книги / Многоканальная связь и РРЛ

Энергетический спектр телевизионного сигнала имеет дискрет­ ный характер. Максимумы энергии сосредоточены вблизи гармо­ ник частоты строк mFc (m = 0, 1, 2, ...).

Исследование спектров среднестатистического изображения по­ казывает, что почти вся основная энергия телевизионного сигнала сосредоточена в полосе частот до 1,5 МГц, что дает возможность использовать верхнюю часть спектра для передачи дополнитель­ ных сигналов цветного телевидения (ЦТ).

Получение цветного изображения в ЦТ основано на методе смещения трех основных цветов — красного (iR — red), зеленого (О — green) и синего (В — blue), которое дает возможность получить любой цвет. Передающееся цветное изображение разделяется на три одноцветных изображения с помощью спе­ циальных цветных светофильтров. Красный, зеленый и синий цвета попадают каждый в спою передающую трубку и преобразуются в ней в электрические

при развертке изображения меняется только яркость освещения его отдельных элементов н передаваемый сигнал является сигналом яркости. В ЦТ сигнал яркости может быть получен путем сложения трех сигналов в определенных пропорциях, известных из оптики: Еу = 1,3£л-Ь(0,б9'£с+ОД|1£в. Вычитая из Еп и Ев полученный сигнал яркости, получают так называемые цветоразност­ ные сигналы: Ев-у=Ек—Ег и EB- Y = EB—Еу. Операции сложений и вычитания выполняются с помощью кодирующей резисторной матрицы:

Сигнал ЦТ передается в виде трех сигналов: сигнала яркости и двух цвето­

дачи могут приниматься на монохромные (черно-белые) телевизоры и черно­ белые сигналы могут приниматься на цветные телевизоры; для передачи цвет­ ного и черно-белого телевидения могут использоваться одни и те же каналы.

к размерам деталей цветного изображения. Эти сигналы передаются методом частотной модуляции вспомогательных несущих в верхней части спектра в диа­ пазоне примерно от 3 до 6 МГц.

Для приема ЦТ из сигналов Еу, E R- Y и EB - Y путем простых операций декодирования восстанавливаются три исходных сигнала £н, Ев и Ев. Эти сигналы подаются на три электронных прожектора цветного кинескопа и уп­ равляют создаваемыми ими тремя электронными лучами, каждый из которых попадает на свой участок покрывающего экран люминофора; эти участки све­ тятся красным, синим и зеленым светом. Динамический диапазон сигнала те­ левидения равен ~ 4 0 дБ.

Ниже приводятся краткие характеристики основных типов ли­ ний ЕАСС и возможности применения на них многоканальных си­ стем передачи.

и

Кабельные линии связи (КЛС). Линии из коаксиальных кабе­ лей имеют характеристики, позволяющие применять на них систе­ мы передачи с ЧРК с весьма большим числом каналов. Увеличе­ ние числа каналов в системах с ЧРК и соответствующее расши­ рение спектра приводит, разумеется, к увеличению затухания ка­ беля на верхней передаваемой частоте. Коэффициент затухания коаксиального кабеля примерно пропорционален квадратному кор­ ню из частоты. Поэтому с увеличением числа каналов в МСП приходится уменьшать длину усилительного участка для обеспе­ чения требуемой помехозащищенности. Удорожание линейного тракта в этом случае окупается увеличением числа каналов, так как стоимость одного «анало-километра с увеличением числа ка­ налов уменьшается.

Достоинством коаксиальных кабелей является их высокая за­ щищенность от внешних помех вследствие экранирующего дейст­ вия внешнего проводника коаксиальной пары. С повышением час­ тоты эта защищенность возрастает. Это свойство и позволяет использовать коаксиальные кабели в весьма широком диапазоне частот.

В настоящее время на коаксиальных кабельных линиях при­ меняются МСП с ЧРК с числом каналов до 10000 и более по одной коаксиальной паре (диапазон частот до 60 МГц). Для двух­ сторонней передачи используются две такие пары, причем пары, служащие для передачи во встречных направлениях, могут раз­ мещаться в одном кабеле.

Коаксиальные кабельные линии (подземные и подводные) яв­ ляются одним из основных типов линий, применяющихся на ма­ гистральной сети и на сети международной связи.

По коаксиальным кабелям может передаваться широкополос­ ный телевизионный сигнал. Каналы, организованные на коакси­ альных КЛС, обладают высокими качественными показателями, благодаря высокой помехозащищенности и постоянству парамет­ ров кабеля.

