Файл: Учебное пособие СанктПетербург 2014.pdf

19 волна, которая для компенсации затухания сигнала периодически усиливается
(в случае цифровой передачи детектируется и восстанавливается ретранслято- рами) вдоль тракта передачи.
В приемнике интенсивность света детектируется фотодиодом, чей вы- ход является электрическим сигналом, который изменяется пропорционально мощности света на входе фотодиода. Источники шума в волоконно-оптических каналах – это фотодиоды и электронные усилители. Предполагается, что во- локонно-оптические каналы заменят почти все каналы проводной линии свя- зи в телефонной сети на рубеже столетия.
Беспроводные (радио) каналы. В системах беспроводной связи (радио- связи) электромагнитная энергия передается в среду распространения антенной, которая служит излучателем. Физические размеры и структура антенны зави- сят, прежде всего, от рабочей частоты. Чтобы получить эффективное излучение электромагнитной энергии, размеры антенны должны быть больше чем 1/10 длины волны.
Способы распространения электромагнитных волн в атмосфере и в сво- бодном пространстве можно разделить на три категории, а именно:
 распространение поверхностной волной;
 распространение пространственной волной;
 распространение прямой волной.
В диапазоне очень низких частот (ОНЧ) и звуковом диапазоне, в которых длины волн превышают 10 км,Земля и ионосфера образуют волновод для распространения электромагнитных волн.
В этих частотных диапазонах сигналы связи фактически распространяют- ся вокруг всего земного шара. По этой причине эти диапазоны частот во всём мире используются прежде всего для решения навигационных задач при управ- лении удаденными объектами.Ширина полосы частот канала, доступной в этих диапазонах, относительно мала (обычно составляет 1...10% центральной час- тоты), и, следовательно, информация, которая передается через эти каналы, имеет относительно низкую скорость передачи и обычно неприемлема для цифровой передачи.
Доминирующий тип шума на этих частотах обусловлен грозовой дея- тельностью вокруг земного шара, особенно в тропических областях. Интерфе- ренция возникает из-за большого числа станций в этих диапазонах частот.
Распространение земной волной, как иллюстрируется на рис. 1.4, является основным видом распространения для сигналов в полосе средних частот
(0,3..3 МГц). Это диапазон частот, используемый для радиовещания с AM и морского радиовещания.
При AM радиовещания и распространении земной волной дальность свя- зи даже при использовании мощных радиостанций ограничена 150 км. Атмо- сферные шумы, промышленные шумы и тепловые шумы от электронных ком- понентов приёмника являются основными причинами искажений сигналов, передаваемых в диапазоне средних частот.
Частным случаем распространения пространственной волны является ио- носферное распространение, иллюстрируемое рис. 1.5.

20
Рис. 1.4. Распространение поверхностной волны
Рис. 1.5. Ионосферное распространение пространственной волны
Оно сводится к отражению (отклонение или рефракция волны) переда- ваемого сигнала от ионосферы, которая состоит из нескольких слоев заряжен- ных частиц, расположенных на высоте 50...400 кмот поверхности Земли.
В дневное время суток разогрев нижних слоев атмосферы солнцем обуслов- ливает появление нижнего слоя на высоте ниже 120 км.Эти нижние слои, осо- бенно D-слой, вызывают поглощение частот ниже 2 МГц, таким образом, огра- ничивая распространение ионосферной волной радиопередач AM радиовеща- ния.
Однако в течение ночных часов электронная концентрация частиц в ниж- них слоях ионосферы резко падает, и частотное поглощение, которое встреча- ется в дневное время, значительно сокращается. Как следствие, мощные ра- диовещательные сигналы с AM могут распространяться на большие расстоя- ния посредством отражения от ионосферных слоев (располагаются на высоте от 140 до 400 кмнад поверхностью земли) и земной поверхности.
Часто возникающая проблема при ионосферном распространении элек- тромагнитной волны в ВЧ диапазоне – это многопутёвостъ. Многопутёвость образуется потому, что передаваемый сигнал достигает приёмника по многим путям с различными задержками. Это обычно приводит к межсимвольной ин- терференции в системе цифровой связи. Более того, сигнальные компоненты, прибывающие по различным путям распространения, могут суммироваться та- ким образом, что это приводит к явлению, названному замираниями. Большин- ство людей испытало замирания при прослушивании отдалённой радиостан- ции ночью, когда ионосферная волна является доминирующим способом рас- пространения.
Аддитивный шум в ВЧ диапазоне – это комбинация атмосферных по- мех и теплового шума. Распространение ионосферной волны прекращается на частотах выше 30 МГц, что является границей диапазона ВЧ. Однако воз- можно ионосферно-тропосферное распространение на частотах в диапазоне от
30 до 60 МГц,обусловленное рассеянием сигналов от нижних слоев ионосфе- ры. Также можно связаться на расстоянии нескольких сотен миль при помощи тропосферного рассеяния в диапазоне от 40 до 300 МГц.Тропосферное рас- сеяние обуславливается рассеянием сигнала благодаря частицам в атмосфере на высотах порядка 10 км.Обычно ионосферное и тропосферное рассеяние вызы-

