книги / Справочник по техническим средствам сбора и передачи информации
..pdfТехнические средства сбора и передачи информации обладают рядом особен ностей. Их функционирование связано с транспортировкой сообщений, которые поступают в тракт обработки и передачи и покидают его через преобразователи, называемые оконечными устройствами (телетайпы, телефонные аппараты, автома тические датчики и т. д.).
ТССПИ реализовывают функции коммутации и функции передачи. Функции коммутации состоят в создании соединений по заданным направлениям и адре сам за определенный промежуток времени и их разрушение по истечении этого времени. Функции передачи состоят в обеспечении нормального прохождения сигналов (физических носителей сообщений) по созданным в результате коммута ции соединениям. В тех случаях, когда между пунктами передачи и приема суще ствуют постоянные соединения, функции коммутации отсутствуют, а канал пере дачи называется некоммутируемым.
Различают два метода коммутации — коммутацию цепей и коммутацию сообщений. Коммутация цепей предусматривает образование соединения между пунктами передачи и приема. Например, телефонная сеть, радиосеть, абонентский телеграф и т. д. Коммутация сообщений состоит в том, что сообщения передаются по ряду последовательных участков, причем каждый последующий пункт непо средственно соединен в период передачи только с предыдущим. На каждом пункте сообщения "запоминаются и затем направляются в следующие пункты. При ком мутации сообщений последние, пройдя очередной участок, покидают тракт пе редачи, т .е . между оконечными пунктами передачи и приема необходимо иметь столько пар оконечных приборов, сколько имеется участков. При коммуташ и цепей требуется всего два оконечных прибора. Метод коммутации сообщении, который иногда называют методом накопления и передачи, требует наличия промежуточных накопителей, операции переприема и накопления, а также значи тельных затрат времени. Тем не менее, этот метод обладает бесспорным достоин ством — он позволяет распределить равномерно нагрузку сети во времени.
ТССПИ должны обеспечивать прохождение и обработку не только основных сообщений, но и ряда вспомогательных, необходимых для контроля и управления функциями коммутации, сигнализации вызова абонента, иногда для контроля верности принятых основных сообщений и т. д.
ТССПИ могут содержать от одного до нескольких тысяч каналов, что позво ляет обеспечить их универсальность. Многоканальные системы передачи позво ляют осуществлять одновременную передачу различного рода сообщений. На пример, телевизионной программы, телефонных переговоров, телеграмм, и т. д.
Наконец, исходным сырьем и продукцией ТССПИ являются сообщения, кото рые, в свою очередь, характеризуются рядом наиболее общих групп свойств: пространственными, временными, информационными и физическими.
Перечислим ряд свойств сообщений для сигналов, входящих в эти четыре группы:
пространственные (количество и плотность расположения источников и по лучателей; распределение расстояний от источников к получателям; простран ственные соотношения между каналами; распределение одноименных физических размеров сообщений);
временные (распределение начальных моментов во всех рассматриваемых интервалах времени; распределение длительности сообщений; распределение форм сигналов; распределение сообщений с различными информационными свой ствами);
информационные (применяемые языки и коды; информационное содержание — как статистическое, так и семантическое; эффективность; скорость прохождения информации);
физические (виды волновых явлений; характеристики волн (частот), исполь зуемые для кодирования различных входов; методы передачи, Коммутации и об работки накопленных вызовов; формы сигналов; взаимная корреляция между сходными и кыходньмн сигналами; размещение сигналов в полосе частот или
распределение во времени; частотные спектры: амплитудный, фазовый и энерге тический).
Для транспортировки сообщений (сигналов) необходим носитель. Электри ческие носители можно разбить на два класса: носители, обеспечивающие на правленную передачу (проводные линии и волноводы), и носители, в которых пере дача ненаправлена и сам носитель не ограничивает пути передачи (радиоиосители). Направленные носители: отдельный провод; пара проводов (открытый провод и кабель); коаксиальный кабель (наземный и подземный); волноводы (пря моугольные и круглые); другие виды носителей. Направленные носители: акус тические носители; радионосители у земной поверхности; радиоволны, распро страняющиеся в пределах прямой видимости; радиоволны, распространяющиеся посредством тропосферного и ионосферного рассеяния; ионизированная газовая плазма (для космической связи); радиоволны, распространяющиеся посредством ионосферного отражения.
Выбор того или иного класса носителей существенно отражается на струк туре сети передачи информации, составе и характеристиках каналообразующей аппаратуры. Перечислим некоторые соображения, определяющие выбор носи телей:
радионоситель незаменим, если требуется передача информации с подвиж ных объектов или на подвижный объект;
радионосителю отдается предпочтение в условиях, когда прокладка провод ных линий невозможна, затруднена или экономически нецелесообразна;
радионосители предпочтительны в экстренных случаях, при необходимости быстрой организации линии или сетей передачи информации в аварийных ситуа циях.
Во всех других случаях предпочтение обычно отдают использованшо,, направ ленных носителей.
Глава II. РАДИОСВЯЗЬ
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Радиосвязь — это передача сообщении электрическими сигналами без про водов. Односторонняя радиосвязь обеспечивает передачу сообщений в одном, двусторонняя — в обоих направлениях. Симплексная радиосвязь предусматрива ет поочередный обмен информацией путем коммутации приемно-передающей аппа ратуры (рис. 5, а) и требует одной рабочей частоты. Дуплексная радиосвязь предусматривает одновременный или поочередный двусторонний обмен информа цией без коммутации и требует двух разнесенных частот Д и / 2 (рис. 5,.б).
Канал радиосвязи — это совокупность технических средств и среды рас пространения радиоволн, обеспечивающих передачу сообщений от источника информации к получателю. Каналы радиосвязи делятся на непрерывные, если входные и выходные сообщения непрерывны, дискретные, если входные и выход ные сообщения дискретны, и непрерывно-дискретные (дискретно-непрерывные) в зависимости оттого, какое из сообщений (входное или выходное) непрерывно или дискретно.
Линия радиосвязи — совокупность всех устройств и среды распространения радиоволн, обеспечивающих радиосвязь (рис. 6).
Радиосеть — это совокупность линий радиосвязи, работающих на общих частотах. Радиосети бывают коммутируемыми и некоммутируемыми.
Ретрансляция — это прием слабых сигналов на частоте Д, усиление и переизлучение их на частоте Д (рис. 7). Ретрансляция может осуществляться в опре деленной зоне (например, телевизионная ретрансляция) или в заданном направ лении. Принцип ретрансляции применяют при построении радиорелейных линий
связи, в которых используются две (рис. 7, а) или четыре (рис. 7, б) рабочие частоты.
Аппаратура уплотнения радиолиний — совокупность технических средств, обеспечивающих передачу по одной радиолинии двух и более различных сообще-
|
Передатчик |
|
С| |
|
|
|
Nп *J |
|
U- 4 |
Приемник V I |
1 |
|
Передача |
|
|
< |
|
|
ПунктА |
|
0 -----Передатчик------ |
|
|
|
|
< |
— |
Приемник----- |
|
______ V
|
Г Передатчик Г-13 |
|
|
1 V |
Приемник |
|
1 |
|
|
|
Прием |
|
>1 |
Пункт В |
|
|
|
Л |
— |
Приемник ----- [ ] |
|
> |
|
h |
— |
Передатчик----- |
|
|
|
6 |
|
|
Рис. 5. Структурная схема радиосвязи:
а — симплексной; б — дуплексной.
нин, предназначенных разным получателям. Аппаратуру уплотнения исполь зуют в многоканальной радиосвязи (рис. 8).
