2. Виды и основные параметры лс

- пропускная способность – единица измерения бит/с.

- погонное затухание – ослабление сигнала на единицу длины (дБ/м или дБ/км).

- полоса пропускания - абсолютная ΔF = f1 – f2 ,

- относительная δf =ΔF/fо, где fо – центральная частота полосы .

1. Медные кабельные линии. Основная область применения – телефония. Содержат до 3000 пар поводов в одном кабеле. Изоляция – бумага, пластик, металлическое покрытие (обычно – свинец или металлорукав). Обычно прокладывается в асбоцементных трубах.

2. Коаксиальные кабели. Основные сферы применения - телевидение, телефония. Пропускная способность – 8-16 Мбит/с;

3. Витая пара. Сравнительно недорогой кабель с уменьшенными перекрестными потерями. Наиболее распространенными являются неэкранированные витые пары различных категорий: 250-600 МГц.

Для экранированной витой пары (используется в сетях Token Ring) частота 16 МГц полоса рабочих частот до 300 МГц.

4. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). В зависимости от технологии изготовления различают многомодовые (MMF) и одномодовые (SMF): источником излучения в многомодовых служит светодиод, а для одномодовых– полупроводниковый лазерный диод. В многомодовых ВОЛС распространяются различные типы (моды) электромагнитных колебаний, между которыми происходит перераспределение энергии источника излучения. Поэтому такие ВОЛС обладают большим погонным затуханием и сравнительно узкой полосой пропускания (рабочая полоса около 160 и 500 МГц ) по сравнению с одномодовыми.

Световод диаметром 0,1 мм ВОЛС представляет собой конструкцию из диэлектриков с коэффициентами преломления n1 и n2, причем n1 всегда больше n2.

Сигнал с цифровой системы (ЦС - либо одиночная ПЭВМ, либо оконечное устройство ЛВС) поступает на оптический передатчик, преобразующий получаемую информацию в импульсную последовательность с параметрами (логическими и физическими), необходимыми для передачи сигнала по ВОЛС (оптический сигнал с требуемыми параметрами формируется при помощи модулятора). В качестве оптического приемника используется фотодиод, преобразующий оптическое излучение в электрические импульсы. Приемник преобразует последовательность поступающих импульсов в формат данных, применяемых в приемной ПЭВМ. Длина кабеля ВОЛС может достигать десятков километров (длина кабеля для передачи электрических сигналов из-за потерь, перекрестных искажений и дисперсии не превышает 3…6 км). При передаче данных на большие расстояния применяются оптические регенераторы, восстанавливающие форму и мощность оптического сигнала.

3. Телеграфные системы. Яндекс - http://rudocs.exdat.com/docs/index-3620.html?page=8

Google - http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.cgi?RSlrljwg(tg9!xi9n;

Телеграфная связь (греч.Tele- далеко + англ.Type- печатать на машинке)- коммутируемая система связи, при которой сообщение набирается и посимвольно передается принимающей стороне, где синхронно получается распечатка (телеграмма).

Телексная сеть - единая международная автоматизированная система телеграфной абонентской сети, предназначенная для быстрой передачи символьной информации и использующая латинский алфавит, цифры и специальные знаки. Абонентам телексной сети присваивается цифровой номер и буквенный код, которые дополняются шифром страны.

Телетайпная сеть - аналог телексной сети, действующий на территории РФ, допускающий использование латинского и русского алфавитов. Абонентам телетайпной связи присваивается цифровой номер и буквенный код. Телетайп - устройство для приема/передачи данных через телеграфную систему связи.

Лекция 15. Беспроводные системы связи

Радиосвязь, диапазоны и особенности распространения сигналов в каналах связи.

Беспроводными называются линии, информации по которым передается при помощи радиосигналов или световых сигналов в пределах прямой видимости Связь между длиной волны (L), частотой (f) и скоростью света (с) определяется формулой: L = c/f. Согласно международным соглашениям различают основные диапазоны для радиосвязи:

Освоены все указанные диапазоны длин волн, причем каждый из них имеет определенные специфические особенности, связанные в первую очередь со строением земной атмосферы. Например, радиовещание осуществляется в диапазонах НЧ – УВЧ, а спутниковая связь – в диапазонах СВЧ и КВЧ, причем для первого вида связи необходимо отражение от определенных слоев атмосферы, а для второго – наличие окон прозрачности в атмосфере планеты.