21 вает большие сигнальные потери и требует большой мощности передатчика и относительно больших размеров антенн.
Частоты выше 30 МГцпроходят через ионосферу с относительно малы- ми потерями и делают возможным спутниковую и внеземную связь. Следова- тельно, на частотах УВЧ диапазона и выше основным способом электромаг- нитного распространения волн является распространение в пределах прямой видимости (ППВ). Для земных систем связи это означает, что передающая и приемная антенны должны быть в прямой видимости с относительно малой преградой (или ее отсутствием). По этой причине передача телевизионных станций в УВЧ и СВЧ диапазонах частот для достижения широкой зоны охвата осуществляется антеннами на высоких опорах.
Вообще, зона охвата для ППВ распространения ограничена кривизной поверхности Земли. Если передающая антенна установлена на высоте h [м]
над поверхностью Земли, расстояние до радиогоризонта, не принимая во вни- мание физические преграды, такие как горы, приблизительно d=√(15h) [км]. На- пример, антенна телевидения, установленная на высоте 300 м,обеспечивает покрытие территории приблизительно 67 км.
Другой пример – релейные системы микроволновой радиосвязи, исполь- зуемые для передачи телефонных и видеосигналов на частотах выше, чем
1 МГц,имеют антенны, установленные на высоких опорах или сверху на вы- соких зданиях.
Доминирующий шум, ограничивающий качество системы связи в ВЧ и
УВЧ диапазонах – тепловой шум, создаваемый во входных цепях приемника, и космические шумы, улавливаемые антенной. На частотах в диапазоне СВЧ выше чем 10 ГГц при распространения сигнала главную роль играют атмо- сферные условия.
Например, на частоте 10 ГГцзатухание меняется приблизительно от
0,003 дБ/кмпри лёгком дожде до 0,3 дБ/км при тяжёлом дожде, а на частоте
100 ГГц- от 0,1 дБ/кмдо 6 дБ/кмсоответственно. Следовательно, в этом час- тотном диапазоне тяжелый дождь вызывает чрезвычайно высокие потери при распространении, которые могут приводить к отказу системы обслуживания
(полный обрыв в системе связи).
На частотах выше КВЧ (крайне высокие частоты) полосы мы имеем диа- пазон инфракрасного и видимого излучений в области электромагнитного спек- тра, который может использоваться для применения ППВ оптической связи в свободном пространстве. До настоящего времени эти диапазоны частот ис- пользовались в экспериментальных системах связи типа связи между спутника- ми.
Подводные акустические каналы. За последние 40 лет исследования океанской деятельности непрерывно расширялись. Это связано с усилением потребности передавать данные, собранные подводными и поверхностными датчиками в океане, к центру сбора информации.
Электромагнитные волны не распространяются на большие расстояния под водой, за исключением крайне низких частот. Однако передача сигналов таких низких частот предельно дорога из-за чрезвычайно больших и мощных

22 передатчиков. Затухание электромагнитных волн в воде может быть выражено
глубиной поверхностного слоя - расстояния, на котором сигнал ослабляется в е
раз.
Например, для частоты 10 кГцглубина поверхностного слоя 2,5 м. На- против, акустические сигналы распространяются на расстояния порядка десят- ков и даже сотен километров.
Подводный акустический канал ведет себя как многопутевой канал бла- годаря сигнальным отражениям от поверхности и дна моря. Из-за случайного движения волны сигнальные продукты многопутевого (многолучевого) рас- пространения приводят к случайным во времени задержкам распространения и в итоге к замираниям сигнала.
Кроме того, имеется частотно-зависимое затухание, которое приблизи- тельно пропорционально квадрату частоты сигнала. Глубинная скорость но- минально равна приблизительно 1500 м/с,но реальное значение выше или ни- же номинального значения в зависимости от глубины, на которой сигнал рас- пространяется.
Окружающий океанский акустический шум вызван креветкой, рыбой и различными млекопитающими. Ближние гавани добавляют к окружающему шуму промышленный шум. Несмотря на эту помеховую окружающую среду, возможно проектировать и выполнять эффективные и безопасные подводные акустические системы связи для передачи цифровых сигналов на большие рас- стояния.

23
Рис. 1.6. Классификация родов связи
В настоящее время имеет место устойчивая тенденция повышения роли космической и спутниковой связи в военных системах связи.
Космическая связь –радиосвязь в интересах корреспондентов назем-
ного, воздушного и морского базирования, имеющая общие участки распро-
странения радиоволн за пределами ионосферы [5].
Спутниковая связь – частный случай космической связи, когда между
абонентами наземного, воздушного или морского базирования связь осуще-
ствляется с использованием ретранслятора, размещенного на искусствен-
ном спутнике земли [5].

24
Современные военные станции спутниковой связи обеспечивают связь на расстояниях от 5000 км и более.
Проводная связь – связь, осуществляемая по проводным (кабельным)
линиям связи [5]. В системах проводной связи электрический сигнал переда- ется по кабельной линии. Средства проводной связи обеспечивают высокое качество каналов, простоту организации связи, относительно большую скрытность по сравнению с радиосвязью, почти не подвержены воздействию преднамеренных помех.
Волоконно-оптическая связь – связь, осуществляемая по волоконно-
оптическому кабелю и специальной аппаратуре преобразования электриче-
ских сигналов в оптические [5].
Все рода связи реализуются конкретными средствами связи: радио- станциями, радиорелейными, тропосферными станциями, станциями спутни- ковой связи, проводными средствами связи, волоконно-оптическими средст- вами связи. Эти средства образуют каналы связи: радио-, радиорелейные, тропосферные и т.д. Для каналообразующих средств каждого рода связи ус- тановлены условные обозначения, применяемые при разработке документов по связи.
1.1.4 Виды связи
Одна и та же по содержанию информация может быть представлена сообщениями различного вида: текстом, данными, изображением или речью.
В зависимости от способа представления сообщений к удобному для воспри- ятия виду различают виды связи.
Вид связи – это классификационная группировка связи, выделенная по
виду передаваемого сообщения (оконечного оборудования или средства свя-
зи) [5]. При использовании соответствующей оконечной аппаратуры по кана- лам радио-, радиорелейных, тропосферных, спутниковых, проводных (ка- бельных) линий связи обеспечиваются следующие виды связи [5]:
− телефонная связь;
− видеотелефонная связь;
− телеграфная связь;
− передача данных;
− факсимильная связь;
− телевизионная связь.
Сигнальная связь – это связь, осуществляемая с помощью заранее оп-
ределенных зрительных и звуковых сигналов управления [5]. В настоящее время для управления боем используются зрительные средства (световые ра- кеты, цветные дымы и др.) и звуковые средства (сирены, свистки и др.).
Телефонная связь –это вид электросвязи, обеспечивающий передачу
(прием) речевой информации, переговоры должностным лицам органов
управления [5]. Телефонная связь создает условия, близкие к личному обще- нию, поэтому является наиболее удобной в тактическом звене управления, но сохраняет свое значение и в других звеньях управления. С целью скрытия от противника содержания телефонных переговоров в каналах связи применяет-

25 ся аппаратура засекречивания или устройства технического маскирования речи. В зависимости от применяемой оконечной и специальной аппаратуры
телефонная связь может быть открытой, маскированной, засекреченной
временной или гарантированной стойкости [1].
Телеграфную связь, передачу данных и факсимильную связь принято объединять понятием «документальная связь». Ниже укажем предназначе- ние и дадим краткую характеристику каждого вида связи.
Телеграфная связь – вид электросвязи, обеспечивающий обмен теле-
граммами (краткими текстовыми сообщениями). Кроме того, она предна-
значается для передачи документальных сообщений в виде шифрограмм, ко-
дограмм [5].
Телеграфная связь может быть буквопечатающей или слуховой, засек- реченной или открытой (с применением аппаратуры засекречивания или без ее применения). Телеграммы, несущие важную информацию, могут предва- рительно шифроваться или кодироваться.
Факсимильная связь – это вид электросвязи, обеспечивающий обмен
документальной информацией в цветном и черно-белом изображении. Она
предназначается для передачи документов в виде карт, схем, чертежей, ри-
сунков и буквенно-цифровых текстов в черно-белом или цветном изображе-
нии [5]. Данная связь представляет большое удобство должностным лицам органов управления, так как на приемном устройстве получается готовый для дальнейшей работы документ с соответствующими подписями и печатями.
Передача данных – это вид электросвязи, обеспечивающий обмен
формализованными и неформализованными сообщениями между электрон-
но-вычислительными комплексами, автоматизированными рабочими мес-
тами должностных лиц пунктов управления [5]. Под данными будем пони- мать информацию, представленную в виде, пригодном для автоматической обработки.
Видеотелефонная связь – это вид электросвязи, обеспечивающий пе-
реговоры должностных лиц органов управления с одновременной передачей
подвижных изображений [5]. Данный вид связи применяется только в выс- ших звеньях военного управления.
Телевизионная связь – это вид электросвязи, обеспечивающий пере-
дачу боевой обстановки и других событий на местности в реальном мас-
штабе времени [5]. Она используется в высших звеньях управления.
1.2 Структура сетей и систем электросвязи
Сеть связи – объединенная единой целью функционирования совокуп-
ность оконечных устройств, коммутационных центров и соединяющих их
линий (каналов) связи, выполняющих соответственно функции распределе-
ния и передачи сообщений, а также средства управления, реализующие за-
данные алгоритмы функционирования сети [6].
Источники и получатели информации в сетях связи называются або-
нентами связи.