Система радиосвязи — это совокупность радиосетей и технического персо нала, реализующих в конкретных условиях определенные методы обмена инфор
мацией между разнесенными во вре |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
мени и рассредоточенными в простран |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
стве объектами — людьми, машинами, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
автоматами и др. (рис. 9) [38]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Рассматривая комплекс радиосвя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
зи как систему, |
необходимо учитывать |
Рис. |
6. |
Структурная |
|
схема |
линии |
|||||||
ряд ограничений, суть которых состоит |
|
|||||||||||||
в следующем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
радиосвязи: |
||||
система |
радиосвязи |
создается и |
/ — источник |
сообщения; |
2 —*преобразова |
|||||||||
обслуживается |
человеком; она может |
тель сообщения в сигнал; 3 — усилитель сиг |
||||||||||||
быть |
в разной |
степени автоматизиро |
налов; 4 —■преобразователь |
низкочастотного |
||||||||||
сигнала в высокочастотный, передатчик с ан |
||||||||||||||
вана, но из рассмотрения исключаются |
тенной; |
5 — среда |
распространения |
радио |
||||||||||
полностью |
автоматические |
системы. |
волн; 6 — источник |
радиопомех; 7 — прием |
||||||||||
В соответствии |
с этим рассматривают |
ник о антенной; 8 — преобразователь |
высоко |
|||||||||||
частотного |
сигнала |
в низкочастотный; |
9 — |
|||||||||||
вопросы согласования взаимодействия |
преобразователь сигнала |
в сообщение; |
10 — |
|||||||||||
человека, выступающего в роли источ |
|
|
|
|
получатель сообщения. |
|||||||||
ника |
либо |
получателя |
информации, |
дежурный |
оператор, |
ремонтер и др.) |
||||||||
обслуживающего персонала |
(например, |
|||||||||||||
или функционального звена системы (например, радиооператор |
при передаче |
|||||||||||||
кодом |
Морзе, |
оператор |
в |
роли транслятора |
между каналами |
связи |
и ЭВМ |
|||||||
и т. д.) с техническими средствами; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
система радиосвязи достаточно сложна во взаимосвязях, большинство проте кающих в ней процессов имеет вероятностную (случайную) природу. Поэтому, например, оценку качества функционирования системы следует производить с учетом всех воздействующих на нее факторовх (характеристика аппаратуры, среда распространения радиоволн, психофизиологические особенности персонала, внеш ние условия и т. д.);
Л . |
|
h |
ft |
ПС |
h |
|
|
ч |
|
п с |
ПС |
|
|
|
ПС |
||
/Г |
|
7 |
|
h |
||||
Ф |
у |
- Ф |
у |
у - |
|
|||
|
- Ф |
|
|
|||||
|
ПС ч |
h |
|
|
|
|
|
.л_ |
|
- r У ПС |
■ < у> ПС |
- Ф у - |
ПС |
■д |
|||
|
Ф |
у |
- Ф |
у |
|
|||
|
|
|
Рис. 7. Схемы, поясняющие принцип ретрансляции:
ПС — промежуточная станция.
Рис. 8. Структурная схема многоканальной радиосвязи с исполь зованием аппаратуры уплотнения:
/ и 8 — абоненты передающей |
и приемной сторон: |
2 н 7 — абонентские |
||
комплекты; 3 и 6 — передатчик |
и приемник; 4 и 5 — передающая и приемная |
|||
антенны. |
|
|
|
|
система радиосвязи должна обладать единством цели, т. е. обеспечивать |
||||
обмен информацией обусловленного качества с помощью набора |
оптимизирован |
|||
ных комплексов аппаратуры при |
заданных входных |
воздействиях и внешних |
||
условиях; |
с одной стороны, |
большой |
как в отношен и и |
|
система радиосвязи является, |
||||
входящих в нее и взаимодействующих между собой частей, так |
и |
преследуемых |
||
ими частных целей. С другой стороны, какой бы большой ни была |
рассматривае |
|||
мая система, она является частью еще большей системы. |
|
|
Рассмотренные ограничения не всегда в равной степени влияют на конкрет ные системы, и предварительная оценка позволит расположить их по степени важности, а также определить несущественные или маловероятные факторы.
|
|
Оконечные |
|
|
Радиоцентры предприя |
|
|
|
|
тий и бедомстб |
|
Ж |
|
станции |
|
|
Приепопередатчшш |
, |
ррл |
, |
|
Подвижные |
|
t m |
|
объекты |
|||
|
|
|
|
|
|
!< |
|
|
|
|
|
§ ш _ |
Оконечная |
i |
! |
Оконечная |
|
|
|||||
|
аппаратура |
|
|
аппаратура |
|
|
|
|
1 |
L |
|
Городская |
Междугородная |
\ Приемный радиоцешщ |
|||
телефонная |
телефонная |
|
|
|
|
сеть |
сеть |
|
|
|
|
Рис. 9. Структурная схема системы радиосвязи крупного административнохозяйственного центра.