Антенны и фидеры:

- фидер – устройства подвода энергии к антенне;

- антенна – устройство для излучения энергии в пространство и (или) для приема электромагнитного излучения. Антенны, состоящие из проводов небольшого (по сравнению с габаритами антенны) диаметра называются проволочными (используются в диапазонах НЧ, КВ и УКВ), а излучающие или принимающие энергию через раскрыв (апертуру) называются апертурными и применяются в диапазонах СВЧ и КВЧ. Диаграмма направленности показывает относительную мощность, излучаемую антенной в зависимости от угла относительно оси устройства. Типичная диаграмма направленности параболической антенны выглядит следующим образом:

Для приемной антенны также можно построить диаграмму направленности, которая по своей сути является графиком модуля коэффициента усиления в полярных координатах. Другими важными параметрами антенны являются мощность боковых лепестков и направленность. Мощность боковых лепестков должна быть по возможности минимальной, поскольку в этом случае энергия, излучаемая в требуемом направлении, будет максимальной. Кроме того, для некоторых специфических приложений (например, скрытая связь) мощность боковых лепестков должна быть минимизирована.

Связь в диапазонах СВЧ и КВЧ осуществляется в пределах прямой видимости. В этих же диапазонах осуществляется спутниковая связь (в том числе спутниковое телевещание), а также сотовая телефонная связь и связь при помощи радиомодемов. Среди других видов связи в КВ – СВЧ диапазонах следует отметить тропосферную, ионосферную и радиорелейную связь.

Тропосферная связь – связь вне пределов прямой видимости. Она основана на многократном отражении от тропосферы (на высоте 10 – 12 км) и земной поверхности. Связь производится в диапазоне частот 0,8–1 ГГц. Расстояние между станциями 300–600 км, число радиоканалов – 12….120. Преимуществом тропосферной связи является большая дальность, а недостатком – малая мощность сигнала в точке приема. Кроме того, электрофизические параметры тропосферы существенно зависят от состояния атмосферы и в целом являются неустойчивыми, что выражается в замирании сигнала при его передаче на большие расстояния.

Ионосферная связь основана на отражении радиоволн от ионосферы планеты на высотах от 50-120 км. Связь осуществляется в диапазоне 40–70 МГц. Преимуществом ионосферной связи является большая дальность приема (2000–3000 км), а недостатком - малую мощность в точке приема и малое (не более трех) количество каналов.

Радиомодемы. С точки зрения структуры сети радиомодем очень похож на оконечную РРС, поскольку довольно часто с его помощью решают так называемую проблему последней мили. Данная проблема возникает при подключении абонентов с трафиком малой интенсивности к уже действующей системе РРС, поскольку строительство новой станции в данном случае нецелесообразно. Обычно скорость передачи в таких линиях достигает 2 Мбит/с на частотах несущей до 55 ГГц.

15.1 (доп. к лекции) Радиорелейная связь (РРС) представляет собой радиосистему, в которой сигналы передаются с помощью наземных станций. Эти станции работают в СВЧ-диапазоне (0,4–40 ГГц). Ретрансляторы располагаются на высоких (до 100 м) специальных мачтах на расстоянии 40–50 км (наземная сеть до 10000 км). Отсутствие кабельной проводки является несомненным преимуществом рассматриваемого вида связи, однако он весьма чувствителен к атмосферным помехам. Принципиальным отличием радиорелейной станции от иных радиостанций является дуплексный режим работы, протяжённость и скорость передачи данных находятся в обратно пропорциональной зависимости друг от друга: чем больше расстояние, тем ниже скорость, и наоборот. Пример построения РРС:

На рисунке ОРС, ПРС и УРС – соответственно оконечная, промежуточная и узловая радиорелейные станции. Поскольку РРС работают в СВЧ диапазоне они должны располагаться в пределах прямой радиовидимости друг от друга. Это, безусловно, можно считать недостатком рассматриваемого типа связи, однако в СВЧ диапазоне можно формировать потоки энергии в очень малых телесных углах, что позволяет не только увеличить дальность уверенного приема и помехоустойчивость, но и существенно повысить безопасность радиообмена по сравнению с радиосетями, работающими на более длинных волнах. Недостатком работы в СВЧ диапазоне является также зависимость качества приема от погодных условий. Однако данная проблема имеет различные вполне приемлемые технические решения.

Антенны РРС могут работать в режиме приема-передачи информации по методу частотного разделения каналов (ЧРК). Прием и передача сигналов производится одной антенной на двух различных частотах f1 и f2, которые образуют радиочастотный ствол (на станции до восьми).

