6. Основы построения аналоговых радиорелейных линий
6.1. Принципы построения радиорелейных линий прямой видимости
Радиосистема передачи, в которой сигналы электросвязи передаются с помощью наземных ретрансляционных станций, называется радиорелейной системой передачи .
За шесть десятилетий своего развития радиорелейные линии (РРЛ) превратились в эффективное средство передачи огромных массивов на расстояния в тысячи километров, конкурируя с другими средствами связи, в том числе кабельными и спутниковыми, удачно дополняя их.
Сегодня РРЛ стали важной составной частью сетей электросвязи – ведомственных, корпоративных, региональных, национальных и даже международных, поскольку имеют ряд важных достоинств, в том числе:
- возможность быстрой установки оборудования при небольших капитальных затратах;
- экономически выгодная, а иногда и единственная, возможность организации многоканальной связи на участках местности со сложным рельефом;
- возможность применения для аварийного восстановления связи в случае бедствий, при спасательных операциях и в других случаях;
- эффективность развертывания разветвленных цифровых сетей в больших городах и индустриальных зонах, где прокладка новых кабелей слишком дорога или невозможна;
- высокое качество передачи информации по РРЛ, практически не уступающие ВОЛС и другим кабельным линиям.
Современные радиорелейные линии связи позволяют передавать телевизионные программы и одновременно сотни и тысячи телефонных сообщений. Для таких потоков информации требуются полосы частот до нескольких десятков, а иногда и сотен мегагерц и соответственно несущие не менее нескольких гигагерц. Известно, что радиосигналы на этих частотах эффективно передаются лишь в пределах прямой видимости. Поэтому для связи на большие расстояния в земных условиях приходится использовать ретрансляцию радиосигналов. На радиорелейных линиях прямой видимости в основном применяют активную ретрансляцию, в процессе которой сигналы усиливаются.
Протяженность пролетов R между соседними станциями зависит от профиля рельефа местности и высот установки антенн. Обычно ее выбирают близкой к расстоянию прямой видимости R 0 , км. Для гладкой сферической поверхности Земли и без учета атмосферной рефракции:
(6.1)
где h 1 и h 2 – высоты подвеса соответственно передающей и приемной антенн (в метрах). В реальных условиях, в случае мало пересеченной местности R 0 = 40…70 км, а h 1 и h 2 составляют 50…80 м. Принцип радиорелейной связи показан на рисунке 1.1, где отмечены радиорелейные станции трех типов: оконечная (ОРС), промежуточная (ПРС) и узловая (УРС) .
Пролет (интервал) РРЛ - это расстояние между двумя ближайшими станциями.
Участок (секция) РРЛ - это расстояние между двумя ближайшими обслуживаемыми станциями (УРС или ОРС).
На ОРС производится преобразование сообщений, поступающих по соединительным линиям от междугородных телефонных станций (МТС), междугородных телевизионных аппаратных (МТА) и междугородных вещательных аппаратных (МВА), в сигналы, передаваемые по РРЛ, а также обратное преобразование. На ОРС начинается и заканчивается линейный тракт передачи сигналов.
С помощью УРС обычно решают задачи разветвления и объединения потоков информации, передаваемых по разным РРЛ, на пересечении которых и располагается УРС. К УРС относят также станции РРЛ, на которых осуществляется ввод и вывод телефонных, телевизионных и других сигналов, посредством которых, расположенный вблизи от УРС населенный пункт связывается с другими пунктами данной линии.
На ОРС и УРС всегда имеется технический персонал, который обслуживает не только эти станции, но и осуществляет контроль и управление с помощью специальной системы телеобслуживания ближайшими ПРС. Участок РРЛ (300…500 км) между соседними обслуживаемыми станциями делится примерно пополам так, что одна часть промежуточных станций входит в зону телеобслуживания одной УРС.
С помощью РРЛ решают следующие задачи:
1. Создание стационарных магистральных линий для передачи больших потоков информации на расстояния в несколько тысяч километров. В этих случаях применяются системы большой емкости. Магистральные РРЛ обычно являются многоствольными. Ствол РРЛ – совокупность приемопередающих устройств, антенно-фидерных трактов и среды распространения.
2. Использование стационарных РРЛ для организации внутризоновой связи. Эти линии имеют протяженность до 600…1400 км. Здесь применяют РРС средней емкости, которые в большинстве случаев рассчитаны на передачу телевизионных сигналов и сигналов радиовещания. Часто эти линии являются многоствольными и ответвляются от магистральных РРЛ.
3. Использование РРЛ в местной (районной и городской) сети связи. Здесь в основном применяют РРЛ малой емкости.
4. Обеспечение с помощью многоканальных РРЛ служебной связью железнодорожного транспорта, газопроводов, нефтепроводов, линий энергоснабжения и других систем, охватывающих большую территорию.
5. Обеспечение подвижной связи, используемой в случае ремонта или модернизации стационарных РРЛ и кабельных линий связи (КЛС), а также для других целей.
6. Соединение базовых станций и центров коммутации в составе системы подвижной связи.
Классификация РРЛ.
Радиорелейные линии прямой видимости можно классифицировать по различным признакам и характеристикам .
По способу разделения каналов и виду модуляции несущей можно выделить:
- РРЛ с частотным разделением каналов (ЧРК) и частотной модуляцией (ЧМ) гармонической несущей.
- РРЛ с временным разделением каналов (ВРК) и аналоговой модуляцией импульсов, которые затем модулируют несущую частоту.
- Цифровые радиорелейные линии (ЦРРЛ), в которых в отличие от предыдущего случая импульсы (отсчеты сообщения) квантуются по уровням и кодируются.
По диапазону рабочих (несущих) частот РРЛ подразделяют на линии дециметрового диапазона и сантиметрового диапазонов. В этих диапазонах, решением ГКРЧ от апреля 1996 года для новых РРЛ определены диапазоны 8 (7.9-8.4); 11 (10.7-11.7); 13 (12.75-13.25); 15 (14.4-15.35); 18 (17.7-19.7); 23 (21.2-23.6); 38 (36.0-40.50) ГГц.
Однако в России еще длительное время будут использоваться ранее построенные линии в диапазонах 1.5-2.1; 3.4-3.9; 5.6-6.4 ГГц. При этом возможна замена устаревающей аппаратуры на современные РРС.
Новые РРС используются также в диапазоне 2.3-2.5 ГГц. Прорабатывается возможность использования диапазонов 2.5-2.7 и 7.25-7.55 ГГц.
Чем ниже диапазон, тем большую дальность связи можно обеспечить при тех же энергетических характеристиках оборудования, но переход на высокие диапазоны позволяет расширить информационные полосы частот, то есть пропускную способность систем.
Повышение эффективности использования частотного ресурса диапазона стало одним из самых важных требований к аппаратуре РРЛ. В нашей стране насыщенность радиорелейной связи пока что много меньше, чем в зарубежных странах, где идет интенсивное освоение всех диапазонов до 40 ГГц. Эффективность использования частотного ресурса диапазона определяется следующими факторами:
1. Требуемой шириной полосы приемопередатчика, которая определяется объемом передаваемой информации, выбранным методом модуляции и уровнем стабилизации частоты передатчика.
2. Параметрами электромагнитной совместимости (ослабление чувствительности по побочным каналам приема, подавление внеполосных и побочных излучений).
3. Возможностями полного использования всего отведенного участка диапазона, которые обеспечиваются использованием в составе станции синтезатора частоты.
По принятой в настоящее время классификации радиорелейные системы (РРС) разделяют на системы большой, средней и малой емкости.
К радиорелейным системам большой емкости принято относить системы, позволяющие организовать в одном стволе 600 и более каналов ТЧ. Если радиорелейная система позволяет организовать 60-600 или менее 60 каналов ТЧ, то эти системы относят соответственно к системам средней и малой емкости.
Радиорелейные системы, допускающие передачу в одном стволе телевизионных сигналов изображения, а также сигналов звукового сопровождения телевидения и звукового вещания, относят к системам большой и средней емкости.
Исходя из скорости передачи информации, цифровые РРЛ можно разделить на две основные группы.
Низкоскоростные РРС. К ним относятся отечественные РРС и подавляющая часть зарубежных, предлагаемых в России (около пятидесяти из них имеют российский сертификат).
Подобные РРС рассчитаны на трафик до 16Е1 (или Е3). Отметим что еще несколько лет назад РРЛ с трафиком Е3 считались среднескоростными, но сегодня это станции "низового звена" цифровых сетей, обеспечивающие возможность изменения (иногда программным путем) пропускной способности в пределах от Е1 или 2Е1 до 8Е1 или 16Е1.
Стало просто не выгодно выпускать РРС специально для передачи лишь потоков Е1 или менее, за исключением ряда новых весьма специфических и редких пока применений (передача Е1 шумоподобными сигналами, распределительные станции для систем доступа и прочие) .
Высокоскоростные РРС. Эти РРС в настоящее время создаются практически только на основе SDH-технологии и имеют скорость передачи в одном стволе 155.52 Мбит/с (STM-1) и 622.08 Мбит/с в одном стволе (STM-4).
Ранее к высокоскоростным относили РРС для передачи Е4 (то есть 139.254 Мбит/с) в сети PDH, но, новые РРЛ строятся уже на базе SDH-технологии, то есть со скоростью передачи 155.52 Мбит/с, хотя и обеспечивают возможность передачи 140 Мбит/с.
Высокоскоростные РРЛ применяются для построения магистральных и зоновых линий, в качестве радиовставок в ВОЛС на участках со сложным рельефом, для сопряжения ВОЛС (STM-4 или STM-16) с сопутствующими локальными цифровыми сетями, а также для резервирования ВОЛС и так далее.
Среди высокоскоростных РРС можно выделить две группы, отличающиеся по назначению, свойствам, конфигурации, конструкции и так далее.
Это, во-первых, многоствольные РРС, рассчитанные обычно на передачу до 6-7 потоков STM-1 по параллельным радиостволам, из которых 1 или 2 – резервные (конфигурация оборудования "3+1", "7+1" или 2∙(3+1)). Протяженность РРЛ, как правило, велика – сотни километров и более.
Во-вторых, РРС, предназначенные для ответвлений от магистральных линий, необходимых при создании зоновых сетей и некрупных локальных ведомственных сетей, а также для передачи потоков STM-1 (155 Мбит/с) в условиях больших городов. Для этих ответвлений, как правило, используются диапазоны 7, 8, реже 11 ГГц, а для связи в больших городах – диапазоны 15, 18, 23 ГГц. По конфигурации это обычно двухствольные РРЛ на скорость STM-1, один из стволов – резервный (по схеме "1+1").
К этой группе высокоскоростных РРС, использующих технологию SDH, можно отнести РРС со скоростью передачи информации 51.84 Мбит/с (STM-0), которые иногда называют "среднескоростными". Они упрощают реализацию ответвлений от синхронных линий передачи, позволяют значительно увеличить возможности построения сетей SDH различной конфигурации, ответвлять от ВОЛС или РРЛ информацию к сетям доступа пользователя, подключать к сетям SDH до 21 потока Е1, а также потоки Е3 .
6.2. Структура радиосистем передачи
Под радиосистемой передачи РСП понимают совокупность технических средств, обеспечивающих образование типовых каналов передачи и групповых трактов первичной сети ВСС, а также линейного тракта, по которому сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн в открытом пространстве рисунок 6.2
С помощью современных РСП можно передавать любые виды информации: телефонные, телеграфные и фототелеграфные сообщения, программы телевидения и звукового вещания, газетные полосы, цифровую информацию и так далее .
Как и проводные системы передачи, подавляющее число РСП являются многоканальными. При этом обычно используются частотное или временное разделение сигналов.
Рисунок
6.2. Обобщенная структурная схема многоканальной РСП
Радиоствол включает в себя приемопередающее оборудование, антенно-фидерные тракты и среду распространения. Оконечное оборудование включает в себя модемы и аппаратуру сопряжения РРЛ и соединительных линий (усилители, корректоры, предыскажающий и восстанавливающий контуры).
6.2.1. Многоствольные РРЛ. Планы распределения частот
План распределения частот представляет собой отображение на частотной оси возможных значений рабочих частот (приема и передачи), а также (в некоторых случаях) частот гетеродинов.
Пропускная способность РРЛ может быть в несколько раз увеличена за счет образования новых стволов. Для этого на станциях устанавливают дополнительные комплекты приемопередающего оборудования, с помощью которых создаются новые высокочастотные тракты. Для сигналов разных стволов используются различные несущие частоты. Вся система многоствольной РРЛ организуется таким образом, чтобы все стволы работали независимо один от другого, а с другой стороны были взаимозаменяемы. Такой принцип позволяет обеспечить необходимую верность передачи сообщений в каждом стволе и повышает надежность работы всей линии в целом. В тоже время повышение пропускной способности РРЛ за счет многоствольной работы не приводит к пропорциональному росту стоимости линии, так как многие высоконадежные компоненты линии (антенны, станционные сооружения, опоры для подвеса антенн, источники электроснабжения и тому подобное) являются общими для всех стволов .
В качестве примера, поясняющего принцип организации многоствольной работы, рассмотрим вариант РРЛ из трех дуплексных стволов. На рисунке 1.3 представлена упрощенная структурная схема основного оборудования трех станций этой линии: ОРС, ПРС, и УРС. Схема содержит: передатчики (П); приемники (Пр); оконечные устройства (ОУ), включающие модемы, усилители и другие элементы, осуществляющие преобразование групповых телефонных сообщений (ТФ) или компонентов сигналов телевизионного и звукового вещания (ТВ, ЗВ) в сигналы линейного тракта, а также обратное преобразование: системы полосовых фильтров (ПФ), каждый из которых имеет полосу прозрачности, соответствующую одному стволу при односторонней связи; в режиме передачи ПФ обеспечивает необходимую развязку передатчиков (у этих систем ПФ указан первый индекс 1, то есть они обозначены ПФ 11 , ПФ 12 , ПФ 13 ; изменение вторых индексов отражает смену частот приема и передачи в соответствии с двухчастотным планом); в режиме приема системы ПФ являются разделительными фильтрами: из суммарного ВЧ сигнала каждый полосовой фильтр системы выделяет сигнал одного ствола и направляет его в соответствующий приемник (у этих систем ПФ указан первый индекс 2, то есть они обозначены ПФ 21 , ПФ 22 , ПФ 23); развязывающие устройства (РУ), задачей которых является дополнительное уменьшение взаимовлияния трактов передачи и приема: ряд элементов этих трактов, таких, например, как фидеры и антенны (А), как правило являются общими. Аппаратура ввода-вывода сигналов (АВВ) обеспечивает решение специфических для УРС задач – разветвления и объединения информационных потоков.
В качестве примера использования схемы рассмотрим на рисунке 6.3 передачу группового телефонного сообщения (ТФ) в одном направлении связи. Это сообщение формируется в аппаратуре объединения каналов (АОК) и по соединительной линии поступает на ОРС. С помощью ОУ и П сигнал ТФ преобразуется в ВЧ сигнал требуемой мощности, который через один из полосовых фильтров системы ПФ 11 и РУ поступает в антенну А и излучается в направлении ПРС. Здесь сигнал данного ствола проходит последовательно через элементы А, РУ, ПФ 22 и группу приемников. С помощью одного из Пр и ОУ ВЧ сигнал данного ствола может быть преобразован в сигнал ТФ и направлен в АВВ.
Здесь односторонние ТФ каналы могут быть распределены по группам, одна из которых, например, может быть направлена в ближайшую МТС, другие же могут войти в состав новых ТФ стволов и направлены по разным радиоканалам. Кроме того, возможна и транзитная передача через УРС полного сигнала организованного на ОРС ствола в том или ином направлении связи. В этом случае сигналы с Пр на П могут идти в обход ОУ и АВВ.
Рисунок
6.3. Упрощенная структурная схема РРЛ из трех дуплексных стволов.
Заметим, что при модуляции групповым телефонным сообщением того или иного параметра несущей в основном применяют два метода:
1. Модуляцию групповым сообщением колебаний промежуточной частоты (модулятор в ОУ) и транспонирование полученного таким образом в область ВЧ (в передатчике).
2. Непосредственную модуляцию групповым сообщением одного из параметров ВЧ несущей (модулятор – в передатчике) .
Последний вариант используется, в частности, на цифровых РРЛ.
В настоящее время прием и передачу сигналов на станции на каждом направлении связи ведут в основном по общему антенно-фидерному тракту (обычно антенны и фидеры оказываются гораздо более широкополосными, чем сигналы одного ствола) , а необходимую развязку приема и передачи обеспечивают не только фильтрами, но и различными невзаимными устройствами, то есть устройствами, свойства которых зависят от направления распространения электромагнитных волн. К этим устройствам относят, в частности, широко применяемые ферритовые вентили и циркуля торы. Кроме того, для обеспечения эффективной развязки трактов передачи и приема, а также соседних стволов, во многих современных РРС используют волны различной поляризации (горизонтальной и вертикальной). В этом случае в качестве РУ применяют, например, поляризационные селекторы. Схема на рисунке 6.3 построена с учетом рекомендованного МККР (ныне МСЭ) двухчастотного плана с группированием частот передачи и приема: группы передаваемых и принимаемы на каждой станции сигналов проходят через различные системы полосовых фильтров, например на ПРС – это ПФ 12 и ПФ 21 . Заметим, что конструктивно системы ПФ с различными первыми, но одинаковыми вторыми индексами, например ПФ 11 и ПФ 21 , могут быть выполнены вполне идентично.
Рассмотрим один из вариантов конкретного частотного плана и некоторые примеры схем антенно-фидерных трактов (АФТ) многоствольных систем . На рисунке 6.4 а представлен план распределения частот, применяемый в магистральных радиорелейных системах "Восход", "Рассвет-2", "Курс-4", работающих в диапазоне 3.4…3.9 ГГц, в системе "Курс-6", работающей в диапазоне 5.67…6.17 ГГц и в зоновой системе "Курс-8", работающей в диапазоне 7.9…8.4 ГГц. Конкретные номиналы рабочих частот можно найти в любом справочнике по РРЛ. Этот план позволяет организовать до восьми дуплексных широкополосных стволов по двухчастотной системе. Каждый из стволов может использоваться для организации телефонных каналов (до 1920) или для передачи одной телевизионной программы. Как видно из рисунка 6.4 а, несущие частоты стволов (f 1 ,f 2 ,…,f 16 – отложены на оси f с) разнесены на интервалы, кратные F = 14 МГц. План рассчитан на промежуточную частоту F пч = 5F = 70 МГц. При этом частоты гетеродинов (помечены точками на оси f г) размещаются в интервалах между рабочими частотами стволов, а частоты зеркальных каналов (помечены точками на оси f з) – внутри полосы, выделенной для системы. Частоты приема и передачи в одном дуплексном стволе разнесены на величину 19F = 266 МГц. Для соседних по частоте стволов в диапазонах, близких к 4 и 6 ГГц, должны использоваться различные антенны и разные типы поляризации волн – горизонтальная (г) и вертикальная (в). Распределение волн по поляризации на частотах приема (f пр) и передачи (f п) должно соответствовать рисунку 6.4, а, б или в. Обычно стволы разбиваются на две перемежающие группы. Одна группа стволов, например с нечетными номерами, используется для магистральных линий, а другая (с четными номерами) – в линиях, являющихся ответвлениями от магистрали, как показано на рисунке 6.5 а. Пример разнесения сигналов по разным антеннам на ПРС для шести дуплексных стволов показан на рисунке 6.5 б. Частотный план на рисунке 6.4, а предусматривает, что разность между частотами соседних стволов в одной антенне составляет величину 4F = 56 МГц, а в разных антеннах – 2F = 28 МГц; разность между ближайшими несущими частотами приема и передачи в разных антеннах – 5F = 70 МГц, в одной антенне – 7F = 98 МГц. Заметим, что система "Курс-8", функционирующая в диапазоне 7.9…8.4 ГГц при соответствующей компоновке АФТ (рисунок 6.6) допускает работу восьми дуплексных стволов на одну антенну. Разнесение сигналов разных стволов по частоте, по поляризации и по различным ветвям антенно-фидерного тракта, а также соответствующий выбор частот местных гетеродинов – все это в совокупности обеспечивает минимум внутрисистемных помех без значительного расширения частотных интервалов между стволами.
Рисунок
6.4. План распределения частот и волн различной поляризации в системах
"Восход", "Рассвет-2", "Курс-4", "Курс-6", "Курс-8".
Рисунок 6.5. Примеры распределения частот и волн различной поляризации на УРС (а) и ПРС (б)
6.2.2. Антенно-фидерные тракты
На рисунке 6.6 приведен вариант комплектации АФТ системы, в которой реализуется частотный план, показанный на рисунке 6.4, а. При этом многократное использование АФТ достигается на основе применения всех известных способов селекции радиоволн: по частоте, по поляризации и по направлению распространения (трехступенчатая схема разделения).
Элементами структурной схемы на рисунке 6.6 являются:
Приемники, подключенные к РФ 1 и РФ 3 , и передатчики, соединенные с РФ 2 и РФ 4 , обеспечивают дуплексную связь в одном направлении. Путь сигналов (на несущих f 1 …f 16) каждого из стволов нетрудно проследить по схеме, руководствуясь направлением соответствующих стрелок .
На РРЛ прямой видимости, работающих в диапазоне СВЧ, используются рупорно-параболические антенны (РПА), перископические и параболические (однозеркальные и двухзеркальные). Выбор той или иной антенны зависит не только от типа аппаратуры, но и от емкости РРЛ. Этим же определяется состав и структура АФТ. Если, например, линия включает в себя не 8, а 4 ствола, то каждый из поляризационных фильтров через ВЭ и ГЭ может быть непосредственно соединен с одним из РФ. В другом варианте когда отсутствует разделение по поляризации, внешний волновод может быть соединен с двумя РФ (работающими один на передачу, другой – на прием) посредством ФЦ .
Разделительные фильтры также как и весь АФТ, допускают различные варианты построения. В последнее время все более широкое распространение получают РФ, в которых используются ферритовые циркуляторы (ФЦ).
6.3. Аппаратура радиорелейных линий прямой видимости с частотным разделением каналов и частотной модуляцией (ЧРК-ЧМ)
Приемопередающая аппаратура радиосвязи. Широкое использование в аппаратуре РРЛ получили гетеродинные приемопередатчики, которые построены на основе передатчика с преобразователем частоты и супергетеродинного приемника .
Упрощенная схема оконечной приемопередающей станции приведена на рисунке 6.6
Как следует из рисунка 6.2 и рисунка 6.6 групповой сигнал (ГС) от многоканальных систем передачи поступает на устройство объединения групповых сигналов (УОГС), представляющих собой волну фильтров. В этом устройстве могут объединяться ГС, расположенные в непересекающихся областях частот.
Далее сигнал усиливается в усилителе групповых сигналов (УГС), ограничивается по амплитуде в усилителе-ограничителе (АО) и подается на предыскажающий контур (ПК). Предыскажения вводятся с целью выравнивания отношения P c /Р ш по всему спектру ГС. В частотном модуляторе (ЧМ) производится модуляция промежуточной частоты (F пч обычно выбирается равной 70 МГц) групповым сигналом .
Полосу частот ВЧ тракта (П чм), необходимую для пропускания ЧМ сигнала можно определить по формуле Карсона:
, (6.2)
где f в – верхняя частота модулирующего сигнала.
Рисунок
6.6. Упрощенная структурная схема приемопередающего оборудования.
Эффективная девиация частоты на выходе модулятора, которая получается при подаче на вход любого телефонного канала измерительного синусоидального сигнала (с частотой 800 Гц) мощностью 1 мВт (нулевой уровень) называется эффективной девиацией на канал – Δf к. Согласно рекомендациям МККР (ныне МСЭ) в современных многоканальных РРС в зависимости от числа каналов N используют ∆f к, равные 200, 140 или 100 кГц. Обычно в процессе настройки аппаратуры величина ∆f к выставляется при подаче на вход предыскажающего контура (ПК) вместо U гр (t), измерительного сигнала с частотой, на которой предыскажения в ПК отсутствуют. Поэтому ∆f к называют эффективным значением девиации, создаваемой измерительным уровнем сигнала одного канала ТЧ на частоте нулевых предыскажений.
, (6.3)
где К чм – крутизна модуляционной характеристики;
Р изм = 1 мВт – средняя мощность измерительного сигнала на сопротивлении
R. Поскольку, если U гр (t) и измерительный сигнал выделяются
на одинаковых сопротивлениях R, и 
,
то
, (6.4)
где ∆f э и ∆f к измеряются в кГц, а Р ср – безразмерная величина, численно равная Р ср в мВт. Если выходное сопротивление измерительного генератора активно и совпадает с входным сопротивлением канала (600 Ом), то соотношение Р ср / Р изм в дБ соответствует уровню
откуда 
.
Поэтому вместо (1.3.3) можно записать
. (6.6)
При N > 240, когда р ср = -15 + 10 lg(N), дБ, в соответствии с (6.6) получаем или
,
В современных РРС с N=600 величины ∆f к =200 кГц; при N = 1920 ∆f к 140 кГц.
Практикум решения задач на применение формулы Карсона:
Найти полосу сигнала на выходе частотного модулятора РРЛ связи, если на его вход подается групповой сигнал от МСП-ЧРК типа К-300, Δf к =250 кГц.
При решении задач подобного типа необходимо четко представлять себе структуру и параметры многоканальных сигналов с ЧРК. Вспомните на основе предыдущих разделов полосу пропускания сигнала на выходе оборудования К-300 (Вам понадобится значение верхней частоты группового спектра). А, зная число каналов в МСП можно определить эффективную девиацию частоты (формула 6.6 при N ≥ 240). Лучший Ваш помощник – здравый смысл, смотрите на реальность результата.
Частотная модуляция (ЧМ) позволяет обеспечить относительно высокую помехоустойчивость передачи сообщений . При этом не требуется большая стабильность частоты передатчика. Мощность его используется весьма эффективно: она практически не зависит от характеристик сообщений на входе модулятора, пик-фактор всегда равен единице. Уровень сигнала на входе приемника может изменяться в достаточно широких пределах (на пример, при замираниях), не влияя на мощность полезного сигнала после демодулятора. Все это в целом объясняет широкое применение ЧМ на РРЛ, в спутниковых, тропосферных и других системах передачи. Вместе с тем частотной модуляцией свойственны и определенные недостатки: резкое снижение качества передачи, если отношение средних мощностей сигнала и шума на входе приемника (Р с /Р ш) вх падает ниже некоторого порогового значения (пороговый эффект проявляется обычно при (Р с /Р ш) вх ≤ 10); широкий спектр частот, который необходимо передавать по радиоканалу для нормального восстановления сообщений на выходе демодулятора; зависимость уровня шумов на выходе канала от мощности входного сигнала приемника (проявляется при замираниях); необходимость выравнивания качества работы разных телефонных каналов при их частотном разделении и другие.
При ЧМ нужен не просто широкополосный высокочастотный тракт, а тракт, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и характеристика группового времени запаздывания (ГВЗ) которого удовлетворяют весьма высоким требованиям. В противном случае сигнал на выходе демодулятора может недопустимо исказиться и, например, при многоканальной передаче сообщений методом ЧРК качество связи соответственно упадет за счет так называемых переходных помех: работе одного (любого) частотного канала будут в значительной мере мешать сигналы, спектр которых состоит из гармоник и комбинационных продуктов колебаний в других каналах.
В системах с ЧРК если не принять специальных мер, ЧМ
не может обеспечит равные условия работы разных частотных каналов. Причем
более высокочастотным сигналом, когда увеличивается F в и уменьшается
индекс m э, соответствует меньшая помехоустойчивость. Увеличением
мощности передатчика или группового сигнала U гр (t) можно добиться
необходимой помехоустойчивости и в верхнем частотном канале. Но при этом
в средних и нижних каналах запас по мощности будет не оправданно высоким.
В целом такой режим не выгоден как с экономической точки зрения, так и
с точки зрения уменьшения внутри- и межсистемных помех. Поэтому, как отмечалось
ранее, для выравнивания в различных каналах отношения сигнала к шуму прежде
чем подать U гр на модулятор, это напряжение подают на предыскажающий
фильтр, модуль коэффициента передачи которого y(F) обеспечивает изменение
уровней таким образом, что уровни передачи нижних каналов становятся меньше
уровней передачи верхних частотных каналов. Если теперь с помощью усилителя
(с равномерной частотной характеристикой) довести среднюю мощность модулирующего
сигнала Р ср до значения, определенного ранее для U гр (t),
то величина ∆f э останется такой же, как и без предыскажения
U гр (t). При этом подбором y(F) можно сделать так, что уровни
сигналов в верхних каналах нового модулирующего сигнала 
станут больше, чем у сигнала U гр (t), а уровни сигналов в нижних
соответственно меньше.
В системах с ЧМ сигнал U гр (t) всегда подвергается предыскажению, а на выходе ЧД включают так называемый восстанавливающий контур с характеристикой обратной y(F). Этот фильтр не изменяет отношения сигнал-шум в отдельных каналах, но позволяет сделать более равномерным распределение уровней полезных канальных сигналов.
Характеристики предыскажающих и восстанавливающего контуров рекомендованы МСЭ. В общем случае характеристика предыскажающего контура хорошо аппроксимируется выражением
где 0 ≤ F ≤ F в, а F в – верхняя частота модулирующего сигнала. Характеристика восстанавливающего контура приведена на рисунке 6.7.
Рисунок 6.7. Зависимость коэффициента передачи восстанавливающего контура от нормированной частоты F/F в
Основное усиление сигнала осуществляется в усилителях промежуточной частоты (УПЧ). Тракт промежуточной частоты, используется для создания высокой избирательности при малых расстройках относительно границ полосы пропускания .
Для элементов тракта промежуточной частоты характерны следующие параметры: малая неравномерность АЧХ, группового времени запаздывания и дифференциального усиления в полосе частот точной коррекции; высокая степень входов и выходов сигнала промежуточной частоты в приемопередающей аппаратуре.
Мощный усилитель промежуточной частоты (МУПЧ) усиливает сигнал по мощности, необходимой для нормальной работы смесителя передатчика (СМпер). Модулированный сигнал промежуточной частоты после усиления смешивается в смесителе с высокостабильным колебанием генератора несущей частоты f н. На выходе смесителя в ПФ выделяется сигнал с частотой передачи f пер. Затем мощность этого сигнала усиливается в усилителе СВЧ до требуемого значения. В радиосистемах малой мощности (менее 1 Вт) усилитель СВЧ может не устанавливаться. Приемник радиоствола (рисунок 6.6) состоит из малошумящего усилителя сигнала СВЧ, преобразователя частоты, в который входят смеситель приемника (СМпр) и гетеродин приемника, и усилителя сигнала промежуточной частоты.
Особенности трактов промежуточной частоты цифровых РРЛ заключаются в разных требованиях к полосам пропускания и точной коррекции частотных характеристик тракта, а также в повышенном требовании к линейности амплитудной характеристики активных элементов этого тракта .
6.4. Нормирование качества связи на РРЛ
Радиорелейные линии широко используются как в региональных системах, так и для международной связи. Уровень шума на выходе канала существенно зависит как от условий распространения радиоволн и протяженности линии, так и от ее структуры, в частности от числа преобразований сигнала с выделением той или иной группы каналов. Поэтому, решая задачу нормирования уровня шумов на выходе каналов, необходимо ориентироваться на некоторую конкретную по протяженности и структуре РРЛ, в которой учитывался бы опыт разработки аппаратуры РРС, проектирования и эксплуатации РРЛ. Роль таких РРЛ стали играть специально разработанные гипотетические (предполагаемые) эталонные цепи. Структура этих цепей определяется, в частности, видом сообщений и способом их передачи.
На рисунке 6.8,а условно изображена гипотетическая эталонная цепь, предназначенная для РРЛ с ЧРК, на которых число каналов ТЧ больше 60. Указанная цепь имеет протяженность 2500 км и состоит из 9 однородных секций. Структура цепи фиксируется порядком размещения вторичных вдоль линии индивидуальных преобразователей частоты, первичных и преобразователей. Как видно из рисунка 6.8,а, на указанных РРЛ допускается лишь (не считая ОРС) две станции с выделением (вводом) индивидуальных каналов и пять станций с выделением (вводом) 12-канальных (первичных) групп. Внутри секции число ПРС, на которых имеет место только ретрансляция сигнала и нет выделения каналов ТЧ или стандартных групп каналов, не регламентируется.
Рисунок
6.8. Структура гипотетических цепей МСЭ (МККР) для РРЛ с ЧРК: а) с числом
ТФК более 60; б) с каналами телевидения и вещания; в) цепь ЕАСС для магистральной
РРЛ.
На рисунке 6.8,б представлена гипотетическая эталонная цепь для РРЛ с каналами телевидения и звукового вещания. Эта цепь состоит из трёх участков переприёма соответственно по видео- или низким частотам, то есть содержит три модулятора и три демодулятора.
Протяженность некоторых магистральных РРЛ в РФ значительно превосходит 2500 км. Поэтому для взаимоувязанной сети связи (ВСС) пришлось разработать ряд новых гипотетических цепей. Так, на магистральной сети в качестве гипотетической эталонной РРЛ принята цепь протяженностью 12500 км. Она состоит из 5 участков по 2500 км (рисунок 6.8,в), которые соединены между собой по тональной частоте или видеоспектру. В случае организации каналов ТЧ принято, что каждый однородный участок такой номинальной цепи состоит из 10 секций протяженностью 250 км. При этом внутри участка не предусмотрены индивидуальные преобразователи, а каждая секция начинается и кончается преобразователем третичной группы.
Для каждого конкретного вида эталонной цепи можно определить допустимое значение мощности шума или отношения сигнал-шум на выходе канала. Но вследствие замираний шумы на выходе каналов РРЛ являются нестационарными случайными процессами. Поэтому для шумов в ТФ, ТВ и других каналах РРЛ вводится несколько норм, полученных на основе обработки соответствующих статистических данных, учета специфики аппаратуры и особенностей получателя сообщений , .
Рисунок 6.9 иллюстрирует рекомендации, установленные МККР для телефонных и телевизионных каналов РРЛ. Так, согласно этим рекомендациям принято, что в любом телефонном канале в точке с нулевым относительным уровнем допустимые мощности шума (Р ш.доп), вносимого радиорелейным оборудованием линии, имеющей протяженность 2500 км и структуру, соответствующую гипотетической эталонной цепи, составляют следующие величины (смотри рисунок 6.9,а): среднеминутная псофометрическая мощность шума, которая может превышаться в течение не более Т = 20% времени любого месяца, 7500 пВт0, что соответствует 10lg(7500/10 9) = –51,25 дБ; среднеминутная псофометрическая мощность шума, которая может превышаться в течение не более Т = 0.1% времени любого месяца, 47500 пВт0 (–43.23 дБ); средняя за 5 мс невзвешенная мощность шума, которая может превышаться в течение не более Т = 0.01% времени любого месяца, 10 6 пВт0 (–30 дБ). В рекомендацию, относящуюся к 20% времени, включена и мощность помех (1000 пВт), обусловленных работой спутниковых систем в общих с РРЛ полосах частот.
Рисунок
6.9. Нормирование мощности шумов и отношения сигнал-шум на выходе телефонных
(а) и телевизионных (б) каналов
Если структура РРЛ протяженностью l км значительно отличается от эталонной, то допустимая среднеминутная псофометрическая мощность шума (Р ш.доп) в телефонном канале, которая может превышаться в течение не более 20% времени любого месяца, составляет величины: Р ш.доп = (3l + 200) пВт0, если 50 ≤ l ≤ 840 км; Р ш.доп = (3l + 400) пВт0, если 840 ≤ l ≤ 1670 км; Р ш.доп = (3l + 600) пВт0, если 1670 ≤ l ≤ 2500 км.
Для видеоканалов нормируется отношение размаха сигнала изображения к визометрическому напряжению шума (U р /U ш). На выходе гипотетической цепи протяженностью 2500 км это отношение (рисунок 6.9,б) может быть менее 61 дБ, 57 дБ и 49 дБ в течение соответственно не более 20, 1 и 0.1% времени любого месяца (при использовании унифицированного взвешивающего фильтра допускается уменьшение защищенности ТВ каналов на 4 дБ и, в частности, приведенные рекомендации на U p /U ш, относящиеся к 20 и 0.1% времени любого месяца снижаются до 57 и 45 дБ соответственно). При этом учитываются помехи от всех источников, влияющих на качество работы данного канала. Поскольку случайные процессы, представляющие все помехи на РРЛ, как внутренние, так и внешние, практически во всех случаях могут считаться независимыми, мощность помех на выходе канала (Р п.вых) обычно находится суммированием мощности помех отдельных источников. Так, для линии протяженностью 2500 км, псофометрическая мощность помех в канале ТЧ может превышать 7500 пВт в течение не более 20% времени любого месяца, связывают с выполнением следующего условия с учетом помех от ИСЗ будет равна:
где Р п.г – мощность переходных помех, вносимых одним комплектом оборудования, с помощью которого осуществляется переприем по групповому спектру; m – число узловых станций на которых осуществляется переприем по групповому спектру (две ОРС приравниваются одной УРС); n – число пролетов на линии; Р п.вч i – суммарная мощность переходных помех, обусловленных неидеальностью характеристик элементов ВЧ тракта на i-м пролете; Р т i (20%) – мощность (превышаемая в течение не более 20% времени любого месяца) теплового шума, вносимого на i-м пролете; Р п.м i (20%) – мощность переходных помех, обусловленная мешающим действием радиопомех на i-м пролете; третье и четвертое слагаемые в (6.9) содержат величины зависящие от времени (в третье слагаемое кроме тепловых шумов, мощность которых зависит от изменения мощности сигнала на входе приемника, вызванных замираниями, входят также и постоянные по мощности компоненты теплового шума Р т.г и Р т.м).
Тепловые шумы, учитываемые при оценке качества работы телевизионных каналов, как и в каналах ТЧ, складываются по мощности. Если, например, в расчет принимать мощность шумов, превышаемую в течение не более 20% времени любого месяца, то
где U т (20%) – эффективное визометрическое напряжение теплового шума на выходе видеоканала, превышаемое в течение не более 20% времени любого месяца; U р – напряжение размаха сигнала изображения; U т.м и U т.г – эффективное визометрическое напряжение теплового шума, вносимого соответственно одним модемом (м) и одним гетеродинным трактом; обычно U т.м = 0.14…0.22 мВ, а U т.г = 0.06…0.14 мВ; U т i (20%) – эффективное визометрическое напряжение (превышаемое в течение не более 20% времени любого месяца) теплового шума, вносимого на i-м пролете.
6.5. Принципы построения аппаратуры с ВРК
На рисунке 6.10 приведена упрощённая структурная схема оконечной станции многоканальной системы с ВРК . Непрерывное сообщение от каждого из абонентов u 1 (t) … u N (t) через соответствующие дифференциальные системы ДС 1 … ДС N подаются на входы канальных модуляторов КМ 1 … КМ N . В канальных модуляторах в соответствии с передаваемым сообщением производятся модуляции импульсов, следующих через период дискретизации Т д, по одному из параметров, например, ФИМ. В соответствии со значением передаваемого непрерывного сообщения в момент отсчёта при ФИМ происходит изменение положения импульса постоянной амплитуды и длительности относительно середины канального интервала от +∆t m до – ∆t m . Промодулированные импульсы с выхода КМ, импульсы синхронизации от генератора синхронизации (ГИС), а также импульсы датчика служебной связи (ДСС), датчика сигналов управления и вызовов (ДУВ) объединяются. В результате получается групповой сигнал u гр (t). Для обеспечения работы канальных модуляторов и дополнительных устройств последовательности импульсов с частотой дискретизации F д, сдвинутые относительно первого канала на i∆t к, где i – номер канала. Таким образом, моменты начала работы КМ определяются запускающими импульсами от РК, который определяет моменты подключения к общему широкополосному каналу соответствующего абонента или дополнительного устройства .
Полученный групповой сигнал u гр (t) подаётся на вход регенератора (Р), который придаёт дискретным сигналам различных каналов одинаковые характеристики, например одинаковую форму импульса. Все устройства, предназначенные для образования сигнала u гр (t): КМ 1 … КМ N , РК, ГИС, ДУВ, ДСС, Р – входят в аппаратуру объединения сигналов (АО), которая осуществляет объединение во времени всех сигналов и формирует групповой сигнал. Далее сигнал может передаваться на следующую станцию по проводным соединительным линиям или с помощью радиосвязи.
Рисунок
6.10. Упрощённая структурная схема радиорелейной оконечной станции системы
связи с ВРК
На приёме выделенный сигнал u * гр (t) подаётся на входы всех канальных демодуляторов КД 1 … КД N и приемников служебной связи (ПСС), управления и вызова (ПУВ).
Канальные демодуляторы осуществляют разделение u * гр (t) на отдельные канальные сигналы, представляющие собой дискретные отсчёты, и восстановление по этим отсчётам непрерывных сообщений u * 1 (t) … u * N (t), соответствующих поданным на входы КМ в АО. Для обеспечения временного разделения канальных сигналов необходимо, чтобы каждый из КД открывался поочерёдно только в соответствующие данному каналу интервалы времени ∆t к. Это обеспечивается импульсами, снимаемыми с выходов РК′ аппаратуры разделения сигналов (АР), работающего аналогично РК в АО на передающем конце линии связи. Для обеспечения правильного разделения каналов РК′, который находится в АР, должен работать синхронно и синфазно с РК АО, что осуществляется с помощью импульсов синхронизации (ИС), выделяемых соответствующими селекторами (СИС) и блоком синхронизации (БС). Сообщения с выходов КД поступают к соответствующим абонентам через дифференциальные системы .
Помехоустойчивость систем передачи с ВРК во многом определяется точностью и надёжностью работы системы синхронизации и распределителей каналов, установленных в аппаратуре объединения и разделения каналов. Для обеспечения точности работы системы синхронизации импульсы синхронизации (ИС) должны иметь параметры, позволяющие наиболее просто и надёжно выделять их из последовательности импульсов группового сигнала u * гр (t). Наиболее целесообразным при ФИМ оказалось применение сдвоенных ИС, для передачи которых выделяют один из канальных интервалов ∆t к в каждом периоде дискретизации Т д (смотри рисунок 6.11).
Рисунок
6.11. Групповой сигнал при ВРК с ФИМ
Определим число каналов, которое можно получить в системе с ФИМ. На рисунке 6.11 показана последовательность импульсов при многоканальной передаче с ФИМ. Из рисунка следует, что
Т д = (2∆τ макс + τ з)N гр, (6.11)
где τ з – защитный интервал; ∆τ макс – максимальное смещение (девиация) импульсов. При этом полагаем, что длительность импульсов мала по сравнению с τ з и ∆τ макс.
Из формулы (6.11) получаем
;
максимальная девиация импульсов при заданном количестве каналов
,
принимаем , поэтому
.
(1.12)
Учитывая, что при телефонной передаче Т д = 125 мкс, получим при N гр = 6 ∆τ макс = 8 мкс, при N гр = 12 ∆τ макс = 3 мкс и при N гр = 24 ∆τ макс = 1.5 мкс. Помехоустойчивость системы с ФИМ тем выше, чем больше ∆τ макс.
При передаче сигналов с ФИМ по радиоканалам на второй ступени (в радиопередатчике) может использоваться амплитудная (АМ) или частотная (ЧМ) модуляция. В системах с ФИМ – АМ обычно ограничиваются 24 каналами, а в более помехоустойчивой системе ФИМ – ЧМ – 48 каналами.
6.6. Методы оценки помех в каналах РРЛ
Как отмечалось ранее, на передачу сигналов по РРЛ, как и во всех радиосистемах, влияют помехи внешнего и внутреннего происхождения. К внешним помехам относят космические и атмосферные шумы, индустриальные помехи и сигналы от других радиосистем . Уровень этих помех обычно удается свести к минимуму с помощью тех или иных организационных мер (соответствующий выбор частот, фильтрация мешающих радиосигналов, правильное размещение станций и тому подобное). Если РРЛ работает в диапазоне дециметровых или сантиметровых волн, то влиянием индустриальных помех можно пренебречь.
Особое внимание при организации РРЛ приходится уделять внутрисистемным помехам. К ним относятся флуктуационные (тепловые и дробовые) шумы, аппаратурные шумы (пульсации питающих напряжений, шумы коммутации и другие) и специфические помехи, обусловленные искажениями широкополосных сигналов при прохождении через тракты с неидеальными характеристиками. При многоканальной передаче такие помехи проявляются как переходные. Для уменьшения влияния флуктуационных шумов (обычно их сводят к тепловым шумам) приходится увеличивать "энергетический потенциал" системы, то есть увеличивать мощность передатчиков (при некоторой заданной средней протяженности пролетов), уменьшать шумовую температуру приемников (например, применением параметрических усилителей на входе приемников), увеличивать коэффициент усиления антенн и тому подобное. Борьба с аппаратурными шумами ведется путем совершенствования аппаратуры и порядка ее эксплуатации.
Тепловые шумы в телефонных каналах. При передаче по телефонным каналам сигналов в аналоговой форме тепловые шумы накапливаются (суммируются по мощности) по мере прохождения сигнала через различные элементы тракта от одной станции до другой. Качество телефонного канала принято характеризовать мощностью помех в точке нулевого относительного уровня сигнала на выходе ТФ канала. Эта мощность определяется многими слагаемыми.
Шумовые свойства всех блоков линейной части приемника до АО учитываются коэффициентом шума приемника Ш. При этом полная эквивалентная мощность теплового шума, отнесенного ко входу приемника (при условии согласования его входного сопротивления с сопротивлением эквивалентного источника шума),
где k – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура окружающей среды (обычно принимают Т=290 К); П э – эффективная полоса шумов приемника, которая обычно принимается равной ширине полосы ∆f п.ч тракта промежуточной частоты; Р т.вых – мощность шума на выходе линейной части приемника, имеющей коэффициент усиления по мощности, равный К м. Если принять, что мощность Р т.вх равномерно распределена в полосе П э, то спектральная плотность мощности, выделяемой на сопротивлении 1 Ом,
G т.вх = kТШR вх, (6.14)
Уровень шума на входе ЧД зависит от уровня сигнала на входе приемника u с (t).
На рисунке 6.12,а представлена векторная диаграмм, из которой видно, что в результате сложения случайного вектора шума U т.вх (t), отображающего u т.вх (t), с вектором сигнала U c , отображающим u с (t), образуется случайный вектор U ∑ (t), отображающий суммарный сигнал
Рисунок
6.12. Векторное (а) и спектральное (б,в) представления сигнала и теплового
шума на входе (а,б) и выходе (в) приемника.
Таким образом, случайные изменения фазы частотно-модулированного сигнала при частотном детектировании его трансформируются в случайные изменения амплитуды сигнала, то есть проявляются в виде шума .
Мощность теплового шума в канале ТЧ на i-м интервале РРЛ может быть определена по формуле:
, (6.16)
где 
Коэффициент шума приемника; ∆F к = 3.1 кГц – ширина полосы i-го канала ТЧ; F к – значение центральной частоты канала ТЧ в групповом сигнале; ∆f к – эффективная девиация на канал; β пр – коэффициент учитывающий предыскажения сигнала; К п – псофометрический коэффициент.
В телефонных каналах обычно нормируется псофометрическая (взвешенная) мощность шума в точке с нулевым относительным уровнем, в которой средняя мощность измерительного сигнала равна 10 9 пВт 0. Псофометрический коэффициент отражает реальное восприятие различных составляющих спектра шума и для канала ТЧ выбирается равным 0.56 (-2.5 дБ). При измерениях шумов в канале используются псофометрические фильтры для телефонных и вещательных и визометрические для телевизионных каналов. Характеристики этих фильтров приведены на рисунках 6.13 и 6.14 соответственно.
Мощность сигнала на входе приемника Р пр i зависит от параметров аппаратуры, условий распространений радиоволны . Первоначально ориентируются на конкретную величину Р пр i = Р пр i (20%) – мощность сигнала на входе приемника, которая может уменьшаться в течении не более 20% времени любого месяца
, (6.17)
где Р пр.св – мощность без учета влияния условий распространения радиоволн; V 20% – величина множителя ослабления поля свободного пространства , ниже которой он может быть в течение не более 20% времени любого месяца наблюдения. Обычно выбирают V 20% ≈ 0.5. В реальном случае V изменяется от 0 до 2 в зависимости от параметров тропосферы и вида поверхности Земли. Множитель ослабления показывает, на сколько случай реального распространения радиоволн отличается от идеального (т.е. V=1).
С учетом вышеизложенного можно записать уравнение радиосвязи , отражающие основные факторы, влияющие на уровень сигнала при его распространении по радиотрассе:
где Р п [Вт] – мощность передатчика; G п, G пр – коэффициенты передающей и приемной антенн соответственно; λ – длина волны; R i – расстояние между станциями; η п, η пр – коэффициент полезного действия антенно-волноводного тракта передающей и приемной станции соответственно.
где а АВТ [дБ] – суммарное ослабление сигнала в АВТ.
Практикум на применение уравнения радиосвязи:
Найти требуемую мощность передатчика РРЛ связи, если чувствительность приемника ПРС, расположенного на расстоянии R=20 км, равна Рмин=10 -3 мкВт, G пер =G пр =37 дб; f=0.8 ГГц, V=0.7 дб, η=0.8.
При решении задач подобного типа необходимо четко представлять себе все факторы, влияющие на уровень сигнала при его распространении по радиотрассе (6.18). Под чувствительностью приемника подразумевается тот минимальный уровень сигнала на входе приемника, при котором качество приема полезного сигнала еще считается удовлетворительным. Рабочая длина волны связана с частотой радиосигнала через скорость света.
Те же рассуждения применяйте при решении таких задач как:
Найти мощность сигнала на выходе приемной антенны РРЛ связи, если Рпер=0.5 дБ/Вт, расстояние между станциями R=43 км, G пер =3600; G пр =41 дБ, f пер =2 ГГц, η пер =η пр =0.7, V=0.8
Определить мощность передатчика РРЛ связи, при которой на входе приемника будет иметь место пороговая мощность сигнала, равная 0.01 мкВт, если R=40 км, G пер =2000, G пр =20 дБ, η пер =3.5 дБ, η пр =2 дБ, V=0.7, f пер =1.5 ГГц.
Формула (6.18) через V 20% учитывает долговременное состояние тропосферы, при этом среднеминутная псофометрическая мощность шума равная 7500 пВт может превышаться в течении не более t=20% времени любого месяца.
В тоже время на интервалах РРЛ могут иметь место глубокие замирания сигнала из-за изменения состояния тропосферы.
Для более глубоких замираний может допускаться большая мощность шума, но на более коротких интервалах времени.
Так, среднеминутная псофометрическая мощность шума 47500 пВт0 может превышаться в течение не более t = 0.1 % времени любого месяца, а средняя за 5 мс не взвешенная мощность шума 10 6 пВт0 может превышаться в течение не более t = 0.01 % времени любого месяца. Указанные нормы приведены для эталонной линии протяженностью 2500 км.
В общем случае множитель ослабления V (t) интегрально учитывает влияние на процесс распространения радиоволн Земли и тропосферы. V(t) – векторная величина, но во многих случаях достаточно знать ее модуль
|V (t)| = V(t) = E(t)/E 0 , (6.20)
где Е(t) и Е 0 – модули напряженности электрического поля на входе приемной антенны при распространении радиоволн соответственно в реальных условиях (с учетом влияния тропосферы и Земли) и в свободном пространстве. В общем случае V(t) – случайная функция времени, и, например, V(20%) находится с использованием некоторых статических данных.
Из-за неоднородностей тропосферы радиоволны распространяются в ней по криволинейной траектории, что получило название тропосферной рефракции . Электрические свойства тропосферы характеризуются степенью изменения диэлектрической проницаемости воздуха по высоте и определяются градиентом диэлектрической проницаемости .
В основе метода расчета трасс РРЛ лежит построение профилей пролетов .
Профилем пролета называется вертикальный разрез местности между двумя соседними радиорелейными станциями с учетом леса, строений и особенностей рельефа. Пример такого профиля показан на рисунке 6.15.. При этом в качестве определяющего параметра выбирается величина просвета (зазора) Н между линией "прямой видимости" АВ, соединяющей центры антенн, и ближайшей к ней (по вертикали) точкой препятствия С (на рисунке 6.15 изображен вариант профиля с одним препятствием; в специальных пособиях по расчету и проектированию РРЛ рассматриваются также профили, когда в минимальную область пространства попадает несколько препятствий). Просвет Н считается положительным, если линия АВ проходит выше препятствия, и отрицательным, если эта линия пересекает профиль пролета.
Механизм распространения радиоволн на участке от передающей антенны (будем считать, что она установлена в точке А, рисунок 6.15) до приемной антенны (в точке В) существенно зависит от величины просвета Н, что, естественно, накладывает отпечаток и на методику расчета, в частности, множителя ослабления V. При этом можно выделить три основные группы пролетов (для некоторого фиксированного состояния тропосферы):
1. открытые, когда Н ≥ Н 0 ;
2. полуоткрытые, когда Н 0 > Н ≥ 0;
3. закрытые, когда Н < 0.
Через Н 0 здесь обозначен критический просвет , при котором в точке приема векторная сумма напряженности поля прямого и отраженного сигналов равна напряженности поля в свободном пространстве (V = 1). В общем случае
, (6.21)
где к 1 = R 1 /R – относительная координата точки препятствия С.
Профиль пролета позволяет учесть влияние кривизны земной поверхности на процесс распространения радиоволн . В частности, с помощью профиля можно получить представление об отражении радиоволн от поверхности Земли. Но в целом характер передачи сигналов на участке АВ будет весьма приближенным, если не учесть влияния тропосферы. При этом, прежде всего, приходится считаться с рефракцией радиоволн , то есть искривлением траектории волн (АВ на рисунке 6.15), обусловленным неоднородным строением тропосферы. Основную роль здесь играет неоднородность тропосферы в вертикальной плоскости. Рефракцию учитывают тем, что в величину просвета над определяющими точками (на рисунке 6.15 – точка С) вносится поправка
Таким образом, зависящая от g величина просвета H(g) = H + ∆H(g).
При изменении метеорологических условий на пролете изменяются величины g и H(g), что может привести к резким колебаниям множителя ослабления, а следовательно, и уровня сигнала на входе приемника. На открытых пролетах (Н ≥ Н 0) напряженность поля в точке приема определяется в основном интерференцией прямой и отраженных от земной поверхности волн. В случае одной отраженной волны (как на рисунке 6.5.4) множитель ослабления для реальных условий можно представить в виде
где |Ф| – модуль коэффициента отражения от земной поверхности, а
– относительный (нормированный) просвет . Из (6.5.11) следует, что при p(g)≥1 максимальные значения множителя ослабления чередуются с минимальными (рисунок 6.16).
Рисунок
6.16. Зависимость множителя ослабления V от относительного просвета p(g)
и параметра μ.
На полуоткрытых и закрытых пролетах, где p(g) < 1, уровень поля в точке приема обусловлен главным образом процессом дифракции радиоволн, то есть огибанием ими земной поверхности. Множитель ослабления V в этом случае рассчитывается на основе приближенных методов, с применением аппроксимации реального препятствия частью сферической поверхности. Прежде чем найти V, необходимо применить параметр μ, характеризующий радиус кривизны сферы, аппроксимирующей препятствие, и зависящий от высоты ∆y и хорды сегмента аппроксимирующей сферы . Чем ближе к 0 этот параметр, тем более плоской является трасса. На полуоткрытых пролетах и пролетах с малым закрытием хорда r определяется из профиля пролета (рисунок 6.16) как расстояние между точками пересечения препятствия линией, параллельной АВ и отстоящей от вершины на величину ∆y = H o . Для пролетов, имеющих среднюю протяженность и одно препятствие, во многих случаях можно руководствоваться приближенным значением V, определяемым из графиков рисунок 6.16, полагая, что
где α = ∆y/H 0 = 1, ℓ = r/R, к 1 =R 1 /R.
Как видно из рисунка 6.16, множитель ослабления V может изменяться в широких пределах. Для оценки устойчивости связи необходимо знать минимально допустимое значение множителя ослабления V i min на каждом i-м пролете. Под V i min понимается такое значение V i , при котором суммарная мощность помех (P п.вых) или отношение (U т /U p) 2 в канале на конце линии равны максимально допустимым значениям P п.вых max или (U т /U p) 2 max , определяемым соответствующими рекомендациями для малых процентов времени.
В конечном счете расчет сводится к определению
процента времени
, в течение которого на выходе канала суммарная
мощность шумов может быть больше максимально допустимой (Р шт.max).
На пролете это условие соответствует вероятности того, что множитель ослабления
будет меньше минимального допустимого значения T(V где n – количество интервалов; Т 0 (V Для телефонного ствола на j-ом интервале где М тф [пВт0/км 2 ] – параметр, характеризующий
аппаратуру телефонного ствола. Более подробно о порядке расчета устойчивости
РРЛ для 0.1% и 0.01% времени смотрите Переходные помехи, вносимые в телефонный канал групповым трактом.
Эти помехи обусловлены нелинейностью амплитудных характеристик устройств
группового тракта (усилителей, модуляторов, демодуляторов и так далее).
Эти помехи можно рассчитать по формуле: ПВт,
(6.28) где ∆F к = 3.1 кГц – ширина телефонного
канала; F в, F н – верхняя и нижняя частот группового
сигнала; Р ср – средняя мощность многоканального сообщения;
y 2 (δ), y 3 (δ) –κоэффициенты, учитывающие
распределение мощности нелинейных шумов в групповом спектре по 2-ой и
3-ей гармоникам соответственно, где δ = (F-F н)/(F в -F н),
а F – некоторая частота в групповом спектре, в области которой определяются
шумы. Графики y 2 (δ) и y 3 (δ) для различных
значений β=F в /F н приведены на рисунке 6.5.6. а 2 (δ), а 3 (δ) – поправочные
коэффициенты, учитывающие перераспределение шумов в групповом спектре
из-за введения предыскажений (рисунок 1.17,в). К 2к (δ),
К 3к (δ) – коэффициенты нелинейности по 2-й и 3-й гармоникам
элементов группового тракта измеренные при измерительном уровне . Переходные помехи из-за неравномерности амплитудно-частотных
характеристик (АЧХ) и группового времени запаздывания (ГВЗ) элементов
ВЧ тракта
. Эти шумы могут быть рассчитаны по формуле: пВт, (6.29) где Контрольные вопросы: Главная
Радиорелейная
связь
РАДИОРЕЛЕЙНая
СВЯЗь 1.1.
ПРИНЦИПЫ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ СВЯЗИ. КЛАССИФИКАЦИЯ
РАДИОРЕЛЕЙНЫХ СИСТЕМ В
самом общем виде радиорелейную линию
(РРЛ) связи можно определить как цепочку
приемопередающих радиостанций. Приемник
каждой станции принимает сигнал,
посылаемый передатчиком предыдущей
станции, и усилива-ет его. Усиленный
сигнал поступает на передатчик данной
станции и далее излучается в направлении
следующей станции. Построенная таким
образом цепочка станций обеспечивает
высококачественную и надежную передачу
различных сообщений па больщие расстояния. В
зависимости от используемого вида
распространения радиоволи РРЛ можно
разделить иа два класса: радиорелейные
линии прямой видимости, в которых
существует прямая видимость между
антеннами соседних станций, и тропосферные
радиорелейные линии, в которых нет
прямой видимости между антеннами
соседних станций. Наиболее
распространены РРЛ прямой видимости,
которые работают в диапазонах дециметровых
и сантиметровых волн. В этих диапазонах
возможно построение щирокополосных
приемников и передатчиков. Поэтому РРЛ
обеспечивают передачу широкополосных
сигналов и, в первую очередь, сигналов
многоканальной телефонии и телевидения.
В диапазонах дециметровых и особенно
сантиметровых воли возможно применение
остронаправлеиных антенн, так как
благодаря малой длине волиы оказывается
возможным построение таких антенн
приемлемых габаритных размеров.
Использование остронаправлеиных антенн,
имеющих больщой коэффициент усиления
(1000-10 000 и более по мощности) позволяет
обходиться небольщимн мощностями
передатчиков (от долей ватт до 10-20 Вт)
и, следовательно, иметь компактную и
экономичную аппаратуру. Для линий этого
класса выделены соответствующие полосы
частот в диапазонах 2, 4, 6, 8, 11 и 13 ГГц и в
более высокочастотных диапазонах. Необходимость
прямой видимости между антеннами
соседних станций требует поднятия
антенн над уровнем земли и, следовательно,
строительства соответствующих антенных
опор - бащеи или мачт. Высота подвеса
антеии определяется расстоянием между
соседними станциями, а также характером
рельефа местности между ними. В зависимости
от этих факторов высота оцор может
доходить до 100 м, а иногда и более. В ряде
случаев, при благопринтном рельефе
местности, антенны могут располагаться
на небольщой высоте, например иа крыще
здания, в котором установлена аппаратура. Расстояние
между соседними станциями обычно
находится в пределах 40-70 км. В отдельных
случаях эти интервалы сокращаются до
20-30 км из-за необходимости подведения
линии в конкретно заданный пункт, а
также в случае особо неблагоприятного
рельефа местности. По
пропускной способности радиорелейные
системы прямой видимости разделяются
на три основных вида: Радиорелейные системы больщой емкости.
Емкость радиоствола таких систем
составляет 600-2700 иногда и более каналов
ТЧ или канал передачи сигналов изображения
телевидения с одним или несколькими
каналами передачи звуковых сигналов
телевидения и звукового вещания. Эти
системы используются для организации
магистральных радиорелейных линий
большой протиженности. Построение
радиорелейной линии. Система резервироеания Радиорелейные системы средней емкости.
Емкость радиоствола этих систем
составляет 60-600 каналов ТЧ или канал
передачи сигналов изображения телевидения
с одним или несколькими каналами передачи
звуковых сигналов телевидения и звукового
вещания. В отдельных случаях системы
этого класса не рассчитаны иа передачу
сигналов изображения телевидения. Такие
системы используются для организации
внутризоновых соединительных линий. Малоканальные радиорелейные системы
с числом каналов ТЧ в радиостволе от 6
до 60. Эти системы не рассчитаны на
передачу телевизионных сигналов, они
используются для организации местных
соединительных линий. Приведенная
классификация радиорелейных систем
иосит условный характер: она отражает
в основном то положение, которое имеет
место на стационарных радиорелейных
линиях Министерства связи СССР и
министерств связи союзных республик.
Радиорелейные системы для технологических
связей (иа железнодорожном транспорте,
газопроводах, линиях электропередач и
т. п.) имеют свою специфику и не всегда
укладываются в выще приведенную
классификацию. То же относится и к
радиорелейным телевизионным системам
для репортажных целей. При
передаче сигналов многоканальной
телефонии в радиорелейных системах
больщой и средней емкостей применяется,
как правило, аппаратура кабельных систем
передачи с частотным разделением
каналов. В
малоканальных радиорелейных системах
применяется как аппаратура с частотным,
так и с временным разделением каналов. В
настоящем Справочнике рассматриваются
радиорелейные системы, в которых
используются аппаратура кабельных
систем передачи с частотным разделением
каналов и частотная модуляция радиосигнала. 1.2.
ПОСТРОЕНИЕ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ ЛИНИИ. СИСТЕМА
РЕЗЕРВИРОВАНИЯ Стои.мость
бащеи или,мачт, аитеиио-фидериых
сооружений, технических зданий и систем
электроснабжения значительно превыщает
стоимость приемопередатчиков. Поэтому
для повыщення
экономической эффективности п пропускной
способности радиорелейные системы, как
правило, делают многоствольны- "с.
1.1. Структурная схема станций многоканальной
радиорелейной линии МИ,
в которых на каждой станции работают
на различных частотах несколько
приемо-передатчиков на общую
антенно-фндерную систему, используя
одну в ту же антенную опору, техническое
здание и систему энергоснабжения. Упрощенная
структурная схема многоствольной
радиорелейной линии приведена на рис.
1.1. Работа нескольких приемопередатчиков
Пм-Пд на общую антенную систему
осуществляется с помощью систем СВЧ
уплотнения (разделительных фильтров н
устройств сложения сигналов приема и
передачи). Для
обеспечения высокой надежности работы
на РРЛ применяетси резервирование
оборудования. Различают две основные
системы резервирования: постанциоиную
и поучастковую. Постанционнаи
система резервирования (рис. 1.2)
предусматривает на каждый рабочий
приемопередатчик наличие резервного,
имеющего те же ра- бочие частоты. При
аварии рабочего приемопередатчика
происходит автоматическая замена его
резервным. Система, управляющая
автоматическим резервированием (СУР),
работает самостоятельно на каждой
станции.. Недостатки
систем: большой объем приемопередающего
оборудования (100-процентный резерв);
отсутствие какой-либо защиты от замираний
сигналов; сложность устройств СВЧ
коммутации и большое времи коммутации
в случае использования механических
переключателей. В современных радиорелейных
системах постанционное резервирование
не применяется. При
поучастковой системе резервирования
каждое направление между двумя узловыми
(или узловой и оконечной) станциями
свизываются в единую систему
(рис. 1.3). Дли целей ре- зрвироваипя
выделяется отдельный резервный ствол,
работающий на своих частотах. Аппаратура
резервного ствола постоянно включена.
При отсутствии аварии в рабочих стволах
резервный ствол не загружен передачей.
Для коитроли за качеством работы стволов
по ним непрерывно передаются спе-:и:алы1ые
пилот-сигналы. Пплот-сигпал
вводится в ствол через модулятор первой
станции участка резервирования, а
выделя- Рис.
1.2. Структурная схема постапцпонного
ре- ется специальным демОДуЛЯТО- зсрвироваипя
ром ИЗ последней станцип этого участка.
Выделенный пилот-сигнал сравнивается
с величиной шума в специальном
измерительном канале. Если отношение
шума к пилот-сигналу превышает заданную
величину или уровень пилот-сигнала
падает ниже нормы, то начинается проиесс
переключения на резервный ствол. Для
этого на станции, находящейся на конце
участка, включается генератор обратных
аварийных сигналов (ГОАС). Для каждого
рабочего ствола имеется отдельный ГОАС,
работающий на своей частоте. Обратный
аварийный сигнал по специальному каналу
в системе служебной связи подается на
первую станцию участка резервирования,
где он воздействует на переключающее
устройство, которое производит подключение
резервного ствола параллельно
поврежденному. В результате этого
сообщение н пилот-сигнал начинают
передаваться также и по резервному
стволу. Выделенный на выходе резервного
ствола (на последней станции участка
резервирования) пилот-сигнал преобразуется
в сигнал команды, который производит
дальнейшее переключение тракта передачи
с выхода поврежденного рабочего ствола
на выход резервного ствола. Время
перерыва связи при поучастковом
резервировании определяется параметрами
аппаратуры резервирования п характером
аварии. При
так называемой «мгновенно")» аварии
(например, нарушении контакта или
замыкании в приемопередающем тракте
какой-либо станции участка резервирования)
время перерыва связи слагается из
времени пробега обратного Построеиие
радиореяейиой линии. Система резервирования аварийного
сигнала от приемного конца до передающего
конца участка, времена пробега полезного
сообщения по резервному стволу от
передающего конца участка до приемного,
времени пробега управляющих сигналов
в аппаратуре Пилош-сигиал РаЪочий
стШ пилот-Г*1
сигнала. Анализ. Пшт-сигиал Радот
cmSon Резервный
стВол сл1/шонШ~
с Вязи Рис.
1.3. Структурная схема поучасткового
резервирования резервирования
и времени срабатывания переключающих
устройств. Время перерыва связи при
«мгновенной» аварии обычно находится
в пределах 10- 40 мс. При
так называемой «медленной» аварии
(например, глубоком замирании сигнала),
когда параметр, по которому определяется
состояние аварии (отношение уровня шума
к пилот-сигналу), изменяется со скоростью,
не превышающей 100 дБ/с, время перерыва
связи определяется только временем,
необходимым для срабатывания переключающего
устройства на премном конце участка
резервированпя. Это время при современном
уровне техники может быть сведено к
единицам микросекунд. Достоинство
поучастковой системы резервирования
- меньший, чем при по-стаиционной системе
резервирования, объем приемопередающего
оборудования (один резервный ствол на
несколько рабочих стволов); малое времи
переключения на резерв; определения
защита от глубоких замирений сигнала
интерференционного характера из-за
слабой корреляции глубоких замираний
сигнала в стволах, работающих на различных
частотах. Эта защита тем эффективнее,
чем больше разница между частотами, на
которых работают рабочий н резервный
стволы. Но эта разница иногда может быть
недостаточной, так как для работы
радиорелейной системы выделены конкретные
полосы частот, выходить за пределы
которых недопустимо. Следует
также иметь в виду, что система
поучасткового резервирования дает
определенную защиту от замираний сигнала
только в то время, когда резервный ствол
не используется для резервирования
вышедшего из строи оборудования рабочего
ствола. Систему
поучасткового резервирования радиорелейных
систем принято сокращенно обозначать
суммой двух цифр, из которых первая
обозначает число рабочих стволов, а
вторая - число резервных стволов. Так,
система 3-1-1 означает радиорелейную
систему, имеющую три рабочих ствола и
одни резервный ствол. 1.3.
ПЛАНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТ В
РАДИОРЕЛЕЙНЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ ПРЯМОЙ ВИДИМОСТИ Двухчастотная
система (рис. 1.4) экономична с точки
зрения использования полосы частот,
выделенной для радиорелейной связи в
данном диапазоне, но требует высоких
защитных свойств антенн от приема
сигналов с обратного направления. При
двух частотной системе используются
рупорно-параболиче-ские, высококачественные
осесимметричные антенны и другие типы
антенн, имеющие защитное действие -60-70
дБ. Четырехчастотная
система (рис. 1.5) допускает использование
более простых и дешевых антенных систем.
Однако количество дуплексных радиостволов,
которое может быть образовано в данной
полосе частот при четырехчастотной
системе, в 2 раза меньше, чем при
двухчастотной системе. Как правило, в
современной радиорелейной аппаратуре
применяется двухчастотная система.
Четырехчастотная система обычно
использовалась на РРЛ с перископическими
антеннами в диапазоне 2 ГГц. Частоты
приема и передачи в одном радиостволе
РРЛ чередуются от станции к станции.
Станции, на которых прием осуществляется
на более низкой частоте, а передача на
более высокой частоте, обозначаются
символом «НВ>, а Передача Передача Передача Рис.
1.4. Двухчастотная система Рис.
1.5. Четырехчастотная система Планы
распределения частот для многоствольных
РРЛ разработаны таким образом, чтобы
свести к минимуму интерференционные
помехи, возникающие при одновременной
работе нескольких приемников и
передатчиков на общий антенио-фидериый
тракт. Планы
распределеиня частот Во
всех современных радиорелейных системах
применяются планы радиочастот, в которых
частоты приема размещаются в одной
половине отведенной полосы частот, а
частоты передачи - в другой половине. Станция
N- Станция
N°3 Рис.
1.6. Схема участка т;)ассы РРЛ Puc.
1.7. Система с разнесенными частотами
приема и передачи Структурная
схема радиорелейной станции, использующей
данный принцип приведена на рис. 1.7. Для
приема и передачи сигналов используется
одна общая антенна. Система разделительных
фильтров рассчитана на работу только
в половине полосы частот, отведенной
для радиорелейной системы. Тракты приема
и передачи объединяются в общий тракт
с помощью поляризационного фильтра или
ферритового циркулятора (УС) (см. рис
17) План
распределения частот радиорелейной
системы кУРС-2М в диапазоне Иц приведен
на рис. 1.8. Он соответствует Рекомендации
382-2МККР и ооеспечивает оганизацию шести
дуплексных стволов по двухчастотной
системе зЛ\ дуплексных стволов по
четырехчастотной системе). Номинальные
по формуле нижней половине диапазона
определяются /»
= /, -208 + 29 п, а
в верхней половине диапазона f„ - no
формуле /„«/,+ 5+29 п ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «Положение и перспективы развития радиорелейной и тропосферной связи» студент XXXXXX Проверил: преподаватель: XXXXXX Днепропетровск Введение в раздел
Развитие современной техники привело к необходимости быстрого и точного решения задач управления и координации с учетом событий, происходящих на больших расстояниях от центров управления. При этом резко возросла роль связи не только в схеме «человек-человек», но и для передачи данных в схеме, соединяющей между собой две электронных машины. Характер в этом случае обуславливает особые требования к тракту: во-первых, - повышение пропускной способности систем связи, и, во-вторых, - увеличение требований к надежности и качеству передачи. Особенность использования радиорелейной и тропосферной связи является применение УКВ диапазона, в котором они работают. Первое преимущество состоит в том, что в диапазоне УКВ имеется возможность применения антенн с большой направленностью при малых габаритах их. Это уменьшает взаимные помехи между станциями и дает возможность использовать передатчики малой мощность. Второе преимущество – в том, что в диапазоне УКВ может быть передан широкий спектр частот. Это дает возможность передавать на одной несущей частоте сигналы большого числа каналов. Современные линии строятся с расчетом на передачу от одного-двух до тысячи т более телефонных сообщений. Третьим преимуществом диапазона УКВ является то обстоятельство, что в этом диапазоне весьма мало влияние различного рода помех. На более высокочастотной части диапазона линии меньше подвержены помехам, т.к. с одной стороны, вероятность появления помех в этом диапазоне меньше, а с другой стороны направленность антенн выше а, следовательно, меньше вероятность проникновения помехи в приемник. На более низких частотах в области метровых волн вероятность появления помех от системы зажигания двигателей внутреннего сгорания или индустриальных и атмосферных помех велика, а направленность антенн низка. Поэтому качество каналов таких линий обычно ниже. Под радиорелейной связью
понимают радиосвязь, основанную на ретрансляции радиосигналов дециметровых и более коротких волн станциями, расположенными на поверхности Земли. Совокупность технических средств и среды распространения радиоволн для обеспечения радиорелейной связи образует радиорелейную линию связи.
Земной
называют радиоволну, распространяющуюся вблизи земной поверхности. Земные радиоволны короче 100 см хорошо распространяются только в пределах прямой видимости. Поэтому радиорелейную линию связи на большие расстояния строят в виде цепочки приемно-передающих радиорелейных станций (РРС), в которой соседние РРС размещают на расстоянии, обеспечивающем радиосвязь прямой видимости, и называют ее радиорелейной линией
прямой видимости
(РРЛ). Рисунок 1.1 – К пояснению принципа построения РРЛ Классификация радиорелейных линий связи.
1.1. Некоторые виды используемых станций и их параметры
РРС Р-415 предназначена для создания временных быстроразвертываемых малоканальных радиорелейных линий связи. Радиостанция допускает встречную работу в радиолинии с радиорелейной станцией типа Р-405М. По условиям эксплуатации станция может быть установлена в автомобилях, самолетах, вертолетах. РРС изготавливается в шести вариантах, отличающихся количеством и типом приемопередатчиков (Н, В, НВ) и напряжением питания (27 В, 220 В 50 Гц/27 В). Рисунок 1.1.1 – Внешний вид станции Р-415 Р-415 обеспечивает следующие режимы работы: РСР-419 С предназначена для организации самостоятельных радиорелейных и кабельных линий связи, а также для ответвления каналов от многоканальных радиорелейных, тропосферных и проводных линий связи на стационарных объектах связи. Станция имеет семь вариантов исполнения, отличающихся комплектацией (количество приемопередатчиков, наличие блока сопряжения, типы антенных устройств), Радиорелейные линии связи являются одной из наиболее масштабных и прогрессивных сетей передачи, приема и обработки данных во всем мире. Сам принцип передачи сообщений основан на распространении радиоволн в атмосфере. Для того, чтобы сигнал смог преодолевать большие расстояния, необходимо использовать специальное оборудование радиорелейной связи - цепочку ретрансляторов, благодаря которым и будет осуществляться распространение радиоволн определенной частоты. Чтобы понять природу распространения радиоволн, необходимо изучить физику, механику и динамику этих явлений, которые непосредственно связаны с атмосферными свойствами и электромагнитным полем. Исходя из множества факторов, и производится расчет радиорелейных линий связи. Если не вдаваться в подробности, то принцип функционирования всей системы выглядит следующим образом: Радиорелейные и спутниковые линии связи - это комплекс оборудования, которое сочетает наземные и орбитальные ретрансляторы, которые дают возможность транслировать сигнал практически в любую точку на поверхности планеты. Существует два типа основных способа передачи радиосигнала:
В первом случае передача сигнала происходит по стандартному алгоритму - от источника (передатчика) через систему наземных ретрансляционных сетей непосредственно к приемнику. Одна из особенностей заключается в том, что ретрансляторы располагаются фактически в зоне непосредственной видимости, на естественных возвышенностях (горы, холмы). В случае отсутствия прямого прохождения сигнала между антеннами возникают помехи и искажения благодаря дифракционным замираниям, что может привести к существенному ослаблению сигнала и обрыву связи. Использование этого типа коммуникаций ограничено в местах с отсутствием необходимой инфраструктуры и нецелесообразны в малонаселенных районах нашей страны преимущественно в северной ее части. Решением указанных выше проблем стала новая технология - тропосферная радиорелейная линия связи. Принцип распространения сигнала остался прежним, изменился его способ, который в своей основе содержит физические процессы отражения радиоволн различных диапазонов от нижних слоев атмосферы. Многочисленные испытания показали, что наибольший эффект дает применение волн диапазона УКВ. Благодаря правильным расчетам, трансляцию радиосигнала удалось произвести на 300 км. Одна из основных проблем, с которыми столкнулись ученые, заключается в сильном эффекте затухания колебаний при трансляции радиоволн. Вопрос был решен благодаря использованию активного ретрансляторного оборудования, которое позволяет не только принимать и передавать радиоволну, но и стабилизировать уровень сигнала, усиливать его и отфильтровывать помехи. Современная радиорелейная военная связь функционирует на основе технологии распространения сигнала в тропосфере, которая дополнена другими инновационными решениями. Радиорелейная связь обеспечивает высококачественные дуплексные каналы связи, практически мало зависящие от времени года и суток, от состояния погоды и атмосферных помех. При организации радиорелейной связи необходимо учитывать зависимость ее от рельефа местности, что вызывает необходимость тщательного выбора трассы линии связи, невозможность работы или значительное уменьшение дальности действия радиорелейных станций в движении, возможность перехвата передач и создания радиопомех противником. Радиорелейная связь может быть организована по направлению, по сети и по оси. Применение того или иного способа в каждом отдельном случае зависит от конкретных условий обстановки, особенностей организации управления, рельефа местности, важности данной связи, потребности в обмене, наличия средств и других факторов. Направление радиорелейной связи
- это способ организации связи между двумя пунктами управления (командирами, штабами) (Рис. 19). Рисунок 19. Организация радиорелейной связи по направлениям Этот способ обеспечивает наибольшую надежность работы направления связи и большую ее пропускную способность, но по сравнению с другими способами обычно требует повышенного расхода частот и радиорелейных станций при штабе, организующем связь. Кроме того, при организации связи по направлениям возникают трудности в размещении большого количества радиорелейных станций без взаимных помех на узле связи старшего штаба и исключается возможность маневра каналами между направлениями. Сеть радиорелейной связи
- это способ организации связи, при котором связь старшего пункта управления (командира, штаба) с несколькими подчиненными пунктами управления (командирами, штабами) осуществляется с помощью одного радиорелейного полукомплекта (Рис. 20). Рисунок 20. Организация сети радиорелейной связи При работе по сети передатчики радиорелейных станций подчиненных корреспондентов постоянно настроены на частоту приемника главной станции. Следует иметь в виду, что при отсутствии обмена все станции сети должны находиться в симплексном режиме, то есть в режиме дежурного приема. Право вызова предоставляется преимущественно главной станции. После вызова главной станцией одного из корреспондентов переговор между ними может продолжаться в дуплексном режиме. По окончании переговора станции вновь переключаются в симплексный режим. Количество радиорелейных станций в сети не должно превышать трех-четырех. Связь по сети возможна главным образом при условии, когда главная станция работает на ненаправленную (штыревую) антенну. В зависимости от обстановки подчиненные корреспонденты могут использовать как штыревые, так и направленные антенны. Если подчиненные корреспонденты находятся относительно главной станции в каком-либо одном направлении или в пределах сектора направленного излучения антенны главной станции, то связь старшего командира с подчиненными может обеспечиваться по сети и при работе на направленную антенну, имеющую сравнительно большой угол направленности (60 - 70°). Ось радиорелейной связи
- это способ организации радиорелейной связи, при котором связь старшего пункта управления (командира, штаба) с несколькими подчиненными пунктами управления (командирами, штабами) осуществляется по одной радиорелейной линии, развернутой в направлении перемещения своего пункта управления или одного из пунктов управления 1подчиненных штабов (Рис. 23). Рисунок 21. Организация оси радиорелейной связи Связь пункта управления старшего штаба с пунктами управления осуществляется через опорные (вспомогательные) узлы связи, на которых производится распределение телефонных и телеграфных каналов между пунктами управления. По сравнению со связью по направлениям организация радиорелейной связи по оси уменьшает количество радиорелейных станций на узле связи пункта управления старшего штаба и тем самым упрощает назначение частот этим станциям без взаимных помех, дает возможность осуществлять маневр каналами, обеспечивает более эффективное их использование, сокращает время для выбора и расчета трасс, облегчает управление радиорелейной связью и требует меньшего количества личного состава, необходимого для охраны и обороны промежуточных станций. Недостатками этого способа являются зависимость всей радиорелейной связи от работы осевой линии и необходимость в дополнительной коммутации каналов на опорных (вспомогательных) узлах связи. Пропускная способность оси определяется емкостью осевой линии, поэтому организация радиорелейной связи по оси целесообразна лишь в том случае, если на осевой линии используются многоканальные станции, а на линиях привязки - малоканальные. Применение для оси малоканальных станций не дает должного эффекта, так как требует значительного количества этих станций и частот. Радиорелейная связь осуществляется непосредственно или через промежуточные (ретрансляционные) радиорелейные станции. Эти станции развертываются в тех случаях, когда связь непосредственно между оконечными станциями не обеспечивается вследствие удаленности их друг от друга или по условиям рельефа местности, а также при необходимости выделения каналов в промежуточном пункте.
, (6.27)
Рисунок
6.17. Графики зависимостей y 2 (δ),y 3 (δ),
а 2 (δ) и а 3 (δ)
, 
– коэффициенты учитывающие неравномерность ГВЗ: (∆τ +)
– при отклонении частоты ЧМ-сигнала от ω 0 на +∆ω
и (∆τ -) – на -∆ω; F к – частота
в области которой оцениваются шумы.
Реферат
Стр.
Введение в раздел
3
1. Радиорелейная связь. Основные понятия.
4
6
1.2. Надежность работы радиорелейных станций
11
1.3. Использование луны в качестве пассивного ретранслятора
14
Введение в раздел
20
2. Тропосферная связь. Основные понятия
21
2.1. Некоторые виды используемых станций и их параметры
23
2.2. Сверхдальние тропосферные линии передачи
25
2.3. Повышение частотно-энергетической эффективности тропосферных систем связи
30
Заключение
39
Список использованной литературы
40
1. Радиорелейная связь. Основные понятия.
Радиорелейная станция Р-415
Технические данные
Диапазон 1(“Н")
Диапазон 2(“В”)
Диапазон частот, МГц
80-120
390-430
Количество рабочих частот
800
200
Дискретность сетки частот, кГц
50
200
Минимальный дуплексный разнос, МГц
8,05
15,00
Мощность передатчиков, Вт:
номинальная
10
6
пониженная
0,5-2,5
0,3-1,3
Чувствительность приемников при отношении сигнал/шум 35 дБ, мкВ:
в первом канале ТЧ
2,2
5,0
во втором канале ТЧ
5,5
5,0
Коэффициент усиления антенн, дБ
7
11
Дальность связи:
при работе на направленные антенны при высоте подвеса 16 м, км
не менее 30
при работе на ненаправленные антенны в движении, км
10
Электропитание станции Р-415 осуществляется. В:
постоянным током
+27
переменным однофазным током 50 Гц
220
переменным трехфазным током 50 Гц
380
Максимальная мощность, потребляемая станцией, ВА:
от сети переменного тока
240
от сети постоянного тока
180
Масса аппаратуры, кг:
однодиапозонной
78
двух диапазонной
106
(-30.....+50)
Относительная влажность при +40 °С,%:
98
613
Pадиорелейная станция Р-419С
Рисунок 1.1.2 – Внешний вид станции Р-419С
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Основные параметры
Приемопередающая аппаратура станции работает в диапазонах частот:
РРС обеспечивает в условиях среднепересеченной местности при отношении сигнал/шум в канале ТЧ 35 дБ создание радиорелейных линий следующей протяженности:
диапазоне 160-645 МГц при 6-канальной работе
до 300 км (6-8 интервалов)
диапазоне 240-645 МГц при 12-канальной работе
до 75 км (2 интервала)
диапазоне 480-645 МГц при 24, 60-канальной работе
до 20 км (1 интервал)
Передаваемый цифровой информационный поток со скоростями, кБит/с:
в диапазоне 160...480 МГц
48
в диапазоне 480...645 МГц
480
Мощность передатчиков на антенном выходе составляет, Вт:
в диапазонах "2", "3"
10
в диапазонах "4", "5"
6
Чувствительность приемников при отношении сигнал/шум 35 дБ в канале ТЧ, мкВ:
в диапазонах "2", "3", "4"
4,5
в диапазоне "5"
8,9
Потребляемая мощность, Вт
200...500
Габариты стойки аппаратной, мм
606х520х785
Масса стойки аппаратной, кг
130
Рабочий диапазон температур, °С
(-30...+50)
Относительная влажность при +40 °С, %
98
Пониженное атмосферное давление, гПа
613
Радиорелейная станция Р-419А
Принцип работы радиорелейной линии связи
Типы линии связи
Преимущества радиорелейной линия связи
Преимущества новой технологии очевидны:
