Амплитудная характеристика канала тч

Характеристики канала тональной частоты

Международный телекоммуникационный союз (International Telecommunication Unit – ITU) нормирует характеристики каналов, причем требования к качеству каналов постоянно растут. Каналы ОАО «РЖД» должны соответствовать нормам ITU. Нормы задаются на условный (гипотетический) канал длиной 2500 км.

Электрические характеристики нормируются:

а) для канала ТЧ (0,3-3,4 кГц);

б) для групповых каналов.

Нормированные электрические характеристики можно разделить на две группы:

● основные, которые определяют качество передачи телефонных, телеграфных, фототелеграфных сигналов;

● дополнительные, которые определяют качество каналов передачи дискретных сигналов ПДИ и контролируют качество дискретных каналов.

К основным электрическим характеристикам относятся:

1) уровни передачи и динамический диапазон;

2) остаточное затухание и его среднеквадратическое отклонение от среднего значения на частоте 800 Гц;

3) амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);

4) фазо-частотная характеристика (ФЧХ);

5) амплитудная характеристика (АХ);

6) нелинейные искажения в канале связи;

7) устойчивость канала;

8) помехи в канале связи (КС) и уровни помех;

9) переходные влияния между каналами;

10) допустимые изменения частоты сигнала в КС.

Практическое значение имеет рабочее затухание канала, группового тракта или какого-либо элемента аппаратуры

,

где Рвх – уровень сигнала на входе; Рвых – уровень сигнала на выходе.

Разница между суммой усилений и суммой затуханий канала называется остаточным затуханием канала

.

Амлитудно-частотной характеристикойканала или тракта называют зависимость остаточного затухания (усиления) от частоты синусоидального сигнала (рис. 8). В связи с этим устанавливается полоса эффективно передаваемых частот (для канала ТЧ 0,3-3,4 кГц). Если в полосе эффективно передаваемых частот остаточное затухание значительно зависит от частоты, то будут наблюдаться амплитудно-частотные искажения передаваемых речевых сигналов. АЧХ нормируют, используя ступенчатые кривые — шаблоны, ограничивающие допустимые изменения ее в сторону увеличения затухания. Уменьшение затухания ограничивается соответствующей прямой линией, так как оно одинаково опасно на любой частоте из-за возможности возникновения генерации канала (рис. 9).

При пользовании шаблонами надо иметь в виду, что – отклонение остаточного затухания, где аоf — значение остаточного затухания на данной частоте; ао0,8 — значение остаточного затухания на частоте 0,8 кГц.

АЧХ позволяет оценить линейные амплитудно-частотные искажения, влияющие на разборчивость речи в телефонной передаче.

Амплитудная характеристика (АХ) представляет собой зависимость остаточного затухания (усиления) канала (тракта) от уровня на его входе (рис. 10). При больших уровнях на входе устройств, содержащих усилители или элементы с катушками индуктивности с магнитным сердечником (фильтры, выравниватели), может появиться насыщение сердечников или перегрузка усилителей. Затухание элемента изменится, и нарушится пропорциональная зависимость уровня на выходе от уровня на входе канала. Это приведет к появлению нелинейных искажений, проявляющихся в виде гармонических и комбинационных составляющих, что спровоцирует возникновение переходных помех между каналами.

В многоканальных системах передачи для предотвращения перегрузки групповых трактов на входе канала ТЧ включают ограничители амплитуд, которые вносят дополнительное затухание в канал при появлении сигнала от абонента с недопустимо большими уровнями. Амплитудная характеристика канала ТЧ с ограничителем амплитуд должна быть прямолинейна с точностью 0,5 дБ при изменении уровня на входе канала в точке с относительным нулевым уровнем от -18 до +3,5 дБ. При повышении уровня в той же точке до 9 дБ остаточное затухание должно увеличиться не менее чем на 1,7 дБ на каждом переприемном участке.

