивости на 24 дБ без видимых искажений ТВ изображения.

Рис. 23. Функциональная схема передающей земной станции

Функциональная схема активного ретранслятора ИСЗ типа «Молния» приведена на рис. 24. Ретранслятор работает следующим образом. Принятый антенной Ан сигнал с частотой поступает на разделительный фильтр РФ и далее на преобразователь частоты ПЧ-1. На второй вход ПЧ поступает сигнал от гетеродина Гетпр. Затем преобразованный сигнал с частотой усиливается усилителем промежуточной частоты УПЧ-1 и поступает на второй преобразователь частоты ПЧ-2, работающий совместно с гетеродином передатчика Гетпер. На выходе ПЧ-2 образуется радиосигнал

с частотой /„ер. Данный сигнал усиливается по мощности усилителем УМ и через разделительный фильтр РФ и антенну Ан передается в направлении Земли.

1пч ^ пч-1 Н | УПЧ У|—|

Рис. 24. Структурная схема активного ретранслятора ИСЗ типа «Молния»

Для слежения за ИСЗ в приемной ЗС используются параболические антенны с диаметром зеркала 12 м, установленные на полноповоротном опорном устройстве. В целом ЗС представляет собой довольно сложное и дорогое сооружение.

К настоящему времени в России построено около 90 приемных станций «Орбиты». Приемная сеть системы «Орбита-2» является косвенной распределительной сетью, т.е. наземные станции принимают через ИСЗ ТВ сигнал и по наземным соединительным линиям передают на ближайшие телецентры или мощные ретрансляторы, которые доводят их до абонентов в метровом или дециметровом диапазоне волн. Эксплуатация системы «Орбита-2» показала ее эффективность только в крупных населенных пунктах.

С целью повышения экономической эффективности была введена в эксплуатацию спутниковая система передачи «Экран», использующая ИСЗ, находящийся, на геостационарной орбите (ГСО).

Для расширения зоны обслуживания без опасности создания помех наземным службам была введена в эксплуатацию спутниковая система «Москва». Подача ТВ сигналов на сеть земных приемных станций осуществляется через геостационарный ИСЗ.

Создание современной многопрограммной ТВ сети невозможно на основе систем «Орбита-2», «Экран», «Москва» из-за их однонаправленности. Поэтому перспективой ТВ с помощью ИСЗ является непосредственное телевизионное вещание (НТВ) при использовании наиболее выгодного в экономическом отношении диапазона частот 11,7... 12,5 ГГц. В этой полосе частот создаются многопрограммные национальные сети СТВ. В настоящее время в России для НТВ запускается на ГСО серия связных ИСЗ типа «ГАЛС». Находит применение многоканальная система НТВ, позволяющая

по одному стандартному спутниковому ТВ каналу передавать от трех до восьми ТВ программ.

Телевизионные устройства непосредственного приема сиг-

налов со связных ИСЗ. Для непосредственного приема спутниковых ТВ сигналов стандартные телевизоры должны быть дополнительно оборудованы специальными приемными устройствами, осуществляющими преобразование принятых радиосигналов в диапазоне 11,7... 12,5 ГГц в полосу частот одного из свободных в данной местности ТВ радиоканалов 1-\/ частотных диапазонов. Подобные приемные устройства делятся на две группы - установки индивидуального и коллективного приема.

В состав аппаратуры непосредственного приема спутниковых ТВ сигналов входят: антенная система, устройство дистанционного управления антенной, поляризатор, обеспечивающий выделение радиосигнала с выбранным направлением круговой поляризации, и преобразователь спутниковых радиосигналов.

Обобщенная функциональная схема ТВ установки для приема радиосигналов спутникового НТВ приведена на рис. 25.

Рис. 25. Функциональная схема ТВ установки для приема радиосигналов спутникового НТВ

Радиосигналы с различными видами круговой поляризации непосредственно принимаются параболической антенной с диаметром зеркала 0,9 м, усилением около 38,5 дБ в диапазоне 12 ГГц и шириной диаграммы направленности по уровню половинной мощности около 2°. Неотъемлемой частью приемной аппаратуры спутниковых сигналов является позиционер, т.е. устройство дистанционного управления антенной системой. С помощью позиционера имеется возможность перестраивать антенну на различные ИСЗ, находящиеся на разных позициях геостационарной орбиты.

