Прокис Дж. Цифровая связь (2000) (1151856), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В диапазоне очень низких частот (ОНЧ) и звуковом диапазоне, в которых длины волн превышают 10 км, земля и ионосфера образуют волновод для распространения электромагнитных волн. В этих частотных диапазонах сигналы связи фактически распространяются вокруг всего земного шара. По этой причине эти диапазоны частот прежде всего используются во всем мире для решения навигационных задач с берега до кораблей.
Ширина полосы частот канала, доступной в этих диапазонах, относительно мала (обычно составляет 1...10;4 центральной частоты), и, следовательно, информация, которая передается через эти каналы, имеет относительно низкую скорость передачи и обычно неприемлема для цифровой передачи. Доминирующий тип шума на этих частотах обусловлен грозовой деятельностью вокруг земного шара, особенно в тропических областях.
Интерференция возникает из-за большого числа станций в этих диапазонах частот. Распространение земной волной, как иллюстрируется на рис. 1.2.3, является основным видом распространения для сигналов в полосе средних частот (0,3...3 МГц). Это— диапазон частот, используемый для радиовещания с АМ и морского радиовещания.
При АМ радиовещании и распространении земной волной дальность связи, даже при использовании мощных радиостанций, ограничена 150 км. Атмосферные шумы, промышленные шумы и тепловые шумы от электронных компонентов приймника являются основными причинами искажений сигналов, передаваемых в диапазоне средних частот. 15 Полоса частот Использование 10 Гц 1О м 10 Гц ! мм Экспериментирование Миллиметровые волны (КВЧ) 100 ГГц Навизацня Космическая связь 1 см Сверхвысокие частоты 10 ГГц (СВЧ) 1О см Ультравысокие частоты Мобильная связь 1 ГГц (УВЧ) !!НР ТЧ и мобильная связь Мобильная связь, аэронавтика о зп Очень высокие частоты (ОВЧ) 100 МГц ЧНЕ ТЧ и ЧМ вещание Мобильная связь Высокие частоты (ВЧ) 10)!4ГМ 100 м Средние частоты (СЧ) АМ вещание 1 М1'ц 1км Низкие частоты (нч) 100 кГц !Окм Очень низкие частоты (ОНЧ) !О кГц 100 к Звуковой диапазон 1 кГц Рис. 1.2.2.
Частотные диапазоны для беспроводных каналов связи 1Саг(зоа (1975), 2-е нзд., © 7ь(сСганг-Нй! ВооК Со.1 Частным случаем распространения пространственной волны является ионосферное распространение, иллюстрируемое рис. 1.2.4. Оно сводится к отражению (отклонение или рефракция волны) передаваемого сигнала от ионосферы, которая состоит из нескольких слоев заряженных частиц, расположенных на высоте 50...400 км от поверхности земли. В дневное время суток разогрев нижних слоев атмосферы солнцем обусловливает-появление нижнего слоя на высоте ниже 120 км. Эти нижние слои, особенно П-слой, вызывают 16 1м 10м Микроволновая ретрансляция Связь Земля-спутник Радиолокация Бизнес Радиолюбительство Международная ралиосвязь Гражданский диапазон Аэронавтика Навигация Радиотелеграф ия поглощение частот ниже 2 МГц, таким образом ограничивая распространение ионосферной волной радиопередач АМ радиовещания.
Однако и течение ночных часов электронная концентрация частиц в нижних слоях ионосферы резко падает, и частотное поглощение, которое встречается в дневное время, значительно сокращается. Как следствие, мощные радиовещательные сигналы с АМ могуг распространяться на большие расстояния посредством отражения от ионосферных слоев (которые располагаются на высоте от 140 до 400 км над поверхностью земли), и земной поверхности. Рис. 1.2.3, Иллюстрация распространения поверхностной волной Часто возникающая проблема при ионосферном распространении электромагнитной волны в частотном диапазоне ВЧ вЂ” это лгногопутенггсгггь. Многопутйвость образуется потому, что передаваемый сигнал достигает приемника по многим путям с различными задержками Это обычно приводит к межсимвольной интерференции в системе цифровой связи.
Более того, сигнальные компоненты, прибывающие по различным пугям распространения, могут суммироваться таким образом, что это приводит к явлению, названному замггранггялггг. Это большинство людей испытало при слушании отдаленной радиостанции ночью, когда ионосферная волна является доминирующим способом распространения. Аддитивный шум в ВЧ диапазоне — это комбинация атмосферных помех и теплового шума. Распространение ионосферной волны прекращается на частотах выше =30 МГц, что является границей диапазона ВЧ. Однако возможно ионосфернотропосферное распространение на частотах в диапазоне от 30 до 60 МГц, обусловленное рассеянием сигналов от нижних слоев ионосферы. Также можно связаться на расстоянии нескольких сотен миль при помощи тропоеферного рассеяния в диапазоне от 40 до 300 МГц.
Тропосферное рассеяние обуславливается рассеянием сигнала благодаря частицам в атмосфере на высотах порядка 10 км. Обычно ионосферное и тропосферное рассеяние вызывает большие сигнальные потери и требует большой мощности передатчика и относительно больших размеров антенн. Рис. 1.2.4. Иллюстрация распространения пространственной волной Частоты вьппе 30 МГц проходят через ионосферу с относительно малыми потерями и делают возможным спутниковую и внеземную связь.
