Оптичний зв'язок

За визначенням, оптичний зв'язок здійснюється в діапазоні електромагнітних хвиль оптичної частини спектра з довжиною хвилі від 103 до 10-2 мкм відповідно з частотами від 3*1011 до З*1016 Гц. Цей діапазон традиційно підрозділяється на інфрачервоний, з довжиною хвилі від 103 до 0,75 мкм, видимий - від 0,75 до 0,4 мкм і ультрафіолетовий - від 0,4 до 102 мкм. Принципова відмінність систем оптичного зв'язку від систем традиційного радіозв'язку полягає насамперед у тому, що принципи дії основних вузлів системи зв'язку - випромінювачів і приймачів, засновані на законах квантової фізики, що полягає у взаємодії квантів електромагнітної енергії (фотонів) з атомами і молекулами речовини.

Головними перевагами оптичних систем зв'язку є потенційно велика ширина смуги, зайнята оптичним діапазоном, у порівнянні з радіодіапазоном, а також можливість реалізації значно більш спрямованої передачі електромагнітної енергії в просторі. Можливість більш спрямованої передачі обумовлюється тим, що при визначеному розмірі антени передавача в першому наближенні кутова розбіжність променів передавача обернено пропорційна частоті несучої, а просторова густина потужності на прийомній стороні пропорційна квадрату частоти. Наприклад, просторова щільність потужності на прийомній стороні в мільйон разів більше для оптичної зв'язної системи, що має діаметр антени 10 см і працює на частоті 1014Гц, у порівнянні з радіосистемою, що має діаметр антени 10 м і працює на частоті 109 Гц. У цьому прикладі кутова розбіжність променя оптичного передавача складає всього 30 мкрад. Однак надвузькі діаграми спрямованості, що легко реалізуються в оптичних лазерних системах зв'язку, будучи перевагою зазначених систем по енергетиці, накладають дуже тверді вимоги на системи націлювання і спостереження за променем передавача.

Лекція 23. Поділ каналів зв’язку

На одній лінії зв'язку можна організувати велику кількість ЛЗ (їх кількість залежить від способу ущільнення ЛЗ). Для того, щоб організувати багато ЛЗ потрібно використовувати наступні види (способи) поділу КЗ: - Частотний поділ КЗ; - Часовий поділ КЗ;

- Фазовий поділ КЗ; - Лінійний поділ КЗ; - Поділ за формою сигналів; - Поділ за рівнем сигналів; - Просторовий поділ; - Організація фантомних ланцюгів. Фазовий поділ К.З. - використовується одна несуча, в першій частині без зсуву, а в другій - зі зсувом на 90 градусів, тобто можна використовувати дві несучі. За формою сигналів: дзвоноподібні, прямокутні, синусоїдальні і т.д. Складність у розпізнаванні форми сигналів, тому практично не використовується. За рівнем сигналу - аналогічно багаторівневій передачі.

Просторовий поділ - (на магнітній стрічці кілька доріжок) запис на багатьох доріжках.

Частотний поділ каналів зв'язку

Для організації декількох каналів зв'язку по одній лінії зв'язку існує ряд методів поділу каналів: частотний, часовий, фазовий, лінійний, просторовий, за рівнем урівноваженого моста.

Найбільш широке застосування на практиці одержали частотний і часовий методи.

Організація декількох каналів зв'язку по одній лінії називається ущільненням лінії зв'язку. Ущільнення лінії зв'язку економічно доцільно здійснювати, тому що це дозволяє скоротити капітальні витрати на будівництво нових ліній зв'язку, скоротити витрати на устаткування й експлуатацію.

При ЧПК спектри канальних сигналів розташовуються на шкалі частот таким чином, щоб не відбувалося перекриття їхніх частотних смуг, тобто для кожного каналу зв'язку виділяється своя смуга частот.

Розташування спектрів канальних сигналів при ЧПК.

Для переносу спектра первинного сигналу в область смуги пропускання відповідного каналу зв'язку застосовується один з видів модуляції: амплітудна, частотна або фазова, і використовується своя несуча частота. Відстань між несучими частотами по частоті вибирається таким чином, щоб не було перекриття частотних спектрів модульованих сигналів сусідніх каналів.

