tsure053

прямой видимости.

Основными методами обеспечения ЭМС для РРЛ прямой видимости являются:

1.Оценка электромагнитной обстановки в районе расположения РРС. Такая оценка осуществляется на основе сбора информации о плане размещения всех радиоэлектронных средств в данном районе с учетом используемых частот, мощностей передатчиков, направлении излучения, а также параметров приемников, антенн, и передаваемых сигналов. На основе такого анализа можно судить о целесообразности установки РРС в данном районе.

2.Исключение интенсивных дискретных составляющих в спектрах передаваемых сигналов. Если спектр передаваемого сигнала содержит достаточно мощную дискретную составляющую (например спектр ЧМ сигнала при модуляции многоканальным ТФ сообщением содержит мощную дискретную составляющую на частоте 4 кГц), то она может служить источником помех. Для уменьшения этих помех используют специальный сигнал – сигнал дисперсии (рассеивания), с помощью которого осуществляется рассеивание

мощности дискретных составляющих ЧМ сигналов.

При передаче сигналов по ЦРРЛ в цифровом сигнале присутствуют регулярно повторяющиеся символы и группы символов. Это приводит к появлению в спектре сигнала на выходе СВЧ передатчика интенсивных дискретных составляющих, которые могут мешать другим радиоэлектронным средствам.

Для рассеяния этих дискретных составляющих по частотному спектру также вводят сигналы дисперсии. Такая операция для ЦРРЛ называется скремблированием. Суть этой операции в том, что к исходному цифровому потоку добавляется псевдослучайная последовательность импульсов, что придает цифровому потоку более случайный характер. Скремблер обычно ставят перед модулятором М, а на выходе демодулятора Д ставят дескремблер.

Наряду с указанными, используются также методы пространственного и частотного разнесения, о которых говорилось выше.

2.5. Спутниковые и телевизионные системы связи. Типы искусственных спутников. Коммерческие системы спутниковой связи. Структура телевизионной системы, типы развертки, стандарты цветного

телевидения NTSC, SECAM, PAL

Спутниковые системы связи и телевизионные системы

Спутниковые системы связи это своего рода радиорелейная система с одним ретранслятором, расположенном в открытом космосе. При этом многие системы спутниковой связи используют теже самые полосы частот, что и наземные радиорелейные системы связи. В тоже время спутниковые системы открывают дополнительные возможности организации новых видов услуг и обслуживания, которые раньше нельзя было обеспечить с помощью радиорелей-

92

ных линий связи прямой видимости. Это прежде всего передача информации от одного источника очень большому числу приемников (телевидение, радиовещание, передача газет и др.), расположенных на большой территории. Это позволяет снять большую часть нагрузки с кабелей и радиорелейных сетей и использовать такие линии связи для нужд телефонии, телеграфной связи и других видов обслуживания.

Искусственные спутники используемые для связи могут быть двух типов: спутник на эллиптической орбите, вращающийся вокруг земли и неподвижный (стационарный) относительно поверхности земли на стационарной орбите, расположенной обязательно над экватором (стационарный спутник располагается на таком расстоянии от земли, чтобы центробежная сила отрывающая его от земли была равна силе притяжения. Т.к. масса спутника входит в расчетные формулы той и другой силы, это расстояние не зависит от массы спутника и равно 32 752 км над уровнем моря на экваторе). Вращающиеся спутники требуют установки на пунктах приема и передачи данных (на земле) вращающихся антенн, следящих за спутником. В случае спутника со стационарной орбитой это требование отпадает и антенное устройство упрощается. Через спутники оказывается возможным передача информации практически в любую точку земного шара. Однако при этом из-за значительного расстояния сигнал от спутника приходит очень слабый. Увеличить мощность сигнала можно двумя способами:

1.Сделать более узким луч, но при этом сужается диаметр пятна освещения лучом земной поверхности.

2.В настоящее время уже имеются достаточно мощные источники энергии, позволяющие просто увеличить до требуемых значений мощность излучения на самом спутнике.

Вспутниковых системах связи также как и в кабельных линиях или радиорелейных используется стандартная аппаратура, позволяющая создавать каналы связи всех рассмотренных ранее типов: телефонных, широкополосных и др. При этом, в современных условиях через спутниковые системы связи обеспечиваются такие виды услуг как телевидение и радиовещание, а также новый вид услуг телефонная радиосвязь между подвижными объектами. Для целей телевидения и радиовещания используются стандартные методы аналоговой модуляции и способы уплотнения с частотным разделением каналов. Для организации телефонной радиосвязи между стандартными или подвижными объектами используют цифровой способ передачи данных и соответственно цифровые методы модуляции речевых сигналов (ЦКМ, дельты модуляции и другие), для уплотнения линий связи применяют временное разделение каналов. Все эти методы мы с вами уже рассмотрели.

