Системы связи, работающие в диапазонах низких, средних и высоких частот
| Вид материала | Документы |
- Перескок частот, 98.53kb.
- Заглушённая камера, 606.72kb.
- План проведения электива для клинических ординаторов "Применение высоких и низких температур, 84.57kb.
- Выголов Сергей Севастопольский национальный технический университет, 78.35kb.
- Решение от 16 сентября 2000 г. N 21/2, 40.59kb.
- Правила закаливания детей Закаливание детей необходимо для того, чтобы повысить, 52.49kb.
- Лекция час, 92.4kb.
- Лекция час, 93.19kb.
- 1. Радиоприемник, 845.17kb.
- И. О. Шинский, к т. н., В. С. Дорошенко, к т. н., О. И. Шинский, д т. н., И. Т. Соловко,, 327.56kb.
Системы фиксированной связи
Медленно начинает история свой бег от невидимой точки, вяло совершая вокруг нее свои обороты, но круги ее все растут, все быстрее и живее становится полет, наконец, она мчится, подобно пылающей комете, от звезды к звезде, часто касаясь старых своих путей, часто пересекая их, и с каждым оборотом все больше приближается к бесконечности.
Карл Маркс
Системы связи, работающие в диапазонах
низких, средних и высоких частот
В начале XX века в области радиосвязи было сделано замечательное и неожиданное открытие, которое противоречило всем существовавшим в то время представлениям о возможностях создания протяженных линий радиосвязи. В 1901 году опытным путем сотрудниками фирмы Маркони была установлена связь на линии протяженностью 3500 километров. Знаменитые ученые Кеннели (США) и Хэвисайд (Великобритания) для объяснения данного эксперимента выдвинули гипотезу о том, что Земля окружена ионизированной оболочкой, находящейся на высоте нескольких сот километров и отражающей падающие на нее радиоволны на значительные расстояния.
Другим важнейшим достижением начала этого века, определившим на многие десятилетия развитие радиотехники, явилось создание электронных приборов диода и триода. Первые два десятилетия XX века развитие радиосвязи сопряжено в основном с развитием передающей, приемной и антенной техники. Хотя возможность передачи по радиоканалу сигналов речи была установлена, как отмечалось выше, еще в 1906 году, до начала 20-х годов передача телеграфных сигналов осуществлялась вручную ключом Морзе, а прием - на слух.
Актуальными задачами совершенствования систем радиосвязи являлись повышение скорости телеграфирования и одновременная передача по радиоканалу нескольких сообщений. В начале 20-х годов инженеры активно работали над внедрением в радиосвязь буквопечатающих телеграфных аппаратов.
В СССР первые исследования в этом направлении были проведены известным русским инженером А. Ф. Шориным. Подобные разработки продолжались и в последующие годы. В 1938 году советские инженеры В. И. Керби и В. В. Новиков разработали шестиканальную систему передачи по радиоканалам телеграфных сигналов, в которой предусматривалось при плохом прохождении радиоволн повторение одних и тех же сигналов в нескольких каналах данной системы (принцип французского инженера Вердана).
До 1924 года считалось, что для радиосвязи и вещания возможно использовать лишь низкие (НЧ) и средние (СЧ) волны. Диапазон радиоволн с частотой выше 200 кГц был предоставлен в распоряжение радиолюбителей. Эпохальным событием для развития радиосвязи и вещания явилась установленная в 1924 году радиолюбителями возможность организации на высоких частотах (ВЧ) в диапазоне частот до 30 МГц надежной радиосвязи на многие тысячи километров. С этого момента во многих странах мира начинают разрабатываться системы для ВЧ линий, и они в течение нескольких десятилетий становятся основным видом дальней радиосвязи. В СССР первая линия дальней ВЧ связи была построена в 1927 году.
Одной из важных особенностей ВЧ канала связи (а также радиоканалов в других диапазонах частот) является многолучевой характер распространения радиоволн, в результате которого возникают замирания уровня принимаемого сигнала. В 1925 году английскими инженерами Г. Бевереджем и Г. Питерсоном было сделано открытие метода борьбы с замираниями принимаемого сигнала путем приема сигналов на разнесенные в пространстве антенны. Оно имело исключительно большое значение для дальнейшего развития техники приема сигналов. С тех пор разнесенный прием широко применяется в системах связи разных назначений. Развитию теории и техники разнесенного приема с использованием разнесения сигналов по частоте, пространству и поляризации посвящены сотни теоретических и экспериментальных работ.