Обычно антенная система устанавливается на некотором удалении (на расстоянии нескольких десятков метров) от основного оборудования приема спутниковых ТВ сигналов. В этом случае стандартный антенный ТВ коаксиальный кабель для передачи сигналов в диапазоне 12 ГГц не годится. Уже при передаче на 1 м радиосигнал столь высокой частоты таким кабелем будет полностью рассеян, так как верхняя критическая рабочая частота коаксиального кабеля в несколько раз ниже частот радиосигналов с ИСЗ, для передачи таких высоких частот необходимы специальные волноводы. На практике за счет применения конверторов используется метод понижения несущих частот принимаемых сигналов. Поэтому выпускаемая аппаратура непосредственного приема ТВ сигналов в диапазоне 12 ГГц выполняется по схеме с двойным преобразованием частоты и конструктивно состоит из двух разделенных блоков (см. рис. 25): вынесенного (наружного) и внутреннего, образующих устройство преобразования ТВ радиосигналов. Данное техническое решение оптимально с точки зрения высокой избирательности приемного устройства по соседнему каналу, подавления помех зеркального канала и обратного излучения гетеродина. Вынесенный блок, исполняющий роль конвертора, укрепляется непосредственно у облучателя параболической антенны. В этом случае принимаемый антенной радиосигнал по отрезку волновода проходит через поляризатор на вход конвертора. В конверторе принятые радиосигналы после первого преобразования переносятся в диапазон частот первой промежуточной частоты,

усиливаются и передаются по коаксиальному кабелю на вход внутреннего блока. Для первой промежуточной частоты радиосигнала рекомендована полоса частот 0,95... 1,75 ГГц, расположенная выше диапазона наземного ТВ вещания. Во внутреннем блоке осуществляется второе преобразование частоты, демодуляция принятых радиосигналов, т.е. их частотная демодуляция, а затем АМ и перенос в один из стандартных радиоканалов частотных диапазонов, соответствующих метровым или дециметровым волнам. Причем внутренний блок выделяет только один радиосигнал из всего диапазона рабочих частот приемного оборудования шириной 800 МГц, соответствующий определенной ТВ программе. Фактически внутренний блок является спутниковым тюнером, построенным по классической схеме супергетеродинного приемника. Выход внутреннего блока аппаратуры непосредственного приема спутниковых радиосигналов соединяется с антенным входом обычного телевизора.

В современных приемных установках спутниковых сигналов выбор радиосигнала с нужным направлением круговой поляризации осуществляется механическим или магнитным поляризатором дистанционно с помощью управляющих импульсов, вырабатываемых во внутреннем блоке.

Вопросы для самоконтроля

1.Назовите основные элементы передатчика и приемника радиоствола и укажите их назначение.

2.Назовите основные элементы типового тракта промежуточной частоты радиорелейной линии и укажите их назначение.

3.Классификация и принципы построения приемопередающей аппаратуры промежуточных станций радиорелейных линий передачи.

4.Назовите основные элементы цифровой радиорелейной системы передачи оконечной станции и укажите их назначение.

5.Назовите основные элементы цифровой радиорелейной системы передачи промежуточной, станции и укажите их назначение.

6.Укажите особенности построения станций тропосферных радиорелейных линий и область их применения.

7.Назовите основные элементы схемы передающей аппаратуры тропосферной радиорелейной линии передачи и укажите их назначение.

8.Сущность техники разнесенного приема и способы его организации для тропосферных радиорелейных линий передачи.

9.Назовите способы сложения разнесенных сигналов и дайте их сравнительный анализ.

10.Поясните физическую сущность счетверенного приема.

11.Укажите назначение основных элементов структурной схемы передающей аппаратуры телевизионного ствола радиорелейной линии передачи.

12.Назовите основные принципы построения спутниковых систем передачи.

13.Назовите орбиты связных искусственных спутников Земли (ИСЗ) и дайте их сравнительный анализ.

14.Сущность многостанционного доступа. Классификация способов многостанционного доступа.

15.Назовите основные элементы схемы передающей земной станции спутникового телевидения и укажите их назначение.

16.Назовите основные элементы схемы активного ретранслятора ИСЗ

иукажите их назначение.

17.Назовите основные элементы и их назначение схемы приема радиосигналов спутникового непосредственного телевидения - НТВ.

