Системы передачи и основанные на них сети SDH иерархии имеют существенные преимущества по сравнению с PDH и поэтому составляют основу современных сетей телекоммуникаций.

Такими преимуществами являются:

–использование принципа прямого синхронного мультиплексирования;

–возможность непосредственного формирования высокоскоростных потоков из отдельных низкоскоростных без промежуточных стадий мультиплексирования;

–возможность выделения сигнала любого уровня иерархии без демультиплексирования основного сигнала;

–обеспечение расширенных функций управления и технического обслуживания сети;

–позволяет иметь единую инфраструктуру сети, допускает установку оборудования различных производителей;

–возможность использования на транспортных сетях (магистральных, внутризоновых и даже местных).

Первичная междугородная сеть связи нашей страны организована по ВОЛС с использованием каналообразующего оборудования SDH уровня STM- 4/16. Кроме того, применяется спектральное уплотнение в ВОЛС, при котором по одному и тому же оптическому волокну на разных оптических несущих передаются различные цифровые потоки. Такое решение позволило кардинально увеличить пропускную способность магистральных линий связи. На внутризоновых сетях оптические кабели проложены до 114 районных центров. За последние 5 лет (до 2005 г.) построено 17,29 тыс. километров ВОЛС, всего же в Республики Беларусь построено ВОЛС общей протяженностью более 36 тыс. километров.

7.8.Радио и телевизионное вещание

Для радиовещания выделены участки в диапазонах 5 – 8, т.е. на длинных (ДВ), средних (СВ), коротких (КВ) и метровых (МВ) волнах. На ДВ, СВ и КВ передатчики работают с амплитудной модуляцией несущей. При этом высшая частота FВ в спектре модулирующего сигнала (речевого, музыкального) не

превышает 4,5 кГц (т.е. немного лучше – по этому параметру – по сравнению с телефонным каналом, в котором FВ =3,4 кГц).

Ширина полосы частот, занимаемая модулированным сигналом, который излучается антенной при АМ вдвое превышает полосу модулирующего сигнала и равна ∆FАМ =9кГц. Разнос частот между передатчиками соседних каналов также

равен 9 кГц. В 5-м частотном диапазоне (НЧ) 30…300 кГц для радиовещания выделен участок 150…285 кГц, что соответствует длинам волн 735,3…200 м. Несущая частота 1-го канала принята равной 153 кГц, 2-го – 162 кГц, последнего 15-го канала – 279 кГц. В 6-м частотном диапазоне (СЧ) 300…3000 кГц выделен участок 525…1605 кГц, что соответствует длинам волн 575…187 м, несущая 1-го канала равна 531 кГц, второго 540 кГц, последнего 120-го – 1602 кГц.

99

Узкая полоса частот модулирующего сигнала 4,5 кГц (недостаточная для передачи музыки с высоким качеством) объясняется необходимостью размещения в ДВ и СВ диапазонах как можно большего числа радиоканалов (по Регламенту выделено 135 каналов), оставшиеся свободные участки отданы другим радиосистемам передачи. Для повышения качества передачи допускается расширение полосы частот модулирующего сигнала до 10 кГц, при которой ∆FАМ = 20 кГц. В этом случае с целью снижения взаимных помех передатчики,

работающие в соседних радиоканалах размещают на достаточно больших расстояниях друг от друга (300…500 км в зависимости от их мощностей). Диапазоны ДВ и СВ характеризуются значительными атмосферными и промышленными помехами. В дневное время область приема ограничивается условиями распространения земной волны, так как пространственные волны испытывают большое поглощение в ионосфере. В ночные часы затухание пространственных волн резко уменьшается и дальность увеличивается за счет распространения волн обоих типов. Но вследствие интерференции этих волн с разными фазами возникают замирания сигналов и, как следствие, некачественный прием или пропадание сигнала.

Дальность действия радиовещательных передатчиков в КВ диапазоне (7-й диапазон, высокие частоты – ВЧ 3…30МГц, которым соответствуют длины волн 100…10м) увеличивается за счет многократного переотражения: Земля – ионосфера – Земля – ионосфера, т.е. распространения пространственных волн идет скачками. Максимальная длина одного скачка может составлять 3000…4000 км. Поэтому этот диапазон используется для международного вещания, либо для вещания внутри страны в удаленные районы, из-за ограниченного радиуса действия оказываются непригодными станции, работающие в ДВ и СВ диапазонах. Ширина полосы частот радиоканала в КВ диапазоне 9 кГц. Разнос несущих частот принят равным 10 кГц, а номиналы несущих частот – кратными 5 кГц. Если передатчики обслуживают разные географические зоны (т.е. зоны обслуживания разнесены в пространстве), то допускается разнос несущих частот равным 5 кГц.

Прием в КВ диапазоне на больших расстояниях (1 – 2 скачка) может сопровождаться замираниями, обусловленными интерференцией радиоволн, отраженных от различных слоев ионосферы. Поскольку изменения параметров ионосферы зависят от солнечной активности, условия распространения электромагнитных колебаний КВ диапазона прогнозируют на каждый сезон, в соответствии с которым производится выбор необходимой частоты работы передатчика и степень увеличения излучаемой мощности. При использовании четырех частот надежность качественного приема для двух скачков снижается до 85 %, а для трех – 70 %. Частая же смена рабочих частот неудобна слушателям. Поэтому уверенный и качественный прием на больших расстояниях не гарантируется. Для повышения надежности и качества приема иногда вещание в одну зону обслуживания ведется нескольким передатчиками, работающими на разных частотах (чаще всего на трех-четырех).

Емкость КВ диапазона, равная 27 МГц (30 −3 = 27 МГц), почти на порядок превышает общую емкость ДВ и СВ диапазонов. Поэтому здесь

100

работает огромное количество радиовещательных станций, а также передатчиков других радиослужб.

В настоящее время существуют несколько типов систем цифрового радиовещания, разработанных для диапазонов ДВ, СВ и КВ. Большая часть стран внедряет систему DRM, которая в этих диапазонах позволяет организовать стереофоническое радиовещание.

Радиовещание в диапазоне метровых волн (МВ). В СНГ его еще называют ультракоротковолновым (УКВ) диапазоном (8-й частотный диапазон – ОВЧ – 30…300 МГц, которым соответствуют длины волн 10…1 м). Этот диапазон характеризуется значительно меньшим уровнем атмосферных и промышленных помех, чем в диапазонах ДВ, СВ и КВ. Для высококачественного моно- и стереофонического вещания ( FВ =15 кГц) в СНГ

используется участок между вторым и третьим ТВ каналами 66…74 МГц. Передача ведется методом частотной модуляции. В большинстве стран мира МВ-ЧМ радиовещание ведется на участке 88÷108 МГц. В СНГ в последние годы в этом диапазоне также ведется моно- и стереофоническое вещание, но в основном на участке 100 – 108 МГц, так как участок 88 – 100 МГц перекрывается с четвертым и пятым ТВ каналами. ЧМ по сравнению с АМ имеет большую помехозащищенность, но занимаемая ЧМ радиосигналом полоса частот (примерно 180 кГц) почти на порядок шире.

Радиовещанию отведена сравнительно узкая область МВ диапазона, но это не препятствует работе передатчиков на одних и тех же частотах если они расположены на расстояниях, превышающих 200 км. Объясняется это тем, что радиоволны этого диапазона как и следующего дециметрового (ДМВ), используемых и для наземного ТВ вещания, почти не отражаются от ионосферы и распространяются в основном с помощью поверхностных волн в пределах прямой (оптической) видимости между передающей и приемной антеннами.

При определении дальности распространения поверхностной волны учитывается слабая дифракция (огибание сферической поверхности), а также рефракция радиоволн (отклонение направления распространения от прямолинейного) в нижних слоях атмосферы. Дальность прямой видимости для радиоволн вследствие этих факторов возрастает примерно на 15 % по сравнению с оптической, и выражение для расстояния (R в км) прямой радиовидимости имеет вид:

R = 4,12( h1 + h2 ) ,

где h1 и h2 – высоты соответственно передающей и приемной антенн в

метрах.

В летнее месяцы в зависимости от солнечной активности волны этих диапазонов могут частично отражаться от ионосферы, но напряженность поля отраженных и рассеянных волн мала и не вызывает существенных помех местным передатчикам. Иногда, правда, возникают заметные помехи на

101

экранах телевизоров, если речь идет о ТВ передачах. Это учитывается при планировании распределения частот для ТВ вещания. Для радиолюбителей же это хорошая возможность проявить свои способности по конструированию антенн и усилителей для дальнего приема (более 500 км) ТВ программ. Прием здесь возможен только непродолжительное время.

В настоящее время на смену аналоговому радиовещанию в МВ диапазоне приходит система цифрового стереофонического вещания DAB (Digital Audio Broadcasting). Она позволяет организовать в полосе 1,5 МГц передачу 6 стереофонических программ и дополнительной информации с возможностью уверенного приема на стационарные, переносные и мобильные радиоприемники. Качество звука соответствует записи на компакт-диск (20 Гц…20 кГц). Для вещания по DAB стандарту выделен также L диапазон.

Наземное ТВ вещание в мире ведется в МВ и ДМВ диапазонах. При этом в СНГ в метровом диапазоне организованно 12 ТВ каналов по 8 МГц на каждый канал (заняты полосы частот 48,5…66 МГц (1 и 2-ой твк), 76…100 МГц (3…5 твк); 174…230 МГц (6…12 твк) и в дециметровом с 21-го по 60-й твк (470…790 МГц)). В соответствии с новым Планом распределения частот для ТВ вещания можно использовать и участок спектра 790…862 МГц, в котором рекомендуется вводить только цифровое ТВ вещание.

Несмотря на сравнительно большое количество ТВ каналов, отведенных для вещания, возможности аналоговых методов передачи сильно ограничены. Учитывая недостаточную избирательность ТВ приемников по соседним каналам, по международным соглашениям в зоне уверенного приема (которая не превышает 70-80 км) вещание в соседних каналах не ведется. Это почти в 2 раза уменьшает возможное для применения число ТВ каналов. Внедрение цифрового ТВ позволяет, как уже отмечалось, в одном канале с полосой частот 8 МГц передавать 5 – 6 цифровых программ. В нашей стране как и во многих других для наземного цифрового ТВ вещания принят стандарт DVB (Digital Video Broadcasting). Кроме повышения эффективности использования спектра, снижения излучаемой и потребляемой мощности передатчиками при сохранении зоны обслуживания система DVB обеспечивает уверенный прием на стационарные, переносимые и мобильные приемники.

7.9. Сотовая подвижная радиосвязь

Каждая из сот обслуживается многоканальным приемопередатчиком, называемым базовой станцией (рис. 7.15). Она служит своеобразным интерфейсом между сотовым телефоном и центром коммутации подвижной связи, где роль проводов обычной телефонной сети выполняют радиоволны. Число каналов базовой станции обычно кратно 8, например, 8, 16, 32... Один из каналов является управляющим (control channel). В некоторых ситуациях он может называться также каналом вызова (calling channel).

102

Рис. 7.15. Схема построения сотовой связи

На этом канале происходит непосредственное установление соединения при вызове подвижного абонента сети, а сам разговор начинается только после того, как будет найден свободный в данный момент канал и произойдет переключение на него. Все эти процессы происходят очень быстро и поэтому незаметно для абонента. Он лишь набирает нужный ему телефонный номер и разговаривает, как по обычному телефону.

Любой из каналов сотовой связи представляет собой пару частот для дуплексной связи, т. е. частоты передачи и приема различны. Это делается для того, чтобы улучшить фильтрацию сигналов и исключить взаимное влияние передатчика на приемник одного и того же устройства при их одновременной работе.

Все базовые станции соединены с центром коммутации подвижной связи (коммутатором) по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи. Центр коммутации MSC (Mobile switching center – центр коммутации мобильной связи) – это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи, обеспечивающая все функции управления сетью. На рис. 7.16 приведен пример повторного использования частот в несмежных сотах.

Она осуществляет постоянное слежение за подвижными станциями, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей, производит соединение подвижного абонента с абонентом телефонной сети общего пользования (ТФОП, PSTN) и др.

103

Рис. 7.16. Повторное использование частот в несмежных сотах

Несмотря на разнообразие стандартов сотовой связи, алгоритмы их функционирования, независимо от имеющихся особенностей, в основном сходны. Для абонента практически нет никакой разницы, в каком стандарте осуществляется связь. Если ему нужно позвонить, то он просто нажимает клавишу на своем радиотелефоне (это может быть любой сотовый радиотелефон), что соответствует снятию трубки обычного телефона. Когда же радиотелефон находится в режиме ожидания (состояние «трубка положена» обычного телефона), его приемное устройство постоянно сканирует (просматривает) либо все каналы системы, либо только управляющие. Для вызова соответствующего абонента ТФОП сигнал поступает на MSC,с которой сигнал вызова подается на все базовые станции сотовой системы связи по управляющим каналам. Сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных каналов управления. Базовые станции, принявшие ответный сигнал, передают информацию о его параметрах в центр коммутации, который, в свою очередь, переключает разговор на ту базовую станцию, где зафиксирован максимальный уровень сигнала сотового радиотелефона вызываемого абонента.

Во время набора номера радиотелефон занимает один из свободных каналов, уровень сигнала базовой станции в котором в данный момент максимален. По мере удаления абонента от базовой станции или в связи с ухудшением условий распространения радиоволн уровень сигнала уменьшается, что ведет к ухудшению качества связи. Улучшение качества разговора достигается путем автоматического переключения абонента на другой канал связи. Это происходит следующим образом. Специальная процедура, называемая передачей управления вызовом или эстафетной передачей (в иностранной технической литературе – handover, или handoff), позволяет переключить разговор на свободный канал другой базовой станции, в зоне действия которой оказался в это время абонент. Аналогичные действия

104

предпринимаются при снижении качества связи из-за влияния помех или при возникновении неисправностей коммутационного оборудования. Для контроля таких ситуаций базовая станция снабжена специальным приемником, периодически измеряющим уровень сигнала сотового телефона разговаривающего абонента и сравнивающим его с допустимым пределом. Если уровень сигнала меньше этого предела, то информация об этом автоматически передается в центр коммутации по служебному каналу связи. Центр коммутации выдает команду об измерении уровня сигнала сотового радиотелефона абонента на ближайшие к нему базовые станции. После получения информации от базовых станций об уровне этого сигнала центр коммутации переключает радиотелефон на ту из них, где уровень сигнала оказался наибольшим. Это происходит так быстро, что абонент совершенно не замечает этих переключений.

Иногда возникает ситуация, когда поток заявок на обслуживание, поступающий от абонентов сотовой сети, превышает количество каналов, имеющихся на всех близко расположенных базовых станциях. Это происходит тогда, когда все каналы станций заняты обслуживанием абонентов и нет ни одного свободного и поступает очередная заявка на обслуживание от подвижного абонента. В этом случае как временная мера (до освобождения одного из каналов) используется принцип эстафетной передачи внутри соты. При этом происходит поочередное переключение каналов в пределах одной и той же базовой станции для обеспечения связью всех абонентов.

Одна из важных услуг сети сотовой связи – предоставление возможности использования одного и того же радиотелефона при поездке в другой город, область или даже страну, причем сотовая сеть позволяет не только самому абоненту звонить из другого города или страны, но и получать звонки от тех, кто не успел застать его дома. В сотовой радиосвязи такая возможность называется роуминг (от англ. roam – скитаться, блуждать). Для организации роуминга сотовые сети должны быть одного стандарта (телефон стандарта GSM не будет работать в сети стандарта CDMA и т. п.), а центры коммутации подвижной связи этого стандарта должны быть соединены специальными каналами связи для обмена данными о местонахождении абонента. Иными словами, применительно к сотовым системам для обеспечения роуминга необходимо выполнение трех условий:

1.Наличие в требуемых регионах сотовых систем стандарта, совместимого со стандартом компании, у которой был приобретен радиотелефон

2.Наличие соответствующих организационных и экономических соглашений о роуминговом обслуживании абонентов

3.Наличие каналов связи между системами, обеспечивающих передачу звуковой и другой информации для роуминговых абонентов.

При перемещении абонента в другую сеть ее центр коммутации запрашивает информацию в первоначальной сети и при наличии подтверждения полномочий абонента регистрирует его. Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в центре коммутации

105