Совершенствование систем ВЧ связи шло по пути создания однополосных многоканальных систем связи, применения в них методов частотного и временного уплотнения, внедрения систем передачи сигналов с ЧМн, ДЧТ и ОФМ и разработки специальных методов обработки речевых сигналов (вокодеров и радиокомпандеров - устройств, сжимающих динамический диапазон речевых сигналов).
Применение в 1943 году на ВЧ линиях для передачи фототелеграфа ЧМн обеспечивало существенное повышение помехоустойчивости. С середины 50-х годов этот метод стал применяться при передаче метеорологических карт на линиях ВЧ и НЧ связи в США, Канаде и Японии.
В 1947 году в СССР создается система двойного частотного телеграфирования (ДЧТ), предложенная академиком А. Н. Щукиным еще в 1933 году. В этой системе для передачи двух телеграфных каналов впервые использовался простейший многопозиционный сигнал, и, в зависимости от комбинации передаваемых в каналах символов, в эфир излучалась одна из четырех частот. В течение многих лет эта система эксплуатировалась на линиях ВЧ связи в СССР. В 1969 году этот метод передачи нашел дальнейшее развитие в созданной в Великобритании системе многочастотной манипуляции "Пиколо", в которой использовались 32 частоты. Эта система давала значительный выигрыш в помехоустойчивости по сравнению с обычной ЧМн.
В 1953 году известным голландским специалистом ван Дюреном - в течение многих лет (1948-1970) он возглавлял Третью Исследовательскую комиссию МККР - для ВЧ линий связи с ЧМн создается новый метод передачи телеграфных (цифровых) сигналов с автозапросом ARQ (Automatic Request Queuing). Метод состоял в том, что для передачи сообщений использовались коды, обнаруживающие ошибки, а на приеме при обнаружении ошибок осуществлялся автоматический запрос передатчика на повторение кодовых комбинаций, принятых с ошибками. Системы ARQ позволяли существенно повысить помехоустойчивость линий ВЧ связи при передаче цифровой информации и широко использовались на линиях ВЧ связи. В 1963 году подобная система была разработана в СССР.
В 1958 году были созданы две принципиально важные для дальнейшего развития радиосвязи новые системы - "Кинеплекс" и "Рейк".
Синхронная система "Кинеплекс" была создана для частотного уплотнения телефонного канала связи сигналами тональной телеграфии. В ней достигалась весьма высокая эффективность использования полосы частот за счет того, что разнос частот между соседними поднесущими, для модуляции которых использовалась ОФТ, был минимален и равнялся 1/Т, где Т - длительность элементарной посылки. Эта система обеспечивала передачу информации в телефонном канале шириной 3.4 кГц со скоростью 3000 бит/с.
В СССР подобная система разрабатывалась позднее в Ленинградском электротехническом институте связи. В этой системе предусматривались применение кодов, исправляющих ошибки, а также адаптация скорости передачи сообщений к условиям распространения радиоволн в ВЧ канале. Подобные принципы позднее были заложены в современную систему COFDM, о которой упоминалось выше и которая сегодня находит широкое применение во многих системах радиосвязи и вещания.
Система "Рейк" замечательна тем, что была открыта на "кончике пера" - путем синтеза оптимальной системы приема в многолучевом канале связи на основе теории потенциальной помехоустойчивости. В этой системе применялись широкополосные сигналы, что позволяло разделять отдельные лучи. Их когерентное сложение устраняло влияние замираний сигналов на качество приема. Аналогичные системы позднее создавались также для тропосферных каналов связи. Принципы, заложенные в систему "Рейк", получили широкое применение в радиорелейных, спутниковых и сотовых системах подвижной связи второго и третьего поколений, в которых применяются ШПС.
С середины 60-х годов появляется ряд разработок адаптивных систем связи, в которых осуществляется оптимальный прием сигналов в условиях межсимвольной интерференции. Эти системы позволяли устранить межсимвольные искажения, возникающие в канале связи из-за ограниченной полосы частот, и существенно повысить скорость передачи сигналов. Адаптивные компенсаторы межсимвольной интерференции и системы оптимального приема сигналов в условиях многолучевости разрабатывались как в нашей стране, так и за рубежом.
В 90-е годы подобные устройства нашли применение во многих системах: в системах сотовой подвижной связи, в цифровых радиорелейных системах связи с высокой скоростью передачи и т. п.