Цифровые МСП с .весьма большим числом каналов (порядка нескольких тысяч) до -настоящего времени не находят широкого применения на линиях из коаксиальных кабелей. Большая про­ пускная способность таких систем требует применения регенера­ торов с весьма высоким быстродействием, что усложняет их прак­ тическую реализацию.

Линии из симметричных кабелей со стирофлексной изоляцией применяются на магистральной и в основном на внутризоновой сети. При использовании МСП с ЧРК на этих линиях число кана­ лов, которые можно -получить на одной паре, ограничено вслед­ ствие возрастания переходных помех между нарами одного ка­ беля с повышением частоты. Поэтому, как правило, на линиях из симметричных кабелей используются системы с ЧРК с числом каналов не более 60 (до 252 кГц) и лишь в некоторых случаях применяются системы на 120 каналов. При этом пары, используе­

На радиоволны, излучаемые передатчиком, находящимся на поверхности Зем­ ли, оказывает влияние целый ряд факторов.

Сферическая форма Земли вызывает дифракцию волн, благодаря которой они могут огибать Землю. Это явление распространяется на длинные и сред­ ние волны, длины которых (порядка километров и сотен метров) соизмеримы

свысотой огибаемого ими шарового сегмента Земли.

Вдиапазонах длинных и средних волн работают радиовещательные стан­ ции с передатчиками большой мощности (150—500 кВт) для вещания на боль­

шие расстояния и меньшей мощности (до 30 кВт) для вещания на расстояния

до нескольких сотен километров.

Область высот над поверхностью Земли от 60 до 600 км занимает ионо­ сфера— полупроводящая среда, от которой могут отражаться радиоволны с длиной порядка десятков метров (короткие волны). Претерпевая многократные отражения от ионосферы и от поверхности Земли, короткие волны могут оги­ бать земной шар и дальность их распространения не ограничена. Однако ус­ ловия распространения коротких волн весьма непостоянны ввиду непостоянст­ ва состояния ионосферы (концентрации в ней электронов). Концентрация элект­ ронов в ионосфере зависит от высоты ее слоя над поверхностью Земли и ме­ няется при изменении воздействия солнечных лучей. Отражаясь от разных сло­ ев ионосферы, короткие волны могут попадать в место приема одновременно разными путями (лучами). Интерференция вследствие многолучевости и изме­

нение условий распространения вызывают глубокие замирания коротких волн, попадающих в приемник.

В диапазоне коротких волн работает большое число радиовещательных станций. «Теснота» в этом диапазоне может привести к возникновению взаим­ ных помех между радиостанциями. Для организации линий коротковолновой радиосвязи >могут использоваться ограниченные но ширине полосы частот (не более 6—6 кГц). В такой полосе может быть организовано не более трех­ четырех каналов ТЧ (чаще один канал) и до шести телеграфных каналов. Из-за малой пропускной способности и низкой надежности линии коротковол­ новой радиосвязи используются в основном только для связи с труднодоступ­ ными, отдаленными или движущимися объектами и в качестве резервных пу-

тей для других систем связи. Достоинством коротковолновых линий связи яв­ ляется простота их организации — небольшая требующаяся мощность передатчи­ ков при передаче на большие расстояния.

Основными диапазонами, использующимися для радиосвязи, являются диа­ пазоны дециметровых и сантиметровых волн. Ионосфера для этих волн про­ зрачна, и они распространяются прямолинейно как вдоль поверхности Земли,, так и в космическом пространстве. Однако в этих диапазонах радиоволны ус­ тойчиво распространяются только в пределах прямой видимости. Для передачи этих волн на большие расстояния необходимо использовать ретрансляторы.

На распространение волн дециметрового диапазона (УВЧ) оказывает влия­ ние окружающий Землю слой тропосферы, простирающийся на высоту до 15 км. Тропосфера представляет собой неоднородную среду. Отражение от ее неод­ нородностей вызывает рассеяние радиоволн, благодаря которому эти волны получают возможность распространяться на расстояния, значительно превосхо­ дящие пределы прямой видимости (до 1000 км).

Основными линиями радиосвязи являются радиорелейные ли­ нии (РРЛ), работающие в диапазоне сантиметровых волн (СВЧ) и в некоторых случаях в диапазоне дециметровых волн (УВЧ). Радиорелейные линии подразделяются на РРЛ прямой видимости, тропосферные РРЛ и линии связи через искусственные спутники Земли (ИСЗ).