Поскольку спутниковые системы связи в настоящее время ориентированы в основном на передачу телевизионных программ поговорим немного о телевизионных системах.

93

Кроме того при достаточной частоте предъявлений отдельных статических изображений наступает слитное восприятие движения. Возможны различные траектории телевизионной развертки. При этом с точки зрения спектрального состава сигнала важным является постоянство линейной скорости развертки. На практике используется построчная развертка, когда все строки одного кадра передаются за один период его развертки по строкам как показано на рисунке

2.27.

Рис. 2.27.

Используется также и черезстрочная развертка за 2 периода – называемых полями: одно поле содержит все четные строки одного кадра, второе – все нечетные строки этого же кадра.

Распределение освещенности E(x,y) можно разложить в ряд Фурье

E(x, y) = ∑∞ Em ( y)cos( 2πem x +ϕm )

m=0

где m = e λm - число периодов, укладывающихся на ширине изобра-

жения e ;

Em(y) – амплитуда;

λm – период изменения яркости;

ϕm – начальная фаза m-го компонента.

Поскольку амплитуда Em(y) m-ой точки изображения зависит от координаты у ее можно представить

Em′′,n - амплитуда m-го компонента по ширине и n-го компонента по

высоте изображения;

n = h λn

Тогда, подставив Em(y) в выражение для E(x,y) получим

95

Т.к. при m=const слагаемые в аргументе первой косинусоидальной зависимости ряда изменяются от 0 до +∞, а во второй – от 0 до -∞, то оба компонента можно объединить изменив пределы изменения n от 0 до -∞ и обозначить

Таким образом, любое изображение может быть представлено в виде суммы бесконечного числа пространственных косинусоидальных волн с

Содержанием передаваемого изображения определяются амплитуды Еmn и начальные фазы ϕmn компонентов mn ряда.

При постоянной скорости развертки по строкам Vx и по кадрам Vy координаты передаваемых элементов изображения

x=Vxt=l0Z0fkt y= Vyt=h0fkt

изменяются пропорционально времени t, где fk –частота кадров;

Z0 – полное число строк в кадре.

Фототок в линейном ФЭП пропорционален освещенности элементов изображения

i(x,y)=cE(x,y)

Тогда

+∞ +∞

i = ∑ ∑Emn cos[2π(mZ0 fk + nfk )]+ϕmn

m=0 n=−∞

Слагаемые в круглых скобках имеют размерность частоты

96

f = mZ0 fk + nfk = mfгр + nfвр и определяют частотный спектр

телевизионного сигнала.

fгр – частота горизонтальной развертки, fвр – частота вертикальной развертки.

Z0=fгр/fвр – полное число строк в кадре

Этот спектр имеет дискретную структуру и содержит гармоники с номерами 0≤m<+∞, кратные частоте fгр, около каждой из которых группируются гармоники с номерами -∞≤n≤+∞, кратные fвр, как показано на рисунке 2.28.

n=0

m=0

Рис. 2.28.

При построчном разложении изображения отношения частоты горизонтальной (строчной) развертки fстр к частоте вертикальной (кадровой) fk развертки

fгр fвр = fстр fk = Z0

характеризуется целым числом Z0 строк в кадре. На интервале между двумя соседними гармониками частоты fгр=fстр укладывается Z0 целых интервалов частоты fk.

Втелевизионном вещании используют две несущие частоты. Одна из них – несущая частота изображения, другая несущая частота звука.

Разнос этих несущих стандартизирован и в разных странах различный.

ВРоссии он составляет 6,5 МГц, в Америке 4,5 МГц, 5,5 Мгц – в ряде стран западной Европы, 6 МГц – в Англии.

Для передачи TV изображений в нашей стране используют 12 радиоканалов в полосе частот от 48,5 до 230 МГц. На каждый канал отводится 8 МГц.

Вмире действуют 2 стандарта телевизионной развертки: Европа – 625 строк и 25 кадров в секунду; Америка – 525 строк и 30 кадров в секунду.

Стандартизованы также 3 системы цветного телевидения: NTSC,

SECAM, PAL.

Система NTSC разработана в США, ее стандарт принят в 1953 году и используется в Японии, Канаде и др.