Снятие амплитудной характеристики канала ТЧ

Снятие частотной характеристики канала ТЧ

Подготовка прибора П-321 к работе

Подготовка прибора производится в следующем порядке:

—— снять крышку прибора;

— заземлять прибор;

— установить держатель предохранителя 0,15 А так чтобы надпись 220 совпала с белой риской;

— вынуть из крышки шнур питания прибора от сети перемен­ного тока 220/127 В и вставить в разъем питания на передней па­нели;

— включить питание прибора, для чего вилку шнура питания вставить в розетку ~220 блока Б 13 и тумблер ПИТАНИЕ устано­вить в положение ВКЛ.;

— переключатель НЕП. УУ установить в положение ГРАД. ПИТ. и потенциометром ГРАД. ПИТ. установить стрелку прибора на красную риску;

— установить тумблер ИЗМЕР. — УСИЛ. в положение ИЗМЕР., переключатель КГЦ—в положение 0,8;

— отградуировать измерительный генератор и указатель уров­ня, для чего переключатель НЕП. УУ установить поочередно в по­ложения ГРАД. ГЕН. и ГРАД. УУ и ручками с одноименными .над­писями установить стрелку прибора на красную ряску;

— подключить двухпроводные шнуры со специальной вилкой к зажимам ВЫХ. ГЕН. и ВХОД УУ;

— установить переключатель НЕП. ГЕН. в положение—1,5, тумблер 600 ОМ—ВЫС. СОПР.— в положение 600 ОМ, переклю­чатель НЕП. УУ—в положение +1.

Для снятия частотной характеристики канала ТЧ необходимо:

— установить измеряемый канал в 4-проводный режим;

— запросить корреспондента дать номинальный уровень с F=800 Гц по измеряемому каналу;

— подключить указатель уровня прибора к гнездам ПР изме­ряемого канала на блоке Б17 и отрегулировать остаточное затуха­ние с помощью соответствующего потенциометра на блоке МД-3 аппаратуры уплотнения;

— запросить корреспондента дать уровень на частотах F, при­веденных в табл. 6.1, измерить уровни приема Рпр и занести их в таблицу;

— рассчитать остаточное затухание на всех частотах и отклонение его от остаточного затухания, измеренного на частоте 800 Гц;

— данные расчета занести в табл. 6.1;

— по данным таблицы построить график зависимости;

— сравнить полученный график с трафаретом.

Таблица 6.1

Наименование параметров Величины параметров
F кГц 0.3 0,4 0,6 0,8 2,0. 2,4 3,0 3,4
Рпр Нп
Аост.f Нп
Изм. Аост.. Нп

Снятие частотной характеристики канала ТЧ в обратном на­правлении производится аналогично.

Для снятия амплитудной характеристики канала ТЧ необхо­димо:

— установить измеряемый канал в 4-проводный режим;

— запросить корреспондента дать номинальный уровень с час­тотой 800 Гц по измеряемому каналу;

— подключить указатель уровня прибора к гнездам ПР. изме­ряемого канала на блоке Б17 и отрегулировать остаточное затуха­ние;

— запросить корреспондента дать уровни Рвх, величины кото­рых указаны в табл. 6.2, частота сигнала поддерживается посто­янной F=800 Гц;

—. измерить уровни Рвых и занести их в табл. 6.2;

Таблица 6.2

Наименование параметров Величина параметров
Рвх Нп -2,0 —1,5 —1,0 -0,5
Рвых Нп —
Аост Нп

— рассчитать остаточное затухание при передаче различных уровней;

— по данным табл. 6.2 построить график зависимости Аост = f (Рвх)

— отклонение остаточного затухания от номинального должно соответствовать нормам МККР и МККТТ.

Снятие амплитудной характеристики канала ТЧ в обратном на­правлении производится аналогично.

Основные характеристики каналов связи и требования к ним

Различают относительный, абсолютный и измерительный уровни сигнала. Их выражают в логарифмических единицах децибелах (дБ) или неперах (Нп). Относительный уровень сигнала в некоторой точке канала связи определяется соотношением

где — напряжение и мощность сигнала, принятые за исходные;

— напряжение и мощность в точке измерения уровня. При определении абсолютного уровня исходную мощность принимают равной . Измерительным уровнем называется абсолютный уровень в данной точке, когда уровень на входе цепи равен 0 дБ.

Величина называется затуханием участка канала связи. Очевидно, что . Общее затухание канала связи длиной равно , где — погонное затухание.