Р а д и о р е л е й н ы е л и н и и п р я м о й в и д и м о с т и . Диа­ пазон дециметровых и сантиметровых волн имеет весьма 'большую ширину: от 0,3 до 30 ГГц, т. е. 30 000 МГц. Это дает возможность применять ;в диапазоне СВЧ и УВЧ широкополосные системы пе­ редачи и использовать ЧМ или ОФМ, обеспечивающие высокую помехозащищенность передаваемых сигналов, но приводящие к расширению передаваемой полосы частот.

В этом диапазоне почти полностью отсутствуют атмосферные и промышленные помехи. При соответствующей конструкции ан­ тенн можно обеспечить остронаправленное излучение радиоволн, что дает возможность использовать сравнительно маломощные передатчики.

Для повышения пропускной способности РРЛ к одной антенне подключается несколько комплектов приемопередающей аппара­ туры, причем каждый передатчик работает на своей частоте. При этом в состав- антенно-фидерного тракта, кроме антенн и фидер­ ной линии (коаксиальной иля волноводной), соединяющей аппа­ ратуру с антенной, входят разделительные полосовые фильтры (РПФ). Цепочка радиорелейных станций с одним комплектом приемопередающей аппаратуры и РПФ, устанавливаемых на каж­ дой станции, образует высокочастотный ствол РРЛ, а сама РРЛ является при этом многоствольной. Каждый ствол может рассмат­ риваться как самостоятельная РРЛ, по которой может переда­ ваться широкополосный сигнал. На существующих РРЛ, по кото­ рым работают аналоговые МСП, этим сигналом может быть или сигнал ТВ или многоканальный групповой сигнал с ЧРК. При формировании многоканального сигнала используется та лее аппа­

ратура, что « для передачи «о КЛС. Современные магистральные РРЛ имеют до 'восьми стволов, один-два из которых являются резервными,

По пропускной способности РРЛ могут быть:

большой емкости, когда по каждому стволу может быть орга­ низовано 600—2700 и более каналов ТЧ или канал передачи ТВ и каналы звукового сопровождения ТВ и звукового вещания; эти системы передачи используются на магистральной сети;

средней емкости, когда по каждому стволу организуется 60— 600 каналов ТЧ пли канал передачи ТВ; эти системы передачи

до 60 каналов ТЧ. В системах передачи, работающих по РРЛ, в некоторых случаях используется принцип временного разделения каналов и ФИМ; образованный с помощью ФИМ групповой сиг­ нал модулирует несущую УВЧ диапазона методом AM.

Качество каналов, организованных на РРЛ, не отличается от качества каналов коаксиальных систем и отвечает всем требова­ ниям в отношении ширины полосы частот, защищенности от по­ мех и стабильности параметров во времени.

Большая часть существующих РРЛ большой и средней емкос­ ти являются системами с ЧРК. Однако -в настоящее время в тех­ нически развитых странах проводится интенсивная разработка и внедрение в эксплуатацию цифровых РРЛ (ЦРРЛ), предназна­ ченных для работы в составе цифровых сетей многоканальной связи. Отличительным свойством таких ЦРРЛ является высокая скорость передачи и связанная с ней широкая полоса частот, за­ нимаемая цифровыми сигналами.

Имеются ЦРРЛ с большой пропускной способностью (скорость передачи C^slOO Мбит/с), средней (10 М бит/с^ С < 100 Мбит/с) и малой (С< 10 Мбит/с). При большой пропускной способности ЦРРЛ должны «меть полосы пропускания порядка 100 МГц и бо­ лее, вследствие чего они должны работать в более высокочастот­ ных диапазонах, чем существующие РРЛ с ЧРК, т. е. в основном на волнах короче 3 см (>10 ГГц).

Т р о п о с ф е р н ы е РРЛ (ТРРЛ). В тропосферной радиорелейной связи используется отражение и рассеяние радиоволн диапазона УВЧ в тропосфере, вызываемое неоднородностью ее строения. Эта неоднородность создается вслед­ ствие перепадов температуры, влажности, давления и вихревых движений воз­ духа в тропосфере. Использование отраженных и рассеянных в тропосфере волн дает возможность размещать радиорелейные станции на больших расстояниях друг от друга, значительно больше прямой видимости.

Передача по ТРРЛ характеризуется многолучевостью, так как в место приема поступает несколько отраженных в тропосфере волн. Интерференция

зуется разнесенный по частоте прием, когда один ствол ТРРЛ образуется па­ раллельным соединением двух стволов, работающих на разных частотах. Прин-

цип построения ТРРЛ аналогичен принципу построения РРЛ прямой видимо­ сти, но расстояние между станциями на ТРРЛ достигает 400—600 км. Много­ канальные системы передачи по ТРРЛ строятся методом ЧРК-ЧМ-ОБП.

