Каналы связи

 

РЕФЕРАТ

 

по информатике

На тему: Каналы связи

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ          

1.КЛАССИФИКАЦИЯ  И ХАРАКТЕРИСТИКИ КАНАЛА СВЯЗИ         

          1.1. Принципы работы основных видов линий передачи сигналов      

2. МЕТОДЫ  ОБРАБОТКИ И ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ  В СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМАХ.               

2.1. Особенности использования спутниковых  каналов.       

2.2. Передача сигналов в аналоговой  форме.         

2.3. Передача сигналов в цифровой  форме.         

2.4. Передача ТВ-сигналов в цифровой  форме.         

2.5. Передача циркулярных сигналов .          

2.6. Методы коммутации и передачи  данных в ССС       

2.6.1. Системы с коммутацией  каналов с временным уплотнением

2.6.2. Коммутация пакетов.          

2.7. Многостанционный доступ в  ССС.         

2.7.1. Описание основных  методов многостанционного доступа. 

2.7.1.1. Доступ с частотным  разделением каналов (МДЧР).     

2.7.1.2. Доступ с временным  разделением (МДВР).      

2.7.1.3. Доступ с кодовым  разделением (МДКР).      

2.7.2. Сравнительное сопоставление  основных методов.      

2.8. Земные станции (ЗС) спутниковых  систем связи.      

2.8.1. Антенны ЗС.            

2.8.2. Построение типовой ЗС.          

2.8.3. Малые ЗС.            

2.9. Бортовые ретрансляторы ССС.         

2.9.1. Антенны.            

2.9.2. Ретрансляторы.           

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ  ЛИТЕРАТУРА           

 

ВВЕДЕНИЕ

В нашей  стране создается единая автоматизированная система связи. Для этого развиваются, совершенствуются и находят новые  области применения различные технические средства связи.

Еще недавно  междугородняя телефонная связь  осуществлялась исключительно по воздушным линиям связи; при этом на надежность связи влияли грозы и возможность обледенения проводов. В настоящее время все шире применяются кабельные и радиорелейные линии, повышается уровень автоматизации связи.

Все разнообразие используемых в технике и быту систем связи, в основном радиосвязи, можно свести к трем видам, отличающимся способами передачи сигнала от передатчика к приемнику. В первом случае используется ненаправленная радиосвязь от передатчика к приемнику, типичная для широкого вещания радио и телевидения. Такой способ радиосвязи имеет то преимущество, что позволяет охватить практически неограниченное число абонентов - потребителей информации. Недостатками такого способа являются неэкономное использование мощностей передатчика и мешающее влияния на другие аналогичные радиосистемы. В тех случаях, когда число абонентов ограничено и нет необходимости в широковещании, используется передача сигнала с помощью направленно излучающих антенн, а также при помощи специальных устройств, называемых линиями передачи сигнала.

В широковещательной  связи обычно используется однонаправленная передача сигнала от радиостанции к  потребителю, при направленной же связи, как правило, применяется двусторонняя связь, то есть на каждом конце системы связи имеются и передатчик и приемник ( приемопередатчик - ПП). При направленной связи не нужны передатчики большой мощности, и их можно установить на обоих концах системы. При направленной магистральной связи на дальние расстояния через пространства и в линиях передачи используются ретрансляторы, которые ставятся вдоль трассы. Они усиливают сигнал, очищают его от помех и передают дальше.  Рассмотрим принципы работы основных видов линий передачи сигналов, начиная от двухпроводной линии, которая начала применятся в начале нашего века и кое-где в сельских местностях используется до сих пор для передачи телеграфных и телефонных сигналов, и кончая современной волоконно-оптической линией, которая наряду с космической (спутниковой) связью, несомненно, составит связь будущего.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ  КАНАЛА СВЯЗИ

 

Канал связи – это совокупность средств, предназначенных для передачи сигналов (сообщений).

Для анализа  информационных процессов в канале связи можно использовать его обобщенную схему, приведенную на рис. 1.

 

                                                                             f

 

                  Z                    X                    Y                     W

 

 

                      Рис. 1. Обобщенная схема канала  связи

  ИИ

 

 ЛС

 

   П

 

  ПИ

 

   П

 

 

 

 

 

 

На рис. 1 приняты следующие обозначения: X, Y, Z, W – сигналы, сообщения; f – помеха; ЛС – линия связи; ИИ, ПИ – источник и приемник информации; П – преобразователи (кодирование, модуляция, декодирование, демодуляция).

Существуют  различные типы каналов, которые  можно классифицировать по различным признакам:

1. По типу линий связи: проводные; кабельные; оптико-волоконные;

линии электропередачи; радиоканалы и т.д.

2. По характеру сигналов: непрерывные; дискретные; дискретно-непрерывные (сигналы на входе системы дискретные, а на выходе непрерывные, и наоборот).

3. По помехозащищенности: каналы без помех; с помехами.

Каналы связи характеризуются:

1. Емкость канала определяется как произведение времени использования канала T_к, ширины спектра частот, пропускаемых каналом F_к и динамического диапазона D_к., который характеризует способность канала передавать различные уровни сигналов

        

          V_к = T_к F_к D_к. (1)

 

Условие согласования сигнала с каналом:

 

V_c £ V_k; T_c £ T_k; F_c £ F_k; V_c £ V_k; D_c £ D_k.

 

2. Скорость передачи информации – среднее количество информации, передаваемое в единицу времени.

3. Пропускная способность канала связи – наибольшая теоретически достижимая скорость передачи информации при условии, что погрешность не превосходит заданной величины.

4. Избыточность – обеспечивает достоверность передаваемой информации (R = 0¸1).

Одной из задач теории информации является определение  зависимости скорости передачи информации и пропускной способности канала связи от параметров канала и характеристик сигналов и помех.