Часть 8. Основы построения телекоммуникационных сетей

Л е к ц и я 18

Общие принципы построения телекоммуникационных сетей

Основные понятия и определения

Передача и распределение информационных сообщений между миллионами и сотнями миллионов источников и потребителей информации (условно абонентами) возможны на основе сетей связи. Сети связи, построенные на основе средств электросвязи, называются телекоммуникационными сетями. Передача сообщений и их распределение возможны при наличии систем передачи и распределения сообщений (СПРС), т.е. систем связи в широком смысле. Такие системы называются сетями электросвязи. На рис. 1 изображена сеть, в которой оконечные пункты (ОП) соединены между собой одним каналом (моноканалом), образуя многоточечное соединение, а на рис. 2 - полносвязная сеть, в которой ОП соединяются по принципу «каждый с каждым».

Рис. 1. Многоточечное соединение

Рис. 2. Полноценная сеть

Рассмотренные виды сетей являются некоммутируемыми, так как связь между оконечными устройствами или терминалами (абонентами) осуществляется по постоянно закрепленным (некоммутируемым) или выделенным каналам.

Распределение сообщений в таких сетях обеспечивается специальными методами доступа или процедурами управления передачей сообщений. Они служат для уведомления о том, какие абоненты будут осуществлять обмен сообщениями. При увеличении числа абонентов в многоточечной сети значительно возрастают задержки при передаче сообщений, а в полносвязных сетях существенно возрастает число каналов связи.

Устранение этих недостатков связано с использованием коммутируемых сетей СПРС, в которых абоненты связаны между собой не непосредственно, а через один или несколько узлов (центров) коммутации (УК иди ЦК). Следовательно, коммутируемая СПРС представляет собой совокупность ОП, УК и соединяющих их линий передачи.

Такая сеть позволяет более полно использовать пропускную способность каналов связи, которые являются самой дорогостоящей частью любой сети. Поэтому коммутируемые сети получили более широкое распространение.

Сеть электросвязи представляет собой сложную совокупность линий передачи, сетевых узлов и сетевых станций, обеспечивающую доставку сообщений по заданному адресу с выполнением требований по времени доставки, верности и надежности.

Назначение и состав сетей электросвязи

Основными компонентами сети электросвязи являются:

сетевые узлы и сетевые станции, в которых устанавливается каналообразующая аппаратура и осуществляется переключение каналов или групп каналов и сетевых трактов;

линии передачи, соединяющие между собой сетевые станции или сетевые узлы и оконечные устройства;

узлы (центры) коммутации (УК), распределяющие сообщения в соответствии с адресом; УК могут быть транзитными, оконечными (если к ним подключаются ОП) и смешанного типа;

оконечные пункты (ОП), обеспечивающие ввод/вывод сообщений абонента. ОП, расположенный непосредственно у абонента, называется абонентским пунктом (АП). АП может быть индивидуального пользования, часто называемый терминалом, или коллективного пользования;

концентраторы и мультиплексоры, обеспечивающие улучшение использования пропускной способности каналов связи путем их

уплотнения. Каналы могут быть магистральными (между УК) и абонентскими (между ОП и УК);

многоуровневая система управления, обеспечивающая эффективное использование сетевых ресурсов.

Классификация сетей электросвязи. Данная классификация основана на следующих признаках.

1.По типу передаваемых сообщений: телефонные сети, телеграфные сети, сети передачи данных, факсимильные сети и передачи газет, сети звукового вещания, цифровые сети интегрального обслуживания.

2.По категории пользователей: сети общего назначения, ведомственные (корпоративные) сети.

3.По скорости передачи сообщений: низкоскоростные сети, среднескоростные сети, высокоскоростные сети.

4.По размеру (степени охвата): глобальные сети, региональные (зональные) сети; локальные сети.

5.По способу коммутации: сети с долговременной (кроссовой) коммутацией, сети с оперативной коммутацией, сети с коммутацией каналов (КК), сети с коммутацией сообщений (КС), сети с коммутацией пакетов (КП), сети с гибридной коммутацией (ГК), сети с адаптивной коммутацией (АК).

6.По типам используемых каналов связи: проводные сети, радиосети, волоконно-оптические сети, спутниковые сети.