Важным усовершенствованием систем ВЧ связи, предназначенных для передачи сигналов телефонии, стало создание в 1965 году системы "Линкомпекс", в которой применялось компандирование речи. В этой системе осуществлялось выделение огибающей передаваемого сигнала, которая передавалась в узкой полосе частот на поднесущей методом ЧМ. Выделенная огибающая сигналов речи на передаче управляла работой компандера, осуществлявшего сжатие динамического диапазона передаваемого сигнала. На приеме эта огибающая выделялась и управляла работой экспандера, с помощью которого восстанавливался принятый отраженных от метеорных следов речевой сигнал. Позже эта система совершенствовалась. В СССР было разработано подобное оборудование, в котором применялась новая система эхоподавления. В Канаде для повышения помехоустойчивости передачи огибающей сигнала речи использовались две поднесущие, модулированные по частоте и разнесенные на 1 кГц.
Позже на ВЧ линиях стали применяться вокодеры, что давало значительный выигрыш в помехоустойчивости приема речевых сигналов по сравнению с обычно применяемой в радиотелефонии аналоговой системой передачи с ОБП. В вокодере, разработанном в 1978 году в СССР, впервые при синтезе речи на приеме использовались цифровые методы.
Радиосвязь на ВЧ имеет ряд серьезных недостатков и не может обеспечить высоконадежную связь, так как она подвержена сильному влиянию возмущений ионосферы, требует смены рабочих частот в течение суток, сезона года и периода солнечной активности.
В середине 50-х годов начинают исследоваться и создаваться линии связи, использующие другие механизмы распространения: рассеяние радиоволн на неоднородностях ионосферы (ИР) (в слоях D и Е и в спорадическом слое Es) и прерывистые механизмы рассеяния от метеорных следов в ионосфере (МР). На существование таких механизмов указывали исследования английского ученого Т. Л. Эккерслея, выполненные еще в 1929 году.
В отличие от радиосвязи на ВЧ, связь с помощью ИР и МР слабо подвержена влиянию ионосферных возмущений и позволяет создать линии большой протяженности с высокой надежностью связи в течение всего года. Линии ИР, работающие в диапазоне частот 30-60 МГц, начали создаваться в конце 50-х - начале 60-х годов. В СССР работы по созданию таких линий выполнялись под руководством Н. Н. Шумской с участием В. В. Вязникова и Я. А. Фикса. Была построена линия ИР, которая действовала на трассе Мурманск - Москва.
В 1955-1957 годах создаются первые линии метеорной связи в Канаде, США и других странах. Первая система МР "Джанет" работала в диапазоне частот 30-50 МГц на трассе протяженностью около 1000 км, имела передатчики мощностью в 500 вт, разнос между частотами передачи и приема составлял 1 МГц, а средняя скорость передачи информации была равна примерно 150 бит/с (максимальная скорость составляла 300 бит/с).
В конце 60-х годов в СССР также были созданы (под руководством А. А. Магазаника) две линии метеорной связи Норильск - Красноярск и Салехард - Тюмень, которые находились в эксплуатации около десяти лет.
В 1968 году в США создается система COMET (Communication by Meteor Trails) метеорной системы связи с ARQ протяженностью 2000 километров и с пропускной способностью 4-8 телеграфных каналов.
В 80-х годах создаются автоматизированные системы, обеспечивающие надежную ВЧ радиосвязь в диапазоне 2-30 МГц на ближние, дальние и сверхдальние (до 2000 км) расстояния. В этих системах, в зависимости от качества канала связи, возможна передача сообщений со скоростью от 75 до 2400 бит/с с высокой помехоустойчивостью. Современные технические средства ВЧ радиосвязи и их модульная архитектура позволяют создавать системы сухопутной и морской связи самого различного назначения.
С помощью этих систем можно организовать:
- линии двухсторонней радиотелефонной связи по принципу "каждый с каждым" с возможностью выхода в общегосударственную либо учрежденческую телефонную сеть;
- системы дипломатической связи, передачу метеопрогнозов и т. п.;
- передачу низкоскоростных данных, текстовых сообщений, двоичных файлов, факсов и качественных цветных и черно-белых изображений;
- объединение территориально разнесенных локальных вычислительных сетей.