Большое ослабление сигналов при передаче по ТРРЛ требует применения передатчиков большой мощности и весьма чувствительных приемников с антен­ нами больших размеров. Для развязки передатчиков .и приемников, работаю­ щих на одну антенну, необходимо «меть достаточно большой .разнос частот пе­ редачи и приема в каждом стволе. Все эти особенности ТРРЛ приводят к снижению их пропускной способности, по сравнению с РРЛ прямой видимости. Число каналов ТЧ на ТРРЛ не превышает 60— 120 и передача телевидения по ТРРЛ не производится.

Практическое значение ТРРЛ заключается в возможности обеспечения средствами связи отдаленных и труднодоступных районов, что для Советского Союза с его огромной территорией представляет особый интерес.

нием спутника Земли в качестве ретранслятора возникла после запуска в 1957 г. в СССР первого в мире искусственного спут­ ника Земли (ИСЗ) и после .разработки мощной ракеты-носителя.

Линия связи через ЙСЗ - состоит из двух оконечных земных станций (ЗС) и ретранслятора, помещенного на борту ИСЗ. Зем­ ные станции оборудуются большими параболическими антеннами с устройствами непрерывного наведения на антенну ИСЗ. Сигна­ лы, посылаемые с ЗС, принимаются и усиливаются ретранслято­ ром спутника, преобразуются но частоте и излучаются антенной ИСЗ в сторону ЗС — корреспондентов.

Связь через ИСЗ между двумя ЗС является как бы разновид­ ностью связи по РРЛ при наличии только -одного ретранслятора между оконечными станциями. Спутниковая связь, как и радио­ релейная, осуществляется в диапазоне СВЧ. Большая ширина диапазона, отводимого на каждую линию спутниковой связи, дает возможность передачи но этим линиям многоканальных групповых сигналов и широкополосных сигналов ТВ такими же методами, как по РРЛ.

Роль спутниковой связи в ЕАСС весьма велика и непрерывно возрастает. Она определяется способностью охвата этой связью огромных территорий, причем для создания новых, направлений связи необходимо лишь сооружение земных станций. В Советском Союзе создана сеть земных станций «Орбита», которая служит для приема центральной программы ТВ и подачи ее местным те­ лецентрам и станциям. По телевизионному стволу может также осуществляться передача газет путем организации дополнитель­ ного канала в диапазоне выше верхней частоты спектра телеви­ зионного сигнала.

Оптические линии связи (ОЛС). Использование для связи волн оптического диапазона началось в 60-х годах после изобретения лазеров— источников когерентного направленного излучения.

Оптические волны могут распространяться в атмосфере без

специальных направляющих систем. Первые оптические линии та­ кого типа, так называемые открытые ОЛС, использовались для передачи небольших 'потоков информации на небольшие расстоя­ ния. Передача оптических 'воли в атмосфере характеризуется боль­ шим ‘затуханием, сильно зависящим от частоты, и неустойчиво­ стью распространения под 'влиянием осадков и загрязнения атмо­ сферы. К первым открытым ОЛС относится J2-канальная соеди­ нительная линия между АТС, введенная в опытную эксплуатацию в 1965 г. в Москве, и такие же линии в ряде других городов. На этих линиях работали помехоустойчивые системы с ИКМ. Даль­ ность передачи не превышала 30 км.

Реальная возможность использования ОЛС для передачи ин­ формации возникла после получения в 1972—1973 годах стеклян­ ных волокон, которые являются диэлектрическими волноводами, обладающими малым затуханием для волн оптического диапазона. На основе этих -волокон были разработаны волоконно-оптические кабели, а затем построены волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). По сравнению е обычными кабельными линиями ВОЛС имеют более низкое затухание (меньшие потери) и более высокую пропускную способность. Они невосприимчивы к электромагнит­

риалом, что устраняет взаимные помехи между каналами и уве­ личивает механическую прочность ВОЛС. Для изготовления ВОЛС не используется медь. По устойчивости к внешним механическим воздействиям ВОЛС не уступают обычным КЛС.

