ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Реферат
«Положение и перспективы развития радиорелейной и тропосферной связи»
студент XXXXXX
Проверил:
преподаватель: XXXXXX
Днепропетровск
| 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 |
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.
1. Радиорелейная связь. Основные понятия.
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.
- В зависимости от первичной сети ЕАСС различают:
- Магистральные РРЛ
- Внутризоновые РРЛ
- Местные РРЛ.
- В зависимости от способа формирования ГС различают аналоговые и цифровые РРЛ. Аналоговые РРЛ в зависимости от способа объединения (разделения) электрических сигналов и метода модуляции несущей различают:
- РРЛ с ЧРК
- ЧМРРЛ с ФИМ-АМ
- В зависимости от числа N организуемых каналов ТЧ:
- Малоканальные - N £ 24
- Со средней пропускной способностью - N = 60 ... 300
- С большой пропускной способностью-N = 600 ... 1920.
- Цифровые РРЛ классифицируют по способу модуляции несущей:
- ИКМ-ЧМ
- ИКМ-ФМ
- и другие
- В зависимости от скорости передачи двоичных символов В :
- с малой пропускной способностью - В<10 Мбит/с
- со средней пропускной способностью - В=10...100 Мбит/с
- с высокой пропускной способностью - В>100 Мбит/с
1.1. Некоторые виды используемых станций и их параметры
Радиорелейная станция Р-415
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:
- режим внутреннего уплотнения, при котором обеспечивается одновременная работа по двум телефонным и двум телеграфным каналам;
- режим внешнего уплотнения аппаратурой типа “Азур” по трем оперативным и одному служебному телефонным каналам;
- режим внешнего уплотнения аппаратурой передачи данных со скоростью 12-4 8 кБит/с;
- режим дистанционного управления КВ или УКВ радиостанциями;
- симплексный режим, при котором обеспечивается работа по одному из телефонных каналов с повышенной девиацией частоты;
- режим автоматизированного контроля, обеспечивающий определение неисправного блока.
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
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),
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
Радиорелейные станции представляют собой ретрансляционные (приемо-передающие) радиостанции. Из цепочек таких станций образуются радиорелейные линии (РРЛ), по которым осуществляется радиорелейная связь. Радиорелейные станции обладают принципиальным отличием от любых других радиостанций. Таким отличием является работа в дуплексном режиме, что означает, что радиорелейная станция одновременно производит прием и передачу, но они ведутся на различных несущих частотах.
Наземные радиорелейные станции обычно работают на сантиметровых и дециметровых волнах частотой от ста мегагерц до нескольких десятков гигагерц. Диапазоны частот для радиорелейной связи имеют три категории в зависимости от назначения линий связи, которые бывают местными, внутризоновыми и магистральными. В России для местных линий связи выделен диапазон частот от 0,39ГГц до 40,5ГГц, для внутризоновых линий – от 1,85ГГц до 15,35ГГц, а для магистральных линий связи – от 3,4ГГц до 11,7ГГц.
Такое распределение диапазонов частот связано с влиянием внешней среды на распространение волн. Атмосферные явления слабо влияют на качество связи при частоте до 10 ГГц, но уже при частоте от 15 ГГц такое влияние уже весьма заметно, а при частоте от 30 ГГц оно становится определяющим.
Поэтому для магистральных линий связи, как для наиболее загруженных и передающих на значительные расстояния большие объемы информации, выбирается наиболее благоприятный частотный диапазон с точки зрения влияния окружающей среды на электромагнитные волны.
В некоторых мегаполисах и прилежащих к ним районах наблюдается довольно напряженная электромагнитная обстановка, особенно часто ее можно наблюдать в самых освоенных диапазонах частот. Поэтому перед приобретением радиорелейных станций стоит ознакомиться с местной ситуацией в сфере области выделения частот в ближайшем отделении Россвязьнадзора.
Антенны соседних радиорелейных станций (кроме тропосферных станций) располагают в зоне прямой видимости. Чтобы увеличить длину интервалов между радиорелейными станциями, антенны устанавливаются как можно выше, на высотных зданиях, башнях или мачтах высотой до ста метров. Благодаря этому можно получить радиус видимости, равный 40- 50 км . Радиорелейные станции могут быть не только стационарными, но и передвижными, такие станции перевозят на автомобилях.
Рабочий диапазон температуры для радиорелейных станций, установленных на открытом воздухе, составляет ±50 °С. Как для длительных изменений, так и для частых колебанийтемпературы внешней среды в этих пределах достижима стабильность частотных и энергетических характеристик радиорелейных станций.
Скорость передачи, обеспечиваемая радиорелейными станциями, складывается из основного и дополнительного трафика. Сигналами основного трафика для современных радиорелейных станций могут быть потоки информации скоростью от 2,048 до 622,080 Мбит/с, а дополнительного трафика – 2,048 Мбит/с, 9,6 кбит/с и др. Высокие скорости передачи данных достижимы только при использовании многопозиционной модуляции. На сегодняшний день чаще всего применяют квадратурно-амплитудную модуляцию (КАМ).
Вид модуляции определяет как ширину спектра радиосигналов, так и помехоустойчивость при их приеме. Еще совсем недавно чаще всего в радиорелейных станциях применяли двухуровневую относительную фазовую (ОФМ-2) и частотную модуляцию, но в последнее время в целях увеличения эффективности использования спектра все чаще требуется использовать многопозиционную модуляцию.
" times="" new="" roman=""> AR-SA">Однако многопозиционная модуляция требует существенного ростаэнергетических параметров. К примеру, при КАМ-128 по сравнению с ОФМ-2 необходимое отношение сигнал/шум на входе приемника увеличивается на 14 дБ. Этого непросто достичь только за счет ростаэнергетических параметров, поэтому многопозиционную модуляцию, как правило, используют в сочетании с помехоустойчивым кодированием. Кроме того, для увеличения устойчивости связи в современных радиорелейных станциях используют и другие технологии – например, выравнивание АЧХ при помощи эквалайзеров или применение разнесенного приема.
При использовании материалов ссылка на сайт обязательна.
25.01.2011
Радиорелейная связь (от радио и французского relais – промежуточная станция), радиосвязь, осуществляемая при помощи цепочки приемо-передающих радиостанций, как правило, отстоящих друг от друга на расстоянии прямой видимости их антенн. Таким образом, радиорелейная связь – это особый вид радиосвязи на ультракоротких волнах с многократной ретрансляцией сигнала.
Радиорелейная связь первоначально применялась для организации многоканальных линий телефонной и телевизионной связи, в которых сообщения передавались с помощью аналогового электрического сигнала. Одна из первых таких линий протяженностью 200 км с 5 телефонными каналами появилась в США в 1935 году. Она соединяла Нью-Йорк и Филадельфию.
В 1932–1934 г.г. в СССР была разработана приёмопередающая аппаратура, работающая на метровых волнах, и созданы опытные линии связи Москва–Кашира и Москва–Ногинск. Первое отечественное оборудование «Краб», используемое на линии радиорелейной связи через Каспийское море, между Красноводском и Баку (1953–1954 гг.), работало в метровом диапазоне.
В те годы для радиорелейных линий считалось наиболее целесообразным применение импульсной модуляции, техника которой была хорошо освоена в радиолокации, одновременно с временным уплотнением. Казалось, что при тогдашнем уровне развития технологий это сулит большие преимущества. Но цикл теоретических исследований и экспериментальных проработок, проведенных в Научно-исследовательском институте радио, подтвердил складывающееся в то время у специалистов в области радиорелейной связи мнение, что сочетание частотной модуляции с частотным уплотнением позволит создать линии, не уступающие даже наиболее совершенным коаксиальным кабельным системам. Надо подчеркнуть, что сказанное относится к концу 1940-х – началу 1950-х годов. А поскольку, как известно, развитие общества и науки идет по спирали, то сегодня современные новейшие технологии позволили вернуться к цифровым методам передачи на более высоком уровне – передача данных, цифровая телефония и телевидение.
В середине 50–х годов прошлого века в России было разработано семейство радиорелейной аппаратуры «Стрела», работавшей в диапазоне 1600-2000 МГц: «Стрела П» – для пригородных линий, обеспечивающих передачу 12 телефонных каналов; «Стрела Т» – для передачи одной телевизионной программы на расстояние 300–400 км и «Стрела М» – для магистральных линий емкостью 24 канала и протяжённостью до 2500 км. На аппаратуре «Стрела» был построен ряд первых отечественных радиорелейных линий (РРЛ). Вот некоторые из них: Москва – Рязань, Москва – Ярославль – Нерехта – Кострома –Иваново, Фрунзе – Джалал Абад, Москва – Воронеж, Москва – Калуга, Москва – Тула.
Следующая разработка для РРЛ – аппаратура Р-60/120. Она позволяла создавать 3–6-ствольные магистральные линии длиной до 2500 км для передачи 60–120 телефонных каналов и на дальности до 1000 км для передачи телевизионных программ с выполнением рекомендаций МККТ и МККР по качественным показателям. Радиорелейные линии на базе аппаратуры Р–60/120 были построены в различных районах СССР. Одной из первых и, пожалуй, самой протяженной была линия Москва – Ростов-на-Дону. Оборудование типа Р-60/120, работавшее в диапазоне 2 ГГц, было предназначено для внутризоновых РРЛ.
Чтобы передавать телевизионные сигналы на большие расстояния, а также сигналы телефонных каналов, нужно было создать радиорелейное оборудование магистральных РРЛ.
Магистральным РРЛ были выделены соответствующие полосы частот в диапазонах 4 и 6 ГГц. В таких диапазонах, при одинаковых габаритных размерах антенн и прочих равных условиях, излучаемая в эфир мощность увеличивается в 2,5–3 раза за счёт большого коэффициента усиления антенны. Это было весьма существенно для достижения необходимых качественных показателей передаваемых сигналов телевидения и многоканальной телефонии. Первой отечественной радиорелейной системой магистральной радиорелейной связи была система Р-600, работающая в диапазоне 4 ГГц. Первая магистральная радиорелейная линия Ленинград–Таллин, оборудованная аппаратурой Р-600, была построена в 1958 г., после этого началось их серийное производство.
Система и аппаратура Р-600 послужили основой дальнейшего совершенствования радиорелейного оборудования для магистральных РРЛ. В период 1960-1970 г.г. были разработаны, произведены и внедрены в эксплуатацию новые виды оборудования семейства Р-600: Р-600М, Р-6002М, Р-600-2МВ и «Рассвет», также работающие в диапазоне 4 ГГц. В телевизионном стволе обеспечивалась передача видеосигнала и сигнала звукового сопровождения.
Важнейшей разработкой, проводившейся в СССР в середине 60-х годов, было создание магистральной радиорелейной системы большой ёмкости «Восход». Она предназначалась, в первую очередь, для РРЛ Москва – Дальний Восток. Разработка системы связи, радиоаппаратуры, источников гарантированного электропитания, системы резервирования и методов контроля качества работы аппаратуры проводилась с учётом обеспечения высокой надёжности линии. Расчётный коэффициент исправного действия линии протяжённостью 12 500 км составлял 0,995, а потеря достоверности при передаче бинарной информации без кодовой защиты – не более. Сверхвысокочастотная (СВЧ) приёмопередающая аппаратура «Восход» работала в полосе частот 3400-3900 МГц. Все активные элементы аппаратуры «Восход» были выполнены на полупроводниковых приборах, исключение составляли СВЧ выходные ступени передатчиков и гетеродинных трактов, где использовались лампы бегущей волны (ЛБВ).
Для обеспечения высокой надежности в системе «Восход» было предусмотрено применение разнесенного по высоте приёма с быстродействующей системой автоматического выбора и параллельная работа передатчиков. Система разнесенного приёма, весьма эффективно решая задачу борьбы с замиранием сигналов на интервалах РРЛ, одновременно позволяла автоматически резервировать приёмники станции. Параллельная работа передатчиков обеспечивала их автоматическое резервирование и удвоение выходной мощности передатчиков, которая в аппаратуре «Восход» составляла 10 Вт. Вся система автоматического резервирования приёмопередающего оборудования замыкалась в пределах каждой станции, поэтому в «Восходе» не было необходимости передавать по служебным каналам какие-либо сигналы для управления работой системы резервирования (как это имеет место в радиорелейных системах с поучастковой системой резервирования стволов). Таким образом, особенностью системы «Восход» являлось отсутствие специального резервного ствола, что позволяло сделать все радиостволы рабочими и, следовательно, лучше использовать отведенную для системы полосу радиочастот.
В системе «Восход» было предусмотрено 8 широкополосных рабочих стволов, из которых 4 предназначались для работы на основном магистральном направлении и 4 – на ответвлениях или пересекающих магистралях. Все стволы универсальны, одинаково пригодны как для передачи сигналов многоканальной телефонии, так и для передачи сигналов телевизионных программ.
Телефонный ствол системы обеспечивал передачу сигналов 1920 каналов ТЧ в случае, когда аппаратура промежуточных станций размещалась в кабинах наверху башни (т. е. при коротких волноводах), а аппаратура узловых и оконечных станций – в наземных помещениях. Пропускная способность телефонного ствола при размещении аппаратуры в наземных помещениях на всех станциях составляла 1020 каналов ТЧ. В нижней части группового спектра телефонного ствола обеспечивалась передача сигналов служебной связи и дистанционного обслуживания (телеобслуживания). Система телеобслуживания позволяла иметь до 16 автоматизированных промежуточных станций между соседними узловыми станциями.
Телевизионный ствол системы давал возможность передавать видеосигнал и четыре канала тональных (звуковых) частот, организованных на поднесущих частотах и расположенных выше спектра видеосигнала. Эти тональные звуковые каналы использовались как для передач сигналов звукового сопровождения телевидения, так и радиовещания.
Следующим важным этапом в развитии техники радиорелейной связи стала разработка в 1970 году комплекса унифицированных радиорелейных систем связи «КУРС». Комплекс охватывал четыре системы связи, работающие в диапазонах 2, 4, 6 и 8 ГГц. Аппаратура в диапазонах 4 и 6 ГГц предназначалась для магистральных радиорелейных линий (РРЛ), а в диапазонах 2 и 8 ГГц – для зоновых РРЛ.
В приёмопередающей аппаратуре различных диапазонов частот широко использовались унифицированные узлы и блоки (УПЧ, умножители частоты и т. п.). Все они были выполнены на наиболее совершенных для того времени полупроводниковых приборах и других комплектующих изделиях отечественного производства.
Аппаратура КУРС-4 и КУРС-6 отличалась от предыдущих разработок и своей компактностью. Например, в системе КУРС-4 в одной стойке шириной 600 мм размещалось 4 приёмника или 4 передатчика.
К середине 70-х годов в стране была построена уникальная радиорелейная линия, протяженность которой составляла около 10 тыс. км, емкостью каждого ствола, равной 14 400 каналов тональной частоты. В эти годы суммарная протяженность радиорелейных линий в СССР превысила 100 тыс. км.
Последней разработкой в СССР для магистральной радиорелейной связи было создание нового поколения оборудования «Радуга». В его состав вошли: приёмопередающее оборудование, работающее в диапазоне 4 ГГц – «Радуга- 4»; приёмопередающее оборудование, работающее в диапазоне 6 ГГц – «Радуга- 6»; оборудование резервирования «Радуга».
Для «Радуги» было разработано новое поколение унифицированного оборудования «Рапира-М», включающего: оконечную аппаратуру телефонных и телевизионных стволов; ЧМ-модемы; аппаратуру служебной связи и телеобслуживания.
Магистральная радиорелейная система «Радуга-Рапира-М» позволяла создавать магистральные РРЛ в двух диапазонах частот: 4 ГГц (в полосе частот 3400–3900 МГц) и 6 ГГц (в полосе частот 5670–6170 МГц).
В каждом диапазоне возможна организация до семи рабочих стволов и одного резервного ствола. По каждому из рабочих стволов обеспечивалась:
в режиме передачи многоканальной (аналоговой) телефонии – передача сигналов 1920 каналов ТЧ и при необходимости дополнительно – 48 каналов ТЧ в спектре 60–252 кГц, а также передача в одном из телефонных стволов сигналов служебной связи в спектре 0,3–52 кГц, которые необходимы для нормальной работы РРЛ;
в режиме передачи телевидения – передача видеосигнала и сигналов 4 каналов звукового сопровождения и вещания.
Технические параметры оборудования системы «Радуга-Рапира-М» обеспечивали высокие качественные показатели и надежность работы каналов и трактов РРЛ, оснащенных этим оборудованием.
Таким образом, в России со времен СССР существует широко развитая сеть аналоговых магистральных и внутризоновых радиорелейных линий, что делает экономически целесообразным использование существующих радиорелейных станций для организации цифровых трактов. В настоящее время процесс модернизации аналоговых радиорелейных линий в цифровые называют цифровизацией.
К числу радиорелейных станций (РРС) цифровизация которых возможна, относятся: «Восход-М», «Курс-4», «Курс-6», «Курс-4М», «ГТТ-70/4000», «ГТТ-70/8000», «Ракита-8», «Радуга-4», «Радуга-6», «Радуга-АЦ», «Комплекс» и др. При цифровизации указанных РРС используется оборудование, обычно подключаемое по промежуточной частоте 70 МГц. Кроме того, возможен вариант дополнительной передачи цифрового сигнала Е1 (2048 кбит/с) без нарушения работы аналоговой РРЛ.
В конце прошлого века были разработаны различные варианты цифровых модемов на скорости от 2 до 34 Мбит/с. В результате, было создано семейство цифровых модемов для аналоговых РРЛ на скоростях: 2,048 Мбит/с, 8,448 Мбит/с, 17 Мбит/с и 34,368 Мбит/с.
Для организации передачи различной цифровой информации со скоростями 8,448 Мбит/с, 17 Мбит/с или 34,368 Мбит/с использовались свободные от аналоговой информации стволы. Модемы на эти скорости могут комплектоваться мультиплексной аппаратурой и, таким образом, обеспечивать передачу соответственно 4, 8 или 16 цифровых потоков по 2,048 Мбит/с, что хорошо согласуется с принципами построения синхронной цифровой иерархии (SDH).
Во всех типах цифровых модемов обеспечивался контроль входного и выходного сигналов, обнаружение и генерация сигналов индикации аварийного состояния (СИАС) и контроль коэффициента ошибок без перерыва и с перерывом связи. Было организовано производство всех названных цифровых модемов, и они нашли свое применение на действующей сети РРЛ.
Разделение (уплотнение) каналов.
Виды радиосвязи
Лекция 4. Радиорелейные и тропосферные линии связи.
Радиосвязь по длинам волн разделяют на радиосвязь c применением ретрансляторов :
Радиорелейная связь,
без применения ретрансляторов :
СДВ-связь,
ДВ-связь,
СВ-связь,
КВ-связь земной (поверхностной) волной,
КВ-связь ионосферной (пространственной) волной,
УКВ-связь,
Тропосферная связь.
Канал связи может быть:
симплексный - то есть допускающей передачу данных только в одном направлении(радиотрансляция, телевидение);
полудуплексный - поочерёдно ;
дуплексным - то есть допускающей передачу данных в обоих направлениях одновременно(телефон).
Создание нескольких каналов на одной линии связи обеспечивается с помощью разнесения их по частоте, времени, кодам, адресу, длине волны.
- частотное разделение каналов (ЧРК, FDM) - разделение каналов по частоте, каждому каналу выделяется определённый диапазон частот;
- временное разделение каналов (ВРК, TDM) - разделение каналов во времени, каждому каналу выделяется квант времени;
- кодовое разделение каналов (КРК, CDMA) - разделение каналов по кодам, каждый канал имеет свой код наложение которого на групповой сигнал позволяет выделить информацию конкретного канала;
- спектральное разделение каналов (СРК, WDM) - разделение каналов по длине волны.
Возможно комбинировать методы: ЧРК+ВРК.
Радиорелейная связь - радиосвязь по линии (радиорелейная линия, РРЛ), образованной цепочкой приёмо-передающих (ретрансляционных) радиостанций. Наземная радиорелейная связь осуществляется обычно на деци - и сантиметровых волнах (от сотен мегагерц до десятков гигагерц).
РРЛ стали важной составной частью сетей электросвязи – ведомственных, корпоративных, региональных, национальных и даже международных, поскольку имеют ряд достоинств:
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;
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.
РРЛ 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. 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:
где h 1 и h 2 – высоты подвеса 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.
В зависимости от используемого механизма распространения радиоволн различают:
- радиорелейную линию прямой видимости РРЛ (за счет земной радиоволны);
- тропосферную радиорелейную линию ТРЛ (за счет тропосферной радиоволны).
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 приемо-передающих радиорелейных станций (РРС ), в которой соседние РРС размещают на расстоянии, обеспечивающем радиосвязь прямой видимости (радиорелейной линией прямой видимости (РРЛ )).
Тропосферная радиоволна распространяется между точками земной поверхности по траектории, лежащей целиком в тропосфере. (Тропосфера (др.-греч. Τροπή - «поворот», «изменение» и σφαῖρα - «шар») - нижний слой атмосферы, высотой в полярных областях 8-10 км, в умеренных широтах до 10-12 км, на экваторе - 16-18 км. В тропосфере сосредоточено более 80% всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, формируются и атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. При подъёме через каждые 100 м температура в тропосфере понижается в среднем на 0,65° и достигает 220 К (-53° C) в верхней части).
Энергия тропосферной радиоволны короче 100 см рассеивается на неоднородностях тропосферы. При этом часть передаваемой энергии попадает на приемную антенну РРС, расположенной за пределами прямой видимости на расстоянии 250...350 км . Цепочка таких РРС образует тропосферную радиорелейную линию (ТРЛ).
По назначению радиорелейные системы связи делятся на три категории:
- местные линии связи от 0,39ГГц до 40,5ГГц,
- внутризоновые линии от 1,85ГГц до 15,35ГГц,
- магистральные линии от 3,4ГГц до 11,7ГГц.
(По диапазону рабочих 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. 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.
Данное деление связано с влиянием среды распространения на обеспечение надёжности радиорелейной связи. До частоты 12ГГц атмосферные явления оказывают слабое влияние на качество радиосвязи, на частотах выше 15ГГц это влияние становится заметным, а выше 40ГГц определяющим (потери в атомах кислорода и в молекулах воды).
Практически полная непрозрачность атмосферы для радиоволн наблюдается на частоте 118.74 ГГц (резонансное поглощение в атомах кислорода), а на частотах больше 60 ГГц погонное затухание превышает 15 дБ/км. Ослабление в водяных парах атмосферы зависит от их концентрации и весьма велико во влажном теплом климате.
Отрицательно на радиосвязь влияют гидрометеоры , к которым относятся капли дождя, снег, град, туман. Влияние гидрометеоров заметно уже при частотах больше 6 ГГц, а в неблагоприятных экологических условиях (при наличии в атмосферных осадках металлизированной пыли, смога, кислот или щелочей) и на значительно более низких частотах.
Чем ниже диапазон, тем большую дальность связи можно обеспечить при тех же энергетических характеристиках оборудования, но переход на высокие диапазоны позволяет повысить пропускную способность систем.
Антенны соседних станций располагают в пределах прямой видимости (за исключением тропосферных станций). Для увеличения длины интервала между станциями антенны устанавливают как можно выше - на мачтах (башнях) высотой 10-100 м (радиус видимости - 40-50 км ) и на высоких зданиях. Станции могут быть как стационарными, так и подвижными (на автомобилях).
В зависимости от способа , принятого для формирования сигнала, различают:
Аналоговые РРЛ(ТРЛ);
Цифровые РРЛ(ТРЛ).
АналоговыеРРЛ связи в зависимости от метода модуляции несущей:
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.
В зависимости от числа организуемых каналов (N):
Малоканальные - N =24;
Со средней пропускной способностью - N=60...300;
С большой пропускной способностью - N=600...1920.
Цифровые радиорелейные линии (ЦРРЛ), импульсы (отсчеты сообщения) квантуются по уровням и кодируются.
Цифровые РРЛ классифицируют по способу модуляции несущей:
В зависимости от скорости передачи двоичных символов В:
С малой - В <10 Мбит/с,
Средней - В=10…100 Мбит/с,
Высокой- В>100 Мбит/с пропускной способностью.
Высокоскоростные РРС 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 ). 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.
(Синхронная Цифровая Иерархия (англ. SDH - Synchronous Digital Hierarchy) - это технология транспортных телекоммуникационных сетей. Стандарты СЦИ определяют характеристики цифровых сигналов, включая структуру фреймов (циклов), метод мультиплексирования, иерархию цифровых скоростей и кодовые шаблоны интерфейсов.
Стандартизация интерфейсов определяет возможность соединения различного оборудования от разных производителей. Система SDH обеспечивает стандартные уровни информационных структур, то есть набор стандартных скоростей. Базовый уровень скорости - STM-1 155,52 Mбит/с. Цифровые скорости более высоких уровней определяются умножением скорости потока STM-1, соответственно, на 4, 16, 64 и т. д.: 622 Мбит/с (STM-4),2,5 Гбит/с (STM-16), 10 Гбит/с (STM-64) и 40 Гбит/с (STM-256)).
Принципиальным отличием радиорелейной станции от иных радиостанций является дуплексный режим работы, то есть приём и передача происходят одновременно (на разных несущих частотах).
Протяженность наземной линии радиорелейной связи - до 10000 км, ёмкость - до нескольких тысяч каналов тональной частоты в аналоговых линиях связи, и до 622 мегабит в цифровых линиях связи. В общем случае, протяжённость и ёмкость (скорость передачи данных) находятся в обратно пропорциональной зависимости друг от друга: как правило, чем больше расстояние, тем ниже скорость.
В Российской Федерации для вновь вводимых магистральных радиорелейных линий связи определены скорости передачи, равные 155 Мбит/с (поток STM-1 синхронной цифровой иерархии, SDH) или 140 Мбит/с (поток Е4 плезиохронной цифровой иерархии, PDH, передаваемый в составе сигнала STM-1).
В СССР начало развитию радиорелейной промышленности было положено в середине 50-х годов . Причина - дешевизна радиорелейной связи по сравнению с кабельными линиями, особенно в условиях огромных пространств с неразвитой инфраструктурой и сложной геологической структурой местности. Первая магистральная радиорелейная система Р-600 создана в 1958 году. В 1970 году появился комплекс унифицированных радиорелейных систем «КУРС» . Все это позволило в 60-70-е годы развить сеть связи страны, обеспечить качественную телефонию и наладить передачу программ центрального телевидения. К середине 70-х годов в стране была построена уникальная радиорелейная линия, протяжённость которой составляла около 10 тыс. км , емкостью каждого ствола равной 14400 каналов тональной частоты. Суммарная протяженность РРЛ в СССР превысила к середине 70-х годов 100 тыс. км .
Основные принципы радиорелейной связи
Структура радиорелейной системы передачи. Основные понятия и определения. Радиорелейный ствол. Многоствольные РРСП. Диапазоны частот, используемые для радиорелейной связи. Планы распределения частот.
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
Обобщенная структурная схема многоканальной РСП показана на рис. 1.3.
Рис. Обобщенная структурная схема многоканальной радиосистемы передачи:
1,7 - каналообразующее и групповое оборудование;
2,6 - соединительная линия;
3, 5 - оконечное оборудование ствола;
4 – радиоствол
Пролет (интервал) РРЛ - это расстояние между двумя ближайшими станциями.
Участок (секция) РРЛ - это расстояние между двумя ближайшими обслуживаемыми станциями (УРС или ОРС).
Каналообразующее и групповое оборудование обеспечивает формирование группового сигнала из множества подлежащих передаче первичных сигналов электросвязи (на передающем конце) и обратное преобразование группового сигнала в множество первичных сигналов (на приемном конце). Указанное оборудование располагается обычно на сетевых станциях и узлах коммутации первичной сети ЕАСС.
Станции РСП, в том числе те, на которых производятся выделение, введение и транзит передаваемых сигналов, как правило, территориально удалены от сетевых станций и узлов коммутации, поэтому в состав большинства РСП входят проводные соединительные линии.
Для формирования радиосигнала и передачи его на расстояние посредством радиоволн используются различные радиосистемы связи. Радиосистема связи представляет собой комплекс радиотехнического оборудования и других технических средств, предназначенный для организации радиосвязи в заданном диапазоне частот с использованием определенного механизма распространения радиоволн. Вместе со средой (трактом) распространения радиоволн радиосистема связи образует линейный тракт или ствол. Ствол РСП состоит из оконечного оборудования ствола и радиоствола. Оборудование ствола располагается на оконечных и ретрансляционных станциях.
В оконечном оборудовании ствола на передающем конце формируется линейный сигнал, состоящий из группового и вспомогательных служебных сигналов (сигналов служебной связи, пилот-сигналов и др.), которым модулируются высокочастотные колебания. На приемном конце производятся обратные операции: демодулируется высокочастотный радиосигнал и выделяются групповой, а также вспомогательные служебные сигналы. Оконечное оборудование ствола располагается на оконечных станциях РСП и на специальных ретрансляционных станциях.
Назначением радиоствола является передача модулированных радиосигналов на расстояние с помощью радиоволн. Радиоствол называется простым, если в его состав входят лишь две оконечные станции и один тракт распространения радиоволн, и составным, если помимо двух оконечных радиостанций он содержит одну или несколько ретрансляционных станций, обеспечивающих прием, преобразование, усиление и повторную передачу радиосигналов. Необходимость использования составных радиостволов обусловлена рядом факторов, основными из которых являются протяженность РСЦ, ее пропускная способность и механизм распространения радиоволн.
Структурная схема ствола двусторонней РСП изображена на рисунке
Рис. 1.4. Структурная схема ствола двусторонней радиосистемы передачи:
1 -конечное оборудование;
2 - передающее оборудование;
3 - приемное оборудовано;
4 -передатчик;
5 - приемник;
6 -фидерный тракт;
7 -антенна;
8 - тракт распространения радиоволн;
9 - помехи (внутрисистемные и внешние)
От оконечного передающего оборудования 2 ствола ^
1 на вход радиоствола поступает высокочастотный радиосигнал, модулированный линейным сигналом. В радиопередатчике 4
мощность радиосигнала увеличивается до номинального значения, а его частота преобразуется для переноса спектра в заданный диапазон частот. По фидерному тракту 6передаваемые радиосигналы направляются в антенну 7, которая обеспечивает излучение радиоволн в открытое пространство в нужном направлении. При этом в большинстве современных двусторонних РСП для передачи и приема радиосигналов противоположных направлений используется общий антенно-фидерный тракт. В открытом пространстве (тракте распространения 8)
радиоволны распространяются со скоростью, близкой к скорости света с=3*10 8 м/с. Часть энергии радиоволн, приходящих от радиостанции 1,
улавливается антенной 7, находящейся на оконечной радиостанции 2. Энергия принятого радиосигнала от антенны 7 по фидерному тракту 6
направляется в радиоприемник 5, где осуществляются частотная селекция принимаемых радиосигналов, обратное преобразование частоты и необходимое усиление. С выхода радиоствола принятый радиосигнал поступает на оконечное оборудование ствола 1.
Аналогично радиосигналы передаются в противоположном направлении от оконечной радиостанции 2 к радиостанции 1.
Как видно из рис. 1.4, радиоствол двусторонней РСП состоит из двух радиоканалов, каждый из которых обеспечивает передачу радиосигналов в одном направлении. Таким образом, оборудование радиоствола (включающее радиопередатчики, радиоприемники и антенно-фидерные тракты) является по сути дела оборудованием сопряжения оконечного оборудования ствола РСП с трактом распространения радиоволн.
Диапазоны частот
Планы распределения частот
Для работы РРЛ выделены полосы частот шириной 400 МГц в диапазоне 1.2 ГГц (1,7...2,1 ГГц), 500 МГц в диапазонах 4 (3,4... 3,9), 6 (5,67 ...6,17) и 8 (7,9... 8,4) ГГц и шириной 1 ГГц в диапазонах 11 и 13 ГГц и более высокочастотных. Эти полосы распределяют между ВЧ стволами радиорелейной системы по определенному плану, называемому планом распределения частот. Планы частот составляют так, чтобы обеспечить минимальные взаимные помехи между стволами, работающими на общую антенну.
В полосе 400 МГц может быть организовано 6, в полосе 500 МГц - 8 и в полосе 1 ГГц-12 дуплексных ВЧ стволов.
В плане частот (рис. 1.3) обычно указывают среднюю частоту f0. Частоты приема стволов располагают в одной половине выделенной полосы, а частоты передачи - в другой. При таком делении получают достаточно большую частоту сдвига, чем обеспечивают достаточную развязку между сигналами приема и передачи, поскольку РФ приема (или РФ передачи) будут работать только в половине всей полосы частот системы. При этом можно использовать общую антенну для приема и передачи сигналов. В случае необходимости получают дополнительную развязку между волнами приема и передачи в одной антенне за счет применения разной поляризации. На РРЛ используют волны с линейной поляризацией: вертикальной или горизонтальной. Применяют два варианта распределения поляризаций. В первом варианте на каждой ПРС и УРС происходит изменение поляризации так, что принимают и передают волны разной поляризации. Во втором варианте в направлении "туда" используют одну поляризацию волн, а в направлении "обратно"- другую.
Рисунок 1.3. План распределения частот для радиорелейной системы КУРС для станции типа НВ в диапазонах 4 (f0=3,6536), 6(f0=5,92) и 8(f0=8,157)
Станцию, на которой частоты приема расположены в нижней (Н) части выделенной полосы, а частоты передачи в верхней (В) - обозначают индексом "НВ". На следующей станции частота приема окажется выше частоты передачи и такую станцию обозначают индексом "ВН".
Для обратного направления связи данного ствола можно взять или ту же пару частот, что и для прямого, или другую. Соответственно говорят, что план частот позволяет организовать работу по двухчастотной (рис. 1.4) или четырехчастотной (рис. 1.5) системам. На этих рисунках через f1н, f1в,…f5н, f5в обозначены средние частоты стволов. Индексы частот соответствуют обозначениям стволов на рис. 1.3. При двухчастотной системе на ПРС и У PC для приема с противоположных направлений обязательно должна быть взята одинаковая частота. Антенна WA1 (рис. 1.4,а) будет принимать радиоволны на частоте f1н с двух направлений: главного А и обратного В. Радиоволна, приходящая с направления В, создает помеху. Степень ослабления этой помехи антенной зависит от защитных свойств антенны. Если антенна ослабляет волну обратного направления не менее, чем на 65 дБ по сравнению с волной, приходящей с главного направления, то такую антенну можно использовать при двухчастотной системе. Двухчастотная система имеет то преимущество, что позволяет в выделенной полосе частот организовать в 2 раза больше ВЧ стволов, чем четырехчастотная, однако она требует более дорогих антенн.
На магистральных РРЛ, как правило, применяют двухчастотные системы. В плане частот не предусмотрены защитные частотные интервалы между соседними стволами приема (передачи). Поэтому сигналы соседних стволов трудно разделить с помощью РФ. Чтобы избежать взаимных помех между соседними стволами, на одну антенну работают либо четные, либо нечетные стволы. В плане частот указывают минимальный частотный разнос между стволами приема и передачи, подключенными к одной антенне (98 МГц на рис. 1.3). Как правило, четные стволы используются на магистральных РРЛ, а нечетные - на ответвлениях от них. В таком случае частоты приема и передачи между стволами магистральной РРЛ распределяют согласно рис. 1.4,в, а между стволами зоновой РРЛ при четырехчастотной системе - согласно рис. 1.5,в.
На практике план частот, реализованный на РРЛ на основе двухчастотной (четырехчастотной) системы, называют двухчастотным (четырехчастотным) планом.
На РРЛ имеет место повторение частот передачи через пролет (см. рис. 1.1). При этом для того, чтобы снизить взаимные помехи между РРС, работающими на одинаковых частотах, станции располагают зигзагообразно относительно направления между оконечными пунктами (рис. 1.6). При нормальных условиях распространения сигнал от РРС1 на расстоянии в 150 км сильно ослаблен и практически не может быть принят на РРС4. Однако в отдельных случаях возникают благоприятные условия для era распространения. В целях надежного ослабления такой помехи используют направленные свойства антенн. На трассе между направлением максимального излучения передающей антенны РРС1,т. е. направлением на РРС2, и направлением на РРС4 (направление АС на рис. 1.6) предусматривают защитный угол изгиба трассы a1 в несколько градусов, так чтобы в направлении АС коэффициент усиления передающей антенны на РРС1 был достаточно мал.
Классификация РРС, состав оборудования оконечных станций. Состав оборудования и схемы построений промежуточных станций. Оборудование и особенности схемных построений узловых радиорелейных станций.