Канал связи  образно можно сравнивать с дорогами. Узкие дороги – малая пропускная способность, но дешево. Широкие дороги – хорошая пропускная способность, но дорого. Пропускная способность  определяется самым «узким» местом.

Скорость  передачи данных в значительной мере зависит от передающей среды в каналах связи, в качестве которых используются различные типы линий связи.

Проводные:

1. Проводные – витая пара (что частично подавляет электромагнитное излучение других источников). Скорость передачи до 1 Мбит/с. Используется в телефонных сетях и для передачи данных.

2. Коаксиальный кабель. Скорость передачи 10–100 Мбит/с – используется в локальных сетях, кабельном телевидении и т.д.

3. Оптико-волоконная. Скорость передачи 1 Гбит/с.

В средах 1–3 затухание в дБ линейно зависит  от расстояния, т.е. мощность падает по экспоненте. Поэтому через определенное расстояние необходимо ставить регенераторы (усилители).

Радиолинии:

1. Радиоканал. Скорость передачи 100–400 Кбит/с. Использует радиочастоты до 1000 МГц. До 30 МГц за счет отражения от ионосферы возможно распространение электромагнитных волн за пределы прямой видимости. Но этот диапазон сильно зашумлен (например, любительской радиосвязью). От 30 до 1000 МГц – ионосфера прозрачна и необходима прямая видимость. Антенны устанавливаются на высоте (иногда устанавливаются регенераторы). Используются в радио и телевидении.
2. Микроволновые линии. Скорости передачи до 1 Гбит/с. Используют радиочастоты выше 1000 МГц. При этом необходима прямая видимость и остронаправленные параболические антенны. Расстояние между регенераторами 10–200 км. Используются для телефонной связи, телевидения и передачи данных.

3. Спутниковая связь. Используются микроволновые частоты, а спутник служит регенератором (причем для многих станций). Характеристики те же, что у микроволновых линий

1.1 ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ОСНОВНЫХ ВИДОВ

ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ

Двухпроводная линия: провода подвешиваются на столбах, расстояние между которыми порядка метра. Применяется для передачи сигналов на волнах порядка сотен и более метров, что соответствует частотам в диапазоне практически от 0 до 1 МГц. Используется для трансляции местного радиовещания.

Электрический кабель. Эл. каб. делятся на низкочастотные и высокочастотные, одножильные и многожильные. Кабеля применяются для передачи сигналов на частотах до 1 ГГц, что соответствует длинам волн от 30 см и более. Примером может служить телевизионный кабель, соединяющий антенну с телевизионным приемником.

Метрический волновод представляет собой полую  металлическую трубку круглого или  прямоугольного сечения. Электр. волны  могут распространятся по волноводу отражаясь от стенок. Металл. волноводы получили применение в качестве линий передачи сантиметровых и миллиметровых волн. Круглый волновод не получил применение для дальней связи, так как требуется выполнить прямолинейность трассы. Это оказалось очень дорогостоящим.

Диэлектрический волновод - это стержень из диэлектрического материала, в котором могут распространятся электромагнитные волны с малыми потерями. Они получили применения для передачи сигнала на миллиметровых волнах на сравнительно короткие расстояния (метры, десятки метров). Они оказались чрезвычайно перспективными для применения в диапазоне световых волн, точнее, в диапазоне инфракрасных волн с длиной волны порядка микрометра.

Радиорелейная линия. Чтобы обеспечить передачу сигнала  за пределы прямой видимости, антенны  с ретрансляторами помещали на высоко летящие объекты: самолеты и спутники, а также на специальные мачты высотой до 100 метров, устанавливаемые вдоль трассы на расстоянии 40-50 км друг от друга. Радиорелейные линии сейчас широко применяются. Их можно увидеть вдоль магистральных шоссе и железнодорожных линий.

Лучеводная линия. В коротковолновой части миллиметрового диапазона волн, субмиллиметровом диапазоне и вплоть до светового диапазона используются лучеводные линии передач. Представляют собой рад линз на подставках в свободном пространстве или помещенных в трубу, выполняющую роль механической защиты. Как и волноводные, лучеводные линии не нашли широкого применения в качестве магистральных линий дальней связи, прежде всего по экономическим причинам. Слишком дорого обходится прокладка таких линий из-за требований к точности установки линз или зеркал. Земля «дышит», и линзы смещаются.

Волоконно-оптическая линия. Основу вол.-опт. линии составляет волоконно-оптический кабель, главным элементов которого является волоконный световод -стеклянное волокно из высококачественного оптического стекла. Стекла оказались более прозрачными в инфракрасном диапазоне.

В настоящее  время глубоко начались развиваться  компьютерные сети. С помощью их можно осуществить практически  любой способ передачи информации.

 

 

 

 Сетевые устройства и средства коммуникаций

В качестве средств коммуникации наиболее часто  используются витая пара, коаксиальный кабель оптоволоконные линии. При выборе типа кабеля учитывают следующие показатели:

• стоимость  монтажа и обслуживания,

• скорость передачи информации,

• ограничения  на величину расстояния передачи информации (без дополнительных усилителей-повторителей (репитеров)),

• безопасность передачи данных.

Главная проблема заключается в одновременном  обеспечении этих показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным  расстоянием передачи данных, при  котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

Витая пара.

Наиболее  дешевым кабельным соединением  является витое двухжильное проводное соединение часто называемое "витой парой" (twisted pair). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и бес проблемная установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

Коаксиальный  кабель.

Коаксиальный  кабель имеет среднюю цену, хорошо помехозащитен и применяется  для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.

Широкополосный  коаксиальный кабель.

Широкополосный  коаксиальный кабель невосприимчив  к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передачи информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый репитер (повторитель). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (терминатор).