В связи с этим будем рассматривать конкретные системы радиосвязи в совокуп ности четырех составляющих: правил функционирования; человека как элемента системы; технических средств; комнлекса внешних условий.
2. СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ
Правила функционирования
Правила функционирования — это совокупность организационно-техни ческих решений, способствующих наиболее целесообразному функционированию системы.
Особенностью систем радиосвязи, коренным образом отличающей их от всех других систем, является использование в качестве переносчика электри ческих сигналов радиоволн, что, представляет международную проблему, раз решаемую Международным консультативным комитетом по радио (МККР), одного из органов Международного союза электросвязи (МСЭ).
3-Ю 10м
Видимый сбет /излучение u Гамма-лучи
\'ЛЛ'Л'Л'Л\Ч,‘ |
■ |
Инфракрасное |
|
излучение |
|
V |
го» я» ,0*V |
|
|
£ » ™ s» n trs» |
/Я2* 10®fan |
||
Зсм |
0,3мм |
Змк |
300А |
ЗА |
|
Л |
|
Рис. 10. Частотный спектр электромагнитных волн. |
|
||||||
Радиоволны различных частот, |
нижний предел |
которых |
практически не |
||||
установлен, а верхний равен 3 • |
1011 |
гц (длина волны |
1 мм), составляют радио |
спектр — новый природный ресурс, используемый человечеством на протяжении менее 100 лет. Основными особенностями радиоспектра как ресурса, отличаю щими его от других природных ресурсов (полезные ископаемые, вода, топливо
и др.), являются:
неистощимость —- радиоспектр используется, но не расходуется;
ограниченность; взаимосвязь пространства,- времени и частоты, позволяющая многократно
использовать одни и те же участки радиоспектра путем разноса соответствующих систем в пространстве, во времени или по частоте с учетом свойств распростра нения;
международный характер; нецелесообразность использования для решения задач, которые легко могут
быть решены другими средствами; подверженность действию радиопомех — отрицательного результата широ
кого использования электричества во всех областях человеческой деятельности и некоторых природных явлений.
На рис. 10 схематически изображен частотный спектр электромагнитных волн. Радиоволны занимают в нем наибольшую часть (от 10” ? до 10“ гц). Частот ная емкость радиоспектра, которая составляет 10й гц, что на три порядка больше частотной емкости спектра видимого света, свидетельствует о больших резервах, скрытых в этом спектре.