Хронология
| 1901 год | Установление трансатлантической связи на расстоянии 3500 км между Полдью и Ньюфаундлендом (Великобритания - Г. Маркони). |
| 1904 год | Изобретение вакуумного диода (США - Дж. А. Флеминг). |
| 1907 год | Изобретение триода (США - Ли де Форест). |
| 1922 год | Эксперименты по применению буквопечатающих аппаратов Бодо и Уитстона для радиосвязи между Москвой и Нижним Новгородом (СССР - А. Ф. Шорин). |
| 1923 год | Создание трансатлантической линии радиотелефонной связи (США - А. А. Арнольд и Л. Эспельншиид). |
| 1924 год | Открытие возможности установления дальней связи на радиоволнах короче 200 м (США - радиолюбители). |
| 1925 год | Разработка системы разнесенного приема для борьбы с замираниями сигналов (Великобритания - Г. Бевередж и Г. Питерсон). |
| 1927 год | Организация первой в СССР линии магистральной ВЧ радиосвязи Москва - Ташкент (СССР - М. А. Бонч-Бруевич, В. В. Татаринов). |
| 1928 год | Начало научных исследований возможностей использования диапазона дециметровых волн. |
| 1938 год | Разработка шестикратной системы Бодо с применением принципа Вердана (СССР - В. И. Керби и В. В. Новиков). |
| 1939 год | Ввод в эксплуатацию на Октябрьском передающем радиоцентре в Москве системы однополосной многоканальной радиосвязи на ВЧ (СССР - В. А. Котельников, А. В. Черенков, А. Ф. Ганин). |
| 1941 год | Создание системы передачи на ВЧ сигнала фототелеграфа с помощью двойной модуляции (частотной модуляции поднесущей частоты и амплитудной модуляции несущей частоты передатчика) (США). |
| 1943 год | Разработка системы передачи на ВЧ сигнала фототелеграфа с помощью ЧМн несущей частоты передатчика (СССР - А. А. Магазанник). |
| 1947 год | Создание системы связи, использующей ДЧТ (СССР - И. Ф. Агапов). |
| 1953 год | Изобретение системы связи с переспросом (ARQ) и исследования ее помехоустойчивости (Голландия - Г. К. ван Дюрен). |
| 1957 год | Создание первой системы метеорной связи "Джанет" (США - П. Форсит, Е. Воган, Д. Хансен и К. Хайнс). |
| 1958 год | Создание системы "Рейк", использующей широкополосные сигналы для разделения отдельных лучей в ВЧ канале (США - Р. Прайс и П. Е. Грин). |
| 1958 год | Создание системы связи с повышенной эффективностью использования выделенной для нее полосы частот "Кинеплекс" (США - Р. Мозиер и Р. Глобоут). |
| 1959 год | Создание оборудования первой линии ионосферного рассеяния (США - А. Коль). |
| 1961-1980 годы | Разработка оптимальных адаптивных компенсаторов межсимвольных помех в многолучевом канале связи (Германия - Е. Кеттель; США - М. Диторо, Р. Люки, Проукис и Миллер; СССР - Д. Д. Кловский, Б. И. Николаев, Д. Л. Коробков). |
| 1963 год | Разработка системы "Ламбда", аналога системы ARQ (СССР - Е. С. Горбунов, П. Н. Муравчик, Ю. Г. Шемалев). |
| 1965 год | Создание системы "Линкомпекс" с компандированием речи (Великобритания). |
| 1968 год | Разработка системы МС-5 - аналога системы "Кинеплекс" для ВЧ связи (СССР - A. M. Заездный, Ю. Б. Окунев и др.). |
| 1968 год | Создание системы метеорной связи COMET (США - З. Дж. Бартоломе, И. Г. Вогт). |
| 1969 год | Создание системы "Пиколо", использующей многопозиционную частотную манипуляцию (Великобритания - Д. Бейли, Дж. Ралфс). |
| 1971 год | Разработка радиокомпандера "Арка", аналогичного системе "Линкомпекс" (СССР - В. Е. Бухвинер, А. А. Пирогов, М. М. Рыжков). |
| 1972 год | Разработка для ВЧ связи вокодера "Гармония-C" на скорость передачи речи 4.8 Кбит/с (СССР - В. Е. Муравьев). |
| 1978 год | Разработка системы "Синкомпекс", аналогичной системе "Линкопекс" (Канада - М. С. Чоу, Б. Д. МакЛарнон). |
| 1983 год | Создание цифровых высокоскоростных систем ВЧ связи с автоматическим выбором оптимальных рабочих частот и коррекцией переходной характеристики канала связи (США, Германия, Франция). |