Наиболее распространенными многоканальными системами пе­ редачи, используемыми на ВОЛС, являются цифровые системы с ВРК и ИКМ. Групповой цифровой сигнал модулирует оптическую несущую, которая поступает в ВОЛС. Оптическая несущая соз­ дается в источнике излучения, в качестве которого используется лазер (источник когерентного излучения) или светоизлучающий диод (источник некогерентного излучения). Оптические волны пре­ образуются в электрический сигнал в приемнике излучения, в ка­ честве которого используется фотодиод. Источник и приемник из­ лучения используются также и в промежуточных регенераторах для преобразования оптического сигнала в электрический, регене­ рации его в электронном регенераторе и преобразования в опти­ ческий сигнал для дальнейшей передачи по ВОЛС.

Пропускная способность оптической системы передачи, кото­ рая оценивается параметром пропускной способности, равным про­ изведению скорости передачи информации по линейному тракту на максимальное расстояние между двумя регенераторами, суще­ ственно зависит от типа и параметров оптических волокон, источ­ ников и приемников излучения. Например, при использованиисве­ тодиодов, излучающих волны длиной 0,82—0,85 мкм (затухание ВОЛС при таких длинах волн равно 4 дБ/км), параметр пропуск­ ной способности оптических систем передачи может достигать зна­ чения 100 (Мбит/с) км. При излучении волн длиной 1,3 мкм, из

которых затухание ВОЛС (равно приблизительно 1 дБ/км, пара­ метр пропускной способности достигает 2000 (Мбит/с) км. При ис­

кабельными и радиорелейными позволяют организовать передачу информации с более высокой скоростью при меньшем числе уси­ лителей-регенераторов, что снижает затраты как на строитель­ ство, так и на эксплуатацию системы.

Возможность передачи сигналов по ВОЛС без промежуточных регенераторов на расстояния до 10—12 км .стимулирует их исполь­ зование на городских сетях как для передачи телефонных сигна­ лов и сигналов передачи данных, так и для передачи телевидения. Перспективным является применение оптических систем передачи на внутризоновых и магистральных сетях. В настоящее время оптические системы передачи на большие расстояния находятся в стадии разработки и опытной эксплуатации, а системы передачи на короткие расстояния уже работают в условиях коммерческой эксплуатации. Во всех этих системах применяются цифровые ме­ тоды передачи.

1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ОКОНЕЧНОЙ АППАРАТУРЫ МНОГОКАНАЛЬНЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ С ЧРК

1.1.Методы формирования канальных сигналов

Всистемах передачи с ЧРК за каждым каналом IB л и н и и за­ крепляется определенный спектр 'частот, т. е. канальные сигналы этих систем различаются по частоте. Чем более узкую полосу частот будут занимать канальные сигналы, тем >в отведенной для передачи в линию полосе частот можно будет организовать боль­ шее число каналов. Это положение легло в основу выбора метода формирования канального сигнала. Кроме того, необходимо, что­ бы выбранный метод обеспечивал и более высокую помехозащи­

щенность.

Формирование канальных сигналов можно осуществить мето­ дами амплитудной (AM), ‘частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) мо­ дуляций.

В системах передачи с ЧРК по кабельным и воздушным ли­ ниям для формирования канальных сигналов применяется AM. Использование AM позволяет осуществить передачу одной боко­ вой полосы (ОБП). Амплитудная модуляция с ОБП обладает большей помехоустойчивостью; чем AM с передачей несущего ко­ лебания и двух боковых полос и чем ЧМ или ФМ с малыми индексами модуляции, и позволяет сформировать канальные сиг­ налы минимальной ширины.

В многоканальных системах передачи по радиорелейным ли­ ниям и через ИСЗ, когда уровень помех в линии весьма значи­ телен, применяются наиболее помехоустойчивые виды модуляции ЧМ или ФМ с индексами модуляции, превышающими единицу. Частотная модуляция в таких системах используется для моду­ лирования группового сигнала, формирование которого осуще­ ствляется по принципу AM с ОБП.

Выше отмечалось, что основным методом формирования ка­ нальных 'сигналов в системах передачи с ЧРК по проводным ли­ ниям является метод амплитудной модуляции с ОБП. Однако в некоторых системах передачи с ЧРК оказывается более целесо­ образным использовать передачу двух боковых и несущей. Пере­ дача двух боковых полос и несущей обеспечивает относительно простое получение исходного сигнала на приеме. Для этого дос­ таточно подать AM сигнал на демодулятор и с помощью фильтра выделить исходный сигнал. Оконечное передающее и , приемное оборудование при этом методе передачи AM сигналов относи­ тельно' простое. Модуляторы в передающем оборудовании могут быть выполнены по однотактной схеме. Канальные фильтры не­

го