Следовательно, на частотах УВЧ диапазона и выше основным способом электромагнитного распространения волн является 2-56 17 распространение в пределах прямой видимости (ППВ). Для земных систем связи это означает, что передающая и приемная антенны должны быть в прямой видимости с относительно малой преградой (или ее отсутствием), По этой причине передача телевизионных станций в УВЧ и СВЧ диапазонах частот для достижения широкой зоны охвата осуществляется антеннами на высоких опорах. Вообще, зона охвата для ППВ распространения ограничена кривизной поверхности земли. Если передающая антенна установлена па высоте Ь м над поверхностью земли, расстояние до радиогоризонта, не принимая во внимание физические преграды, такие как горы, приблизительно с/ = ~/156 км.
Например, антенна телевидения, установленная на высоте 300 м, обеспечивает покрытие территории приблизительно б7 км. Другой пример— релейные системы микроволновой радиосвязи, экстенсивно используемые для передачи телефонных и видеосигналов на частотах выше чем 1 МГц, имеют антенны, установленные на высоких опорах или сверху на высоких зданиях. Доминирующий шум, ограничивающий качество системы связи в ВЧ и УВЧ диапазонах, — тепловой шум, создаваемый во входных цепях приемника, и космические шумы, уловленные антенной. На частотах в диапазоне СВЧ выше чем 1О ГГц при распространения сигнала главную роль играют атмосферные условия. Например, на частоте !0 ГГц затухание меняется приблизительно от 0,003 дБ/км при легком дожде до 0,3 дБ/км при тяжелом дожде, На частоте 100 ГГц затухание меняется приблизительно от 0,1дБ/км при легком дожде до 6дБ/км при тяжелом дожде.
Следовательно, в этом частотном диапазоне тяжелый дождь вызывает чрезвычайно высокие потери при распространении, которые могут приводить к отказу системы обслуживания (полный обрыв в системе связи). На частотах выше КВЧ (крайне высокие частоты) полосы мы имеем диапазон инфракрасного и видимого излучений — области электромагнитного спектра, который может использоваться для применения ППВ оптической связи в свободном пространстве. До настоящего времени эти диапазоны частот использовались в экспериментальных системах связи типа связи между спутниками. Подводные акустические каналы.
За последние 40 лет исследования океанской деятельности непрерывно расширялись. Это связано с усилением потребности передать данные, собранные датчиками, размещенными под водой и на поверхности океана. Оттуда данные передаются к центру сбора информации. Электромагнитные волны не распространяются на большие расстояния под водой, за исключением крайне низких частот.
Однако передача сигналов таких низких частот предельно дорога из-за чрезвычайно больших и мощных передатчиков. Затухание электромагнитных волн в воде может быть выражено глубиной' ловерхиостного слоя, которая является расстоянием, на котором сигнал ослабляется в е раз. Для морской воды глубина поверхностного слоя 6=250/~Д, где /' выражена в герцах, а б — в метрах.
Например, для частоты 10 кГц глубина поверхностного слоя 2,5 м. Напротив, акустические сигналы распространяются на расстояния порядка десятков и даже сотен километров. Подводный акустический канал ведет себя как многопутевой канал благодаря сигнальным отражениям от поверхности и дна моря. Из-за случайного движения волны сигнальные продукты многопутевого (многолучевого) распространения приводят к случайным во времени задержкам распространения и в итоге к замираниям сигнала. Кроме того, имеется частотно-зависимое затухание, которое приблизительно пропорционально квадрату частоты сигнала.
Глубинная скорость номинально равна приблизительно 1500 м/с, но реальное значение выше или ниже номинального значения в зависимости от глубины, на которой сигнал распространяется. Окружающий океанский акустический шум вызван креветкой, рыбой и различными млекопитающими. Ближние гавани добавляют к окружающему шуму промышленный шум. Несмотря на эту помеховую окружающую среду, возможно проектировать и выполнять эффективные и безопасные подводные акустические системы связи для передачи цифровых сигналов на большие расстояния. Системы хранения информации и системы поиска информации составляют значительную часть систем повседневной обработки данных.
Это магнитная лента, включая цифровую наклонно-строчную звукозапись, и видеолента, магнитные диски, используемые для хранения больших количеств данных компьютера, оптические диски, используемые для хранения данных компьютера. Компакт-диски — также пример систем хранения информации, которые могут рассматриваться как каналы связи. Процесс запоминания данных на магнитной ленте или магнитном или оптическом диске эквивалентен передаче сигнала по телефону или радиоканалу. Процесс считывания и сигнальные процессы, используемые в системах хранения, чтобы -восстанавливать запасенную информацию, эквивалентен функциям, выполняемым приемником в системе связи для восстановления передаваемой информации. Аддитивный шум, издаваемый электронными контактами, и интерференция от смежных дорожек обычно представлены в сигнале считывания записанной' информации точно так, как это имеет место в системе проводной телефонии или системе радиосвязи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
