Радіорелейна зв'язок

СПІЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ СВЯЗИ.

Однією із визначальних умов вдосконалювання і зміцнення матеріально-технічної бази суспільства служить наявність розгалуженої, технічно досконалої зв’язку. У нашій країні при цьому створюється Єдина автоматизована мережу зв’язку ЕАСС. Важливу роль розвитку ЕАСС мають кошти радіозв'язку: радіорелейні, тропосферные і спутниковые.

Вивчення поширення ультракоротких (метрових) радіохвиль нашій країні почалося 1926 р. Під керуванням академіка Б. А. Введенського, а перші лінії зв’язку на метрових хвилях з’явилися торік у 1932… 1934 рр. У 1946 р. в Киргизії було організовано радиорелейная лінія протяжністю 250 км.

Розвиток багатоканальної радіорелейної зв’язку належить до початку 40-х створив років, коли з’являються перші 12-канальные радіолінії, використовують хоча б, що у кабельних ліній, спосіб частотного поділу каналів й саму каналообразующую апаратуру, і навіть частотну модуляцію сигнала.

На початку 1950;х років з’явилися відразу кілька типів вітчизняної апаратури РРЛ («Стріла», Р-60/120, Р-600). Надалі на мережі зв’язку країни з’явилися радіорелейні системи прямий видимості РРСП «Світанок», «Схід», КУРС (комплекс уніфікованих радіорелейних систем), «Электроника-связь» та інших. Загальна довжина РРЛ, експлуатованих в народному господарстві СРСР, становить понад 100 тисяч км.

Освоєння природних багатств Далекого Сходу, і Сибіру зажадало різкого збільшення протяжності ретрансляційних ділянок РРЛ задля забезпечення зв’язком важкодоступних і на віддалених районів нашої країни. До сформування ліній зв’язку, які відповідають наведеним вимогам, використали відкритий початку 1950;х років ефект далекого тропосферного поширення ДТР дециметрових і сантиметрових радіохвиль. Використовуючи ДТР, удалося створити новим типом тропосферных радіорелейних систем передачі ТРСП з відстанями між сусідніми станціями 150… 300, а окремих випадках і 600… 800 км. До 1965 р. у світі експлуатувалося вже зібрано понад 100 тисяч км. Тропосферных ліній. У Радянському Союзі було створено кілька типів ТРСП «Горизонт-М», ТР-120/ДТР-12 і др.

Розвиток космічної техніки, піонерами створення якої були такі радянські вчені, як академіки З. П. Корольов і М. У. Келдиш, дозволило створити супутникові системи передачі ССП. У 1965 р. вступив у дію першу радянська супутникова система, яка використовує ШСЗ «Молния-1» і призначена передачі сигналів багатоканальної телефонії і програм телебачення. У наступні роки було створено ССП, використовують ШСЗ «Молния-2», «Молния-3», «Екран», «Райдуга», «Обрій» і др.

Супутникові системи передачі дозволяють (що з РРСП) забезпечити більш 90% населення нашої країни однієї телевізійної програмою і майже 75% двома і более.

Побудова системи передачі залежить від багатьох чинників, як-от вигляд повідомлення про, критерії якості передачі, вартості тощо. буд. Зазвичай під час проектування системи передачі передбачається заданим вигляд повідомлення про, і навіть кореспондуючі пункти. Уже першому етапі проектування потрібно зробити вибір найпридатнішою системи, задовольняє вимогам до пропускну здатність, якості передачі й дальності зв’язку й котра враховує міркування соціально-економічного характера.

Основним критерієм вибору системи передачі є економічна ефективність, обумовлена капітальними витратами і експлуатаційними видатками. При остаточний вибір враховують і ті показники, як надійність передачі каналами, тривалість дії і швидкість впровадження системи, підвищення продуктивність праці, витрати (особливо за відсутності централізованого енергопостачання) тощо. буд. Так, визначення економічну ефективність видатки будівництво і експлуатацію РРСП доцільно порівняти з відповідними витратами під час використання симетричного коаксіального кабелів. Для багатоканальних систем необхідно враховувати також: щоб ці витрати зменшуються зі збільшенням числа каналов.

