Реферат: Радиорелейная связь

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМСВЯЗИ.

Одним из главных условийсовершенствования и укрепления материально-технической базы общества являетсяналичие разветвленной, технически совершенной связи. В нашей стране для этогосоздается Единая автоматизированная сеть связи ЕАСС. Важную роль в развитииЕАСС имеют средства радиосвязи: радиорелейные, тропосферные и спутниковые.

Изучение распространенияультракоротких (метровых) радиоволн в нашей стране началось в 1926 г. Подруководством академика Б. А. Введенского, а первые линии связи на метровыхволнах появились в 1932… 1934 гг. В1946 г. в Киргизии была организована радиорелейная линия протяженностью 250 км.

Развитие многоканальнойрадиорелейной связи относится к началу 40-х годов, когда появляются первые12-канальные радиолинии, использующие тот же, что и для кабельных линий, способчастотного разделения каналов и ту же каналообразующую аппаратуру, а такжечастотную модуляцию сигнала.

В начале 50-х годов появилось сразу несколькотипов отечественной аппаратуры РРЛ («Стрела», Р-60/120, Р-600). В дальнейшем насети связи 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 богатствДальнего Востока и Сибири потребовало резкого увеличения протяженностиретрансляционных участков РРЛ для обеспечения связью труднодоступных иотдаленных районов нашей страны. Для создания линий связи, удовлетворяющих этимтребованиям, был использован открытый в начале 50-х годов эффект дальнеготропосферного распространения ДТР дециметровых и сантиметровых радиоволн.Используя ДТР, удалось создать новый тип тропосферных радиорелейных системпередачи ТРСП с расстояниями между соседними станциями 150… 300, а вотдельных случаях и 600… 800 км. К 1965 г. в мире эксплуатировалось ужеболее 100 тысяч км. Тропосферных линий. В Советском Союзе было созданонесколько типов ТРСП «Горизонт-М», ТР-120/ДТР-12 и др.

Развитие космическойтехники, пионерами создания которой являлись такие советские ученые, какакадемики С. П. Королев и М. В. Келдыш, позволило создать спутниковые системыпередачи ССП. В 1965 г. вступила в строй первая советская спутниковая система,использующая ИСЗ «Молния-1» и предназначенная для передачи сигналовмногоканальной телефонии и телевидения. В последующие годы были созданы ССП,использующие ИСЗ «Молния-2», «Молния-3», «Экран», «Радуга», «Горизонт» и др.

Спутниковые системы передачипозволяют (совместно с РРСП) обеспечить более 90% населения нашей страны однойтелевизионной программой и около 75% двумя и более.

Построение системы передачизависит от многих факторов, таких как вид сообщения, критерии качества передачисигнала, стоимости и т. д. Обычно при проектировании системы передачиинформации предполагается заданным вид сообщения, а также корреспондирующиепункты. Уже на первом этапе проектирования должен быть сделан выбор наиболееподходящей системы, удовлетворяющей требованиям к пропускной способности,качеству передачи и дальности связи и учитывающей соображениясоциально-экономического характера.

Основным критерием выборасистемы передачи является экономическая эффективность, определяемая капитальнымизатратами и эксплуатационными расходами. При окончательном выборе учитывают итакие показатели, как надежность передачи информации по каналам,продолжительность действия и скорость внедрения системы, повышениепроизводительности труда, расход электроэнергии (особенно при отсутствиицентрализованного энергоснабжения) и т. д. Так, для определения экономическойэффективности затраты на строительство и эксплуатацию РРСП целесообразносравнить с соответствующими затратами при использовании симметричногокоаксиального кабелей. Для многоканальных систем необходимо учитывать также: как эти затраты уменьшаются с увеличением числа каналов.

Расчеты показывают, чтоудельные затраты с ростом числа 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. Этоопределяет широкое распространение таких РРСП при сооружении временных линий, линий связи с подвижнымиобъектами.

Все это, однако, неозначает, что везде и во всех случаях должны использоваться радиорелейные, а некабельные линии или другие, например спутниковые. Каждый вид линий связи имеетсвои преимущества. Кабельные линии, например, проще в эксплуатации иобеспечивают относительную скрытность связи, линии дальнего тропосферногораспространения волн позволяют значительно увеличить расстояние между соседнимиретрансляционными станциями, что выгодно при сооружении систем связи вотдаленных и труднодоступных районах страны. Спутниковые системы передачинаиболее экономичны при создании распределительных сетей (передаче центрального радиовещания, телевидения, фотогазет) и при больших расстояниях между корреспондентами.

Системы связи на декаметровых волнах используют чаще всего в радиовещании, однако, несмотряна развитие других средств, они не потеряли своего значения и для связи, особенно там, где не требуются мощныепучки каналов и экономически целесообразно иметь всего телефонный или телекодовый канал. Наиболеетрудным для исследователя при построении конкретной оптимальнойсистемы передачи является выбор критериев, поскольку должны быть оценены не только всенаиболее существенные параметры, в том числе и стоимость, но и трудноописываемый математически социально-экономический критерий. Причем решение, дающеенаилучший эффект по одному из критериев, чаще всего не обеспечивают его подругим. Более того, в процессе разработки системы передачи (длящемуся иногдаболее 4… 5 лет) выбранные критерии могут претерпевать такие изменения, чтосистема, оптимальная в момент начала разработки, становится неоптимальной (потем же критериям!) в конце.

Развитие техники ицентрализация управления породили множество важнейших задач, для решениякоторых необходима быстрая и точная реакция на события, происходящиегеографически удаленных районах. К таким задачам, например, относят управлениедвижением самолетов и искусственных спутников Земли, сбор и обработкуинформации в больших системах и др. Решение этих задач увеличивает техническиетребования к системам передачи и определяет ускоренное развитие всех средствсвязи. Как отмечал еще академик А. А. Харкевич, количество информации растет примернопропорционально квадрату промышленного потенциала, удваиваясь за 5… 10лет. Быстрота и много альтернативностьпроцесса принятия решений диктует необходимость использованиябыстродействующих электронных цифровых вычислительных машин. Созданиесистем, предназначенных для связи ЭВМ друг с другом, породило новые, болеежесткие требования к качеству передачи и увеличило без того быстро растущий объем передаваемой информации.Требования уменьшить потери достоверности до 10… 10 и увеличить скоростьпередачи информации до сотен мегабит в секунду уже сегодня не являетсячрезмерным.

Передача в одном стволерадиорелейной или спутниковой линиисвязи тысяч, а в ближайшем будущем десятков тысяч, высококачественных ТЧсигналов потребовала уменьшить все возможные виды искажений до фантастическималых значений. Например, коэффициент нелинейных искажений в модемах игрупповых трактах таких линий исчисляется тысячными долями процента, анеравномерность группового времени запаздывания в полосе 30… 40 МГц –единицами и даже долями наносекунды. Такое повышение требований может бытьудовлетворено только совместнымсовершенствованием технических средств передачи информации и теоретических исследований.

К задачам, требующим теоретических исследований, относятся:

экономически и техническицелесообразное распределение трудностей, возникающих при выполнении стольвысоких требований между оконечным канальным оборудованием (сложнымикодирующими устройствами) и оборудованием тракта передачи (приемопередающимиантеннами, аппаратурой и т. д.);

нахождение таких методовпередачи и кодирования, которые в условиях воздействия аддитивных имультипликативных помех приближали бы скорость передачи информации и ееточность к соотношениям, следующим из известной теоремы Шеннона (при сохраненииразумной сложности оборудования).

Совершенствованиетехнических средств передачи информации идет в основном двумя путями.

Во-первых, это исследованияи разработка новых каналов передачи информации, основанных на новых физических принципах: использованиеэффекта дальнего тропосферного распространения, освоение новых диапазонов волн,включая оптический, разработка и волоконно-оптических световодов, разработка ивнедрение спутников Земли – носителей ретрансляционного оборудования.

Во-вторых, совершенствованиеаппаратуры, обеспечивающей передачу и обработку информации: использование новыхизделий электронной 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 динамического программированияЭВМ может обеспечить, например, изменение скорости или даже способа передачи всоответствии с изменением условий в канале связи.

На современном этаперазвития сеть связи нельзя рассматривать только как совокупность отдельныхустройств (оконечного оборудования, модемов, радиоканала). Нужен новый, болееобщий подход, позволяющий синтезировать наиболее экономичные и надежные сети сучетом реальных возможностей усложнения этих устройств. Следует ожидатьусложнения оконечного оборудования, позволяющего выполнять операции кодированияи автоматического 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 РАДИОРЕЛЕЙНЫХСИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ПРЯМОЙ 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 пунктахРРЛС и предназначенные для введения и выделения передаваемых сигналовэлектросвязи, называются оконечными радиорелейными станциями ОРС, станцииретрансляции называются промежуточными радиорелейными станциями ПРС. Наотдельных станциях осуществляется ответвление части сигналов для передачи вдругом направлении или частичноевыделение сигналов для передачи потребителям. Такие станции называются узловымирадиорелейными станциями УРС.

Аппаратура РРСП состоит изканалообразующей аппаратуры КОА, радиопередатчиков, радиоприемников иантенно-фидерных трактов. Один приемопередающий комплекс обычно может пропуститьнесколько сотен, а в ряде случаев и тысяч телефонных сигналов, или одинтелевизионный. В тех случаях, 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 КОАформируется группой сигнал из нескольких исходных сигналов. Он являетсямодулирующим 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, принятыйантенной ПРС, вновь поступает на РПФ, который теперь выполняет функциюраспределения сигналов каждого радиопередатчика на вход «своего» радиоприемник.Радиосигнал, пройдя РПФ, усиливается в радиоприемнике и радиопередатчике. Приэтом осуществляется преобразование частоты радиосигнала

f1 в частоту f2. После преобразованиярадиосигнал излучается антенной в направлении следующей станции. На УРС междурадиоприемниками и радиопередатчиками включается КОА, позволяющая выделить илидополнительно ввести часть сигналов.

Процесс приема радиосигналовна ОРС не отличается от рассмотренного на ПРС или УРС. С выхода радиоприемникагрупповой сигнал поступает на вход каналообразующей аппаратуры, котораяосуществляет разделение сигналов для соответствующих потребителей. Ими обычноявляются междугородная телефонная станция, телецентр, междугородная вещательнаяаппаратная.

По пропускной способности различаютследующие РРЛС: многоканальные, с числомканалов 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 радиорелейную связь впределах прямой видимости, необходимо поднять антенны над уровнем земли набашнях 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 быть установлены на крыше здания, в котором находится приемопередающая аппаратура.

Длина пролета междусоседними РРС обычно 30… 70 км. В диапазонах частот выше 8 ГГц это значениеможет уменьшаться с повышением частоты. В отдельных случаях длина может бытьуменьшена до 20… 30 км из-за необходимости размещения РРС в заданном пункте,а также когда на трассе РРЛ имеется препятствия.

Коэффициент усиленияретранслятора ПРС с учетом запаса на замирания сигнала составляет 160… 200дБ (при коэффициенте усиления каждой из двух антенн 30 ...46 дБ). Мощностьпередатчика РРС 0,3… 10 Вт, коэффициент шума приемника 7 ...10 дБ (вварианте с малошумящим усилителем 3… 5 дБ). Наибольшее распространениеполучили магистральные РРСП в диапазонах частот 4 и 6 ГГц и внутризоновые вдиапазонах 2 и 8 ГГц. Магистральные РРСП – многовольтные, число дуплексныхрадиостволов, организуемых на участке РРЛ, в одном диапазоне частот достигаетвосьми. Для автоматического резервирования стволов обычно используют несколькорабочих (2… 7) и один резервный стволы.

Радиорелейные системыпередачи прямой видимости формируются с помощью комплексов оборудования,называемых радиорелейными станциями связи прямой видимости РРСС. В состав РРССвходят: антенно-фидерные устройства; приемопередающая аппаратура; оконечнаяаппаратура телефонных, телевизионных и цифровых радиостволов; аппаратура системавтоматического резервирования стволов; аппаратура служебной связи,телесигнализации и телеуправления; оборудование систем гарантированногоэлектропитания и оборудование жизнеобеспечения РРС.

Радиорелейные системыпередачи служат для создания типовых каналов и трактов между сетевыми станциямии узлами связи. Совокупность РРСП или линейных трактов, действующих наопределенной трассе и использующих одни и те же антенные опоры, станционныесооружения, первичные источники электроэнергии и вспомогательные устройства,называется радиорелейной линией связи. На РРЛ действуют не только системыпередачи, но и отдельные линейные тракты, связанных с особенностью передачителефонных сигналов, для которых преобразовательная аппаратура должнарасполагаться на междугородной телефонной станции. Линейный тракт может бытьчисто радиорелейным, когда он образован с помощью телефонного ствола ипассивных кабельных соединительных линий, либо комбинированным, когда кромерадиорелейного тракта включают кабельные линейные тракты большой протяженности.

В отличие от телефонногоствола, телевизионный ствол в совокупности с пассивными кабельными линиямиобразует систему передачи, включающую преобразовательную аппаратуру и линейныйтракт.

Структурная схема РРСПпрямой видимости не отличается от РСП других типов.

С помощью РРСП обычнопередают очень широкополосные сигналы, например телевизионные или большиегруппы телефонных сигналов. Качественная передача таких сигналов возможнатолько в диапазонах дециметровых и более коротких волн. Известно, что радиоволныэтих диапазонов могут устойчиво распространяться лишь в пределах прямойвидимости между пунктами передачи и приема. Если наземные станции размещаютсяодна относительно другой на расстоянии прямой видимости между антеннами этихстанций, то такая система называется РРСП прямой видимости. При высоте антенны40… 50 м расстояние между станциями обычно не превышает 40… 50 км.

Ограниченность расстоянияпрямой видимости не следует рассматривать как сугубо отрицательный фактор.Именно за счет невозможности свободного распространения радиоволн на большиерасстояния устраняются взаимные помехи между РРСП внутри одной страны илиразных стран.

Кроме того, следуетподчеркнуть, что в указанных диапазонах практически отсутствуют атмосферные ипромышленные помехи. Возможность создания антенн с очень узкой диаграммойнаправленности позволяет использовать в этих диапазонах радиопередатчики малойемкости.

ТРОПОСФЕРНЫЕ РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

Тропосфера — это нижняя часть атмосферы Земли. Ее верхняя граница находится навысоте примерно 10… 12 км. В тропосфере всегда есть локальные объемныенеоднородности, вызванные различными физическими процессами, происходящими вней. Радиоволны диапазона 0,3… 5 ГГц способны рассеивать этиминеоднородностями. Учитывая, что неоднородности находятся на значительнойвысоте, нетрудно представить, что рассеянные ими радиоволны могутраспространяться на сотни километров. Это дает возможность расположить станциина расстоянии 200… 400 км друг отдруга, что значительно больше расстояния прямой видимости.

Тропосферной радиорелейнойсистемой передачи ТРРСП называетсятакая РРСП, в которой используется рассеяние и отражение радиоволн в нижней области тропосферы при взаимном расположении станций за пределамипрямой видимости. Линии связи, оборудованные ТРРСП, подобно РРЛС прямойвидимости состоит из ряда станций ОРС, ПРС, УРС. Такие линии строятся, какправило, 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 число станций. Однакоспецифика образования электромагнитного излучения в точке приема такова, чтоприходится сталкиваться с рядом трудностей в процессе приема радиосигналов. Во-первых, в процессе распространения радиоволн возникаютглубокие замирания радиосигнала, что объясняется неустойчивостью пространственно-временнойструктуры тропосферы и многолучевостью радиосигнала (в одну точку приемаприходят лучи от многих неоднородностей). Во-вторых, радиосигнал в точке приемаочень ослабленный – ведь антенна улавливает только ничтожную долю энергии,рассеянной на неоднородностях. Ослабление сигнала компенсируется использованиеммощных радиопередатчиков и радиоприемников с высокой чувствительностью. С глубокими замираниями бороться сложнее.

Наиболее часто применяемыйспособ это так называемый разнесенный прием. Различают пространственное ичастотное разнесения. При пространственном разнесении прием ведется на двеантенны, установленные на некотором расстоянии друг от друга. Антенныразносятся в направлении, перпендикулярном трассе линии. Частотное разнесениеосуществляется за счет одновременной передачи сигналов электросвязи на двух частотах.Одновременная реализация пространственного и частотного разнесения получиланазвание счетверенного приема. Характер замираний радиосигналов на разных частотах неодинаков. Другимисловами, если на одной частоте наблюдаются замирания, то на другой их может и не быть.

Несмотря на применение стольсложной схемы приема, полностью избавиться от замираний и искаженийпередаваемых сигналов не удается. Особенно затруднена качественная передачаширокополосных сигналов, например, телевизионных. Число телефонных каналов,образуемых по ТРРСП, не превышает 120.

Использование мощныхрадиопередатчиков, чувствительных радиоприемников в сочетании со сложной схемойразнесенного приема, в целом, повышаетстоимость оборудования отдельных станций. Однако общая стоимость тропосферныхРРЛС зачастую даже ниже по сравнению с РРЛС прямой видимости благодарясокращению в 5-10 раз числа промежуточных станций.

Наряду со счетвереннымприемом для борьбы с замираниями в последнее время используют специальныекомплексы по обработке сигналов.

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

под редакцией Калашникова Н.И.

3. Сборник статей под редакцией Смирнова.

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Влияние гистерезиса и вихревых токов на ток катушки с ферромагнитным сердечником

25 Июня 2015

Реферат по радиоэлектронике