Распределение радиоспектра по диапазонам в соответствии с регламентом радиосвязи (п. 112), принятым в Женеве в 1959 г., приведено в табл. 1. При рас смотрении табл. 1 следует иметь в виду, что диапазоны сантиметровых и дед» мет-
^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
/ |
|
Распределение радиоспектра по диапазонам радиоволн |
|
|
|
|
|
|
||||||
н |
|
|
|
|
Наименование |
|
|
|
|
|
|
|
о |
Диапазон |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
н |
Соответ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
полосыНомер час(диапазона) |
частот |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ствующее |
|
|
|
|
|
|
Особенности распро |
|
||||
|
(исключая |
|
|
|
соответствующих |
|
|
|||||
|
метриче |
диапазонов волн |
странения соответству |
|||||||||
|
нижний, |
ское под |
полос(диапазонов) |
ющей полосы (диапазона) |
||||||||
|
включая |
разделение |
(по МККР, при |
частот и их |
|
|
частот |
|
|
|||
|
верхний |
волн |
нятые в СССР) |
сокращенное |
|
|
|
|
|
|||
|
пределы) |
|
|
|
|
обозначение |
|
|
|
|
|
|
2 |
3 мгц— |
- |
|
- |
|
Инфразвуковые |
|
|
- |
|
|
|
3 |
10 гц |
— |
|
—* |
|
Звуковые |
|
|
— |
|
|
|
10 г ц - |
|
|
|
|
|
|
||||||
4 |
3 кгц |
10®—10* м |
Мнрнаметропые |
Очень низкие ча |
Прямой |
волной, |
земной |
|||||
3—30 кгц |
||||||||||||
|
|
|
сверхдлннные |
стоты ОНЧ (VLF) |
волной, |
отражением |
от |
|||||
5 |
30—300 кгц |
Ю«—10» м |
(СДВ) |
|
|
Низкие |
частоты |
ионосферы |
|
|
||
Километровые |
То же |
|
|
|
||||||||
|
|
|
длинные |
волны |
НЧ (LF) |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
300- |
10»—100 м |
(ДВ) |
|
|
Средние частоты |
» |
* |
|
|
|
|
Гектомстровые |
|
|
|
|||||||||
|
3000 кгц |
|
средние |
волны |
СЧ (MF) |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
3—30 Мгц |
100—10 м |
(СВ) |
|
|
Высокие частоты |
> |
» |
|
|
|
|
Декаметровыс ко |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
роткие |
волны |
ВЧ (HF) |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
30— |
Ю-1 м |
(КВ) |
|
|
Очень |
высокие |
То |
же, |
н тропосферным |
||
Метровые волны |
||||||||||||
|
300 Мгц |
|
(МВ) |
|
|
частоты |
ОВЧ |
рассеянием |
|
|
||
9 |
300— |
1—10 см |
Дециметровые |
(VHF) |
|
Прямой |
волной, |
земной |
||||
Ультравысокне |
||||||||||||
|
3000 Мгц |
|
волны (ДВМ) |
частоты |
VB4 |
волной, |
тропосферным |
|||||
10 |
3-30 Ггц |
10—1 см |
Сантиметровые |
(UHF) |
|
рассеянием |
|
|
||||
Сверхвысокие ча |
То же |
|
|
|
||||||||
11 |
30—300 Ггц |
1 см—1мм |
волны (СМВ) |
стоты СВЧ (SHF) |
Прямой и земной волнами |
|||||||
Миллиметровые |
Крайне |
высокие |
||||||||||
|
|
|
волны (ММВ) |
частоты |
КВЧ |
|
|
|
|
|
||
12 |
300— |
1-0,1 мм |
Децимнллнметро- |
(EHF) |
|
То же |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
||||||||
|
3000 Ггц |
|
вые, |
субмилли |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
метровые |
волны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(ДММВ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
ровых волн часто объединяют термином сверхвысокие частоты (СВЧ), а метровых, дециметровых и сантиметровых — термином ультракороткие волны (УКВ). Кроме того, радиоволны иифразвуковых и звуковых частот, имеющие электро магнитную природу, не следует смешивать со звуковыми волнами, обладающими акустическими свойствами.
Прежде чем перейти к изложению Международных рекомендаций по исполь зованию радиоспектра, рассмотрим особенности распространения радиоволн соответствующих диапазонов, а также познакомимся с Международной класси фикацией радиослужб.
Свободно распространяющимися, или прямыми, называют радиоволны, су ществующие в свободном пространстве при отсутствии каких-либо тел и предме тов на пути распространения, которые могли бы исказить поле волны. Напряжен ность поля прямой волны (действующее значение), мв/м,
Е' _ т т |
. ' |
<i>, |
где Р — мощность, излучаемая антенной |
передатчика, |
кет; D — коэффициент |
направленности антенны; г — расстояние от излучающей антенны до точки прие ма, км.
Земными, или поверхностными, называют радиоволны, распространяющиеся над поверхностью Земли и частично огибающие ее. Дальность распространения
воздушная фиксированная служба — фиксированная служба, предназначен ная для передачи сведений, относящихся к воздушной навигации и безопасности полетов;
служба радиовешрния—служба, радиопередачи которой предназначены для непосредственного приема населением. Эта служба может осуществлять пере дачи звуков, изображения и др.;
подвижная служба— служба радиосвязи между подвижной и базовой стан циями или между подвижными станциями;
воздушная подвижная служба— подвижная служба между авиационными наземными станциями и станциями воздушных судов или между станциями воз душных судов, в которой могут также участвовать станции спасательных средств; морская подвижная служба— подвижная служба между береговыми и судо выми станциями или между судовыми станциями, в которой тадже могут участ
вовать станции спасательных средств; наземная подвижная служба — подвижная служба между базовыми станциями
и наземными подвижными станциями или между наземными подвижными стан циями;
служба радионавигации — служба радиосвязи между земными станциями и космическими станциями или между космическими станциями; между земными станциями в случае ретрансляции сигналов космическими станциями, а также в случае передачи или отражения от объектов в космосе, исключая отражение и рассеяние ионосферой или в земной атмосфере;
радиоастрономия — астрономия, основанная на приеме радиоволн космичес
кого происхождения; |
радиосвязи, используе |
вспомогательная служба метеорологии — служба |
|
мая для метеорологических наблюдений и исследований, |
включая гидрогеологи |
ческие; |
|
любительская служба — служба самоусовершенствования, взаимных свя |
зей и технических исследований, осуществляемая любителями, т. е. лицами, имеющими на это должное разрешение и интересующимися радиотехникой исклю чительно в личных целях и без какой-либо материальной заинтересованности; служба стандартных частот — служба радиосвязи для научных, техничес ких и других целей, обеспечивающая передачу определенных частот установлен
ной высокой точности, предназначенных для всеобщего приема; служба сигналов времени — служба радиосвязи для передачи сигналов вре
мени установленной высокой точности, предназначенных для всеобщего приема. Регламентом радиосвязи, который является международной рекомендацией общего характера, не исчерпываются правила функционирования системы связи. На его основе разрабатываются внутригосударственные планы частот, в соответ ствии с которыми производится выделение и присвоение частот различным радио службам. В СССР планирование радиоспектра осуществляется Междуве домственным комитетом по распределению радиочастот, а присвоение частот —
Государственной инспекцией электросвязи Министерства связи.
Таким образом, регламентация систем радиосвязи осуществляется по следую щей схеме:
1)международная регламентация, включающая целесообразное распреде ление радиоспектра в четырех аспектах: а) между службами, с правом исключи тельного, вторичного или совместного использования; б) по районам мира с целью многократного использования одних и тех же диапазонов при условии минимума взаимных помех; в) во времени, с целью поочередного использования различными службами одних и тех же диапазонов; г) в пространстве, с целью многократного использования одних и тех же диапазонов даже в пределах одного района (на пример, космическими службами и радиорелейными линиями связи);
2)региональная регламентация — соглашения между группами государств одного или смежных районов о совместном использовании отдельных диапа зонов (например, для воздушных, морских или наземных подвижных радио служб, трассы которых пересекают территории соответствующих государств).
Факторы, влияющие на распространение
Отражение и рефракция от ионосферы
Экранирование землей волны,
распространяющейся по по верхности
Мертвая зона от различных препятствий (в'каждом случае
препятствие велико в сравне нии с длиной волны)
Поглощение
Способы распространения радио
Диапазон
0,3—3 Мгц |
3—30 Мгц |
J ? ? 7^ 77777^
Дневное поглощение в D-слое
Мертвая зона поверхностпой волны мала
Распространение на большое расстояние волн, отраженных от верхних слоев атмосферы
Мертвая зона поверхностной волны обычно уменьшается за счет волны, отраженной от атмосферы
g
Поглощение очень мало при прохождении через изолято ры; значительное поглощение отраженной волны в D-слое в дневное время
Поглощение предметами не сколько больше, чем на низких частотах, но обычно не влия ет на распространение отра женной волны
Радиоволны легко проходтг