Реферат: Радиорелейная связь
ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ СВЯЗИ.
Одним из главных условий совершенствования иукрепления материально-технической базы общества является наличиеразветвленной, технически совершенной связи. В нашей стране для этого создаетсяЕдиная автоматизированная сеть связи ЕАСС. Важную роль в развитии ЕАСС имеютсредства радиосвязи: радиорелейные, тропосферные и спутниковые.
Изучение распространения ультракоротких (метровых)радиоволн в нашей стране началось в 1926 г. Под руководством академика Б. А.Введенского, а первые линии связи на метровых волнах появились в 1932… 1934гг. В 1946 г. в Киргизии была организована радиорелейная линия протяженностью250 км.
Развитие многоканальной радиорелейной связиотносится к началу 40-х годов, когда появляются первые 12-канальные радиолинии,использующие тот же, что и для кабельных линий, способ частотного разделенияканалов и ту же каналообразующую аппаратуру, а также частотную модуляциюсигнала.
В начале 50-х годов появилось сразу несколько типовотечественной аппаратуры РРЛ («Стрела», Р-60/120, Р-600). В дальнейшем на сетисвязи страны появились радиорелейные системы прямой видимости РРСП «Рассвет»,«Восход», КУРС (комплекс унифицированных радиорелейных систем),«Электроника-связь» и др. Общая протяженность РРЛ, эксплуатируемых в народномхозяйстве СССР, составляет более 100 тысяч км.
Освоение природных богатств Дальнего Востока иСибири потребовало резкого увеличения протяженности ретрансляционных участковРРЛ для обеспечения связью труднодоступных и отдаленных районов нашей страны.Для создания линий связи, удовлетворяющих этим требованиям, был использованоткрытый в начале 50-х годов эффект дальнего тропосферного распространения ДТРдециметровых и сантиметровых радиоволн. Используя ДТР, удалось создать новыйтип тропосферных радиорелейных систем передачи ТРСП с расстояниями междусоседними станциями 150… 300, а в отдельных случаях и 600… 800 км. К 1965г. в мире эксплуатировалось уже более 100 тысяч км. Тропосферных линий. ВСоветском Союзе было создано несколько типов ТРСП «Горизонт-М», ТР-120/ДТР-12 идр.
Развитие космической техники, пионерами созданиякоторой являлись такие советские ученые, как академики С. П. Королев и М. В.Келдыш, позволило создать спутниковые системы передачи ССП. В 1965 г. вступилав строй первая советская спутниковая система, использующая ИСЗ «Молния-1» ипредназначенная для передачи сигналов многоканальной телефонии и телевидения. Впоследующие годы были созданы ССП, использующие ИСЗ «Молния-2», «Молния-3», «Экран», «Радуга», «Горизонт» и др.
Спутниковые системы передачи позволяют (совместно сРРСП) обеспечить более 90% населения нашей страны одной телевизионнойпрограммой и около 75% двумя и более.
Построение системы передачи зависит от многихфакторов, таких как вид сообщения, критерии качества передачи сигнала,стоимости и т. д. Обычно при проектировании системы передачи информациипредполагается заданным вид сообщения, а также корреспондирующие пункты. Уже напервом этапе проектирования должен быть сделан выбор наиболее подходящейсистемы, удовлетворяющей требованиям к пропускной способности, качествупередачи и дальности связи и учитывающей соображения социально-экономическогохарактера.
Основным критерием выбора системы передачи являетсяэкономическая эффективность, определяемая капитальными затратами иэксплуатационными расходами. При окончательном выборе учитывают и такиепоказатели, как надежность передачи информации по каналам, продолжительностьдействия и скорость внедрения системы, повышение производительности труда,расход электроэнергии (особенно при отсутствии централизованногоэнергоснабжения) и т. д. Так, для определения экономической эффективностизатраты на строительство и эксплуатацию РРСП целесообразно сравнить ссоответствующими затратами при использовании симметричного коаксиальногокабелей. Для многоканальных систем необходимо учитывать также: как этизатраты уменьшаются с увеличением числа каналов.
Расчеты показывают, что удельные затраты с ростомчисла каналов (свыше 60) убывают для радиорелейных систем быстрее, чем длякабельных. Это объясняется тем, что на кабельных линиях увеличение числаканалов связано с переходом от симметричного к более дорогому коаксиальномукабелю или с прокладкой дополнительных пар кабеля или сооружением усилительныхустройств, т. е. с существенными дополнительными затратами. Увеличение числаканалов на РРСП приводит лишь к незначительному удорожанию аппаратуры. Крометого, существенное увеличение числа каналов на РРСП можно получить, еслиувеличивать число рабочих стволов, при этом основные сооружения (техническиездания, антенные опоры) остаются прежними, а удельные затраты наканало-километр резко сокращаются. Стоимость эксплуатации РРСП с числом каналоввыше 60 ниже, чем кабельных, кроме того, меньше расход цветных металлов, строительство требует меньше времени. Это определяет широкое распространениетаких РРСП при сооружении временных линий, линий связи с подвижными объектами.
Все это, однако, не означает, что везде и во всехслучаях должны использоваться радиорелейные, а не кабельные линии или другие,например спутниковые. Каждый вид линий связи имеет свои преимущества. Кабельныелинии, например, проще в эксплуатации и обеспечивают относительную скрытностьсвязи, линии дальнего тропосферного распространения волн позволяют значительноувеличить расстояние между соседними ретрансляционными станциями, что выгоднопри сооружении систем связи в отдаленных и труднодоступных районах страны.Спутниковые системы передачи наиболее экономичны при создании распределительныхсетей (передаче центрального радиовещания, телевидения, фотогазет) и прибольших расстояниях между корреспондентами.
Системы связи на декаметровых волнах используют чаще всего в радиовещании, однако, несмотря на развитие других средств, они не потеряли своего значения и для связи, особенно там, где не требуются мощные пучки каналов и экономически целесообразно иметь всего телефонный илителекодовый канал. Наиболее трудным для исследователя при построении конкретной оптимальной системы передачи является выбор критериев, посколькудолжны быть оценены не только все наиболее существенные параметры, в том числеи стоимость, но и трудно описываемый математически социально-экономическийкритерий. Причем решение, дающее наилучший эффект по одному из критериев, чащевсего не обеспечивают его по другим. Более того, в процессе разработки системыпередачи (длящемуся иногда более 4… 5 лет) выбранные критерии могутпретерпевать такие изменения, что система, оптимальная в момент начала разработки,становится неоптимальной (по тем же критериям!) в конце.
Развитие техники и централизация управления породилимножество важнейших задач, для решения которых необходима быстрая и точнаяреакция на события, происходящие географически удаленных районах. К такимзадачам, например, относят управление движением самолетов и искусственныхспутников Земли, сбор и обработку информации в больших системах и др. Решениеэтих задач увеличивает технические требования к системам передачи и определяет ускоренное развитие всех средств связи. Как отмечал еще академик А. А.Харкевич, количество информации растет примерно пропорционально квадратупромышленного потенциала, удваиваясь за 5… 10 лет. Быстрота и многоальтернативность процесса принятия решений диктует необходимость использованиябыстродействующих электронных цифровых вычислительных машин. Создание систем,предназначенных для связи ЭВМ друг с другом, породило новые, более жесткиетребования к качеству передачи и увеличило без того быстро растущий объем передаваемой информации. Требования уменьшить потери достоверности до 10… 10и увеличить скорость передачи информации до сотен мегабит в секунду уже сегодня не является чрезмерным.
Передача в одном стволе радиорелейной илиспутниковой линии связи тысяч, а в ближайшем будущем десятков тысяч,высококачественных ТЧ сигналов потребовала уменьшить все возможные видыискажений до фантастически малых значений. Например, коэффициент нелинейныхискажений в модемах и групповых трактах таких линий исчисляется тысячнымидолями процента, а неравномерность группового времени запаздывания в полосе 30… 40 МГц – единицами и даже долями наносекунды. Такое повышение требованийможет быть удовлетворено только совместным совершенствованием техническихсредств передачи информации и теоретических исследований.
К задачам, требующим теоретических исследований, относятся:
экономически и технически целесообразноераспределение трудностей, возникающих при выполнении столь высоких требованиймежду оконечным канальным оборудованием (сложными кодирующими устройствами) иоборудованием тракта передачи (приемопередающими антеннами, аппаратурой и т.д.);
нахождение таких методов передачи и кодирования,которые в условиях воздействия аддитивных и мультипликативных помех приближалибы скорость передачи информации и ее точность к соотношениям, следующим изизвестной теоремы Шеннона (при сохранении разумной сложности оборудования).
Совершенствование технических средств передачиинформации идет в основном двумя путями.
Во-первых, это исследования и разработка новыхканалов передачи информации, основанных на новых физических принципах:использование эффекта дальнего тропосферного распространения, освоение новыхдиапазонов волн, включая оптический, разработка и волоконно-оптическихсветоводов, разработка и внедрение спутников Земли – носителейретрансляционного оборудования.
Во-вторых, совершенствование аппаратуры,обеспечивающей передачу и обработку информации: использование новых изделийэлектронной промышленности – интегральных схем, транзисторов, способныхфункционировать на все более высоких частотах, в частности, использующих новыефизические процессы; создание на базе микропроцессоров оконечного оборудованиядля приема и обработки дискретной информации, которое путем динамическогопрограммирования ЭВМ может обеспечить, например, изменение скорости или дажеспособа передачи в соответствии с изменением условий в канале связи.
На современном этапе развития сеть связи нельзярассматривать только как совокупность отдельных устройств (оконечногооборудования, модемов, радиоканала). Нужен новый, более общий подход,позволяющий синтезировать наиболее экономичные и надежные сети с учетомреальных возможностей усложнения этих устройств. Следует ожидать усложненияоконечного оборудования, позволяющего выполнять операции кодирования иавтоматического управления передачи информации. При созданииинтегрально-цифровой сети связи следует ожидать еще большего изменениясоотношения их стоимости. В ближайшее десятилетие ожидается постепенный переходк передаче информации в цифровом виде, однако по крайней мере 10… 15 летаналоговые системы останутся основными при передаче сигналов телевидения и телефонии.
ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОРЕЛЕЙНЫХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИПРЯМОЙ ВИДИМОСТИ.
Радиосистема передачи, в которой сигналыэлектросвязи передаются с помощью наземных ретрансляционных станций, называетсярадиорелейной системой передачи РРСП. Цепочка радиорелейных станций образуетрадиорелейную линию связи РРЛС. Сигналы от первой станции принимаются второй,усиливаются и передаются далее к третьей станции, там вновь усиливаются ипередаются к четвертой станции и т. д.
Станции, устанавливаемые на конечных пунктах РРЛС ипредназначенные для введения и выделения передаваемых сигналов электросвязи,называются оконечными радиорелейными станциями ОРС, станции ретрансляцииназываются промежуточными радиорелейными станциями ПРС. На отдельных станцияхосуществляется ответвление части сигналов для передачи в другом направленииили частичное выделение сигналов для передачи потребителям. Такие станцииназываются узловыми радиорелейными станциями УРС.
Аппаратура РРСП состоит из каналообразующейаппаратуры КОА, радиопередатчиков, радиоприемников и антенно-фидерных трактов.Один приемопередающий комплекс обычно может пропустить несколько сотен, а вряде случаев и тысяч телефонных сигналов, или один телевизионный. В техслучаях, когда РРСП предназначена для передачи большего числа сигналов, онаобразуется несколькими приемопередающими комплексами, работающими в одномнаправлении на различных частотах. Каждый из таких комплексовсверхвысокочастотных приемопередатчиков принято называть стволом.
На ОРС с помощью КОА формируется группой сигнал изнескольких исходных сигналов. Он является модулирующим для несущей частоты f1.Модулированный радиосигнал с выхода радиопередатчика черезразделительно-полосовой фильтр РПФ подводится к антенне и излучается в сторонуближайшей РПС. Без РПФ обойтись нельзя, так как на одну антенну, как правило,работают одновременно несколько радиопередатчиков разных стволов.
Радиосигнал, принятый антенной ПРС, вновь поступаетна РПФ, который теперь выполняет функцию распределения сигналов каждогорадиопередатчика на вход «своего» радиоприемник. Радиосигнал, пройдя РПФ,усиливается в радиоприемнике и радиопередатчике. При этом осуществляетсяпреобразование частоты радиосигнала f1 в частоту f2. Послепреобразования радиосигнал излучается антенной в направлении следующей станции.На УРС между радиоприемниками и радиопередатчиками включается КОА, позволяющаявыделить или дополнительно ввести часть сигналов.
Процесс приема радиосигналов на ОРС не отличается отрассмотренного на ПРС или УРС. С выхода радиоприемника групповой сигналпоступает на вход каналообразующей аппаратуры, которая осуществляет разделениесигналов для соответствующих потребителей. Ими обычно являются междугороднаятелефонная станция, телецентр, междугородная вещательная аппаратная.
По пропускной способности различаютследующие РРЛС: многоканальные, с числом каналов ТЧ свыше 300; средней емкости– от 60 до 300 каналов ТЧ; малоканальные – меньше 60 каналов ТЧ.По области примененияРРЛС делятся на магистральные, протяженностью 10… 12 тысяч км, зоновые –республиканского и областного значения, местные. Магистральные РРЛС являютсямногоканальными, зоновые имеют среднюю емкость, а местные – малоканальные.По способу разделенияканалов РРЛС могут быть с частотным и временным разделением каналов, а подиапазону используемых частот – дециметрового, сантиметрового и миллиметровогодиапазонов. РАДИОРЕЛЕЙНЫЕСИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИПРЯМОЙВИДИМОСТИ Чтобы обеспечить радиорелейнуюсвязь в пределах прямой видимости, необходимо поднять антенны над уровнем землина башнях или мачтах. Высоты антенных опор в зависимости от длины и профилякаждого пролета между соседними станциями могут достигать 100… 120 м. Когдастанция расположена на естественной возвышенности, антенны могут бытьустановлены на крыше здания, в котором находится приемопередающая аппаратура.Длина пролета между соседними РРС обычно 30… 70км. В диапазонах частот выше 8 ГГц это значение может уменьшаться с повышениемчастоты. В отдельных случаях длина может быть уменьшена до 20… 30 км из-занеобходимости размещения РРС в заданном пункте, а также когда на трассе РРЛимеется препятствия.
Коэффициент усиления ретранслятора ПРС с учетомзапаса на замирания сигнала составляет 160… 200 дБ (при коэффициентеусиления каждой из двух антенн 30 ...46 дБ). Мощность передатчика РРС 0,3…10 Вт, коэффициент шума приемника 7 ...10 дБ (в варианте с малошумящимусилителем 3… 5 дБ). Наибольшее распространение получили магистральные РРСПв диапазонах частот 4 и 6 ГГц и внутризоновые в диапазонах 2 и 8 ГГц.Магистральные РРСП – многовольтные, число дуплексных радиостволов, организуемыхна участке РРЛ, в одном диапазоне частот достигает восьми. Для автоматическогорезервирования стволов обычно используют несколько рабочих (2… 7) и одинрезервный стволы.
Радиорелейные системы передачи прямой видимостиформируются с помощью комплексов оборудования, называемых радиорелейнымистанциями связи прямой видимости РРСС. В состав РРСС входят: антенно-фидерныеустройства; приемопередающая аппаратура; оконечная аппаратура телефонных,телевизионных и цифровых радиостволов; аппаратура систем автоматическогорезервирования стволов; аппаратура служебной связи, телесигнализации ителеуправления; оборудование систем гарантированного электропитания иоборудование жизнеобеспечения РРС.
Радиорелейные системы передачи служат для созданиятиповых каналов и трактов между сетевыми станциями и узлами связи. СовокупностьРРСП или линейных трактов, действующих на определенной трассе и использующиходни и те же антенные опоры, станционные сооружения, первичные источникиэлектроэнергии и вспомогательные устройства, называется радиорелейной линиейсвязи. На РРЛ действуют не только системы передачи, но и отдельные линейныетракты, связанных с особенностью передачи телефонных сигналов, для которыхпреобразовательная аппаратура должна располагаться на междугородной телефоннойстанции. Линейный тракт может быть чисто радиорелейным, когда он образован спомощью телефонного ствола и пассивных кабельных соединительных линий, либокомбинированным, когда кроме радиорелейного тракта включают кабельные линейныетракты большой протяженности.
В отличие от телефонного ствола, телевизионный стволв совокупности с пассивными кабельными линиями образует систему передачи,включающую преобразовательную аппаратуру и линейный тракт.
Структурная схема РРСП прямой видимости не отличаетсяот РСП других типов.
С помощью РРСП обычно передают очень широкополосныесигналы, например телевизионные или большие группы телефонных сигналов.Качественная передача таких сигналов возможна только в диапазонах дециметровыхи более коротких волн. Известно, что радиоволны этих диапазонов могут устойчивораспространяться лишь в пределах прямой видимости между пунктами передачи иприема. Если наземные станции размещаются одна относительно другой нарасстоянии прямой видимости между антеннами этих станций, то такая системаназывается РРСП прямой видимости. При высоте антенны 40… 50 м расстояниемежду станциями обычно не превышает 40… 50 км.
Ограниченность расстояния прямой видимости неследует рассматривать как сугубо отрицательный фактор. Именно за счетневозможности свободного распространения радиоволн на большие расстоянияустраняются взаимные помехи между РРСП внутри одной страны или разных стран.
Кроме того, следует подчеркнуть, что в указанныхдиапазонах практически отсутствуют атмосферные и промышленные помехи.Возможность создания антенн с очень узкой диаграммой направленности позволяетиспользовать в этих диапазонах радиопередатчики малой емкости.
ТРОПОСФЕРНЫЕ РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИТропосфера — это нижняя часть атмосферы Земли. Ееверхняя граница находится на высоте примерно 10… 12 км. В тропосфере всегдаесть локальные объемные неоднородности, вызванные различными физическимипроцессами, происходящими в ней. Радиоволны диапазона 0,3… 5 ГГц способнырассеивать этими неоднородностями. Учитывая, что неоднородности находятся назначительной высоте, нетрудно представить, что рассеянные ими радиоволны могутраспространяться на сотни километров. Это дает возможность расположить станциина расстоянии 200… 400 км друг от друга, что значительно больше расстояния прямой видимости.
Тропосферной радиорелейной системой передачи ТРРСП называется такая РРСП, в которой используется рассеяние и отражение радиоволн в нижней области тропосферы при взаимном расположении станций запределами прямой видимости. Линии связи, оборудованные ТРРСП, подобно РРЛСпрямой видимости состоит из ряда станций ОРС, ПРС, УРС. Такие линии строятся,как правило, в труднодоступных и удаленных районах страны, где сложно и дорогостроить РРЛС прямой видимости. Значительные расстояния между ПРС, безусловно,выгодны при организации протяженных линий, поскольку требуется меньшее числостанций. Однако специфика образования электромагнитного излучения в точкеприема такова, что приходится сталкиваться с рядом трудностей в процессе приема радиосигналов. Во-первых, в процессе распространения радиоволнвозникают глубокие замирания радиосигнала, что объясняется неустойчивостьюпространственно-временной структуры тропосферы и многолучевостью радиосигнала(в одну точку приема приходят лучи от многих неоднородностей). Во-вторых,радиосигнал в точке приема очень ослабленный – ведь антенна улавливает тольконичтожную долю энергии, рассеянной на неоднородностях. Ослабление сигналакомпенсируется использованием мощных радиопередатчиков и радиоприемников свысокой чувствительностью. С глубокими замираниями бороться сложнее.
Наиболее часто применяемый способ это так называемыйразнесенный прием. Различают пространственное и частотное разнесения. При пространственномразнесении прием ведется на две антенны, установленные на некотором расстояниидруг от друга. Антенны разносятся в направлении, перпендикулярном трассе линии.Частотное разнесение осуществляется за счет одновременной передачи сигналовэлектросвязи на двух частотах. Одновременная реализация пространственного ичастотного разнесения получила название счетверенного приема. Характерзамираний радиосигналов на разных частотах неодинаков. Другими словами, еслина одной частоте наблюдаются замирания, то на другой их может и не быть.
Несмотря на применение столь сложной схемы приема,полностью избавиться от замираний и искажений передаваемых сигналов не удается.Особенно затруднена качественная передача широкополосных сигналов, например, телевизионных.Число телефонных каналов, образуемых по ТРРСП, не превышает 120.
Использование мощных радиопередатчиков,чувствительных радиоприемников в сочетании со сложной схемой разнесенногоприема, в целом, повышает стоимость оборудования отдельных станций. Однакообщая стоимость тропосферных РРЛС зачастую даже ниже по сравнению с РРЛС прямойвидимости благодаря сокращению в 5-10 раз числа промежуточных станций.
Наряду со счетверенным приемом для борьбы сзамираниями в последнее время используют специальные комплексы по обработкесигналов.
Список литературы.
1. Данилович О.С., Немировский А.С. Радиорелейные испутниковые системы передач.-М.: радио и связь, 1986-390.
2.Радиорелейные линии. Сборник переведенных статей
подредакцией Калашникова Н.И.
3. Сборникстатей под редакцией Смирнова.