7.По способу управления сетью: централизованное управление, децентрализованное управление, смешанное управление, статическое управление, квазистатическое управление, динамическое управление.

Система управления сетью предназначена для наиболее эффективного использования сетевых ресурсов в изменяющихся условиях эксплуатации.

По принципу размещения системы управления различают централизованное управление, когда основные функции управления сетью выполняет специально выделенный центр управления. Децентрализованное управление имеет распределенную структуру. Смешанное (зоновое) управление предлагает централизованное управление внутри определенных зон, а зоны управляются централизованно (возможно и наоборот).

По степени приспособления (адаптации) системы управления к ситуации сложившейся на сети, различают:

статическое управление, когда возможные изменения заранее предусмотрены, а если происходят непредусмотренные изменения, то сеть выходит из строя;

квазистатическое управление, когда система управления может противостоять некоторым нарушениям, не предусмотренным основной программой работы сети;

динамическое управление, когда система управления обеспечивает эффективную работу сети, отслеживая ее текущее состояние.

Методы коммутации в сетях электросвязи

Для доставки сообщений в сетях электросвязи могут быть установлены соединения двух видов - долговременные и оперативные.

Долговременной, или кроссовой, коммутацией называется способ, при котором между двумя точками сети устанавливается постоянное прямое соединение, длительность которого измеряется часами, сутками и т.д. Каналы связи, участвующие в таких соединениях, называются выделенными.

Более распространенной является оперативная коммутация, когда между двумя точками сети организуется временное соединение.

Известны два основных принципа оперативной коммутации: непосредственное соединение; соединение с накоплением информации.

При непосредственном соединении осуществляется физическое соединение входящих в УК каналов с соответствующими адресу исходящими каналами.

При соединении с накоплением сигналы из входящих в УК каналов сначала записываются в запоминающее устройство (ЗУ), а затем поступают в исходящие каналы по мере их освобождения.

Системы, реализующие непосредственное соединение, называются системами с отказами, а соединение с накоплением информации - системами с ожиданием. Различие в месте и способе хранения существенно влияет на услуги, оказываемые абонентам сети.

Принцип непосредственного соединения реализуется в системе коммутации каналов (КК).

Коммутация каналов - это совокупность операций по соединению каналов для получения сквозного физического канала между ОП через УК.

При коммутации каналов сначала организуется сквозной канал между абонентами через УК, а затем происходит передача сообще-

ний. Установленное соединение ликвидируется после соответствующего решения абонентов.

Достоинства коммутации каналов состоят в следующем:

после организации соединения абоненты могут вести передачу в любое время, независимо от нагрузки других абонентов;

передача осуществляется с фиксированной задержкой, т.е. в реальном масштабе времени (режим диалога).

Недостатки этого способа установления соединений заключаются в плохом использовании ресурсов сети, в частности каналов, если взаимодействующие абоненты недостаточно активны и между передачами получаются длительные паузы. Например, при передаче данных полезная нагрузка составляет единицы процентов от выделенной пропускной способности.

При коммутации с накоплением ОП постоянно связан со своим УК (или несколькими УК) и передает ему сообщения, которые затем через другие УК передаются соответствующим абонентам. Существуют две разновидности систем с накоплением: система коммутации сообщений (КС) и система коммутации пакетов (КП).

Фазы коммутации каналов. Установление соединения путем коммутации каналов проходит следующие фазы.

1.Направление заявки на соединение. Для этого вызывающий абонент с помощью вызывного устройства посылает по абонентской линии в УК заявку на соединение, содержащую условный адрес вызываемого абонента.

2.Организация сквозного физического канала. Оборудование УК по полученной заявке осуществляет соединение соответствующих абонентских линий, если абоненты принадлежат одному УК, или магистральных линий между УК, к которым принадлежат участвующие в сеансе связи абоненты. После организации сквозного канала вызывающий абонент получает из УК сигнал установления соединения, а вызываемый абонент - сигнал вызова.

3.Передача сообщений между абонентами. Обмен может быть одно- и двусторонним, если коммутируются двусторонние каналы связи.

4.Разрушение соединения. После завершения сеанса передачи

иполучения от абонента сигнала отбоя аппаратура УК разрушает установленное соединение.

Фазы коммутации сообщений. Для коммутации сообщений ха-

рактерны следующие фазы установления соединения.