Поділ сигналів, переданих по різних каналах, на прийомній стороні здійснюється за допомогою смугових фільтрів. Якби смугові фільтри мали ідеальні характеристики затухання, канали зв'язку при ЧПК можна було б розташовувати по шкалі частот поруч, і у відведеному діапазоні частот ∆F можна було б одержати n = ∆F/∆fk, де ∆fk - смуга частот, занята одним каналом, каналів зв'язку. Однак, через неідеальність характеристик затухання електричних фільтрів частину смуги необхідно витрачати на розфільтровку між каналами, щоб запобігти взаємному впливу спектрів частот сусідніх каналів. Тоді, з урахуванням утрат на розфільтровку, загальна кількість каналів зв'язку при ЧПК визначиться з виразу:

- частотний діапазон, що відводиться для передачі сигналу.

- смуга пропускання одного каналу зв'язку. - смуга, відведена на розфільтровку. Для кожного КЗ - своя несуча і свій діапазон - принцип поділу.

Канали відрізняються лише несучими частотами (фільтрацією, демодуляцією). По даній лінії зв'язку можна організувати канал зв'язку.

Спрощена структурна схема системи з ЧПК показана на мал. Тут від ДС у систему зв'язку в залежності від її виду може надходити або звуковий сигнал (при телефонному зв'язку), або оптичний (при факсимільному або телевізійному зв'язку), або механічний вплив (при телеграфному зв'язку). Припустимо, що дана система призначена для передачі телефонних сигналів. У цьому випадку від кожного ДС на Пвх (телефонний апарат) надходять звукові (мовні) сигнали. Пвх перетворює акустичні впливи в електричні сигнали, що займають смугу частот 300-3400 Гц.

З виходу Пвх електричні сигнали подаються на модулятор М, де відбувається формування канальних сигналів, тобто перенос вихідного спектра частот (300-3400 Гц) у смугу частот даного телефонного каналу, що залежить від несучої частоти, що подається на даний модулятор із fН1. Якщо як модулятор використовується, наприклад, амплітудний модулятор, то на його виході з'явиться модульований сигнал, що містить дві бічні смуги частот. Оскільки частоти верхніх і нижньої бічних смуг несуть однакову інформацію, то для передачі по лінії зв'язку немає необхідності передавати дві смуги частот. Тому для здійснення передачі з одною бічною смугою (ОБС) на виході модулятора встановлюється смуговий фільтр ПФ, що виділяє одну бічну смугу частот для передачі її в лінію зв'язку.

У лінію зв'язку надходять також сигнали інших каналів зв'язку, смуги частот яких не перекриваються завдяки відповідному виборові несучих частот, що подаються на різні канальні модулятори.

На прийомній стороні груповий сигнал з лінії зв'язку, що представляє собою суму канальних сигналів, надходить на смугові канальні фільтри, кожний з яких виділяє смугу частот свого каналу і подає її на демодулятор (ДМ). Останній робить зворотний перенос спектра канальних сигналів у вихідну смугу частот 300-3400 Гц. Це досягається повною відповідністю частот, що подаються на М и ДМ даного каналу від генераторів несучих. Сигнал з частотами 300- 3400 Гц подається на Пвих (телефонний апарат), де виробляється зворотне перетворення електричних сигналів у звукові, котрі далі подаються одержувачеві сигналу (ОС).

Передача інформації в зворотному напрямку здійснюється аналогічним образом. При використанні для передачі в зворотному напрямку іншої лінії зв'язку можна скористатися тими ж смугами частот, що і для передачі в прямому напрямку. У випадку використання для зворотного напрямку однієї і тієї ж лінії, передачу здійснюють в інших частотних смугах.

Недоліки - досить низька завадостійкість, тому що завади не знищуються, а накопичуються разом з несучою. Великий обсяг витрат на устаткування. Перевага - вузька смуга, зайнята каналами зв'язку.