Таблица 2.1 Характеристики канала

Характеристика Выражение Условия измерения Требования к характеристике
Относитель-ный уровень сигнала — напряжение и мощность сигнала, принятые за исходные; — напряжение и мощность в точке измерения уровня
Абсолютный уровень
Затухание участка канала
Общее затухание канала связи длиной , где — погонное затухание
Остаточное затухание Ом 800 Гц 7 0,43 дБ
Амплитудная характеристика 800 Гц 0,3 дБ при изменении -17,5…3,5 дБ
Коэффициент нелинейных искажений % 800 Гц 1,5%
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)
Полоса пропускания канала связи
Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) канала

Затухание пассивного участка канала связи определяется как разность уровней в логарифмических единицах на входе и выходе этого участка.Остаточное затухание определяется с учетом актив­ных усилительных элементов и представляет собой разность между уровнями сигнала на входе и выходе канала, измеренную на стан­дартной нагрузке 600 Ом. Стабильность остаточного затухания – важная характеристика канала связи, влияющая на устойчивость приема информации. Допустимое значение остаточного затухания канала при частоте сигнала 800 Гц, должно быть равно 7 0,43 дБ.


Амплитудная характеристика представляет собой зависимость величины остаточного затухания от уровня сигнала на входе при постоянной частоте измерительного сигнала, равной 800 Гц. Во избежание больших нелинейных искажений остаточное затухание канала должно оставаться постоянным с точностью до 0,3 дБ при изменении уровня сигнала на входе в пределах от -17,5 до 3,5 дБ.

Коэффициент нелинейных искажений представляет собой отношение эффективного напряжения гармоник, измеренных на выходе канала связи при подаче на его вход гармонического колебания с частотой 800 Гц, к эффективному значению выходного напряжения. Коэффициент нелинейных искажений канала связи на одном переприемном участке по низкой частоте должен быть не более 1,5% при номинальном уровне передачи на частоте 800 Гц. При наличии нескольких переприемных участков допускается увеличение этого коэффициента пропорционально числу таких участков.

Амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) канала называется зависимость его остаточного затухания от частоты.

Полосой пропускания канала связи называется область частот, в пределах которой остаточное затухание не превосходит 8,7 дБ остаточного затухания на частоте 800 Гц. Для канала тональной частоты (ТЧ) эта область частот находится в пределах 300…3400 Гц.

Фазо-частотной характеристикой (ФЧХ) канала называется зависимость сдвига фаз между колебаниями на входе и выходе канала от частоты несущего колебания. Если ФЧХ линейна во всем диапазоне частот спектра сигнала, то сигнал будет передаваться без искажений.

Требование на линейность ФЧХ канала ТЧ обусловливается неравномерностью группового времени распространения , равного отклонению группового времени распространения от его минимального значения , т.е. , где .

За допустимое значение величины при передаче данных принимается , где В – скорость модуляции. При передаче речевых сигналов нелинейность фазочастотной характеристики несущественна.

Основными характеристиками каналов связи, определяющих качество обмена информацией (QoS) являются достоверность и скорость передачи сообщений.

Количественной характеристикой оценки достоверности передачи в цифровых каналах является вероятность искажения одного бита (Ро). Требования к этой характеристике определяется системой управления, в которой используется этот канал и может изменяться в пределах 10-2 – 10-9.

Количественной характеристикой оценки достоверности передачи в цифровых каналах является относительное количество ошибочно принятых знаков (символов) сообщения апр получившее название – коэффициент ошибок:

где NОШ – число ошибочно принятых знаков (символов); N – общее число переданных знаков (символов) за время наблюдения tН.

Поскольку ошибки в канале возникают случайно, то коэффициент ошибок зависит от времени наблюдения. Поэтому в расчетах пользуются предельным значением

при достаточно большом времени наблюдения. В этом случае (практически уже при NОШ>20) предельное значение совпадает с вероятностью ошибки РОШ :

где m – число опытов, в которых появилась ошибка; n – общее число опытов.

При передаче непрерывных сообщений достоверность характеризуется степенью соответствия принятого сообщения (Uпр(t ) переданному (Uпер (t)). Количественной характеристикой является среднеквадратичная ошибка

Для цифровых каналов важной характеристикой является скорость передачи информации, которая определяется основанием кода (mc) и длительностью посылки (Т)

,

где Т – длительность посылки; m – основание кода.

Универсальным показателем эффективности системы связи является коэффициент η, характеризующий использование системой пропускной способности канала η= Vи/С` — информационная эффективность (С` — пропускная способность канала).

