Лінії зв’язку

У системах передачі інформації і в системах телемеханіки зокрема основним елементом є лінія зв'язку. Саме в лінії зв'язку передаваний сигнал піддається найбільшим спотворенням за рахунок дії природних (а іноді і штучно створених) перешкод або шумів від різних джерел.

Рівень шумів в лінії зв'язку прийнято характеризувати відношенням потужності сигналу до потужності шуму: (у децибелах).

Звичайно на виході ліній зв'язку це відношення складає 20 - 30 дБ.

По степені проходження по лінії зв'язку, потужність сигналу за рахунок активних втрат зменшується, тобто лінія зв'язку вносить певне загасання. Загасання чисельно означає, в скільки разів зменшується потужність сигналу при його проходженні по лінії зв'язку певної відстані.

Для вимірювання загасання використовують логарифмічну одиницю відношення - непер (Нп). Загасання 1 Нп/км означає, що потужність сигналу при проходженні 1 км зменшується в е = 2,72 разів. Чим менше загасання лінії зв'язку, тим на більшу відстань можна передати по ній сигнал без додаткового підсилення, тобто тим більша дальність дії лінії зв’язку.

Як рівень шумів, так і загасання лінії зв'язку не однакові на різних частотах. Тому для передачі сигналів вибирають такі діапазони частот, на яких потужність шумів і загасання лінії зв'язку мають мінімальні значення. Діапазон частот, в якому забезпечується передача сигналів при заданому рівні шумів і загасанні, називається смугою пропускання ( ) лінії зв'язку.

В основному лінія зв'язку характеризується інформаційними параметрами і перш за все пропускною спроможністю.

Під пропускною спроможністю розуміють ту максимальну кількість інформації, яку можна передати по лінії зв'язку в одиницю часу без помилок. По формулі Шеннона пропускна спроможність обчислюється:

.

Таким чином, для збільшення пропускної спроможності лінії зв'язку необхідно розширювати смугу пропускання ( ), збільшувати потужність сигналу Р_с і знижувати потужність шуму Р_ш.

Розглянемо основні види ліній зв'язку. Практично у всіх системах телемеханіки використовуються електричні лінії зв'язку, в яких для передачі повідомлень використовуються електромагнітні коливання. Для підводного зв'язку і управління знаходять застосування акустичні лінії зв'язку. Електричні лінії зв'язку прийнято ділити на дві великі групи: дротові і бездротові. Дротові лінії зв'язку, у свою чергу, можна розділити на повітряні і кабельні лінії.

Повітряні лінії зв'язку є сталевими, мідними або біметалевими дротами, які за допомогою ізоляторів кріпляться до опор. Рівень шумів і загасання в таких лініях досить високі, тому смуга пропускання їх не перевищує (150 -160 кГц). Надійність повітряних ліній також низька.

Значно вищими параметрами мають підземні кабельні лінії зв'язку. Смуга пропускання симетричних кабельних ліній досягає 1 МГц, а коаксіальних - 50 МГц і більше. Завдяки широкій смузі пропускання і високої надійності кабельні лінії все частіше застосовуються для створення дальніх ліній зв'язку, хоча вартість їх порівняно висока. Для компенсації загасання сигналу при передачі його на великі відстані через кожні декілька десятків кілометрів в лінію включають проміжні підсилювачі. У перспективі в кабельних лініях зв'язку можливе використовування оптичного діапазону за рахунок застосування лазерів і волоконної оптики. Це різко підвищить смугу пропускання кабельних ліній.

Для зниження вартості телемеханічних систем, як лінії зв'язку можна використовувати лінії, призначені для інших цілей. Так, широке застосування для передачі сигналів телемеханіки знаходять лінії електропередачі. Такі лінії, окрім своєї основної функції - передачі електричної енергії постійного або змінного струму промислової частоти 50 Гц, передають сигнали телемеханіки на частотах від 30 до 500 кГц. Для цього використовують спеціальну апаратуру під'єднування і обробки. Як лінії зв'язку в телемеханіці використовують також контактні мережі для електричного транспорту.

Для передачі телемеханічних сигналів на великі відстані для управління рухомими об'єктами і в космічних системах застосовують бездротові лінії: радіо і лазерні лінії зв'язку.

Для передачі сигналів телемеханіки по радіолініях використовують діапазон дециметрових хвиль (від 300 до 3000 МГц), в якому достатньо низький рівень шумів. Для збільшення дальності дії і зменшення впливу перешкод в передавачах і приймачах радіоліній використовують гостронаправлені антени. Радіохвилі дециметрового діапазону можуть використовуватися практично тільки в межах прямої видимості, яка обмежена кривизною земної поверхні. Тому при передачі сигналів на велику відстань використовують радіорелейні лінії. Між передавачем і приймачем через кожні 40 - 60 км встановлюють проміжні пункти ретрансляції. У цих пунктах виробляється прийом сигналу, відділення його від перешкод, підсилення і подальша передача. Все частіше як пункти ретрансляції використовують штучні супутники Землі.

Величезними можливостями володіють лазерні лінії зв'язку, в яких може використовуватися надзвичайно широкий діапазон частот - від радіохвиль до видимого світла . Випромінювання цього діапазону досить швидко затухають в земній атмосфері, тому застосування бездротових лазерних ліній зв'язку найбільш перспективне для космічних систем, а в земних умовах - при відстанях не більше декількох десятків кілометрів.

Пристрої телемеханіки можуть займати, або абонувати, канали постійно або лише на час передачі сигналу. У першому випадку канал називається виділеним, в другому - комутованим. Залежно від можливого напряму передачі розрізняють канали симплексні (сигнали передаються в одному напрямі), дуплексні (можлива передача в обох напрямах одночасно) і напівдуплексні (напрям передачі може бути змінене у будь-який момент часу).

Використовування стандартних каналів зв'язку, природно, вимагає уніфікації і стандартизації, як самих телемеханічних пристроїв, так і сигналів, що несуть інформацію.