Розрахунки вчених показують, що питомі витрати зі зростанням числа каналів (понад 60) убувають для радіорелейних систем швидше, ніж для кабельних. Це тим, що у кабельних лініях збільшити кількість каналів пов’язані з переходом від симетричного до більш дорогому коаксиальному кабелю чи з прокладанням додаткових пар кабелю чи спорудою підсилюючих пристроїв, т. е. з певними істотними додатковими витратами. Збільшення числа каналів на РРСП призводить лише до незначному подорожчання апаратури. З іншого боку, істотне збільшити кількість каналів на РРСП можна було одержати, якщо збільшувати кількість робітників стовбурів, у своїй основні споруди (технічні будинку, антенні опори) залишаються незмінними, а питомі витрати на канало-километр різко скорочуються. Вартість експлуатації РРСП із кількістю каналів вище 60 нижче, ніж кабельних, ще, менше витрата кольорових металів, будівництво потребує менших часу. Це визначає стала вельми поширеною таких РРСП під час спорудження тимчасових ліній, ліній зв’язки й з рухливими объектами.

Усе це, проте, значить, що скрізь і всіх випадках потрібно використовувати радіорелейні, а чи не кабельні лінії й інші, наприклад супутникові. Кожен вид ліній зв’язку має переваги. Кабельні лінії, наприклад, простіше в експлуатації і забезпечують відносну скритність зв’язку, лінії далекого тропосферного поширення хвиль дозволяють приймати значно більшу відстань між сусідніми ретрансляционными станціями, що вигідно під час спорудження систем зв’язку у віддалених і важкодоступних районах країни. Супутникові системи передачі найбільш економічні під час створення розподільних мереж (передачі центрального радіомовлення, телебачення, фотогазет) і за великих відстанях між корреспондентами.

Системи зв’язку на декаметрових хвилях використовують переважно у радіомовлення, проте, попри розвиток інших засобів, де вони втратили свого і для зв’язку, особливо там, де немає потрібні потужні пучки каналів й економічно доцільно мати всього телефонний чи телекодовый канал. Найважчою для дослідника при побудові конкретної оптимальної системи передачі є вибір критеріїв, оскільки ви повинні оцінені як все найважливіші параметри, зокрема і вартість, а й важко описуваний математично соціально-економічний критерій. Причому рішення, дає найкращий ефект однієї зі критеріїв, найчастіше не забезпечують його за іншим. Понад те, у процесі розробки системи передачі (що триває іноді - більш 4… 5 років) обрані критерії можуть перетерплювати такі зміни, що систему, оптимальна в останній момент початку розробки, стає неоптимальною (за тими самими критеріям!) в конце.

Розвиток техніки і централізація управління породили безліч найважливіших завдань, на вирішення яких необхідна швидка і точна реакція на події, що відбуваються географічно віддалених районах. До таких завданням, наприклад, відносять управління рухом літаків і штучних супутників Землі, збирання та обробку інформацією великих системах та інших. Рішення всіх цих завдань збільшує технічні вимоги до систем передачі й визначає прискорене розвиток всіх зв’язку. Як ще академік А. А. Харкевич, кількість інформації зростає приблизно пропорційно квадрату промислового потенціалу, подвоюючи за 5… 10 років. Швидкість і багато альтернативність процесу прийняття рішень диктує необхідність використання швидкодіючих електронних цифрових обчислювальних машин. Створення систем, виділені на зв’язку ЕОМ друг з одним, породило нові, жорсткіші вимоги до якості передачі й збільшило так швидкозростаючий обсяг переданої інформації. Вимоги зменшити втрати достовірності до 10… 10 і збільшити швидкість передачі до сотень мегабіт на секунду вже нині перестав бути чрезмерным.

Передача щодо одного стовбурі радіорелейної чи супутникового лінії зв’язку тисяч, а недалекому майбутньому десятків тисяч, високоякісних ТЧ сигналів зажадала зменшити всіх можливих види спотворень до фантастично малих значень. Наприклад, коефіцієнт нелінійних спотворень у модемах і групових трактах таких ліній обчислюється тисячними частками відсотка, а нерівномірність групового часу запізнювання в смузі 30… 40 МГц — одиницями і навіть частками наносекунды. Таке підвищення вимог то, можливо задоволено лише спільним удосконаленням технічних засобів передачі і теоретичних исследований.

До завданням, які вимагають теоретичних досліджень, относятся:

економічно та технічно доцільне розподіл труднощів, які виникають за виконанні настільки високі вимоги між оконечным канальным устаткуванням (складними кодирующими пристроями) і професійним обладнанням тракту передачі (приемопередающими антенами, апаратурою тощо. д.);

перебування таких методів передачі й кодування, які у умовах впливу аддитивных і мультипликативных перешкод наближали б швидкість передачі і його точність до співвідношень, наступним з відомого теореми Шеннона (за збереження розумної складності оборудования).