Для определенной скорости передачи в основном цифровом канале аналоговые телефонные сигналы квантуются по времени с частотой следования отсчетов, равной . Каждый отсчет кодируется 8 разрядами. В результате скорость передачи в цифровом телефонном канале составляет 64 кбит/с. Согласно рекомендаций МККТТ применяют стандартную скорость модуляции равную 144 кбит/с, что составляет два канала по 64 кбит и один канал телесигнализации 16 кбит/с. Использование дифференциальной ДИКМ позволяет снизить скорость в каждом канале до 32 кбит/с.

Линии связи

В качестве линий связи применяют проводные (кабельные) радио и оптические средства.

Кабельные линии связи это совокупность оконеч­ных и промежуточных усилительных пунктов, соединенных кабелями.В цифровых системах связи на усилительных пунктах, кроме усиления осуществляется регенерация сигналов, т.е. восстановление формы, длительности и амплитуды импульсов. В результате этого отношение сигнал/помеха определяется только участком между двумя соседними усилительными пунктами. В аналоговых же системах происходит накопление помех по мере прохождения усилительных пунктов. Усилительные пункты разделяются на обслуживаемые (ОУП) и необслуживаемые (НУП). Необслуживаемые усилительные пункты работают автоматически и управляются дистанционно с обслуживаемых усилительных пунктов по каналам телеуправления и телесигнализации. Электропитание для устройств необслуживаемых пунктов поступает с ближайшего обслуживаемого по жилам магистрального кабеля.

По конструкции кабельные линии подразделяются на воздушные, симметричные и коаксиальные.

Воздушная линия представляет собой пару медных проводов, подвешенных на опорах. Полоса пропускания такой пары составляет порядка 105 Гц.

Таблица 2.2

Конструкция Название Полоса частот (Гц) Длина волны Область применения
Воздушная линия > 3 км Линии сельской связи
Симметричная пара 300 м Городская телефонная сеть
Коаксиальная пара > 3 м Магистральные линии

По конструкции различают симметричные и коаксиальные кабели, а в зависимости от условий прокладки подземные, подводные и воздушные.

Для передачи сигналов на расстоянии десятков и сотен метров широкое применение находит кабель, основанный на использовании скрученной или витой паре. Симметричный кабель содержит несколько четверок проводов, заключенных в свинцовую (алюминиевую или стальную) оболочку. Диаметр провода равен 0,7-1,6 мм. Коаксиальный кабель содержит от 2 до 8 пар, также заключенных в оболочку. Диаметр внутреннего провода коаксиальной пары составляет 1-3 мм. Диаметр внешнего провода порядка в три раза больше. Для предохранения кабеля от проникновения влаги при повреждении оболочки под нею с использованием специальных баллонов на усилительных пунктах поддерживается избыточное давление (0,5 — 0,7 атмосферы). Кабель укладывается под землей на глубине от 0,8 до 1,2 м. Одна пара симметричного кабеля имеет полосу пропускания до 1 мГц, что позволяет организовать в ней до 120 каналов ТЧ, а коаксиального кабеля – до нескольких десятков мГц. Что позволяет организовать до нескольких тысяч каналов ТЧ. С увеличением числа каналов, организуемых в линии связи, уменьшается расстояние между усилительными пунктами. Так, в линии связи емкостью 24 канала протяженность участка между усилительными пунктами составляет 40 км, а в линии емкостью 60 каналов – около 20 км. При использовании коаксиального кабеля это расстояние еще меньше. Основные характеристики проводных линий связи приведены в таблице 2.2.

Кабели на скрученной (витой) паре содержат два или четыре витые пары с различным шагом скрутки. Каждая пара – это два скрученных изолированных проводника. Кабель накрыт внешней изоляционной оболочкой, защищающей провода от влаги и механических воздействий.

Скрученная пара проводов по свойствам существенно отличается от пары тех же прямых проводов, идущих рядом параллельно друг другу. При скручивании оказывается, что проводники идут всегда под некоторым углом друг к другу, что снижает емкостную и индуктивную связь между ними. Кроме того, значительный отрезок такого кабеля для внешних полей оказывается симметричным (круглым), что снижает его чувствительность к наводкам (по дифференциальной помехе) и внешние излучения при прохождении сигнала. Чем мельче шаг скрутки, тем меньше перекрестные помехи, но и больше погонное затухание кабеля, а также время распространения сигнала. Кабель может иметь различное исполнение, отдельные пары могут иметь экран из медной проволоки и/или фольги. В общий экран могут быть заключены и все пары кабеля.

Категория (Category) витой пары определяет частотный диапазон, в котором ее применение эффективно.

Кроме общепринятых обозначений кабелей по категориям, существует и классификация кабелей по типам (Туре), введенная фирмой ІВМ. В эту классификацию кроме медных кабелев попали и оптоволоконные. Понятия тип (Туре) и категория (Category) иногда путают, но в названиях кабелей по классификации ІВМ присутствует имя этой фирмы и слово «Туре».

Диапазон частот и области применения радиолинии приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Диапазон частот и области применения радиолинии

Коротковолновый (КВ) диапазон занимает область частот от 1 до 30 МГц. Электромагнитная энергия в KB диапазоне распространяется пространственными и наземными (поверхностными) лучами. При этом имеют место явления поглощения, преломления, отражения, дифрак­ции и интерференции волн. Явление дифракции (огибания) в этом диапазоне частот выражено слабо, поэтому поверхностная волна распространяется на небольшие расстояния — порядка нескольких десятков километров.

Преломление и многократное отражение радиоволн от Земли и ионизированных слоев атмосферы позволяет обеспечить связь на большие расстояние. Однако степень ионизации и высота ионизированных слоев изменяется в зависимости от времени года и суток, что изменяет условия распространения радиоволн KB диапазона. В результате дальность радиосвязи зависит не только от мощности передатчика и чувствительности приемника, но и от выбора рабо­чей частоты, состояния ионосферы и уровня помех. Для средств радиосвязи коротковолнового диапазона характерным является зами­рание сигналов. Причиной этих замираний является интерференция лучей, полученных за счет отражения сигналов от различных слоев ионосферы. В результате замираний существенно повышается вероят­ность ошибки при передаче цифровой информации и составляет по­рядка . Другим недостатком коротковолнового диапазона является низкая надежность связи при северных сияниях.

Достоинствами KB радиосвязи являются большая дальность дей­ствия при сравнительно малых средних мощностях передатчиков, возможность одновременного обмена информацией со многими абонентами; быстрое развертывание линий связи: обеспечение связи с труднодоступными районами и с абонентами, местоположение которых неизвестно.

Ультракоротковолновый диапазон занимает область частот от 30 до 300000 МГц.

Радиоволны этого диапазона не отражаются ионизированными слоями атмосферы, а распространяются над земной поверхностью на дальность прямой видимости, проходят ионизированные слои атмосферы и рассеиваются в мировом пространстве. Однако весьма малая часть электромагнитной энергии рассеивается за счет неоднородностей тропосферы и ионосферы, что создает возможности для организации тропосферной и ионосферной радиосвязи.

Особенности распространения УКВ позволили создать радиоли­нии прямой видимости, радиорелейные, тропосферные, ионосфер­ные, космические линии связи.

Независимо от вида радиосвязи УКВ диапазон имеет то явное преимущество, что частотная вместимость его составляет около МГц (против 29 МГц KB диапазона). Следовательно, в диапазоне УКВ возможна одновременная работа большого числа радио­станций с шириной спектра излучаемых сигналов до нескольких десятков мегагерц. Это дает возможность передавать в диапазоне УКВ широкополосные сигналы и использовать различные виды моду­ляции, требующие большой полосы частот и обладающие высокой помехоустойчивостью.

Рис.2.4 Радиорелейная линия связи

Радиорелейные линии связи представляют собой цепочку приемо-передающих станций сантиметрового, дециметрового или метро­вого диапазона, расположенных друг от друга на расстоянии пря­мой видимости. Дальность прямой видимости определяется по формуле , где и – соответственно высота передающей и приемной антенн в метрах. В реальных условиях составляют 40-60 км. В гористой местности в ряде случаев удается обеспечить прямую видимость на расстояние 110-150 м. Антенные системы высоконаправлены, что позволяет использовать передатчики небольшой мощ­ности (до 20 Вт) и резко ослабить воздействие внешних помех (и в частности преднамеренных), снизить взаимные помехи между радиостанциями. Уровень сигнала на входе приемника не зависит от времени и других внешних факторов, что повышает устойчивость связи. Использование радиорелейных линий обеспечивает устойчи­вую передачу информации. Однако необходимость наличия ретрансляторов, высоких опор для антенн усложняет и удорожает организации связи.

Тропосферные линии связи основаны на явлении рассеяния ультракоротких волн в тропосфере. Общий принцип тропосферной связи поясняется на рис.2.5. Антенны станций с большими коэффициентами усиления ориентируются так, чтобы их диаграммы направленности пересекались в тропосфере на высоте h. Объем тропосферы , образованный пересечением диаграмм направлен­ности антенн, рассеивает облучающие его радиоволны. Некоторая часть рассеянной электромагнитной энергии улавливается антенной станции 2 и поступает на вход приемника. Дальность тропосферной связи между двумя станциями определяется соотношением , где h – высота расположения рассеивающего объема; a -радиус Земли, равный 6370 км. Высота рассеиваю­щих слоев тропосферы ограничена 10-12 км. Поэтому дальность тро­посферной связи редко превышает 800-850 км, а чаще имеет значе­ние 250-500 км. Для ее увеличения используют тропосферные радио­релейные линии (ТРРЛ), отличающиеся от РРЛ прямой видимости зна­чительно большими интервалами ретрансляции. Тропосферные линии характеризуются большими потерями при рассеянии (до 230-240 дБ) и замираниями сигналов: длительными – часы; кратковременными – секунды, минуты. Для повышения устойчивости связи приходится использовать мощные передатчики (до 10 кВт и более), высокона­правленные антенны и разнесенный по пространству и частоте прием.

Несмотря на то, что оборудование станций тропосферной связи более сложное и дорогостоящее, чем радиорелейных, увеличение ин­тервалов ретрансляции делает тропосферные радиолинии незаменимы­ми для организации связи в труднодоступных или малонаселенных районах, а также для связи через морские пространства.

Космические линии связи содержат космические ретрансляторы, расположенные на орбитах высотой в несколько десятков тысяч кило­метров, которые видны на огромной территории. Это позволяет ор­ганизовать радиолинию протяженностью в несколько тысяч километ­ров. Максимальный размер зоны видимости (рис.2.6) определяется по формуле

, где — радиус (6370 км).

Из-за вносимых тропосферой шумов минимальный угол возвышения может быть , что уменьшает размер зоны радиовиди­мости ( ), Особенности распространения электромагнитных коле­баний через атмосферу, а также радиоизлучения различных планет, ограничивают диапазон частот для космических систем связи участком 2…8 ГГц.

Спутники-ретрансляторы могут располагаться на круговой или эллиптической орбитах.

Геостационарные спутники, располагаясь на высоте примерно 36000 км, находятся над заданной точкой земной поверхности. Этот эффект достигается за счет того, что КА, двигаясь со скоростью вращения Земли, как бы зависает над определенной точкой поверхности, расположенной на экваторе. Связь через геостационарный КА не имеет перерывов в обслуживании, обусловленных взаимным перемещением спутника и терминала пользователя. Система из трех спутников обеспечивает охват практически всей территории земной поверхности.

К достоинствам систем на геостационарной орбите следует отнести возможность обеспечения частоты за счет доплеровского эффекта.

Ресурс геостационарных КА достаточно высок: срок эксплуатации современных КА составляет около 15 лет. Но это не предел, теоретически он может быть увеличен до 25.

Однако эти системы имеют ряд недостатков. Спутники на геостационарных орбитах можно с успехом использовать для систем радио- и телевизионного вещания, где задержки в 250 мс в каждом направлении не сказываются на качественных характеристиках сигналов. В то же время в системах персональной радиотелефонной связи длительная задержка ухудшает качество телефонной связи. Суммарная величина задержки в этих системах составляеит 600 мс (с учетом времени обработки и коммутации в наземных сетях), что затрудняет общение абонентов даже при современной технике эхоподавления. В случае двойного скачка задержка становится уже неприемлемой более чем для 20% пользователей.

Системы со средневысотными КА обеспечивают более высокие характеристики обслуживания абонентов, чем геостационарные, за счет увеличения рабочих углов места и числа КА, находящихся одновременно в поле зрения наблюдателя. Радио видимость двух спутников обеспечивается 95% суточного времени. При этом, хотя бы один из спутников виден под углом более 30о. Благодаря этому не нужен дополнительный энергетический запас радиолинии на потери распространения в ближней зоне (деревья, здания и другие преграды).

Трасса средневысотных спутников проходит в диапазоне высот от 5000 до 15000 км. Они могут создать меньшую зону обслуживания, чем геостационарные, поэтому для глобального охвата наиболее населенных районов Земного шара и судоходных акваторий необходимо 7-12 спутников.

Особенностью низкоорбитальных КА является используемый диапазон частот – от 1 ГГц и легкие космические аппараты массой от 50 до 250 кг. В системе используется от 6 до 48 КА.

Основными параметрами, характеризующими тип эллиптической орбиты, являются период обращения спутника вокруг Земли и эксцентриситет (показатель эллиптичности орбиты). В настоящее время находят применение несколько типов эллиптических орбит с большим эксцентриситетом: «Борелиус» (период обращения 3 ч), «Архимед» (8 ч), «Молния» (12 ч), «Лопус» (14,4 ч), «Тундра» (24 ч).

За счет высокого апогея спутник на высоко эллиптических орбитах большую часть времени остается в зоне видимости определенного региона, обеспечивая связь в течение длительного времени. Так, спутник с орбитой типа «Молния» (апогей 400000 км, перигей 460 км) обеспечивает сеанс связи продолжительностью 8-10 час, а система из трех таких спутников — глобальную круглосуточную связь.

Эллиптические орбиты с более низким апогеем, такие как «Борелиус» (апогей 7840 км, перигей 520 км) или «Архимед» (апогей 26737 км, перигей 1000 км) предназначены для обеспечения региональной связи. Хотя системы, использующие эллиптические орбиты с более низким апогеем, выигрывают в энергетических характеристиках у высоко эллиптических, однако проигрывают им в продолжительности сеансов. Для обеспечения непрерывной круглосуточной связи с использованием орбит типа «Борелиус» требуется не менее 8 КА. Орбита «Борелиус» является солнечно-синхронной, что позволяет обеспечить максимальную зону обслуживания в освещаемых Солнцем регионах при углах радио видимости КА не менее 25о.

При выборе эллиптических орбит на величину наклонения плоскости орбиты к экватору накладываются существенные ограничения, поскольку из-за воздействия неоднородностей гравитационного поля Земли, большая ось эллиптической орбиты испытывает вращательный момент, что приводит к колебаниям широты под спутниковой точки в апогее.

Использование системы из 3-4 ИСЗЗ, расположенных на эллиптической орбите со смещением друг относительно друга, позволяет обеспечить непрерывную круглосуточную связь. Движение спутника-ретранслятора по таким орбитам со скоростью Vp обусловливает эффект Доплела. При передаче модулированных колебаний частота каждой спектральной составляющей изменяется в (1 + Vp/c) раз, где С – скорость света. Это приводит к дефоормации спектра сигнала. Для устранения искажений передаваемых сообщений необходимо компенсировать такую деформацию спектра. Вследствие больших расстояний между ретранслятором и земными станциями время запаздывания сигналов сравнительно велико (около 250 мс при высоте ИСЗ 36 тыс км). Такое запаздывание вызывает потерю «контакта» между абонентами. Указанная причина приводит также к появлению эхо-сигналов, т.е. к приему своего же сигнала, но с запаздыванием на удвоенное время распространения. Для уменьшения влияния эхо-сигналов используют специальные эхо-заградители.

При организации связи различают два метода использования ИСЗ: метод парных станций, при котором любые две наземные станции могут использовать спутник для двухсторонней связи только между собой и метод многих станций (много станционный доступ), при котором более двух наземных станций могут использовать один ИСЗ для одновременной связи каждой станции с любой другой или со всеми остальными станциями.

В случае многостанционного доступа (МД) спутник функционирует в сети, охватывающей много пунктов, каждый из которых в любое время может установить связь с другим пунктом. Он играет роль центральной станции, через которую проходят все абонентские линии данной сети. Наиболее простым и распространенным методом МД является частотное разделение каналов.

При временном разделении каналов требуемая ортогональность сигналов различных абонентов достигается тем, что каждой станции, входящей в сеть для излучения сигналов выделяется определенный временной интервал. Интервалы излучения всех станций взаимно синхронизированы.

Системы подвижной связи – это совокупность технических средств, обеспечивающих связь подвижных абонентов, как с абонентами телефонной сети общего пользования, так и между собой. Для организации связи выделен ряд участков в диапазоне от 30 до 1800 МГц. Системы подвижной связи подразделяются на транкинговые, сотовые и системы персонального вызова (пейджинговые).

В транкинговых системах в выделенном диапазоне частот организуется несколько (пучок) каналов связи, максимальное количество которых достигает 32. Территория, на которой размещается транкинговая система, может обслуживаться одной или несколькими базовыми станциями, соединенными между собой и с телефонной сетью общего пользования. Под термином «транкинг» понимают метод равного доступа абонентов к общему выделенному пучку каналов. Свободный канал закрепляется за абонентом на времяинформационного обмена. Для увеличения дальности действий системы предусматриваются несколько (от 2 до 16) ретрансляторов. Антенны с круговой диаграммой направленности размещаются на возвышенном месте зоны обслуживания. Для транкинговой системы выделены диапазоны частот 160, 450 и 900 мГц с размещением между каналами передачи и приема в 4, 10 и 15 мГц соответственно. В зависимости от указанного диапазона радийс зоны обслуживания составляет «. 10-15 и 5-10 км соответственно

В сотовых системах территория разбега на зоны обслуживания радиусом (2-5) км в форме правильного шестиугольника (соты). Каждая из сот обслуживается многоканальным приемопередатчиком – базовой станцией. Количество каналов базовой станции кратно 8 (8, 16, 32). Один из каналов является управляющим. На этом канале происходит установление соединения, а сам разговор осуществляется по свободному в данный момент каналу. Базовые станции соединены с центром коммутации подвижной связи (контрольной станцией), выделенных проводным или радиорелейным каналом. Она осуществляет управление базовыми станциями, постоянное слежение за подвижными станциями и организует эстафетную передачу абонента. Кроме того, она является интерфейсом между подвижными станциями и телефонной сетью общего пользования.

Пейджинговая сеть содержит передающее устройство, антенна которого имеет круговую диаграмму направленности и приемные устройства мобильных абонентов (пейджеры). Сообщения, передаваемые на пейджер, принимаются оператором сети по телефону и вводятся с помощью компьютера в сервер этой сети. Принятое сообщение отображается на дисплее пейджера. В двухсторонней пейджеровой сети имеется возможность не только посылать сообщения, но и получать ответ в виде квитанции (да, нет). Ответы даются путем нажатия кнопки. Для этого к стационарному пейджеру добавляется маломощный передатчик. Качественный скачок в развитии мобильной связи произошел после появления КА на низких круговых и средневысотных орбитах. Эти аппараты близки к поверхности Земли, что позволяет использовать дешевые малогабаритные терминалы и небольшие антенны, что существенно расширяет сферу телекоммуникационных услуг, обеспечивая пользователей глобальной персональной связью с помощью терминала типа «телефонная трубка». Однако переход на низкие орбиты нельзя считать генеральной тенденцией развития мобильной спутниковой связи. Столь же важным фактором в развитии мобильных спутниковых систем является переход на эллиптические орбиты. Есть основания полагать, что традиционные системы, использующие КА геостационарных орбитах найдут применение в мобильных системах связи.

Классификация систем мобильной спутниковой связи приведена на рис. 2.8.

В последние годы широкое распространение находят оптические линии связи. Оптический диапазон включает участок от до . Для целей связи перспективными являются волны длиной 0,3…30 мкм.

Достоинством оптических линий связи является неподверженность внешним электромагнитным полям, большая пропускная способность, малый объем и вес.

Так, на волне длиной 1 мкм полоса частот, составляющая всего один процент от несущей частоты, равна , что соответствует практически всему радиодиапазону. В настоящее время по волоконным световодам уже можно осуществить передачу сигналов с шириной спектра до нескольких гигагерц на расстояние до нескольких километров без промежуточных усилительных пунктов. Оптические волокна изготавливаются из кварцевого стекла с добавлением окиси германия. Диаметр поперечного сечения имеет величину порядка 0,1…0,2 мм. Волокно представляет собой, фактически, диэлектрический оптический волновод. В таких волноводах (как и в металлических) возможно распространение волн с определенным распределением по поперечному сечению электрического и магнитного полей. Эти волны называют модами. Волокна, в которых может распространяться только одна мода, называют одномодовыми. Волоконно-оптический кабель состоит из нескольких волокон (может быть несколько десятков). Источниками света в волоконно-оптических линиях являются полупроводниковые лазеры или светодиоды. При передаче сигналов между космическими аппаратами источниками света являются газовые или твердотельные лазеры. Приемники обычно прямого детектирования. Фотодетекторы представляют собой фотодиоды.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *