Визначення радіорелейного зв'язку протиставляють прямому радіозв'язку. Повідомлення абонента багаторазово передається проміжними ланками ланцюга, що утворюють радіорелейну лінію (РРЛ). Назва закладена англійцями: relay – зміна. Фізичні особливості поширення змусили інженерів застосовувати ультракороткі хвилі (УКХ): дециметрові, сантиметрові, рідше, метрові. Тому що довгі самостійно здатні обігнути Земну кулю. Причина застосування радіорелейних лінійпояснюється необхідністю закласти великий обсяг інформації, який неможливий на низьких частотах. Обмеження пояснює теорема Котельникова.

Примітка. Тропосферний зв'язок вважають підвидом радіорелейного.

Переваги методу

1. Перша перевага названа – можливість закласти більший обсяг інформації. Число каналів пропорційно ширині пропускання приймальної апаратури. Величину підвищує зростання частоти. Згаданий факт обумовлений формулами, що описують коливальний контур, інші виборчі дільниці електричного кола.
2. Лінійність поширення УКХ зумовлює високі спрямовані характеристики. Спрямованість зростає із збільшенням площі антени щодо довжини хвилі. Короткі простіше охопити тарілкою. Наприклад, далекий зв'язок здійснюється довжинами, що досягають кілометрів. Сантиметрові, дециметрові хвилі легко охоплюються порівняно малими параболоїдами, значно знижуючи необхідну потужність (крім випадку тропосферної передачі), рівень перешкод. Шуми практично обмежені внутрішньої неідеальністю вхідних каскадів приймача.
3. Стійкість пояснюється фактом прямої видимості тандему передавач-приймач. Мало впливають погода, час дня/року.

Зазначені переваги вже на початку другої половини XX століття дозволяли економістам зіставляти економічну ефективність ланцюжка з кабелем. Допускалася можливість передачі аналогових телевізійних каналів. Устаткування вишок значно складніше за регенератори. Однак кабелю заповнювати сигнал припадає кожні 6 км. Вишки зазвичай розділені дистанціями 50-150 км, відстань (км) обмежена величиною, що дорівнює квадратному кореню з висоти вежі (м), помноженому на 7,2. Нарешті, вічна мерзлота сильно ускладнює прокладання кабельних ліній, внесок вносять болота, скелі, річки.

Експерти відзначають простоту розгортання системи, економію кольорових металів:

• Мідь.
• Свинець.
• Алюміній.

Відзначається мінімальна ефективність автономних вишок. Неминуче потрібен обслуговуючий персонал. Необхідно людей розквартирувати, призначити несення вахти.

Принцип дії

Лінія зазвичай реалізує дуплексний (двонаправлений) режим передачі. Найчастіше застосовували частотний поділ каналів. Першими європейськими угодами встановили ділянки спектра:

• Дециметрові хвилі:

1. 460-470 МГц.
2. 1300-1600 МГц.
3. 1700-2300 МГц.

• Сантиметрові:

1. 3500-4200 МГц.
2. 4400-5000 МГц.
3. 5925-8500 МГц.
4. 9800-10.000 МГц.

Метрові хвилі здатні огинати перешкоди, допускається використання через відсутність безпосередньої видимості. Частоти вище 10 ГГц невигідні, оскільки чудово поглинаються опадами. Післявоєнні конструкції компанії Белла (11 ГГц) виявилися неконкурентоспроможними. Ділянку діапазону частіше вибирають за отриманням необхідного числа каналів.

Історія

Цифровий набір запропонували раніше за імпульсний. Проте реалізація ідеї запізнилася на 60 років. Долю антибіотиків повторює радіорелейний зв'язок.

Винахід ідеї

Історики одноголосно віддають пріоритет відкриття Йоганну Маттаушу, який написав (1898) у журналі Нотатки електротехніка (том 16, 35-36) відповідну публікацію. Критики наголошують на неспроможності теоретичної частини, що пропонувала створити телеграфні ретранслятори. Однак через рік Емілем Гуаріні-Форестіо побудований перший працездатний екземпляр. Уродженець італійської громади Фазано (Апулія), будучи студентом, 27 травня 1899 запатентував у бельгійському підрозділі радіо-репітер. Дату вважають офіційним днем ​​народження радіорелейного зв'язку.

Пристрій представлений комбінацією приймальної апаратури. Конструкція проводила демодуляцію прийнятого сигналу, подальше формування, випромінювання ненаправленої антеною, формуючи канал. Фільтр захищав приймальний тракт від потужного випромінювання передавача.

Відчуваючи недоліки представленої конструкції, Гуаріні-Форезіо (грудень 1899) патентує (Швейцарія, №21413) спрямовану конструкцію спіральної антени(кругова поляризація), з металевим рефлектором. Пристрій виключало взаємне перехоплення вежами чужих повідомлень. Подальше удосконалення зроблено тісною співпрацею з Фернандо Понтселе. Разом винахідники спробували встановити зв'язок між Брюсселем і Антверпеном, використовуючи Малини проміжним пунктом, місцем базування ретранслятора.

Конструкцію забезпечили циліндричними антенами діаметром 50 см, забезпечивши апаратурою висотну будівлю. Відштовхуючись від результатів, отриманих спекотним червнем 1901 року, розпочалася підготовка лінії Париж – Брюссель дальністю 275 км. Крок встановлення ретрансляторів склав 27 км. Грудень приніс задуму успіх, забезпечивши час затримки повідомлення 3.5 секунд.

Побачивши райдужні перспективи, Гуаріні витав у хмарах, передчуваючи комерційний успіх (еквівалентний прибуткам компанії Белла) радіорелейного зв'язку, що усуває проблеми дальності. Реальність зробила корективи. Знадобився широкий асортимент рішень:

1. Живлення приймальної апаратури.
2. Конструювання більш зручних антен.
3. Зниження вартості устаткування.

Лише через 30 років винахід відповідних електронних високочастотних ламп дозволило ідеї випливти на поверхню. Винахідник удостоївся Ордену Корони Італії.

Лампові конструкції підкорюють Ла-Манш

У 1931 році англо-французький консорціум (Компанія міжнародного телефону та телеграфу, Англія; Лабораторія телефонного обладнання, Франція), очолюваний Андре Клавіром, підкорив Ла-Манш (Дувр-Кале). Подію висвітлив журнал Radio News (серпень, 1931, стор 107). Нагадаємо суть проблеми: прокладання підводного кабелю коштує дорого, розрив лінії означає необхідність витрачати значні кошти на ремонт. Інженери двох країн вирішили подолати водний простір (40 км) семидюймовими (18 см) хвилями. Експериментатори передали:

1. Телефонна розмова.
2. Кодований сигнал.
3. Зображення.

Система параболічних антен діаметром 10 футів (19-20 довжин хвиль) давала два паралельні промені, конфігурація автоматично блокувала явище інтерференції. Потужність споживання передавача становила 25 Вт, ККД – 50%. Позитивні результати змусили припускати можливість генерації високих частот, включаючи оптичні. Сьогодні очевидна недоцільність подібних замашок. Технічні характеристикивакуумних ламп замовчувалися організаторами, згадувався лише загальний принципдії, винайдений Хайнріхом Баркхаузеном (Університет Дрездена), удосконалений французьким експериментатором Пір'є. Затійники висловлювали подяку вченим-попередникам:

1. Глагольєва-Аркадьєва А.А. винайшла (1922) мікрохвильовий генератор (5 см..82 мкм) із зважених в масляній посудині тирси.
2. Професор Ернест Ніколс, доктор Тір проводили аналогічні дослідження в США, домігшись генерації хвиль, порівнянних з інфрачервоним діапазоном.
3. Розробникам допомогли численні експерименти Густава Фер'є, який займався мініатюризацією вакуумних приладів у спробі знизити довжину хвилі.

Ключем стала ідея Баркхаузена отримувати коливання прямо всередині лампи (принцип дії сучасних магнетронів). Спостерігачі відразу відзначили можливість закладення безлічі каналів. Дециметрове мовлення тоді було повністю відсутнє. Діапазон на чотири порядки ширший за хвилі, що широко використовуються тоді телебаченням. Різке зростання кількості каналів мовлення ставало справжньою проблемою. Можливості, що відкриваються дециметровим спектром, явно перевищували потреби.

Вже тоді замітка передбачала використання атомних переходів для створення хвиль високої частоти. Обговорювалося рентгенівське випромінювання. Журналісти закінчили загальним закликом інженерів освоювати перспективи, що відкриваються.

Дубль два

Декількома роками пізніше досліди відновилися. Лінія завдовжки 56 км з'єднала береги протоки:

1. Спільнота святого Інглевера (Франція).
2. Замок Лімпн (Кент, Великобританія).

Творці лінії розраховували серйозно влаштуватися, поставивши дві сталеві вежі, прикрашені параболічними антенами діаметром 9,75 фута. Генератор сховався за рефлектором, тонке жало хвилеводу пробивало тарілку, опромінювач сформований кулястим дзеркалом. Оператору збудували наземний пункт управління, обладнавши необхідними панелями, включаючи регулятор напруги. Функціональний набір передбачав використання абетки Морзе, факсу, телерадіомовлення.

Супергетеродинний приймач з кварцовою стабілізацією знижував вхідний сигнал до 300 кГц, декодуючи амплітудну модуляцію. Згідно з заявами організаторів, оснащення покликане замінити морські телефонні, телеграфні кабелі. Американська компанія Белла побудувала аналогічну систему, форсувавши затоку Кейп-Код.

Технології радарів Другої світової

Друга світова війна, що почалася, підштовхнула розвиток мікрохвильових генераторів. Допомогли починанням американські (Стенфорд) винахідники клістрону (1937) Рассел та Зігмунд Варіани. Нові лампи допомогли створити підсилювачі, генератори НВЧ діапазону. Раніше повально застосовували трубки Баркхаузена-Курца, магнетрони з розщепленим анодом, що видають надто малу потужність. Демонстрація прототипу успішно відбулася 30 серпня 1937 року. Західні розробники негайно почали будувати станції повітряного огляду.

Брати створили організацію, котра займається комерціалізацією винаходу. Лінійний прискорювач протонів допомагав медикам лікувати деякі захворювання (рак). Принцип дії використовує концепцію модуляції швидкості (1935) Оскара Хайля та його дружини. Хоча експерти припускають повну непоінформованість Варіанів щодо існування цієї наукової праці.

p align="justify"> Роботи американського фізика Хансена (1939) з прискорення частинок могли бути використані з метою уповільнення електронів, що передають енергію вихідному тракту радіочастоти. Резонатор Хансена іноді називають румбатроном. Клістрони використовувалися переважно фашистами, станції союзників начинялися магнетронами. Армія США збудувала мобільні системизв'язки з урахуванням вантажних машин, що перепливли океан допомагати союзникам. Армійцям сподобалася ідея швидко налагоджувати зв'язок на далекі дистанції. Після війни компанія AT&T застосовувала 4-ватні клістрони, створюючи радіорелейну мережу, що покриває Північну Америку. Власну інфраструктуру завдяки 2К25 побудував Вестерн Юніон.

Головним двигуном бурхливого прогресу вважають ідею різкого розширення обсягу каналів, що купується низькою вартістю зведення вишок. Релейні мережі (РРЛС) огорнули три лінії оборони Північної Америкичасів Холодної війни. Прототип TDX розроблений (1946) Лабораторії Белла. Система швидко вдосконалювалася, оновлюючи вакуумні лампи:

• 416В.
• 416С.

Післявоєнні спроби організувати зв'язок наштовхувалися необхідність вибору елементної бази. Експерти всерйоз обговорювали конструкції ламп, клістронів, скаржилися на вплив дощу. Типові проблеми незахищеного аналогового зв'язку. Перші лінії (включаючи оборонні мережі ППО США) харчувалися дизельним паливом. Вежа неодмінно вміщала нижній поверх-сховище пально-мастильних матеріалів, частіше отруйних.

Згасання технології

Перехід на сантиметровий діапазон вимагає скасувати металокерамічні, маячкові тріоди. Натомість вводять клістрони, лампи хвилі, що біжить. Антенні пристрої, навпаки, виходять мініатюрнішими. Сантиметровий діапазон сильно збільшує втрати рідних спектру ДМВ коаксіальних сполук. Натомість вирішили ставити хвилеводи. Третє покоління TDX перейшло на твердотільну електроніку. Мобільні варіанти передавали 24 канали з частотним поділом. Кожен містив 18 телетайпних ліній. Аналогічні системи розроблялися повсюдно. Лише у 1980-ті користь технології поставлено під сумнів, через впровадження супутникового зв'язку. Оптичний кабель перекрив можливості радіоліній.

Це цікаво! Група супутників Ріоліт займалася перехопленням радянського радіорелейного зв'язку.

Сучасний стан

Нині ідея повсюдно застосовується мобільними мережаминаземного базування Вчені найчастіше розглядають можливість перенесення енергії. Джерелом ідеї слід вважати Ніколу Теслу, який задумав ще на початку XX століття покрити територію США мережею передавачів. Винахідник демонстрував повну безпеку високочастотних розрядів. Сьогодні експерти мають на увазі перенесення дійства у відкритий космос.

Передача енергії

Відкриття електромагнетизму змусило вчених ламати голову, осмислюючи способи передачі енергії. Першим реалізованим методом назвемо тороїдальний трансформатор Майка Фарадея (1831). Розглянувши рівняння Максвела, Джон Генрі Пойнтінг створив теорему (1884), що описує процес перенесення потужності електромагнітною хвилею. Чотири роки по тому Хайнріх Рудольф Герц підтвердив теорію практикою, спостерігаючи іскровий розряд приймального вібратора. Проблемою займалися Вільям Генрі Верд (1871), Махлон Луміс (1872), обидва бажали використати потенціал атмосфери Землі.

"Секретні" книги сповнені проектами Тесли перемогти фашистську авіацію бездротовими випромінювачами. Факти згадують посмертне тотальне вилучення паперів винахідника американськими спецслужбами. Котушки Тесла жартома дозволяли отримати високочастотні розряди блискавки. Башта Ворденкліф (1899) серйозно лякала округу, виробників міді наповнила жахом думка бездротової передачі. Тесла дистанційно підпалювали трубки Гіслера (1891), лампочки розпалу.

Сербський винахідник розповсюдив методику генерації коливань резонансними контурами LC. Методика геніального Тесли передбачала запуск повітряних куль на висоти 9,1 км. Знижений тиск полегшував передачу мегавольтних напруг. Другою ідеєю винахідник задумав змусити електричний потенціал Земної кулі вібрувати, забезпечуючи станції планети енергією. Задумана Світова Бездротова система також могла передавати інформацію. Недивний переляк інвесторів, які набивали кишеню виробництвом міді.

Метод харчування поїздів напругою частотою 3 кГц запатентований Морісом Хатіном та Морісом Лебланком (1892). У 1964 році Вільям Браун створив модель іграшкового вертольота, що живиться енергією електромагнітної хвилі. Технології RFID(наприклад, ключ домофону) винайдені в середині 70-х:

1. Маріо Кардулло (1973).
2. Коелл (1975).

Згодом з'явилися карти доступу. Сьогодні технологію заїздили мобільні гаджети, що заряджаються бездротовим шляхом. Аналогічна технологія використовується індукційними варильними панелями, плавильними печами. Інженери активно реалізують ідеї комп'ютерних ігорпочатку другого тисячоліття, плануючи створити орбітальні сонячні електростанції, що обороняються бойовими дронами, що живляться енергією електромагнітних хвиль. Більшості відомий лазерний скальпель, який використовує принцип передачі потужності шкірі пацієнта.

Це цікаво! Концепцію бездротових дронів (1959) висунула фірма Радеон, виконуючи проект Міністерства оборони. Канадський Дослідницький центр зв'язку (1987) створив перший прототип, що місяцями виконував покладені функції.

Консорціум бездротової передачі енергії

17 грудня 2008 року сформовано організацію, покликану рекламувати стандарт бездротової зарядкипристроїв Qi. Понад 250 світових компаній підтримали ідею. Пізніше проект схвалили Нокіа, Хуавей, Вістеон. Наперед стали відомі плани оснастити технологією мобільні пристрої. У жовтні 2016 року оприлюднили намір створити зарядні точки доступу.

24 компанії склали "сталевий стрижень" групи лобістів. 2017 поповнив список маркетинговими менеджерами Apple. Щодо безпеки методики думки вчених розділилися. Експерти зійшлися в одному: незабаром методика індуктивної підзарядки стане загальноприйнятою.

Зв'язок із релейними системами

Подібно до того, як перші експериментатори подолали Ла-Манш, ранні орбітальні сонячні електростанції живитимуть супутники, продовжуючи кардинально термін служби обладнання. Потім передача енергії стане глобальною, охопивши усі людські устрою. Технологію найпростіше називати релейною. Енергія буде прийматися, посилюватися, передаватися далі.

Це цікаво! Пітер Гласер першим (1968) запропонував формувати енергію Сонця орбітальними заводами, передаючи промінь наземним станціям.

Лазерний промінь ефективно переносить енергію. Потужність 475 Вт наздогнала мету, подолавши багато миль вільного простору. Система показала ККД 54%. Лабораторії НАСА передали 30 кВт, застосувавши частоту 2,38 ГГц (спектр мікрохвильової печі) тарілкою діаметром 26 метрів. Підсумковий ККД досяг 80%. Японія (1983) почала дослідження передачі енергії шаром іоносфери, повної вільних носіїв заряду.

Прототип створено командою Марина Соляшича (Масачусетський технологічний університет). Резонансний передавач відправив 60 Вт енергії на частоті 10 МГц, подолавши дистанцію 2 метри, досягнувши ККД 40%. Через рік група Грега Лея і Майка Кеннана (Невада), використовуючи частоту 60 кГц, підкорила дальність 12 метрів. Вважаємо, нові розробкишвидко засекретять.

Оприлюднену історію завершує створення НАСА літального апарату (2003), що живиться випромінюванням лазера. Анонсований 12 березня 2015 року проект JAXA покликаний реалізувати ідеї Миколи Тесла.

6. Основи побудови аналогових радіорелейних ліній. Основи побудови телекомунікаційних систем та мереж

6. Основи побудови аналогових радіорелейних ліній

6.1. Принципи побудови радіорелейних ліній прямої видимості

Радіосистема передачі, в якій сигнали електрозв'язку передаються за допомогою наземних ретрансляційних станцій, називається радіорелейною системою передачі .

За шість десятиліть свого розвитку радіорелейні лінії (РРЛ) перетворилися на ефективний засібпередачі величезних масивів на відстані тисячі кілометрів, конкуруючи з іншими засобами зв'язку, зокрема кабельними і супутниковими, успішно доповнюючи їх.

Сьогодні РРЛ стали важливою складовою мереж електрозв'язку – відомчих, корпоративних, регіональних, національних і навіть міжнародних, оскільки мають низку важливих переваг, у тому числі:

• можливість швидкої установкиобладнання за невеликих капітальних витрат;
• економічно вигідна, котрий іноді єдина, можливість організації багатоканальної зв'язку на ділянках місцевості зі складним рельєфом;
• можливість застосування для аварійного відновленнязв'язку у разі лих, при рятувальних операціях та в інших випадках;
• ефективність розгортання розгалужених цифрових мереж у великих містах та індустріальних зонах, де прокладання нових кабелів занадто дороге або неможливе;
• висока якість передачі інформації по РРЛ, що практично не поступаються ВОЛЗ та іншим кабельним лініям.

Сучасні радіорелейні лінії зв'язку дозволяють передавати телевізійні програми та одночасно сотні та тисячі телефонних повідомлень. Для таких потоків інформації потрібні смуги частот до кількох десятків, а іноді й сотень мегагерц і відповідно несуть не менше кількох гігагерц. Відомо, що радіосигнали цих частотах ефективно передаються лише межах прямої видимості. Тож зв'язку великі відстані у земних умовах доводиться використовувати ретрансляцію радіосигналів. На радіорелейних лініях прямої видимості переважно застосовують активну ретрансляцію, у процесі якої сигнали посилюються.

Протяжність прольотів R між сусідніми станціями залежить від профілю рельєфу місцевості та висот установки антен. Зазвичай її вибирають близькою до відстані прямої видимості R 0 км. Для гладкої сферичної поверхні Землі та без урахування атмосферної рефракції:

(6.1)

де h 1 і h 2 - висоти підвісу відповідно передавальної та приймальної антен (в метрах). У реальних умовах, у разі мало перетнутої місцевості R 0 = 40…70 км, а h 1 і h 2 становлять 50…80 м. Принцип радіорелейного зв'язку показаний малюнку 1.1, де відзначені радіорелейні станції трьох типів: кінцева (ОРС), проміжна (ПРС) та вузлова (УРС) .

Проліт (інтервал) РРЛ- це відстань між двома найближчими станціями.

Ділянка (секція) РРЛ- це відстань між двома найближчими станціями, що обслуговуються (УРС або ОРС).

На ОРС проводиться перетворення повідомлень, що надходять сполучними лініями від міжміських телефонних станцій (МТС), міжміських телевізійних апаратних (МТА) і міжміських мовних апаратних (МВА), сигнали, що передаються РРЛ, а також зворотне перетворення. На ОРС починається і закінчується лінійний тракт передачі сигналів.

За допомогою УРС зазвичай вирішують завдання розгалуження та об'єднання потоків інформації, що передаються різними РРЛ, на перетині яких і розташовується УРС. До УРС відносять також станції РРЛ, на яких здійснюється введення та виведення телефонних, телевізійних та інших сигналів, за допомогою яких розташований поблизу УРС населений пункт зв'язується з іншими пунктами даної лінії.

На ОРС та УРС завжди є технічний персонал, який обслуговує не тільки ці станції, але й здійснює контроль та управління за допомогою спеціальної системителеобслуговування найближчими ПРС. Ділянка РРЛ (300…500 км) між сусідніми станціями, що обслуговуються, ділиться приблизно навпіл так, що одна частина проміжних станцій входить в зону телеобслуговування однієї УРС.

За допомогою РРЛ вирішують такі завдання:

1. Створення стаціонарних магістральних ліній передачі великих потоків інформації на відстані кілька тисяч кілометрів. У таких випадках застосовуються системи великої ємності. Магістральні РРЛ зазвичай є багатоствольними. Ствол РРЛ- Сукупність прийомопередаючих пристроїв, антенно-фідерних трактів та середовища поширення.

2. Використання стаціонарних РРЛ в організацію внутризонового зв'язку. Ці лінії мають довжину до 600…1400 км. Тут застосовують РРС середньої ємності, які у більшості випадків розраховані на передачу телевізійних сигналів та сигналів радіомовлення. Часто ці лінії багатоствольні і відгалужуються від магістральних РРЛ.

3. Використання РРЛ у місцевій (районній та міській) мережі зв'язку. Тут переважно застосовують РРЛ малої ємності.

4. Забезпечення за допомогою багатоканальних РРЛ службовим зв'язком залізничного транспорту, газопроводів, нафтопроводів, ліній енергопостачання та інших систем, що охоплюють велику територію.

5. Забезпечення рухомого зв'язку, що використовується у разі ремонту або модернізації стаціонарних РРЛ та кабельних ліній зв'язку (КЛЗ), а також для інших цілей.

6. З'єднання базових станційта центрів комутації у складі системи рухомого зв'язку.

Класифікація РРЛ.

Радіорелейні лінії прямої видимості можна класифікувати за різними ознаками та характеристиками.

За способом поділу каналів та видом модуляції несучої можна виділити:

1. РРЛ з частотним поділом каналів (ЧРК) та частотною модуляцією(ЧМ) гармонійної несучої.
2. РРЛ з тимчасовим поділом каналів (ВРК) та аналоговою модуляцієюімпульсів, які потім модулюють несучу частоту.
3. Цифрові радіорелейні лінії (ЦРРЛ), у яких, на відміну від попереднього випадку, імпульси (відліки повідомлення) квантуються за рівнями та кодуються.

По діапазону робочих (несучих) частот РРЛ поділяють лінії дециметрового діапазону і сантиметрового діапазонів. У цих діапазонах рішенням ДКРЧ від квітня 1996 року для нових РРЛ визначено діапазони 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.

Однак у Росії ще тривалий час використовуватимуться раніше побудовані лінії в діапазонах 1.5-2.1; 3.4-3.9; 5.6-6.4 ГГц. При цьому можлива заміна апаратури, що застаріває, на сучасні РРС.

Нові РРС використовуються також у діапазоні 2.3-2.5 ГГц. Опрацьовується можливість використання діапазонів 2.5-2.7 та 7.25-7.55 ГГц.

Чим нижче діапазон, тим більшу дальність зв'язку можна забезпечити за тих же енергетичних характеристик устаткування, але перехід на високі діапазони дозволяє розширити інформаційні смуги частот, тобто пропускну здатність систем.

Підвищення ефективності використання частотного ресурсу діапазону стало однією з найважливіших вимог до апаратури РРЛ. У нашій країні насиченість радіорелейного зв'язку поки що набагато менша, ніж у зарубіжних країнах, де йде інтенсивне освоєння всіх діапазонів до 40 ГГц. Ефективність використання частотного ресурсу діапазону визначається такими факторами:

1. Необхідною шириною смуги приймача, яка визначається обсягом переданої інформації, обраним методом модуляції та рівнем стабілізації частоти передавача.

2. Параметрами електромагнітної сумісності (послаблення чутливості по побічним каналам прийому, пригнічення позасмугових та побічних випромінювань).

3. Можливості повного використання всієї відведеної ділянки діапазону, які забезпечуються використанням у складі станції синтезатора частоти.

За прийнятою нині класифікації радіорелейні системи (РРС) поділяють на системи великої, середньої та малої ємності.

До радіорелейних систем великої ємності прийнято відносити системи, що дозволяють організувати одному стовбурі 600 і більше каналів ТЧ. Якщо радіорелейна система дозволяє організувати 60-600 або менше 60 каналів ТЧ, то ці системи відносять відповідно до систем середньої та малої ємності.

Радіорелейні системи, що допускають передачу в одному стволі телевізійних сигналів зображення, а також сигналів звукового супроводу телебачення та звукового мовлення, відносять до систем великої та середньої ємності.

З швидкості передачі інформації, цифрові РРЛ можна розділити на дві основні групи.

Низькошвидкісні РРС. До них відносяться вітчизняні РРС і переважна частина зарубіжних, які пропонуються в Росії (близько п'ятдесяти з них мають російський сертифікат).

Такі РРС розраховані на трафік до 16Е1 (або Е3). Зазначимо, що ще кілька років тому РРЛ з трафіком Е3 вважалися середньошвидкісними, але сьогодні це станції "низової ланки" цифрових мереж, що забезпечують можливість зміни (іноді програмним шляхом). пропускну здатністьу межах від Е1 або 2Е1 до 8Е1 або 16Е1.

Стало просто не вигідно випускати РРС спеціально для передачі лише потоків Е1 або менше, за винятком низки нових специфічних і рідкісних поки що застосувань (передача Е1 шумоподібними сигналами, розподільні станції для систем доступу та інші).

Високошвидкісні РРС. Ці РРС в даний час створюються практично тільки на основі SDH-технології і мають швидкість передачі в одному стволі 155.52 Мбіт/с (STM-1) та 622.08 Мбіт/с в одному стволі (STM-4).

Раніше до високошвидкісних відносили РРС для передачі Е4 (тобто 139.254 Мбіт/с) у мережі PDH, проте нові РРЛ будуються вже на базі SDH-технології, тобто зі швидкістю передачі 155.52 Мбіт/с, хоча й забезпечують можливість передачі 140 Мбіт/с с.

Високошвидкісні РРЛ застосовуються для побудови магістральних і зонових ліній, як радіовставок у ВОЛЗ на ділянках зі складним рельєфом, для сполучення ВОЛЗ (STM-4 або STM-16) з супутніми локальними цифровими мережами, а також для резервування ВОЛЗ і так далі.

Серед високошвидкісних РРС можна виділити дві групи, що відрізняються за призначенням, властивостями, конфігурацією, конструкцією і так далі.

Це, по-перше, багатоствольні РРС, розраховані зазвичай на передачу до 6-7 потоків STM-1 по паралельним радіостволам, з яких 1 або 2 - резервні (конфігурація обладнання "3+1", "7+1" або 2∙( 3+1)). Протяжність РРЛ, зазвичай, велика – сотні кілометрів і більше.

По-друге, РРС, призначені для відгалужень від магістральних ліній, необхідні створення зонових мереж і невеликих локальних відомчих мереж, і навіть передачі потоків STM-1 (155 Мбіт/с) за умов великих міст. Для цих відгалужень зазвичай використовуються діапазони 7, 8, рідше 11 ГГц, а для зв'язку у великих містах – діапазони 15, 18, 23 ГГц. За конфігурацією це зазвичай двоствольні РРЛ на швидкість STM-1, один із стволів – резервний (за схемою "1+1").

До цієї групи високошвидкісних РРС, що використовують технологію SDH, можна віднести РРС зі швидкістю передачі 51.84 Мбіт/с (STM-0), які іноді називають "середньошвидкісними". Вони спрощують реалізацію відгалужень від синхронних ліній передачі, дозволяють значно збільшити можливості побудови мереж SDH різної конфігурації, відгалужувати від ВОЛЗ або РРЛ інформацію до мереж доступу користувача, підключати до мереж SDH до 21 потоку Е1, а також потоки Е3.

6.2. Структура радіосистем передачі

Під радіосистемою передачі РСП розуміють сукупність технічних засобів, що забезпечують утворення типових каналів передачі та групових трактів первинної мережі ВСС, а також лінійного тракту, яким сигнали електрозв'язку передаються за допомогою радіохвиль у відкритому просторі малюнок 6.2

За допомогою сучасних РСП можна передавати будь-які види інформації: телефонні, телеграфні та фототелеграфні повідомлення, програми телебачення та звукового мовлення, газетні смуги, цифрову інформацію тощо.

Як і провідні системи передачі, переважна кількість РСП є багатоканальними. При цьому зазвичай використовуються частотний або часовий поділ сигналів.

Малюнок 6.2. Узагальнена структурна схема багатоканальної РСП

Радіоствол включає прийомопередавальне обладнання, антенно-фідерні тракти і середовище поширення. Кінцеве обладнання включає модеми та апаратуру сполучення РРЛ і з'єднувальних ліній (підсилювачі, коректори, що попереджує і відновлює контури).

6.2.1. Багатоствольні РРЛ. Плани розподілу частот

План розподілу частот є відображенням на частотній осі можливих значень робочих частот (прийому та передачі), а також (у деяких випадках) частот гетеродинів.

Пропускна здатність РРЛ може бути у кілька разів збільшена за рахунок утворення нових стволів. Для цього на станціях встановлюють додаткові комплекти приймального обладнання, за допомогою яких створюються нові високочастотні тракти. Для сигналів різних стволів використовуються різні несучі частоти. Вся система багатостовбурної РРЛ організується таким чином, щоб усі стволи працювали незалежно один від одного, а з іншого боку були взаємозамінні. Такий принцип дозволяє забезпечити необхідну вірність передачі повідомлень у кожному стволі та підвищує надійність роботи всієї лінії в цілому. У той же час підвищення пропускної спроможності РРЛ за рахунок багатоствольної роботи не призводить до пропорційного зростання вартості лінії, оскільки багато високонадійних компонентів лінії (антени, станційні споруди, опори для підвісу антен, джерела електропостачання тощо) є спільними для всіх стволів.

Як приклад, що пояснює принцип організації багатоствольної роботи, розглянемо варіант РРЛ із трьох дуплексних стволів. На малюнку 1.3 представлена ​​спрощена структурна схема основного обладнання трьох станцій цієї лінії: ОРС, ПРС та УРС. Схема містить: передавачі (П); приймачі (Пр); кінцеві пристрої (ОУ), що включають модеми, підсилювачі та інші елементи, що здійснюють перетворення групових телефонних повідомлень (ТФ) або компонентів сигналів телевізійного та звукового мовлення (ТВ, ЗВ) на сигнали лінійного тракту, а також зворотне перетворення: системи смугових фільтрів (ПФ) кожен з яких має смугу прозорості, що відповідає одному стволу при односторонньому зв'язку; в режимі передачі ПФ забезпечує необхідну розв'язку передавачів (у цих систем ПФ зазначений перший індекс 1, тобто вони позначені ПФ 11, ПФ 12, ПФ 13; зміна других індексів відображає зміну частот прийому та передачі відповідно до двочастотного плану); в режимі прийому системи ПФ є розділовими фільтрами: із сумарного ВЧ сигналу кожен смуговий фільтр системи виділяє сигнал одного ствола і направляє його у відповідний приймач (у цих систем ПФ зазначений перший індекс 2, тобто вони позначені ПФ 21 ПФ 22 ПФ 23) ; розв'язувальні пристрої (РУ), завданням яких є додаткове зменшення взаємовпливу трактів передачі та прийому: ряд елементів цих трактів, таких, наприклад, як фідери та антени (А), як правило, є загальними. Апаратура введення-виведення сигналів (АВВ) забезпечує вирішення специфічних для УРС задач - розгалуження та об'єднання інформаційних потоків.

Як приклад використання схеми розглянемо малюнку 6.3 передачу групового телефонного повідомлення (ТФ) щодо одного напрямі связи. Це повідомлення формується в апаратурі об'єднання каналів (АОК) і за сполучною лінією надходить на ОРС. З допомогою ОУ і П сигнал ТФ перетворюється на ВЧ сигнал необхідної потужності, який через один із смугових фільтрів системи ПФ 11 і РУ надходить в антену А і випромінюється в напрямку ПРС. Тут сигнал даного ствола проходить послідовно через елементи А, РУ, ПФ 22 та групу приймачів. За допомогою одного з Пр та ОУ ВЧ сигнал даного ствола може бути перетворений на сигнал ТФ і направлений в АВВ.

Тут односторонні ТФ канали можуть бути розподілені по групах, одна з яких, наприклад, може бути направлена ​​в найближчу МТС, інші можуть увійти до складу нових ТФ стовбурів і направлені по різних радіоканалах. Крім того, можлива і транзитна передача через УРС повного сигналу організованого на ОРС ствола в тому чи іншому напрямку зв'язку. У цьому випадку сигнали з Пр на П можуть йти в обхід ОУ та АВВ.

Малюнок 6.3. Спрощена структурна схема РРЛ із трьох дуплексних стволів.

Зауважимо, що при модуляції груповим телефонним повідомленням того чи іншого параметра, що несе, в основному застосовують два методи:

1. Модуляцію груповим повідомленням коливань проміжної частоти (модулятор в ОУ) та транспонування отриманого таким чином область ВЧ (у передавачі).

2. Безпосередню модуляцію груповим повідомленням однієї з параметрів ВЧ несучої (модулятор – в передавачі) .

Останній варіантвикористовується, зокрема, на цифрових РРЛ.

В даний час прийом і передачу сигналів на станції на кожному напрямку зв'язку ведуть в основному по загальному антенно-фідерному тракту (звичайно антени і фідери виявляються набагато більш широкосмуговими, ніж сигнали одного ствола), а необхідну розв'язку прийому та передачі забезпечують не тільки фільтрами, але і різними невзаємними пристроями, тобто пристроями, властивості яких залежить від напрями поширення електромагнітних хвиль. До цих пристроїв відносять, зокрема, широко застосовувані феритові вентилі та циркулятори. Крім того, для забезпечення ефективної розв'язки трактів передачі та прийому, а також сусідніх стовбурів у багатьох сучасних РРС використовують хвилі різної поляризації (горизонтальної та вертикальної). В цьому випадку як РУ застосовують, наприклад, поляризаційні селектори. Схема на малюнку 6.3 побудована з урахуванням рекомендованого МККР (нині МСЕ) двочастотного плану з групуванням частот передачі та прийому: групи сигналів, що передаються і приймаються на кожній станції, проходять через різні системисмугових фільтрів, наприклад ПРС - це ПФ 12 і ПФ 21 . Зауважимо, що конструктивно системи ПФ з різними першими, але однаковими іншими індексами, наприклад, ПФ 11 і ПФ 21 можуть бути виконані цілком ідентично.

Розглянемо один з варіантів конкретного частотного плану та деякі приклади схем антенно-фідерних трактів (АФТ) багатоствольних систем. На малюнку 6.4 представлений план розподілу частот, застосовуваний у магістральних радіорелейних системах "Схід", "Світанок-2", "Курс-4", що працюють в діапазоні 3.4…3.9 ГГц, в системі "Курс-6", що працює в діапазоні 5.67 …6.17 ГГц та в зоновій системі "Курс-8", що працює в діапазоні 7.9…8.4 ГГц. Конкретні номінали робочих частот можна знайти у будь-якому довіднику по РРЛ. Цей план дозволяє організувати до восьми дуплексних широкосмугових стволів за двочастотною системою. Кожен із стволів може використовуватися для організації телефонних каналів (до 1920) або для передачі однієї телевізійної програми. Як видно з малюнка 6.4 а, частоти стовбурів, що несуть (f 1 ,f 2 ,…,f 16 – відкладені на осі f с) рознесені на інтервали, кратні F = 14 МГц. План розрахований на проміжну частоту F пч = 5F = 70 МГц. При цьому частоти гетеродинів (позначені точками на осі f г) розміщуються в інтервалах між робочими частотами стовбурів, а частоти дзеркальних каналів (позначені точками на осі f з) - усередині смуги, виділеної для системи. Частоти прийому та передачі в одному дуплексному стволі рознесені на величину 19F = 266 МГц. Для сусідніх за частотою стовбурів у діапазонах, близьких до 4 і 6 ГГц, повинні використовуватися різні антени та різні типи поляризації хвиль – горизонтальна (г) та вертикальна (в). Розподіл хвиль поляризації на частотах прийому (f пр) і передачі (f п) повинен відповідати малюнку 6.4, а, б або в. Зазвичай стовбури розбиваються на дві групи, що перемежують. Одна група стовбурів, наприклад, з непарними номерами, використовується для магістральних ліній, а інша (з парними номерами) – у лініях, які є відгалуженнями від магістралі, як показано на малюнку 6.5 а. Приклад рознесення сигналів з різних антен на ПРС для шести дуплексних стволів показаний на малюнку 6.5 б. Частотний план малюнку 6.4, а передбачає, що різницю між частотами сусідніх стволів лише у антені становить величину 4F = 56 МГц, а різних антенах – 2F = 28 МГц; різниця між найближчими несучими частотами прийому та передачі в різних антенах – 5F = 70 МГц, в одній антені – 7F = 98 МГц. Зауважимо, що система "Курс-8", що функціонує в діапазоні 7.9…8.4 ГГц за відповідного компонування АФТ (рисунок 6.6) допускає роботу восьми дуплексних стволів на одну антену. Рознесення сигналів різних стволів за частотою, поляризацією та різними гілками антенно-фідерного тракту, а також відповідний вибір частот місцевих гетеродинів – все це в сукупності забезпечує мінімум внутрішньосистемних перешкод без значного розширення частотних інтервалів між стволами.

Малюнок 6.4. План розподілу частот і хвиль різної поляризації у системах "Схід", "Світанок-2", "Курс-4", "Курс-6", "Курс-8".

Малюнок 6.5. Приклади розподілу частот і хвиль різної поляризації на УРС(а) та ПРС(б)

6.2.2. Антено-фідерні тракти

На малюнку 6.6 наведено варіант комплектації АФТ системи, де реалізується частотний план, показаний малюнку 6.4, а. При цьому багаторазове використання АФТ досягається на основі застосування всіх відомих способівселекції радіохвиль: за частотою, за поляризацією та за напрямом поширення (триступенева схема поділу).

Елементами структурної схеми малюнку 6.6 є:

Приймачі, підключені до РФ 1 і РФ 3 і передавачі, з'єднані з РФ 2 і РФ 4 забезпечують дуплексний зв'язок в одному напрямку. Шлях сигналів (на несучих f 1 …f 16) кожного зі стволів неважко простежити за схемою, керуючись напрямом відповідних стрілок .

На РРЛ прямої видимості, що працюють у діапазоні НВЧ, використовуються рупорно-параболічні антени (РПА), перископічні та параболічні (однодзеркальні та дводзеркальні). Вибір тієї чи іншої антени залежить від типу апаратури, а й від ємності РРЛ. Цим же визначається склад та структура АФТ. Якщо, наприклад, лінія включає не 8, а 4 ствола, то кожен з поляризаційних фільтрів через ВЕ і ГЕ може бути безпосередньо з'єднаний з одним з РФ. В іншому варіанті коли відсутня поділ поляризації, зовнішній хвилевод може бути з'єднаний з двома РФ (працюючими один на передачу, інший - на прийом) за допомогою ФЦ.

Розділові фільтри також як і весь АФТ, допускають різні варіанти побудови. Останнім часом все більшого поширення набувають РФ, в яких використовуються феритові циркулятори (ФЦ).

6.3. Апаратура радіорелейних ліній прямої видимості з частотним поділом каналів та частотною модуляцією (ЧРК-ЧМ)

Приймальна апаратура радіозв'язку. Широке використання в апаратурі РРЛ отримали гетеродинні приймачі, які побудовані на основі передавача з перетворювачем частоти і супергетеродинного приймача.

Спрощена схема кінцевої приймальної станції наведена на малюнку 6.6

Як випливає з малюнка 6.2 і малюнка 6.6 груповий сигнал (ГС) від багатоканальних систем передачі надходить на пристрій об'єднання групових сигналів (УОГС), що є хвилею фільтрів. У цьому пристрої можуть об'єднуватися ГС, розташовані в областях частот, що не перетинаються.

Далі сигнал посилюється в підсилювачі групових сигналів (УГС), обмежується амплітудою в підсилювачі-обмежувачі (АТ) і подається на контур (ПК). Попередження вводяться з метою вирівнювання відношення P c /Р ш по всьому спектру ГС. У частотному модульаторі (ЧМ) проводиться модуляція проміжної частоти (F пч зазвичай вибирається рівною 70 МГц) груповим сигналом .

Смугу частот ВЧ тракту (П чм), необхідну для пропускання ЧС сигналу, можна визначити за формулою Карсона:

, (6.2)

де f - верхня частота модулюючого сигналу.

Малюнок 6.6. Спрощена структурна схема приймально-передавального обладнання.

Ефективна девіація частоти на виході модулятора, яка виходить при подачі на вхід будь-якого телефонного каналу вимірювального синусоїдального сигналу (з частотою 800 Гц) потужністю 1 мВт (нульовий рівень) називається ефективною девіацією на канал - Δf к. Згідно з рекомендаціями МККР (нині МСЕ) багатоканальних РРС в залежності від числа каналів N використовують f до, рівні 200, 140 або 100 кГц. Зазвичай у процесі налаштування апаратури величина ∆f до виставляється при подачі на вхід контуру, що передує, (ПК) замість U гр (t), вимірювального сигналуз частотою, на якій попередження в ПК відсутні. Тому ∆f називають ефективним значенням девіації, створюваної вимірювальним рівнем сигналу одного каналу ТЧ на частоті нульових попередніх викривлень.

, (6.3)

де До чм - крутість модуляційної характеристики; Р ізм = 1 мВт – середня потужність вимірювального сигналу на опорі R. Оскільки U гр (t) і вимірювальний сигнал виділяються на однакових опорах R, і , то

, (6.4)

де ∆f е та ∆f до вимірюються в кГц, а Р ср – безрозмірна величина, чисельно рівна Р ср мВт. Якщо вихідний опір вимірювального генератора активно і збігається з вхідним опором каналу (600 Ом), то співвідношення Р ср / Р ізм в дБ відповідає рівню

звідки . Тому замість (1.3.3) можна записати

. (6.6)

При N > 240, коли р ср = -15 + 10 lg(N), дБ, відповідно (6.6) отримуємо або

,

У сучасних РРС з N=600 величини ∆f до =200 кГц; за N = 1920 ∆f до 140 кГц.

Практикум вирішення завдань застосування формули Карсона:

Знайти смугу сигналу на виході частотного модулятора РРЛ зв'язку, якщо його вхід подається груповий сигнал від МСП-ЧРК типу К-300, f до =250 кГц.

При вирішенні завдань подібного типу необхідно чітко уявляти структуру і параметри багатоканальних сигналів з ЧРК. Згадайте на основі попередніх розділів смугу пропускання сигналу на виході обладнання К-300 (Вам знадобиться значення верхньої частоти групового спектра). А, знаючи число каналів МСП можна визначити ефективну девіацію частоти (формула 6.6 при N ≥ 240). Найкращий Ваш помічник – здоровий глузд, дивіться на реальність результату.

Частотна модуляція (ЧМ) дозволяє забезпечити відносно високу стійкість до перешкод передач повідомлень . При цьому не потрібна більша стабільність частоти передавача. Потужність його використовується дуже ефективно: вона практично не залежить від характеристик повідомлень на вході модулятора, пік-фактор завжди дорівнює одиниці. Рівень сигналу на вході приймача може змінюватися в досить широких межах (наприклад, при завмирання), не впливаючи на потужність корисного сигналу після демодулятора. Усе це загалом пояснює широке застосування ЧС на РРЛ, супутникових, тропосферних та інших системах передачі. Разом з тим частотною модуляцією властиві і певні недоліки: різке зниження якості передачі, якщо відношення середніх потужностей сигналу і шуму на вході приймача (Р с / Р ш) вх падає нижче деякого порогового значення (пороговий ефект проявляється зазвичай при (Р с / Р ш ) вх ≤ 10); широкий спектр частот, який необхідно передавати радіоканалом для нормального відновлення повідомлень на виході демодулятора; залежність рівня шумів на виході каналу від потужності вхідного сигналу приймача (проявляється при завмирання); необхідність вирівнювання якості роботи різних телефонних каналів при їх частотному розподілі та інші.

При ЧС потрібен не просто широкосмуговий високочастотний тракт, а тракт, амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) та характеристика групового часу запізнення (ГВЗ) якого задовольняють дуже високі вимоги. В іншому випадку сигнал на виході демодулятора може неприпустимо спотворитися і, наприклад, при багатоканальній передачі повідомлень методом ЧРК якість зв'язку відповідно впаде за рахунок так званих перехідних перешкод: роботі одного (будь-якого) частотного каналу значною мірою заважатимуть сигнали, спектр яких складається з гармонік та комбінаційних продуктів коливань в інших каналах

У системах із ЧРК якщо не вжити спеціальних заходів, ЧС не може забезпечити рівні умови роботи різних частотних каналів. Причому більш високочастотним сигналом, коли збільшується F і зменшується індекс m е, відповідає менша перешкодостійкість. Збільшенням потужності передавача або групового сигналу U гр (t) можна домогтися необхідної стійкості до перешкод і у верхньому частотному каналі. Але при цьому в середніх і нижніх каналах запас потужності буде невиправдано високим. У цілому нині такий режим невигідний як з економічної погляду, і з погляду зменшення внутри- і міжсистемних перешкод. Тому, як зазначалося раніше, для вирівнювання в різних каналах відношення сигналу до шуму перш ніж подати U гр на модулятор, цю напругу подають на фільтр, модуль коефіцієнта передачі якого y(F) забезпечує зміну рівнів таким чином, що рівні передачі нижніх каналів стають менше рівнів передачі верхніх частотних каналів. Якщо тепер за допомогою підсилювача (з рівномірною частотною характеристикою) довести середню потужність модулюючого сигналу Р ср до значення, визначеного раніше для U гр (t), величина ∆f е залишиться такою ж, як і без попереднього викривлення U гр (t). При цьому підбором y(F) можна зробити так, що рівні сигналів у верхніх каналах нового сигналу, що модулює стануть більше, ніж у сигналу U гр (t), а рівні сигналів нижніх відповідно менше.

У системах з ЧС сигнал U гр (t) завжди піддається попередньому викривленню, а на виході ЧД включають так званий контур, що відновлює, з характеристикою зворотної y(F). Цей фільтр не змінює відношення сигнал-шум в окремих каналах, але дозволяє зробити рівномірнішим розподіл рівнів корисних канальних сигналів.

Характеристики попередніх та відновлюючих контурів рекомендовані МСЕ. Загалом характеристика попереднього контуру добре апроксимується виразом

де 0 ≤ F ≤ F, а F в – верхня частота модулюючого сигналу. Характеристика відновлювального контуру наведено малюнку 6.7.

Малюнок 6.7. Залежність коефіцієнта передачі відновлювального контуру від нормованої частоти F/F

Основне посилення сигналу здійснюється підсилювачах проміжної частоти (УПЧ). Тракт проміжної частоти, що використовується для створення високої вибірковості при малих розладах щодо меж смуги пропускання .

Для елементів тракту проміжної частоти характерні такі параметри: мала нерівномірність АЧХ, групового часу запізнення та диференціального посилення смуги частот точної корекції; висока ступінь входів і виходів сигналу проміжної частоти прийомопередавальної апаратури.

Потужний підсилювач проміжної частоти (МУПЧ) посилює сигнал потужності, необхідної для нормальної роботизмішувача передавача (СМпер). Модульований сигнал проміжної частоти після посилення змішується в змішувачі з високостабільним коливанням генератора несучої частоти f н. На виході змішувача ПФ виділяється сигнал з частотою передачі f пер. Потім потужність цього сигналу посилюється в підсилювачі НВЧ до необхідного значення. У радіосистемах малої потужності (менше 1 Вт) підсилювач НВЧ може не встановлюватись. Приймач радіоствола (рисунок 6.6) складається з малошумного підсилювача сигналу НВЧ, перетворювача частоти, який входять змішувач приймача (СМпр) і гетеродин приймача, і підсилювача сигналу проміжної частоти.

Особливості трактів проміжної частоти цифрових РРЛ полягають у різних вимогах до смуг пропускання та точної корекції частотних характеристик тракту, а також у підвищеній вимогі до лінійності амплітудної характеристики активних елементів цього тракту.

6.4. Нормування якості зв'язку на РРЛ

Радіорелейні лінії широко використовуються як у регіональних системах, так і для міжнародного зв'язку. Рівень шуму на виході каналу суттєво залежить як від умов поширення радіохвиль та протяжності лінії, так і від її структури, зокрема від кількості перетворень сигналу з виділенням тієї чи іншої групи каналів. Тому, вирішуючи завдання нормування рівня шумів на виході каналів, необхідно орієнтуватися на деяку конкретну протяжність і структуру РРЛ, в якій враховувався б досвід розробки апаратури РРС, проектування та експлуатації РРЛ. Роль таких РРЛ стали відігравати спеціально розроблені гіпотетичні (імовірні) еталонні ланцюги. Структура цих ланцюгів визначається, зокрема, видом повідомлень та способом їх передачі.

На малюнку 6.8,а умовно зображено гіпотетичний еталонний ланцюг, призначений для РРЛ з ЧРК, на яких число каналів ТЧ більше 60. Вказаний ланцюг має довжину 2500 км і складається з 9 однорідних секцій. Структура ланцюга фіксується порядком розміщення вторинних уздовж лінії індивідуальних перетворювачів частоти, первинних та перетворювачів. Як очевидно з малюнка 6.8,а, на зазначених РРЛ допускається лише (крім ОРС) дві станції з виділенням (введенням) індивідуальних каналів і п'ять станцій з виділенням (введенням) 12-канальних (первинних) груп. Усередині секції число ПРС, у яких має місце лише ретрансляція сигналу немає виділення каналів ТЧ чи стандартних груп каналів, не регламентується.

Малюнок 6.8. Структура гіпотетичних ланцюгів МСЕ (МККР) для РРЛ із ЧРК: а) з числом ТФК понад 60; б) з каналами телебачення та мовлення; в) ланцюг ЄАСС для магістральних РРЛ.

На малюнку 6.8 б представлена ​​гіпотетична еталонна ланцюг для РРЛ з каналами телебачення і звукового мовлення. Цей ланцюг складається з трьох ділянок переприймання відповідно за відео- або низькими частотами, тобто містить три модулятори і три демодулятори.

Протяжність деяких магістральних РРЛ до значно перевищує 2500 км. Тому для взаємопов'язаної мережі зв'язку (ВСС) довелося розробити низку нових гіпотетичних ланцюгів. Так, на магістральній мережі як гіпотетичну еталонну РРЛ прийнято ланцюг довжиною 12500 км. Вона складається з 5 ділянок по 2500 км (рисунок 6.8, в), які з'єднані між собою за тональною частотою або відеоспектр. Що стосується організації каналів ТЧ прийнято, кожен однорідний ділянку такого номінального ланцюга складається з 10 секцій протяжністю 250 км. При цьому всередині ділянки не передбачено індивідуальних перетворювачів, а кожна секція починається і закінчується перетворювачем третинної групи.

Для кожного конкретного виду еталонного ланцюга можна визначити допустиме значення потужності шуму або відношення сигнал-шум на виході каналу. Але внаслідок завмирань шуми на виході каналів РРЛ є випадковими нестаціонарними процесами. Тому для шумів у ТФ, ТБ та інших каналах РРЛ вводиться кілька норм, отриманих на основі обробки відповідних статистичних даних, урахування специфіки апаратури та особливостей одержувача повідомлень.

Малюнок 6.9 ілюструє рекомендації МККР для телефонних і телевізійних каналів РРЛ. Так, згідно з цими рекомендаціями прийнято, що в будь-якому телефонному каналі в точці з нульовим відносним рівнем допустимі потужності шуму (Р ш.доп), що вноситься радіорелейним обладнанням лінії, що має протяжність 2500 км і структуру, що відповідає гіпотетичному еталонному ланцюгу, складають наступні величини малюнок 6.9,а): середньохвилинна псофометрична потужність шуму, яка може перевищуватися протягом не більше Т = 20% часу будь-якого місяця, 7500 пВт0, що відповідає 10lg(7500/109) = -51,25 дБ; середньохвилинна псофометрична потужність шуму, яка може перевищуватися протягом не більше Т = 0.1% часу будь-якого місяця, 47500 пВт0 (-43.23 дБ); середня за 5 мс незважена потужність шуму, яка може перевищуватися протягом не більше Т = 0.01% часу будь-якого місяця, 106 пВт0 (-30 дБ). У рекомендацію, що відноситься до 20% часу, включено і потужність перешкод (1000 пВт), обумовлених роботою супутникових систем у загальних з РРЛ смугах частот.

Малюнок 6.9. Нормування потужності шумів та відношення сигнал-шум на виході телефонних (а) та телевізійних (б) каналів

Якщо структура РРЛ довжиною lкм значно відрізняється від еталонної, то допустима середньохвилинна псофометрична потужність шуму (Р ш.доп) у телефонному каналі, яка може перевищуватися протягом не більше 20% часу будь-якого місяця, становить величини: Р ш.доп = (3 l+ 200) пВт0, якщо 50 ≤ l≤ 840 км; Р ш.доп = (3 l+ 400) пВт0, якщо 840 ≤ l≤ 1670 км; Р ш.доп = (3 l+ 600) пВт0, якщо 1670 ≤ l≤ 2500 км.

Для відеоканалів нормується відношення розмаху сигналу зображення до візометричного напруження шуму (U р / U ш). На виході гіпотетичного ланцюга протяжністю 2500 км це відношення (рисунок 6.9,б) може бути менше 61 дБ, 57 дБ і 49 дБ протягом відповідно не більше 20, 1 і 0.1% часу будь-якого місяця (при використанні уніфікованого зважувального фільтра допускається зменшення каналів на 4 дБ і, зокрема, наведені рекомендації на U p /U ш, що відносяться до 20 та 0.1% часу будь-якого місяця знижуються до 57 та 45 дБ відповідно). У цьому враховуються перешкоди всіх джерел, які впливають якість роботи даного каналу. Оскільки випадкові процеси, що становлять усі перешкоди на РРЛ, як внутрішні, і зовнішні, практично завжди можуть вважатися незалежними, потужність перешкод на виході каналу (Р п.вых) зазвичай перебуває підсумовуванням потужності перешкод окремих джерел. Так, для лінії протяжністю 2500 км, псофометрическая потужність перешкод у каналі ТЧ може перевищувати 7500 пВт протягом не більше 20% часу будь-якого місяця, пов'язують з виконанням наступної умови з урахуванням перешкод від ШСЗ дорівнюватиме:

де Р п.г - потужність перехідних перешкод, що вносяться одним комплектом обладнання, за допомогою якого здійснюється переприй по груповому спектру; m – число вузлових станцій на яких здійснюється переприйом по груповому спектру (дві ОРС прирівнюються до однієї УРС); n – число прольотів лінії; Р п.вч i – сумарна потужність перехідних перешкод, обумовлених неідеальністю характеристик елементів ВЧ тракту на i прольоті; Р т i (20%) - потужність (що перевищується протягом не більше 20% часу будь-якого місяця) теплового шуму, що вноситься на i-му прольоті; Р п.м i (20%) – потужність перехідних перешкод, обумовлена ​​перешкодою, що заважає радіоперешкод на i-му прольоті; третій і четвертий доданки (6.9) містять величини, що залежать від часу (у третій доданок крім теплових шумів, потужність яких залежить від зміни потужності сигналу на вході приймача, викликаних завмираннями, входять також і постійні за потужністю компоненти теплового шуму Р т.г і Р т.м).

Теплові шуми, що враховуються при оцінці якості телевізійних каналів, як і в каналах ТЧ, складаються за потужністю. Якщо, наприклад, до уваги приймати потужність шумів, що перевищується протягом не більше 20% часу будь-якого місяця, то

де U т (20%) – ефективна візометрична напруга теплового шуму на виході відеоканалу, що перевищується протягом не більше 20% часу будь-якого місяця; U р - напруга розмаху сигналу зображення; U т.м та U т.г – ефективна візометрична напруга теплового шуму, що вноситься відповідно одним модемом (м) та одним гетеродинним трактом; зазвичай U т.м = 0.14 ... 0.22 мВ, а U т.г = 0.06 ... 0.14 мВ; U т i (20%) – ефективна візометрична напруга (що перевищується протягом не більше 20% часу будь-якого місяця) теплового шуму, що вноситься на i-му прольоті.

6.5. Принципи побудови апаратури з ВРК

На малюнку 6.10 наведено спрощену структурну схему кінцевої станції багатоканальної системи з ВРК . Безперервне повідомлення від кожного з абонентів u 1 (t) … u N (t) через відповідні диференціальні системи ДС 1 … ДС N подаються на входи канальних модульаторів КМ 1 … КМ N . У канальних модуляторах відповідно до повідомлення, що передається, проводяться модуляції імпульсів, наступних через період дискретизації Т д, по одному з параметрів, наприклад, ФІМ. Відповідно до значення безперервного повідомлення, що передається, в момент відліку при ФІМ відбувається зміна положення імпульсу постійної амплітуди і тривалості щодо середини канального інтервалу від +∆t m до – ∆t m . Промодулированные імпульси з виходу КМ, імпульси синхронізації від генератора синхронізації (ГІС), і навіть імпульси датчика службового зв'язку (ДСС), датчика сигналів управління і дзвінків (ДУВ) об'єднуються. В результаті виходить груповий сигнал u гр (t). Для забезпечення роботи канальних модуляторів та додаткових пристроїв послідовності імпульсів з частотою дискретизації F д, зрушені щодо першого каналу на i∆t до, де i номер каналу. Таким чином, моменти початку роботи КМ визначаються імпульсами, що запускають від РК, який визначає моменти підключення до загального широкосмугового каналу відповідного абонента або додаткового пристрою .

Отриманий груповий сигнал u гр (t) подається на вхід регенератора (Р), який додає дискретним сигналамрізних каналів однакові характеристики, наприклад, однакову форму імпульсу. Всі пристрої, призначені для утворення сигналу u гр (t): КМ 1 … КМ N, РК, ГІС, ДУВ, ДСС, Р – входять до апаратури об'єднання сигналів (АТ), яка здійснює об'єднання у часі всіх сигналів та формує груповий сигнал. Далі сигнал може передаватися на наступну станцію по провідних сполучних лініях або за допомогою радіозв'язку.

Малюнок 6.10. Спрощена структурна схема радіорелейної кінцевої станції системи зв'язку з ВРК

На прийомі виділений сигнал u * гр (t) подається на входи всіх канальних демодуляторів КД 1 … КД N та приймачів службового зв'язку (ПСС), управління та виклику (ПУВ).

Канальні демодулятори здійснюють поділ u * гр (t) на окремі канальні сигнали, що являють собою дискретні відліки, та відновлення за цими відрахунками безперервних повідомлень u * 1 (t) … u * N (t), що відповідають поданим на входи КМ в АТ. Для забезпечення тимчасового поділу канальних сигналів необхідно, щоб кожен з КД відкривався по черзі тільки у відповідні даному каналу інтервали часу ∆t до. зв'язку. Для забезпечення правильного поділу каналів РК′, який знаходиться в АР, повинен працювати синхронно та синфазно з РК АТ, що здійснюється за допомогою імпульсів синхронізації (ІС), що виділяються відповідними селекторами (СІС) та блоком синхронізації (БС). Повідомлення з виходів КД надходять до відповідних абонентів через диференціальні системи.

Перешкодостійкість систем передачі з ВРК багато в чому визначається точністю та надійністю роботи системи синхронізації та розподільників каналів, встановлених в апаратурі об'єднання та поділу каналів. Для забезпечення точності роботи системи синхронізації імпульси синхронізації (ІВ) повинні мати параметри, що дозволяють найбільш просто та надійно виділяти їх із послідовності імпульсів групового сигналу u*гр(t). Найбільш доцільним при ФІМ виявилося застосування здвоєних ІВ, для передачі яких виділяють один з канальних інтервалів ∆t до кожного періоду дискретизації Т д (див. рисунок 6.11).

Малюнок 6.11. Груповий сигнал при ВРК із ФІМ

Визначимо кількість каналів, яку можна отримати у системі з ФІМ. На малюнку 6.11 показано послідовність імпульсів при багатоканальній передачі з ФІМ. З малюнка випливає, що

Т д = (2∆τ макс + τ з)N гр, (6.11)

де з - захисний інтервал; ∆τ макс – максимальне усунення (девіація) імпульсів. При цьому вважаємо, що тривалість імпульсів мала в порівнянні з τ з ∆τ макс.

З формули (6.11) отримуємо

;

максимальна девіація імпульсів при заданій кількості каналів

,

приймаємо , тому

. (1.12)

Враховуючи, що при телефонній передачі Т д = 125 мкс, отримаємо при N гр = 6 ∆τ макс = 8 мкс, при N гр = 12 ∆τ макс = 3 мкс і при N гр = 24 ∆τ макс = 1.5 мкс. Перешкодостійкість системи з ФІМ тим вище, що більше ∆τ макс.

Під час передачі сигналів з ФІМ по радіоканалах на другому ступені (в радіопередавачі) може використовуватися амплітудна (АМ) або частотна (ЧМ) модуляція. У системах з ФІМ – АМ зазвичай обмежуються 24 каналами, а більш перешкодостійкій системі ФІМ – ЧС – 48 каналами.

6.6. Методи оцінки перешкод у каналах РРЛ

Як зазначалося раніше, на передачу сигналів РРЛ, як і в усіх радіосистемах, впливають перешкоди зовнішнього і внутрішнього походження. До зовнішніх перешкод відносять космічні та атмосферні шуми, індустріальні перешкоди та сигнали з інших радіосистем. Рівень цих перешкод зазвичай вдається звести до мінімуму за допомогою тих чи інших організаційних заходів (відповідний вибір частот, фільтрація радіосигналів, що заважають, правильне розміщення станцій тощо). Якщо РРЛ працює у діапазоні дециметрових чи сантиметрових хвиль, впливом індустріальних перешкод можна знехтувати.

Особливу увагу при організації РРЛ доводиться приділяти внутрішньосистемним перешкод. До них відносяться флуктуаційні (теплові та дробові) шуми, апаратурні шуми (пульсації напруги живлення, шуми комутації та інші) і специфічні перешкоди, обумовлені спотвореннями широкосмугових сигналів при проходженні через тракти з неідеальними характеристиками. При багатоканальній передачі такі перешкоди проявляються як перехідні. Для зменшення впливу флуктуаційних шумів (зазвичай їх зводять до теплових шумів) доводиться збільшувати "енергетичний потенціал" системи, тобто збільшувати потужність передавачів (при певній заданій середній протяжності прольотів), зменшувати шумову температуру приймачів (наприклад, застосуванням параметричних підсилювачів на вході приймачів), збільшувати коефіцієнт посилення антен тощо. Боротьба з апаратурними шумами ведеться шляхом удосконалення апаратури та порядку її експлуатації.

Теплові шуми у телефонних каналах. При передачі телефонними каналами сигналів в аналоговій формі теплові шуми накопичуються (сумуються за потужністю) у міру проходження сигналу через різні елементи тракту від однієї станції до іншої. Якість телефонного каналу прийнято характеризувати потужністю перешкод точці нульового відносного рівня сигналу на виході ТФ каналу. Ця потужність визначається багатьма доданками.

Шумові властивості всіх блоків лінійної частини приймача до АТ враховуються коефіцієнтом шуму приймача Ш. При цьому повна еквівалентна потужність теплового шуму, віднесеного до входу приймача (за умови узгодження його вхідного опору з опором джерела еквівалентного шуму),

де k - Постійна Больцмана; Т – абсолютна температура довкілля (зазвичай приймають Т=290 К); П е - ефективна смуга шумів приймача, яка зазвичай приймається рівною ширині смуги ∆f п.ч тракту проміжної частоти; Р т.вих - потужність шуму на виході лінійної частини приймача, що має коефіцієнт посилення по потужності, рівний К м. Якщо прийняти, що потужність Р т.вх рівномірно розподілена в смузі П е, то спектральна щільність потужності, що виділяється на опорі 1 Ом,

G т.вх = kТШR вх, (6.14)

Рівень шуму на вході ЧД залежить від рівня сигналу на вході приймача u (t).

На малюнку 6.12а представлена ​​векторна діаграм, з якої видно, що в результаті складання випадкового вектора шуму U т.вх (t), що відображає u т.вх (t), з вектором сигналу U c , що відображає u з (t), утворюється випадковий вектор U ∑ (t), що відображає сумарний сигнал

Малюнок 6.12. Векторне (а) та спектральне (б,в) подання сигналу та теплового шуму на вході (а,б) та виході (в) приймача.

Таким чином, випадкові зміни фази частотно-модульованого сигналу при частотному детектуванні його трансформуються у випадкові зміни амплітуди сигналу, тобто проявляються у вигляді шуму.

Потужність теплового шуму в каналі ТЧ i-му інтерваліРРЛ може бути визначена за формулою:

, (6.16)

де

Коефіцієнт шуму приймача; ∆F до = 3.1 кГц – ширина лінії i-го каналу ТЧ; F до - значення центральної частоти каналу ТЧ у груповому сигналі; ∆f до – ефективна девіація на канал; β пр - коефіцієнт враховує попередні викривлення сигналу; К п – псофометричний коефіцієнт.

У телефонних каналах зазвичай нормується псофометрична (зважена) потужність шуму в точці з нульовим відносним рівнем, в якій середня потужність вимірювального сигналу дорівнює 10 9 пВт 0. Псофометричний коефіцієнт відображає реальне сприйняття різних складових спектру шуму і для каналу ТЧ вибирається рівним 0. ). При вимірюваннях шумів у каналі використовуються псофометричні фільтри для телефонних та мовних та візометричні для телевізійних каналів. Характеристики цих фільтрів наведено на рисунках 6.13 та 6.14 відповідно.

Потужність сигналу на вході приймача Р пр i залежить від параметрів апаратури, умов поширення радіохвилі. Спочатку орієнтуються на конкретну величину Р пр i = Р пр i (20%) - потужність сигналу на вході приймача, яка може зменшуватися протягом не більше 20% часу будь-якого місяця

, (6.17)

де Р пр.св - потужність без урахування впливу умов поширення радіохвиль; V 20% - величина множника ослаблення поля вільного простору, нижче за яку він може бути протягом не більше 20% часу будь-якого місяця спостереження. Зазвичай вибирають V 20% ≈ 0.5. У реальному випадку V змінюється від 0 до 2 в залежності від параметрів тропосфери та виду поверхні Землі. Множник ослаблення показує, наскільки випадок реального поширення радіохвиль відрізняється від ідеального (тобто V = 1).

З урахуванням вищевикладеного можна записати рівняння радіозв'язку, що відображають основні фактори, що впливають на рівень сигналу при його поширенні радіотрасою:

де Р п [Вт] - Потужність передавача; G п, G пр - коефіцієнти передавальної та приймальної антен відповідно; λ – довжина хвилі; R i - Відстань між станціями; η п, η пр – коефіцієнт корисної дії антенно-хвильововодного тракту передавальної та приймальної станції відповідно.

де а АВТ [дБ] - сумарне послаблення сигналу АВТ.

Практикум застосування рівняння радіозв'язку:

Знайти необхідну потужність передавача РРЛ зв'язку, якщо чутливість приймача ПРС, розташованого з відривом R=20 км, дорівнює Рмин=10 -3 мкВт, G пер =G пр =37 дб; f=0.8 ГГц, V=0.7 дБ, η=0.8.

При вирішенні завдань подібного типу необхідно чітко уявляти всі фактори, що впливають на рівень сигналу при його поширенні по радіотрасі (6.18). Під чутливістю приймача мається на увазі той мінімальний рівень сигналу на вході приймача, у якому якість прийому корисного сигналу вважається задовільним. Робоча довжинахвилі пов'язана із частотою радіосигналу через швидкість світла.

Ті самі міркування застосовуйте при вирішенні таких завдань як:

Знайти потужність сигналу на виході приймальної антени РРЛ зв'язку, якщо Рпер=0.5 дБ/Вт, відстань між станціями R=43 км, G пер=3600; G пр = 41 дБ, f пер = 2 ГГц, η пер = η пр = 0.7, V = 0.8

Визначити потужність передавача РРЛ зв'язку, при якій на вході приймача буде місце порогова потужність сигналу, що дорівнює 0.01 мкВт, якщо 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% враховує довготривалий стан тропосфери, при цьому середньохвилинна псофометрическая потужність шуму дорівнює 7500 пВт може перевищуватися протягом не більше t = 20% часу будь-якого місяця.

У той же час на інтервалах РРЛ можуть мати місце глибокі завмирання сигналу через зміну стану тропосфери.

Для більш глибоких завмирань може допускатися більша потужність шуму, але на більш коротких інтервалах часу.

Так, середньохвилинна псофометрична потужність шуму 47500 пВт0 може перевищуватися протягом не більше t = 0.1% часу будь-якого місяця, а середня за 5 мс не зважена потужність шуму 106 пВт0 може перевищуватися протягом не більше t = 0.01% часу будь-якого місяця. Зазначені норми наведені для еталонної лінії завдовжки 2500 км.

У випадку множник ослаблення V(t) інтегрально враховує вплив на процес поширення радіохвиль Землі та тропосфери. V(t) – векторна величина, але у багатьох випадках достатньо знати її модуль

|V(t) | = V(t) = E(t)/E 0 (6.20)

де Е(t) та Е 0 – модулі напруженості електричного поля на вході приймальної антени при поширенні радіохвиль відповідно в реальних умовах (з урахуванням впливу тропосфери та Землі) та у вільному просторі. У випадку V(t) – випадкова функціячасу і, наприклад, V(20%) знаходиться з використанням деяких статичних даних.

Через неоднорідності тропосфери радіохвилі поширюються в ній по криволінійній траєкторії, що отримало назву тропосферної рефракції. Електричні властивості тропосфери характеризуються ступенем зміни діелектричної проникності повітря за висотою та визначаються градієнтом діелектричної проникності.

В основі методу розрахунку трас РРЛ лежить побудова профілів прольотів.

Профілем прольотуназивається вертикальний розріз місцевості між двома сусідніми радіорелейними станціями з урахуванням лісу, будівель та особливостей рельєфу. Приклад такого профілю показаний на малюнку 6.15. При цьому як визначальний параметр вибирається величина просвіту (зазору) Нміж лінією "прямої видимості" АВ, що з'єднує центри антен, та найближчою до неї (по вертикалі) точкою перешкоди С (на малюнку 6.15 зображено варіант профілю з однією перешкодою; у спеціальних посібниках з розрахунку та проектування РРЛ розглядаються також профілі, коли в мінімальну область простору потрапляє кілька перешкод). Просвіт Н вважається позитивним, якщо лінія АВ проходить вище за перешкоди, і негативним, якщо ця лінія перетинає профіль прольоту.

Механізм поширення радіохвиль на ділянці від передавальної антени (вважатимемо, що вона встановлена ​​в точці А, малюнок 6.15) до приймальної антени (у точці В) істотно залежить від величини просвіту Н, що, природно, накладає відбиток і на методику розрахунку, зокрема , множника ослаблення V. При цьому можна виділити три основні групи прольотів(Для деякого фіксованого стану тропосфери):

1. відкриті, коли Н ≥ Н 0;

2. напіввідкриті, коли Н 0 > Н ≥ 0;

3. закриті, коли Н< 0.

Через Н 0 тут позначено критичний просвіт, при якому в точці прийому векторна сума напруженості поля прямого та відбитого сигналів дорівнює напруженості поля у вільному просторі (V = 1). У загальному випадку

, (6.21)

де до 1 = R 1 / R - Відносна координата точки перешкоди С.

Профіль прольоту дозволяє врахувати вплив кривизни земної поверхні на процес поширення радіохвиль. Зокрема, за допомогою профілю можна отримати уявлення про відображення радіохвиль від Землі. Але загалом характер передачі сигналів дільниці АВ буде дуже наближеним, а то й врахувати впливу тропосфери. При цьому, перш за все, доводиться зважати на рефракцією радіохвиль, тобто викривленням траєкторії хвиль (АВ малюнку 6.15), обумовленим неоднорідним будовою тропосфери. Основну роль тут грає неоднорідність тропосфери у вертикальній площині. Рефракцію враховують тим, що величину просвіту над визначальними точками (на малюнку 6.15 – точка З) вноситься поправка

Таким чином, залежна від g величина просвіту H(g) = H + ∆H(g).

При зміні метеорологічних умов на прольоті змінюються величини g і H(g), що може призвести до різких коливань множника ослаблення, а отже, і сигналу рівня на вході приймача. На відкритих прольотах (Н ≥ Н 0) напруженість поля в точці прийому визначається в основному інтерференцією прямої та відбитих від земної поверхні хвиль. У разі однієї відбитої хвилі (як малюнку 6.5.4) множник ослаблення реальних умов можна у вигляді

де | Ф | – модуль коефіцієнта відбиття від земної поверхні, а

– відносний (нормований) просвіт. З (6.5.11) випливає, що за p(g)≥1 максимальні значеннямножники ослаблення чергуються з мінімальними (рисунок 6.16).

Малюнок 6.16. Залежність множника ослаблення V від відносного просвіту p(g) та параметра μ.

На напіввідкритих та закритих прольотах, де 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

де α = ∆y/H 0 = 1, ℓ = r/R, 1 =R 1 /R.

Як видно з рисунку 6.16, множник ослаблення V може змінюватись у широких межах. Для оцінки стійкості зв'язку необхідно знати мінімально допустиме значення множника ослаблення V i min кожному i-м прольоті. Під V i min розуміється таке значення V i при якому сумарна потужність перешкод (P п.вих) або відношення (U т / U p) 2 в каналі на кінці лінії рівні максимально допустимим значенням P п.вих max або (U т / U p) 2 max , що визначається відповідними рекомендаціями для малих відсотків часу.

В кінцевому рахунку розрахунок зводиться до визначення відсотка часу, протягом якого на виході каналу сумарна потужність шумів може бути максимально допустимою (Р шт.max). На прольоті ця умова відповідає ймовірності того, що множник ослаблення буде меншим за мінімальний. допустимого значення T(V

де n – кількість інтервалів; Т 0 (V за рахунок екрануючої дії перешкоди; ∑Т п (V за рахунок інтерференції прямої хвилі та хвилі, відбитої від поверхні Землі; Т тр (V за рахунок інтерференції прямої хвилі та хвилі, відбитої від шаруватих неоднорідностей у тропосфері; Т д (V за рахунок ослаблення радіохвилі в опадах.

Для телефонного ствола на j-му інтервалі

, (6.27)

де М тф [пВт0/км 2] - Параметр, що характеризує апаратуру телефонного ствола. Більш детально про порядок розрахунку стійкості РРЛ для 0.1% та 0.01% часу дивіться

Перехідні перешкоди, що вносяться до телефону груповим трактом.Ці перешкоди зумовлені нелінійністю амплітудних характеристик пристроїв групового тракту (підсилювачів, модуляторів, демодуляторів тощо). Ці перешкоди можна розрахувати за такою формулою:

ПВт, (6.28)

де ∆F до = 3.1 кГц – ширина телефонного каналу; F в F н - верхня і нижня частот групового сигналу; Р ср - середня потужність багатоканального повідомлення; y 2 (δ), y 3 (δ) –коефіцієнти, що враховують розподіл потужності нелінійних шумів у груповому спектрі за 2-ою та 3-ою гармоніками відповідно, де δ = (F-F н)/(F -F н), а F – деяка частота у груповому спектрі, у сфері якої визначаються шуми. Графіки y 2 (δ) та y 3 (δ) для різних значень β=F в /F н наведено на малюнку 6.5.6.

Малюнок 6.17. Графіки залежностей y 2 (δ), y 3 (δ), а 2 (δ) та а 3 (δ)

а 2 (δ), а 3 (δ) – поправочні коефіцієнти, що враховують перерозподіл шумів у груповому спектрі через запровадження попередніх викривлень (рисунок 1.17,в). До 2к (δ), До 3к (δ) – коефіцієнти нелінійності по 2-й та 3-й гармоніках елементів групового тракту виміряні при вимірювальному рівні.

Перехідні перешкоди через нерівномірність амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) та групового часу запізнення (ГВЗ) елементів ВЧ тракту. Ці шуми можуть бути розраховані за формулою:

пВт, (6.29)

де , – коефіцієнти, що враховують нерівномірність ГВЗ: (∆τ +) – при відхиленні частоти ЧС-сигналу від ω 0 на +∆ω і (∆τ -) – на -∆ω; F до – частота області якої оцінюються шуми.

Контрольні питання:

1. Поясніть принципи організації зв'язку за допомогою прямої видимості РРЛ.
2. Від чого залежить протяжність між сусідніми станціями (дайте всебічну, розгорнуту відповідь)?
3. Яке призначення кінцевих проміжних та вузлових радіорелейних станцій?
4. Яким є призначення системи телеобслуговування РРЛ.
5. Що таке активна ретрансляція сигналів
6. Класифікуйте цифрові радіорелейні лінії прямої видимості.
7. Чому радіосигнали НВЧ передаються лише межах прямої видимості.
8. Перелічіть внутрішньосистемні перешкоди РРЛ.
9. Дайте визначення радіосистемі передачі РСП. Наведіть структурну схему багатоканальної РСП.
10. Поясніть принцип організації багатостовбурної РРЛ.
11. Як забезпечити мінімум внутрішньосистемних перешкод без значного розширення частотних інтервалів між стволами?
12. Навіщо служить фільтр поглинання в АФТ?
13. Наведіть схему кінцевої приймальної станції. Поясніть призначення всіх блоків.
14. За яким принципом вибираються значення частот для радіорелейних станцій.
15. Яке призначення системи РАСТ.
16. Що входить до складу радіоствола?
17. Чим відрізняється телефонний радіоствол від телевізійного?
18. Чим склад обладнання ПРС відрізняється від УРС.
19. Чому дорівнює повна еквівалентна потужність теплового шуму, що віднесений до входу приймача.
20. Поясніть необхідність застосування амплітуд обмежувача при прийомі сигналів з частотною модуляцією.
21. Яку функцію виконує контур?
22. Від яких чинників залежить смуга пропускання сигналів із частотною модуляцією?
23. Які параметри РРЛ визначає гіпотетичний ланцюг МСЕ?
24. Які характеристики нормуються під час передачі сигналів телебачення?
25. Які види шумів можуть бути присутніми у каналі ТЧ?
26. Яким чином якість передачі сигналів впливає нерівномірність характеристики ГВЗ?
27. Яку функцію виконують змішувачі приймача та передавача?
28. Що зміниться у схемі (Малюнок 6.6) при застосуванні багатоствольної системи передачі?
29. Що означає термін "частота нульових викривлень"?
30. Дайте визначення профілю прольоту.
31. З якою метою будується умовний нульовий рівень?
32. Яким чином рефракція може вплинути на тип прольоту?
33. У якому разі тропосфера вважається однорідною?
34. Як ви знаєте значення терміна "завмирання радіосигналу"?
35. Що показує величина множника ослаблення поля вільного простору?
36. Чи можливий радіозв'язок у разі закритого прольоту?
37. Які фактори можуть змінити рівень сигналу на вході?
38. Поясніть роботу схеми кінцевої станції системи зв'язку з ВРК.
39. Чим пояснити малий обсяг інформації в системах з ФІМ – АМ та ФІМ – ЧС?
40. Порівняйте перешкодостійкість систем ЧРК-ЧМ та ФІМ-ЧМ.

Вітчизняної радіорелейної промисловості понад 50 років. За час свого розвитку галузь вийшла на очікувані позиції. Сьогодні радіорелейні канали (РРЛ) чудово зарекомендували себе у забезпеченні віддалених районів з низькою інфраструктурою, охопленні великих просторів та місцевостей зі складною структурою геології. До помітних відмінностей від провідної технології додався нижчий бюджет оснащення.

Радіорелейний зв'язок відноситься до бездротових каналів зв'язку, але їх не потрібно плутати з відомим WI-FI. Відмінності такі:

• У РРЛ створюються резервні канали та застосовується агрегування. Теоретично, поняття дальності зв'язку до радіорелейних станцій не застосовується, оскільки відстань ретрансляції залежить кількості вишок;
• Висока пропускна здатність;
• Робота у повному канальному дуплексі;
• Використання власних (локальних) діапазонів та високоефективних модуляцій.

Застосування радіорелейних ліній зв'язку

Радіорелейні лінії зв'язку знаходять широке застосування у різних галузях промисловості. Загалом бездротові канали замінюють дротові мережі багатоканального телефонного зв'язку. Лідером протяжності радіорелейних ліній зв'язку залишається Киргизія. Використання РРЛ обумовлено переважанням гірського рельєфу по всій території Республіки. Другим напрямком оснащення сучасними лініями передачі залишається телебачення. Враховуючи те, що середній радіус поширення мовлення становить 100 кілометрів, федеральні канали все частіше освоюють будівництво так званих безпрограмних телецентрів.

Бездротовий зв'язок РРЛ активно використовується провайдерами Інтернету, стільниковими операторами. Відомо застосування радіорелейних каналів для організації корпоративного зв'язку. Зважаючи на більший ніж у WI-FI бюджет і необхідність отримання ліцензії, РЛЛ залишається недоступним для малого та середнього бізнесу, приватних осіб. Термін служби обладнання сягає 30 років з огляду на те, що комплекси можуть працювати навіть у суворих умовах клімату.

Традиційні РРЛ магістрального типу поступово переходить у сегмент міських ліній, поступаючись місцем оптоволоконним лініям. Однак такі кроки потребують узгодження бюджету проекту. Безумовним залишається застосування РРЛ у північних, малозаселених районах, де немає потреби у прогнозуванні трафіку.

У практиці розгортання РРЛ сьогодні використовуються два типи технології. Перший – PDH – плезіохронна цифрова ієрархія. За такої організації передачі сигналу забезпечується швидкість в режимах 32 каналів або мультиплексування на швидкості від 2 до 139 Мбіт на секунду. Вважається застарілою технологією радіорелейного зв'язку. На зміну попередньому поколінню прийшов стандарт SDH. Ієрархія цифрової синхронізації забезпечує більш стійкі канали зв'язку за допомогою транспортних модулів STM. Швидкість потоків у цьому діапазоні варіюється від 155 Мбіт на секунду до 160 Гбіт. За твердженнями розробників стандарту, швидкість передачі даних сумісної з PDH технології може бути вищою.

У практиці застосування РРЛ-мереж використовується кілька варіантів розгортання. Найпопулярніший сценарій розміщення станцій – покрокове розміщення вишок на маршруті обладнання. Застосування технології hop-by-hop забезпечує можливість оперативного внесення змін до чинних конфігурацій або модернізації застарілого обладнання.

Принцип побудови, обладнання, що використовується

Основними компонентами, що забезпечують передачу сигналів великі відстані, є радіорелейні лінії прямої видимості. У їх завдання входить забезпечення сталого зв'язку під час передачі до споживача повідомлень у цифровому форматі, мовлення телебачення та звукових ефірів. До складу хвильового спектру входять діапазони сантиметрових та дециметрових хвиль.

У діапазонах прямої видимості не спостерігаються перешкоди атмосферного і техногенного походження. Відстань між найближчими станціями, що працюють у ширині діапазону 30 ГГц є розрахунковим, залежить від висоти вишок і рельєфу біля розміщення.

Для передачі на одній частоті чи дуплексі використовується комплекс апаратури. Це радіоствол (канал з широкою пропускною здатністю), телефонний ствол і ТВ ствол, призначені для передачі сигналів відповідного типу. Топологія побудови комплексу обладнання представлена ​​трирівневою системою:

Радіорелейний зв'язок знайшла широке застосування у галузях народного господарства. Принцип ретрансляції активно використовується для організації та побудови локальних мереж великих корпорацій. Надійність і достовірність сигналів, що передаються, застосовується для управління військами та організації комерційного зв'язку.

Переваги технології РРЛ успішно впроваджуються в інфраструктуру виробництв, які мають велику кількість віддалених об'єктів. Це аеропорти, залізничні та морські міністерства сполучень. Єдиним недоліком, який залишається відчутним при зведенні систем передачі даних, залишається необхідність забезпечення прямої видимості між ретрансляторами. Ця вимога ставить цілу низку умов перед службами технічного оснащення, підвищує бюджет проекту за рахунок збільшення числа проміжних станцій.

Для сучасного стану суспільства характерна безперервно зростаюча потреба у використанні систем передачі. Незважаючи на величезний прогрес у сфері телекомунікацій - як щодо розвитку нових технологій у галузі зв'язку, так і за обсягом зв'язкових систем, зросли й об'єктивні перешкоди для подальшого розвитку. Тіснота як у приватних діапазонах, так і в просторі призвела до зростання взаємних перешкод між функціонуючими радіосистемами. Для вирішення проблеми електромагнітної сумісності здійснюється міжнародне та внутрішньодержавне регулювання радіозв'язку. Рішення йде, зокрема, шляхом звуження діаграм спрямованості антенних систем, обмеження випромінюваної потужності. Це дозволяє здійснити просторове рознесення радіосистем, обмежити їх використання локальними територіями. Однак цей ресурс не безмежний.

Регламентація режимів роботи радіосистем дозволяє використовувати їх на обмеженій території в одному частотному проміжку. Але при цьому накладається обмеження на інформаційні можливості радіосигем.

При зростанні числа користувачів зростає необхідна смуга частот, що досягає десятка мегагерц. Навіть у ВЧ-діапазонс його загальна смуга становить 27 МГц. Наявність звукового мовлення у цих діапазонах робить нереальним розвиток радіозв'язку з цих частот. Використання цих діапазонів для обміну телевізійними програмами, кожної з яких потрібна смуга 6,5 МГц (і це без урахування захисного інтервалу), також неможливо. Отже, перехід до УВЧ-, НВЧ- та КВЧ-діапазонів спричинений об'єктивними потребами в обміні інформацією.

Однак, як наголошувалося в підрозділ. 6.1.1 електромагнітні коливання цих частот поширюються тільки по прямій і, отже, приймальна та передавальні антени повинні знаходитися в межах геометричної видимості, без урахування дифракції, що збільшує радіогоризонт порівняно з видимим на 14%. Природно рішення збільшувати дальність передачі інформації послідовною ретрансляцією сигналів, що передаються - цей спосіб зв'язку носить назву «радіорелейний зв'язок» (рис. 11.12).

Мал. 6.12.

Кінцеві (ОС) та проміжні (ПС) радіостанції знаходяться в межах прямої видимості. У лінії здійснюється, як правило, дуплексний (двосторонній) радіозв'язок. Очевидно, що обмеження дальності поширення радіохвиль, починаючи з УВЧ-діапазону і вище, прямою видимістю, з одного боку, недолік - необхідно використовувати додаткову ретрансляційну апаратуру, а, з іншого боку, гідність - з урахуванням спрямованого випромінювання можна на обмеженій території використовувати однакові частоти .

Радіорелейні лінії використовуються там, де це економічно виправдано, наприклад, для організації зв'язку на обмежений час або у складних умовах – рельєф, болотиста місцевість тощо.

Спрощена функціональна схема радіорелейної лінії представлена ​​на рис. 6.13.

Мал. 6.13.

Кінцеві радіостанції включають передавальну і приймальну частини. Джерела інформації (ІІ) об'єднані схемою ущільнення інформації (СУІ), що формує груповий сигнал, що надходить на вхід передавача (ІД). Проміжні радіостанції приймають та передають далі радіосигнал, який піддається відновленню з метою збереження необхідної якості зв'язку. Таких проміжних радіостанцій може бути декілька, залежно від рельєфу місцевості та протяжності радіорелейної лінії. На проміжній станції може бути передбачений відбір і додавання інформації, гем самим лінія перетворюється на сегь і місце розташування проміжної станції прив'язується до джерел та одержувачів інформації. На кінцевій радіостанції, крім прийому, здійснюється поділ групового сигналу на складові схемою поділу інформації (СРІ) та передача відповідним одержувачам інформації (ПІ).

Абсолютно аналогічно виглядає і образний канал. Згадане тут формування групового сигналу та його подальший поділ далі буде розглянуто в окремому розділі. Цей метод загальний і застосовується з метою раціональнішого використання передавальних, приймальних і антенних пристроїв, а також конструкцій - вишок, будівель, що входять в систему.

Окремо стоїть питання зниження рівня внутрішньосистемних перешкод. Для вирішення цієї проблеми і вживається низка заходів (рис. 6.14).

Мал. 6.14.

Робота на прийом та передачу ведеться на різних частотах та поляризаціях. Це дозволяє виключити в межах ОС і ПС попадання сигналу, що випромінюється, на вхід приймача. Крім того, здійснюється зміна несучих частот по лінії. Додатково передбачено, щоб станції нс розташовувалися по прямій з метою запобігання попаданню сигналу передавача, розташованого через одну станцію, на вхід приймача одночасно із сигналом сусідньої станції. Інформаційні потоки групуються в радіочастотні канали та утворюють стовбури радіорелейної лінії (РРЛ) та їх може бути декілька, тому зображені на рис. 6.13 та 6.14 схеми є спрощеними, що пояснюють лише принцип побудови РРЛ.

Відстань між станціями визначається прямою видимістю. Будемо для простоти вважати рельєф місцевості рівним, без пагорбів і западин.

На рис. 6. 15 позначено:- радіус Землі(R y = 6370 км);/;,іh 2 -висота підйому антен Л, іА 2над землею. Лінія прямої видимості, рівна Л +d2 майже стосується поверхні Землі. Врахуємо трохи /?, Іh 2порівняно з /? 3 і визначимо відстань між антенами Д рівнуd) + d 2

Мал. 6.15.

Так як f2R= 3500 м, приймемо з урахуванням деякого обгинання поверхні Землі радіохвилями:

(Dвимірюється в кілометрах, А, і / г - в метрах). Якщо рахувати /г, « /г, «25, то D = 40 км. Як правило, величину підйому антен з метою зменшення вартості щогл не роблять більше 40 м D= 40 – 60 км. При проектуванні враховують рельєф і наскільки можна антенні щогли встановлюють на піднесеннях.

У PPJI використовують частоти області 4 і 6 ГГц. Це дозволяє отримати досить широку смугу частот і, отже, забезпечити високу пропускну здатність. У той самий час вплив опадів на т расе несуттєво впливає поглинання електромагнітних хвиль у атмосфері.

Насправді в діапазоні 6 ГГц виділяють смугу частот 500 МГц, у якій формують 16 каналів - по 8 у кожному напрямі, тобто. 8 стволів. Використання вертикальної та горизонтальної поляризацій дозволяє однією антеною здійснювати прийом та передачу радіосигналів. Але це можливо при невеликій кількості стовбурів.