Аналоговые РРС предназначены для передачи многоканальных телефонных сигналов, сигналов ТВ и данных с низкой и средней скоростью по каналам тональной частоты.

Цифровые РРС используются для реализации трактов со скоростями передачи данных 150-650 Мбит/с. Обработка сигналов производится не на СВЧ (в этом диапазоне лежит только несущая частота), а на промежуточной частоте, что позволяет унифицировать приемопередающие тракты и тракты ввода-вывода и первичной обработки сигналов. В цифровых РРС применяется импульсно-кодовая модуляция, а число каналов (например, телефонных) может достигать 2000..

15.2. Оптические системы связи (ОСС) – передача информации на расстоянии без использования кабеля: на противоположных концах линии устанавливаются приемо-передающие устройства, которые соединены через блок преобразователя с оборудованием конечного пользователя (ПК, телефон). 

Оборудование ОСС удобно применять в условиях, где сложно или затруднительно проложить кабель: городская застройка, железнодорожные пути, водная преграда. Возможны различные конфигурации сети: «звезда», «кольцо» или «mesh». Связь по лазерному лучу по воздуху обеспечивает передачу большого количества информации с высокой надежностью на расстояниях до 5 км (прямой видимости) и наиболее просто и эффективно решает проблему "последней мили", также и в качестве вставок в волоконно-оптические линии на отдельных труднопроходимых участках; для связи в горных условиях, в аэропортах, между отдельными зданиями одной организации (органы управления, торговые центры, промышленные предприятия, университетские городки, больничные комплексы, стройплощадки и т. д.); при создании разнесенных в пространстве локальных компьютерных сетей; при организации связи между центрами коммутации и базовыми станциями сотовых сетей; для оперативной прокладки линии при ограниченном времени на монтаж.

Преимущества ОСС

1) экономичность (не требуется рыть траншеи для укладки кабеля и арендовать землю);

2) низкие эксплуатационные расходы;

3) высокая пропускная способность и качество цифровой связи; лазерный луч ИК-диапазона (0,85 мкм) передается в дуплексном режиме между пунктами связи в атмосфере;

4) быстрое развертывание и изменение конфигурации сети; легкое преодоление препятствий - железных дорог, рек, гор;

5. беспроводная связь в радиодиапазоне ограничена перегруженностью и дефицитом частотного диапазона, недостаточной скрытностью, подверженностью помехам, в том числе и преднамеренным с соседних каналов, повышенным энергопотреблением.

Основные свойства лазерных систем: 

• практически абсолютная защищенность от несанкционированного доступа (высокий уровень помехоустойчивости и помехозащищенности за счет возможности концентрации всей энергии сигнала в углах от долей угловых минут - в лазерных космических системах связи до десятков градусов - полнодоступные системы связи в помещениях); 

• высокие скорости передачи данных (до десятков Гбит/с);

• отсутствие ярко выраженных демаскирующих признаков (побочных электромагнитных излучений) и возможность дополнительной маскировки, позволяющей скрыть не только передаваемую информацию, но и сам факт информационного обмена;

• биологическая безопасность (ср. плотность мощности излучения в лазерных системах различного назначения примерно в 10⁴ раз меньше облученности, создаваемой Солнцем;

• простота принципов построения и функционирования, относительно малая стоимость по сравнению с традиционными средствами передачи информации аналогичного назначения;

• недостаток: распространение сигнала сильно зависит от метеоусловий, от наличия дыма, пыли и других загрязнений воздуха - затухание при ясной погоде (дождь, снег, густой туман) – до 3 (15, 25, 100) дБ/км.

15.3. Спутниковые СПИ (материал лекции, СТО-Трип-с.20, 47-49)

Связь через ИСЗ. Первые космические комплексы: Стрела и Молния (1965-68 связь), Метеор (метеорология 1969), Эридан и Зенит (топография), Циклон (ПРО 1970), Надежда-Коспас 1982, Целина (р\техн. наблюдение 1970), Цикада (навигация 1976) ….

• виды,

• орбиты,

• технологии, требования, преимущества, ограничения,

• примеры

15.4. Мобильная связь (+СТО-Трип-с.21, 33-37-43):

	Стандарты мобильной связи
	0G	PTT · MTS · IMTS · AMTS · Mobitex · Autotel/PALM · ARP
	1G	NMT · AMPS · Hicap
	2G	GSM · iDEN · D-AMPS · IS-95 · PDC · CSD · GPRS · HSCSD · WiDEN
	2.75G	EDGE/EGPRS ·CDMA2000 (1xRTT)
	3G	UMTS (W-CDMA) · CDMA2000 (1xEV-DO/IS-856) ·FOMA · TD-SCDMA · WiFi
	3.5G	UMTS (HSDPA) · UMTS (HSUPA) · CDMA2000 (EV-DO Rev.A)
	3.75G	UMTS (HSPA+) · CDMA2000 (EV-DO Rev.B/3xRTT)
	4G	WiMAX · LTE

Поколения	1G	2G	2.5G	3G	3.5G	4G
Разр./реализ.	1970/1984	1980/1991	1985/1999	1990/2002	2000/2007	2000/2008
Сервисы	Аналоговый голос	Цифровой, SMS, передача данных и голос	Большая ёмкость	Больше емкость, скорость	Увеличение скорости	Увелич. Ёмкость, IP- сеть, мультимедия
Передача Мбит/c	0,002	0,01	0,06-0,4	2	2/3-14 2,4/0,15; 70/27	1000
Стандарты	FDMA	CDMA, GSM, TDMA,	GPRS, EDGE	WCDMA, СDMA2000 UMTS	HSDPA, СDMA2000 (EV-DO)	LTE WiMAX
Частота, МГц	450-900	900-1800	900-1800	2000

Стандарты 2G:

GSM (Global System for Mobile Communications)- глобальный цифровой стандарт .

HSCSD — это улучшенная версия CSD (HS — High Speed) — обычного модемного соединения для сетей GSM. До появления GPRS пользоваться интернетом на сотовом телефоне можно было только через CSD. Тарифицируется поминутно (в GPRS платится за объем переданных данных). Возможно использование одной MS до 4хTS (тайм слотов — каналов). Скорость по каждому из TS увеличивается до 14,4 Кбит/с (в CSD было 9,6 Кбит/с), тем самым скорость (пропускная способность) увеличивается до 14,4х4=57,6 Кбит/с.

GPRS (General Packet Radio Service — пакетная радиосвязь общего пользования) — надстройка над технологией GSM, осуществляющая пакетную передачу данных; позволяет пользователю производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, Интернет (в 2G - GPRS - 0,06 Мбит/с, в 2,5G EDGE –0,180 Мбит/с).

Сети 3G: - технологии мобильной связи— набор услуг, которые объединяют высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет и технологию радиосвязи, которая создаёт канал передачи данных на основе пакетной передачи данных. Сети 3G работают на частотах около 2 ГГц с 2 Мбит/с, позволяют организовывать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и телепрограммы. Для подключения - иметь телефон, поддерживающий стандарт 3G, подключенные услуги «GPRS» и находиться в зоне 3G. Разработаны рекомендации:

• обеспечение качества передачи речи, сравнимого с качеством передачи в проводных сетях связи;

• обеспечение безопасности, сравнимой с безопасностью в проводных сетях;

• обеспечение национального и международного роуминга;

• поддержка нескольких местных и международных операторов;

• эффективное использование спектра частот;

• пакетная и канальная коммутация;

• поддержка многоуровневых сотовых структур;

• взаимодействие с системами спутниковой связи;

• поэтапное наращивание скорости передачи данных вплоть до 10 Мбит/с.

Стандарты 3G:

UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) - в основном в Европе, официально признан в России следующей ступенью развития GSM. UMTS – наиболее распространенный стандарт 3G в мире (70%), имеет 0,4 Мбит/с.

WCDMA ((Wideband Code Division Multiple Access = широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов) - технология передачи данных в сетях UMTS, использующая одновременную передачу кодированных потоков данных по широкополосному каналу.

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) – технология для 3,5G (высокоскоростного пакетного доступа по входящему каналу; метод модуляции позволил впятеро повысить пропускную способность канала и вдвое - ёмкость UMTS-сети), является естественным продолжением UMTS и даёт в сети UMTS до 3,6-7,6–14,4 Мбит/с.

CDMA 2000 - в Азии и США , РФ.

EV-DO (Evolution-Data Optimized) — технология передачи данных, используемая в CDMA. В отличие от EV-DV (EVolution Data/Voice) эволюции подвергся только интерфейс передачи данных, а передача голоса осталась полностью идентичной CDMA2000 1x и CDMA One (IS-95a/b).Передача данных (DownLoad/UpLoad):

Rev.0 — 2,4/0,153 Мбит/с, Rev.B — 73,5 / 27,0 Мбит/с.