Советско-Французская система SECAM и западногерманская система

PAL (1967).

97

Во всех этих системах цветовая информация передается на поднесущей частоте, расположенной в высокочастотной части спектра яркостного сигнала. Эти системы отличаются способами модуляции поднесущей частоты, видом цветоразностных сигналов и очередностью их передачи.

В системах NTSC и PAL в каждой строке изображения передаются два цветоразностных сигнала (например Е1 и Е2 ) одновременно модулирующих одну и туже поднесущую частоту fц

Результирующий сигнал

Es = E1 cos 2πfцt + E2 sin 2πfцt

по фазе ϕs = arctg(E1 E2 ) , где амплитуда несет информацию о насыщенности

цвета, а фаза о его цветовом тоне.

В качестве сигналов цветного телевидения могут быть использованы цветодельные сигналы ER, EG и EB соответствующие яркости красного, зеленого и синего цветов. Однако ввиду требования совместимости черно-белых и цветных телевизоров (возможность нормального приема цветных передача на черно-белых телевизорах и наоборот) предпочтительнее оказалось использовать цветоразностные сигналы и яркостный сигнал.

Совместный яркостный сигнал

E′y = 0,299ER′ +0,587EG +0,114EB

В системах NTSC используются цветоразностные сигналы

но не пересекаются. Они чередуются от строки к строке модулируя цветовую поднесущую частоту.

Более подробную информацию о принципах функционирования телевизионных систем можно получить в любом учебнике по телевидению, например Быков Р.Е. и др. Телевидение: учебное пособие – М. : Высшая школа,

98

1988, 248 с. 0.299, 0.701 и др. – яркостные компоненты, получены в результате физиологических исследований цветового зрительного восприятия.

Возвращаясь к системам спутниковой связи рассмотрим конкретную коммерческую систему фирмы SBS (США), разработанную в 70 годы. Эта система спутниковой связи обеспечивала широкополосными каналами цифрового типа (с использованием временного разделения каналов) крупные корпорации США, находящиеся в географически разнесенных районах. Эта система связи обеспечивает: цифровую передачу речевых сигналов, дистанционное совещание участников в переговорах, высокоскоростную факсимильную связь и связь между процессорами ЭВМ. Основную идею, положенную в основу этой системы связи иллюстрирует рисунок 2.29.

В системе используется многостанционный доступ с временным разделением. Каждый пункт пользователя имеет свою наземную станцию для доступа к спутнику. Передача на спутник и со спутника ведется методом многостанционного доступа с временным разделением, который требует чтобы каждая наземная станция передавала пачки данных на частоте общей несущей в предписанные интервалы времени, так, чтобы эти пачки данных никогда не перекрывали друг друга.

пачка данных со скоростью 48 Мбит/сек.

. . .

Рис. 2.29.

2.6. Волоконно-оптические системы связи. Типы оптических волокон и особенности распространения в них светового потока. Методы модуляции светового потока. Структура волоконно-оптической системы связи и виды источников светового излучения

Работы в области оптической связи активно начали развиваться с 1960 года, когда появились лазерные источники света. Однако до 1970 года вопрос практического использования волоконно-оптических систем связи (ВОСС) не рассматривался ввиду отсутствия оптического волокна с малым затуханием светового сигнала (менее 20 дБ/км). В настоящее время уже выпускаются волокна с

99

коэффициентом затухания α(λ)≤0,5 дБ/км для передачи сигнала на длине волны λ≥1,2 мкм и создание волоконно-оптических систем связи стало реальностью. Одним из достоинств волоконно-оптических систем связи является использование больших длин линий между ретрансляторами и возможность передачи данных большой информационной емкости, что значительно снижает стоимость систем связи.

Оптическое волокно и особенности распространения светового потока в оптическом волокне

Важнейшим компонентом ВОСС является оптическое волокно. В большинстве случаев оно изготавливается из стекла (SiO2 Siкремний, О2 - кислород), содержащего различные добавки. Эти добавки вводятся для того, чтобы контролировать показатель преломления стекла. Большинство волокон имеют цилиндрическую форму, с показателем преломления nc сердцевины немного большим показателя преломления оболочки n0. Профиль такого волокна показан на рисунке 2.30.

b- радиус оболчки волокна

a- радиус сердцевины волокна

Рис.2.30.

Различают волокна ступенчатые и градиентные. Профили показателей преломления ступенчатого и градиентного волокон показаны на рисунке 2.31.

100