Удосконалення технічних засобів передачі іде у основному двома путями.

По-перше, це дослідження та розробка нових каналів передачі, заснованих на виключно нових фізичних принципах: використання ефекту далекого тропосферного поширення, часом з’являтимуться нові діапазонів хвиль, включаючи оптичний, розробка й волоконно-оптичних световодов, розробка і впровадження супутників Землі - носіїв ретрансляційного оборудования.

По-друге, вдосконалення апаратури, які забезпечують передачу і обробку інформації: використання нових виробів електронній промисловості для — інтегральних схем, транзисторів, здатних функціонувати попри всі вищих частотах, зокрема, використовують нові фізичні процеси; створення з урахуванням мікропроцесорів кінцевого устаткування приймання та опрацювання дискретної інформації, яке шляхом динамічного програмування ЕОМ може забезпечити, наприклад, зміна швидкості і навіть за способом передачі відповідно до зміною умов у каналі связи.

На сучасному розвитку мережу зв’язку не можна розглядати лише як сукупність окремих пристроїв (кінцевого устаткування, модемів, радіоканалу). Потрібен новий, більш загальний підхід, дозволяє синтезувати найбільш економічні і надійні мережі з урахуванням реальні можливості ускладнення цих пристроїв. Слід очікувати ускладнення кінцевого устаткування, що дозволяє виконувати операції кодування і автоматичного управління передачі. Під час створення интегрально-цифровой мережі зв’язку можна очікувати ще більшого зміни співвідношення їхніх вартості. У десятиліття очікується поступовий перехід до передачі в цифровому вигляді, проте за крайнього заходу 10… 15 років аналогові системи залишаться основними під час передачі сигналів телебачення та телефонии.

ХАРАКТЕРИСТИКА РАДІОРЕЛЕЙНИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧІ ПРЯМИЙ ВИДИМОСТИ.

Радиосистема передачі, у якій сигнали електрозв’язку передаються з допомогою наземних ретрансляційних станцій, називається радіорелейної системою передачі РРСП. Ланцюжок радіорелейних станцій утворює радиорелейную лінію зв’язку РРЛС. Сигнали з першої станції приймаються другий, посилюються і передаються далі до третьої станції, там знову посилюються і передаються до четвертої станції тощо. д.

Станції, встановлювані на кінцевих пунктах РРЛС і призначені запровадження і виділення переданих сигналів електрозв’язку, називаються оконечными радіорелейними станціями ОРС, станції ретрансляції називаються проміжними радіорелейними станціями ПРС. На окремих станціях здійснюється відгалуження частини сигналів передачі й інші напрямі чи часткове виділення сигналів передачі споживачам. Такі станції називаються вузловими радіорелейними станціями УРС.

Апаратура РРСП складається з каналообразующей апаратури КОА, радіопередавачів, радіоприймачів і антенно-фидерных трактів. Один приемопередающий комплекс зазвичай може пропустити кілька сотень, а деяких випадках і тисяч телефонних сигналів, чи один телевізійний. Там, коли РРСП варта передачі більшої кількості сигналів, вона утворюється кількома приемопередающими комплексами, які працюють у одному напрямку в різних частотах. Кожен із таких комплексів надвисокочастотних приемопередатчиков прийнято називати стволом.

На ОРС з допомогою КОА формується групою сигнал з кількох вихідних сигналів. Він є модулирующим для несучою частоти f1. Модульований радіосигнал із виходу радіопередавача через разделительно-полосовой фільтр РПФ підводиться до антени і випромінюється убік найближчій ПКС. Без РПФ не обійтися, бо в одну антену, зазвичай, працюють одночасно кілька радіопередавачів різних стволов.

Радіосигнал, ухвалений антеною ПРС, знову надходить на РПФ, що тепер виконує функцію розподілу сигналів кожного радіопередавача на вхід «свого» радіоприймач. Радіосигнал, пройшовши РПФ, посилюється в радіоприймачі і радіопередавачеві. У цьому здійснюється перетворення частоти радіосигналу f1 в частоту f2. Після перетворення радіосигнал випромінюється антеною у бік станції. На УРС між радіоприймачами і радіопередавачами включається КОА, що дозволяє виділити чи додатково запровадити частина сигналов.

Процес прийому радіосигналів на ОРС не відрізняється від розглянутої на ПРС чи УРС. З виходу радіоприймача груповий сигнал надходить на вхід каналообразующей апаратури, яка проводить поділ сигналів для відповідних споживачів. Ними звичайно є міжміський телефонний станція, телецентр, міжміський віщальна аппаратная.

По пропускну здатність розрізняють такі РРЛС: многоканальные, із кількістю каналів ТЧ понад 300; середньої ємності - від 60 до 300 каналів ТЧ; малоканальные — менше 60 каналів ТЧ.

В області застосування РРЛС діляться на магістральні, протяжністю 10… 12 тисяч км, зонові - республіканського та обласної значення, місцеві. Магістральні РРЛС є багатоканальними, зонові мають середню ємність, а місцеві - малоканальные.

По способу поділу каналів РРЛС може бути з частотним і тимчасовим поділом каналів, а, по діапазону використовуваних частот — дециметрового, сантиметрового і міліметрового диапазонов.

РАДІОРЕЛЕЙНІ СИСТЕМИ ПЕРЕДАЧИ.

ПРЯМИЙ ВИДИМОСТИ.

Щоб якось забезпечити радиорелейную зв’язок не більше прямий видимості, необхідно підняти антени над рівнем землі на вежах чи щоглах. Висоти антенних опор залежно від довжини і профілю кожного прольоту між сусідніми станціями можуть досягати 100… 120 м. Коли станція розташована на природною височини, антени можуть бути даху будинку, де знаходиться приемопередающая аппаратура.

Довжина прольоту між сусідніми РРС зазвичай 30… 70 км. У діапазонах частот вище 8 ГГц це значення може зменшуватися на підвищення частоти. У окремих випадках довжина може бути зменшена до 20… 30 км через необхідність розміщення РРС в заданому пункті, і навіть коли на трасі РРЛ є препятствия.

Коефіцієнт посилення ретранслятора ПРС з урахуванням запасу на завмирання сигналу становить 160… 200 дБ (при коефіцієнті посилення кожної з цих двох антен 30…46 дБ). Потужність передавача РРС 0,3… 10 Вт, коефіцієнт шуму приймача 7…10 дБ (у варіанті з малошумящим підсилювачем 3… 5 дБ). Найбільшого поширення набула отримали магістральні РРСП в діапазонах частот 4 і шість ГГц і внутризоновые в діапазонах 2 і побачили 8-го ГГц. Магістральні РРСП — многовольтные, число дуплексных радиостволов, організованих дільниці РРЛ, щодо одного діапазоні частот сягає восьми. Для автоматичного резервування стовбурів зазвичай використовують кілька робочих (2… 7) і тільки резервний стволы.

Радіорелейні системи передачі прямий видимості формуються з допомогою комплексів устаткування, званих радіорелейними станціями зв’язку прямий видимості РРСС. До складу РРСС входять: антенно-фидерные устрою; приемопередающая апаратура; оконечная апаратура телефонних, телеі цифрових радиостволов; апаратура систем автоматичного резервування стовбурів; апаратура службової зв’язку, телесигнализации і телекерування; устаткування систем гарантованого електроживлення й устаткування життєзабезпечення РРС.

Радіорелейні системи передачі служать до створення типових каналів і трактів між мережними станціями і вузлами зв’язку. Сукупність РРСП чи лінійних трактів, діючих на певної трасі і використовують одні й самі антенні опори, станційні споруди, первинні джерела електроенергії та помічники, називається радіорелейної лінією зв’язку. На РРЛ діють як системи передачі, а й окремі лінійні тракти, що з особливістю передачі телефонних сигналів, котрим перетворювальна апаратура повинна розташовуватися на міжміського телефонної станції. Лінійний тракт то, можливо суто радиорелейным, що він освічений з допомогою телефонного стовбура та пасивних кабельних з'єднувальних ліній, або комбінованим, коли до радіорелейного тракту включають кабельні лінійні тракти великий протяженности.

На відміну від телефонного стовбура, телевізійний стовбур разом із пасивними на кабельні лінії утворює систему передачі, що включає перебудовчу апаратуру і лінійний тракт.

Структурна схема РРСП прямий видимості не відрізняється від РСП інших типов.

З допомогою РРСП зазвичай передають дуже широкосмугові сигнали, наприклад телевізійні чи великі групи телефонних сигналів. Якісна передача таких сигналів можливе тільки в діапазонах дециметрових і більше коротких хвиль. Відомо, що радіохвилі цих діапазонів можуть стійко поширюватися тільки у межах прямий видимості між пунктами передачі і прийому. Якщо наземні станції розміщуються одна щодо інший з відривом прямий видимості між антенами цих станцій, така система називається РРСП прямий видимості. При висоті антени 40… 50 м відстань між станціями звичайно перевищує 40… 50 км.

Обмеженість відстані прямий видимості годі було розглядати, як суто негативний чинник. Саме у передчутті рахунок неможливості на вільне поширення радіохвиль великі відстані усуваються взаємні перешкоди між РРСП всередині однієї країни чи різних стран.

З іншого боку, слід підкреслити, що у зазначених діапазонах немає атмосферні і промислові перешкоди. Можливість створення антен з дуже вузької діаграмою спрямованості дозволяє вживати у тих діапазонах радіопередавачі малої емкости.

ТРОПОСФЕРНЫЕ РАДІОРЕЛЕЙНІ СИСТЕМИ ПЕРЕДАЧИ.

Тропосфера — це нижня частина атмосфери Землі. Її верхня межа перебуває в висоті приблизно 10… 12 км. У тропосфері є локальні об'ємні неоднорідності, викликані різними фізичними процесами, що відбуваються у ній. Радіохвилі діапазону 0,3… 5 ГГц здатні розсіювати цими неоднородностями. З огляду на, що неоднорідності перебувають у значної висоті, легко уявити, що розсіяні ними радіохвилі можуть на сотні кілометрів. Це дає можливість розмістити станції з відривом 200… 400 км друг від друга, що значно більше відстані прямий видимости.

Тропосферного радіорелейної системою передачі ТРРСП називається така РРСП, у якій використовується розсіювання і відбиток радіохвиль у нижній області тропосфери при взаємній розташуванні станцій поза прямий видимості. Лінії зв’язку, обладнані ТРРСП, подібно РРЛС прямий видимості складається з низки станцій ОРС, ПРС, УРС. Такі лінії будуються, зазвичай, в важкодоступних віддалених районах країни, де складно і дорого будувати РРЛС прямий видимості. Значні відстані між ПРС, безумовно, вигідні з організацією протяжних ліній, оскільки потрібно менше станцій. Проте специфіка освіти електромагнітного випромінювання у точці прийому така, що доводиться зіштовхуватися з поруч негараздів процесі прийому радіосигналів. По-перше, у процесі поширення радіохвиль виникають глибокі завмирання радіосигналу, що нестійкістю просторово-часової структури тропосфери і многолучевостью радіосигналу (до однієї точку прийому приходять промені багатьох неоднородностей). По-друге, радіосигнал у точці прийому дуже ослаблений — адже антена уловлює лише незначну частку енергії, розсіяною на неоднородностях. Послаблення сигналу компенсується використанням потужних радіопередавачів і радіоприймачів із високим чутливістю. З глибокими завмираннями боротися сложнее.

Найчастіше застосовуваний спосіб це званий рознесений прийом. Розрізняють просторове і частотне рознесення. При просторовому рознесенні прийом ведеться на дві антени, встановлені на деякій відстані друг від друга. Антени розносяться у бік, перпендикулярному трасі лінії. Частотне розведення здійснюється з допомогою одночасної передачі сигналів електрозв’язку двома частотах. Одночасна реалізація просторового і частотного рознесення отримав назву счетверенного прийому. Характер замираний радіосигналів різними частотах є неоднаковим. Інакше кажучи, якби однієї частоті спостерігаються завмирання, то, на інший їх може і быть.

Попри застосування настільки складної схеми прийому, повністю позбутися замираний і спотворень переданих сигналів вдається. Особливо утруднена якісна передача широкосмугових сигналів, наприклад, телевізійних. Кількість телефонних каналів, утворених по ТРРСП, вбирається у 120.

Використання потужних радіопередавачів, чутливих радіоприймачів у поєднанні зі складною схемою разнесенного прийому, загалом, підвищує вартість устаткування окремих станцій. Проте загальна вартість тропосферных РРЛС навіть нижче проти РРЛС прямий видимості завдяки скорочення в 5−10 раз числа проміжних станций.

Поруч із счетверенным прийомом для боротьби з завмираннями останнім часом використовують спеціальні комплекси з обробки сигналов.

1. Данилович О. С., Немирівський О.С. Радіорелейні і супутникові системи передач.-М.:радио і зв’язок, 1986;390.

2. Радіорелейні лінії. Збірник переведених статей.

під редакцією Калашнікова Н.И.

3. Збірник статей під редакцією Смирнова.

— 14 ;