Станции тропосферной связи. Тропосферная радиорелейная линия связи «Север» («Горизонт»)

Волна уходит за горизонт: советская тропосферная радиорелейная линия связи «Север»

• История IT ,
• Научно-популярное ,
• Блог компании Mail.ru Group ,
• Физика

Недавно мы писали о европейских , используемых, в основном, для нужд биржевой торговли. Их протяжённость - несколько сотен километров. Но сегодня мало кто знает о том, что в Советском Союзе была построена тропосферная радиорелейная линия протяжённостью больше 13 000 км, охватившая наши северное и тихоокеанское побережья, а также протянувшаяся вдоль рек Обь, Енисей и Лена.

Что такое тропосферная радиосвязь?

Конечно, описание очень упрощённое, и в жизни всё гораздо сложнее: граница проходит на разных высотах в зависимости от географической широты, высота «отражающего слоя» постоянно колеблется, сигнал переизлучается в широком диапазоне и сильно ослабляется, что требует мощных передатчиков и антенн большого размера, и так далее.

Военное и мирное строительство

В СССР, с его гигантскими труднодоступными регионами, колоссальным северным побережьем, почти целиком находящимся за Полярным кругом, всегда остро стояла проблема транспорта и связи. После войны началось активное освоение Крайнего Севера и Дальнего Востока, и потребность в надёжной связи стала ещё острее. Поэтому в 1950-х у нас разработали оборудование станций радиорелейной связи «Горизонт». В 1961 году была испытана первая улучшенная версия станции «Горизонт-М» (60-канальной). После успешных испытаний началось проектирование линии связи, которая должна была в первую очередь связать территории Крайнего Севера с европейской частью страны.

ТРРЛ «Север»

Что представляла собой типичная станция «Горизонт-М»?

Во-первых, это антенный комплекс, состоящий из огромных параболических антенн размером 20х20 или 30х30 метров. Рабочий диапазон - 700-1000 МГц. Огромный размер антенн был обусловлен очень сильным затуханием сигнала в дециметровом и сантиметровом диапазонах. На момент своего создания, ТРРЛ «Север» была настоящим достижением инженерной мысли.

Рядом находились технические здания с аппаратурой, склады, дизельная электростанция и казармы. Как правило, станции строились у чёрта на рогах - в безлюдных местностях, вдалеке от дорог и вообще какой-либо цивилизации. Каждый объект был полностью автономен и зависел только от периодических поставок дизельного топлива и продуктов.

За таким большим, достаточно сложным и хрупким хозяйством нужно постоянно присматривать, но гражданские специалисты вовсе не горели желанием не то что жить, но даже периодически добираться в эти забытые места. Поэтому обслуживание ТРРЛ «Север» было возложено на армию: каждая станция была закреплена за какой-либо воинской частью . Это имело смысл и потому, что магистральная линия решала нужды как народного хозяйства, так и военных.

В течение всего времени эксплуатации линии её аппаратура постоянно модернизировалось, повышалась надёжность. К 1977 году удалось добиться коэффициента исправного действия «Севера» 99,99%: несмотря на все сложности обеспечения тропосферной связи, пропадание сигнала даже на одну минуту уже считалось ЧП. На наиболее нагруженных направлениях количество каналов было увеличено до 72-84.

ТРРЛ «Север» исправно служила вплоть до 1990-х. Однако развитие спутниковой связи и развал СССР привели к тому, что станции начали одну за другой консервировать - по сути, закрывать. Последняя из «Горизонт-М» прекратила свою работу в 2003 году.

Станция «Ока» (в правом нижнем углу) возле посёлка Гыда в 2012 году:

Сегодня большинство станций заброшено и разграблено. На некоторых станциях, расположенных неподалёку от населённых пунктах, постройки приспособлены под склады. По слухам, на самых отдалённых объектах инфраструктура сохранилась почти не тронутой.

Такая участь постигла не только российский «Север», но и многие американские станции тропосферной радиорелейной связи. Например,

Тропосферной радиосвязью называет прямую радиосвязь на УКВ, осуществляемую в условиях отсутствия "прямой видимости" между антеннами путем использования дальнего тропосферного распространения ультракоротких волн (ДТР УКВ).

как и в других видах радиосвязи, оно осуществляется с помощью электромагнитных волн, но обязательно требует воздушной среды. В PPJI прямой видимости воздушная среда приносит лишь вред, снижая устойчивость работы линии.

Реально величины - угол рассеяния, угол встречи, угол направленности антенн и геоцентрический угол не превышают 3 ... 5Радиоволны, излучаемые антенной, передатчика А пронизывают тропосферу, на пути встречая локальные неоднородности, отражаются от них в разные стороны, в том числе и в направлении приемной антенны Б (причем очень малая часть). Значительная часть теряется в мировом пространстве. Для повышения эффективности улавливания рассеянной энергии приемная антенна по аналогии с передающей имеет узкую диаграмму направленности и сориентирована практически по линии горизонта в сторону передающей станции А так, что ее диаграмма направленности пересекается с диаграммой направленности передающей антенны непосредственно над уровнем пересечения касательных к земной сфере в точках А и Б. В пересечении телесных углов диаграмм направленности передающей и приемной антенн образуется переизлучаюший объем Q (на рис. 1 в разрезе фигура a, b, c, d).Величина является высотой переизлучающего объема

Тропосферная связь имеет ряд особенностей обусловленных непосредственно явлением ДТР УКВ

а) Эффективность рассеяния и отражения энергии УКВ от неоднородностей тропосферы очень низка, а поэтому потери на участке распространения УКВ очень велики и растут с увеличением расстояния R и укорочением длины волны. К примеру, при расстоянии R = 500 км и длине волны = 1,5 м дополнительные потери по сравнению с потерями в свободном пространстве составляют около 80 дБ, т.е. на тропосферной линии протяженностью 500 км потери практически такие же, что и на линии космической связи протяженностью 5 млн.км.

б) На уровень сигнала при ДТР УКВ оказывает влияние рельеф местности, простирающийся на некотором расстоянии перед антеннами в направлении на корреспондента. Находящиеся здесь высоты, лес, крупные строения могут оказывать вредное экранирующее действие.

в) На устойчивость тропосферной радиосвязи существенно влияют метеорологические условия и, следовательно, климатические особенности района, по которому проходит трасса.

г) Антенны при ДТР УКВ не могут полностью реализовать свои способности по усилению сигнала по сравнению с излучением в свободное пространство. Следовательно, для тропосферной связи характерно такое явление, как "потери усиления антенны", что существенно снижает эффективность антенных устройств, а это требует дополнительного повышения мощности передатчиков и чувствительность приемников или повышения коэффициента усиления самих антенн,

д) Сигнал ДТР УКВ не стабилен во времени. Средний уровень сигнала испытывает сезонные (а летом и суточные) колебания, причем уровень сигнала зимой ниже, чем летом.

е) Особенностью тропосферной радиосвязи является многолучевая структура сигнала ДТР УКВ, для которой характерна существенная неравномерность запаздывания отдельных компонентов, переизлученных неоднородностями объема (рис. 1), что приводит к сильному искажению амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик среды распространения радиосигнала системы тропосферной связи. В результате этого резко сужается полоса пропускания всей системы, искажаются сигналы, возрастают шумы нелинейных переходов между каналами.

Станция явилась заменой тропосферной станции Р-412А ("Торф") и по ТТХ значительно превосходит ее (увеличенная дальность связи, цифровые режимы работы на скорости до 480 кбит/с, одновременная работа на два направления, обеспечение помехозащищенной связи, на порядок увеличенная достоверность принимаемой информации, повышенная надежность, меньшая потребляемая мощность, улучшенные условия обитания).Станция предназначена для организации тропосферной связи в оперативно-тактическом и тактическом звеньях управления.Для повышения надежности станции предусмотрено резервирование следующих основных устройств: входных устройств приемников, модемов, возбудителей и передатчиков.Станция оснащена системой автопоиска для автоматического вхождения в связь с корреспондентом.Варианты использования станции:
строительство одноинтервальных направлений связи
строительство тропосферных линий связи протяженностью до 450 км. ...

Станция тропосферной связи Р-423-1 является мобильной радиостанцией, разработанной для обеспечения радиосвязи. Станция Р-423-1 может использоваться для приема/передачи цифровой информации, которая поступает в мультиплексную систему "Импульс".Состав радиостанции Р-423-1:
- транспортное средство 13Д для установки;- транспортное средство связи и технического обслуживания электростанции;- мультиплексная система "Импульс", которая не является частью станции, используется для работы в составе цифрового оборудования.
Базовое шасси:
- для 13Д и электростанции - автомобиль "КаМАЗ-4310";- для средств связи и технического обслуживания - автомобиль "УРАЛ 375Д". ...

Предназначена для осуществления прямых связей на расстояния не менее 150 км и для строительства тропосферных радиорелейных линий связи протяженностью 500-560 км при трех ретрансляциях.Станция Р-412 работает в сантиметровом диапазоне волн.
Сетка частот возбудителя - гетеродина, формирующего частоты излучения и первую гетеродинную частоту приемника, дискретна с шагом в 20 кГц. В первом поддиапазоне формируется 5850 рабочих волн связи, а во втором 6000 волн.В станции обеспечивается работа с фиксированным (192 МГц) и переменным (>192 МГц) разнесением частот приема и передачи. Основным видом работы является работа с фиксированным разносом частот в 192 МГц. При воздействии преднамеренных помех от соседних станций допускается работа с переменным разносом величиной >192 МГц. Мощность излучателя передающего устройства на любой из волн связи в каждой антенне не менее:
- при работе одним передатчиком в режиме деления 200 Вт;
- при работе двумя передатчиками 400 Вт. ...

Волна уходит за горизонт: советская тропосферная радиорелейная линия связи «Север»

Недавно мы писали о европейских радиорелейных линиях связи , используемых, в основном, для нужд биржевой торговли. Их протяжённость - несколько сотен километров. Но сегодня мало кто знает о том, что в Советском Союзе была построена тропосферная радиорелейная линия протяжённостью больше 13 000 км, охватившая наши северное и тихоокеанское побережья, а также протянувшаяся вдоль рек Обь, Енисей и Лена.

Что такое тропосферная радиосвязь?

Конечно, описание очень упрощённое, и в жизни всё гораздо сложнее: граница проходит на разных высотах в зависимости от географической широты, высота «отражающего слоя» постоянно колеблется, сигнал переизлучается в широком диапазоне и сильно ослабляется, что требует мощных передатчиков и антенн большого размера, и так далее.

Военное и мирное строительство

В СССР, с его гигантскими труднодоступными регионами, колоссальным северным побережьем, почти целиком находящимся за Полярным кругом, всегда остро стояла проблема транспорта и связи. После войны началось активное освоение Крайнего Севера и Дальнего Востока, и потребность в надёжной связи стала ещё острее. Поэтому в 1950-х у нас разработали оборудование станций радиорелейной связи «Горизонт». В 1961 году была испытана первая улучшенная версия станции «Горизонт-М» (60-канальной). После успешных испытаний началось проектирование линии связи, которая должна была в первую очередь связать территории Крайнего Севера с европейской частью страны.

ТРРЛ «Север»

Что представляла собой типичная станция «Горизонт-М»?

Во-первых, это антенный комплекс, состоящий из огромных параболических антенн размером 20х20 или 30х30 метров. Рабочий диапазон - 700-1000 МГц. Огромный размер антенн был обусловлен очень сильным затуханием сигнала в дециметровом и сантиметровом диапазонах. На момент своего создания, ТРРЛ «Север» была настоящим достижением инженерной мысли.

Рядом находились технические здания с аппаратурой, склады, дизельная электростанция и казармы. Как правило, станции строились у чёрта на рогах - в безлюдных местностях, вдалеке от дорог и вообще какой-либо цивилизации. Каждый объект был полностью автономен и зависел только от периодических поставок дизельного топлива и продуктов.

За таким большим, достаточно сложным и хрупким хозяйством нужно постоянно присматривать, но гражданские специалисты вовсе не горели желанием не то что жить, но даже периодически добираться в эти забытые места. Поэтому обслуживание ТРРЛ «Север» было возложено на армию: каждая станция была закреплена за какой-либо воинской частью . Это имело смысл и потому, что магистральная линия решала нужды как народного хозяйства, так и военных.

В течение всего времени эксплуатации линии её аппаратура постоянно модернизировалось, повышалась надёжность. К 1977 году удалось добиться коэффициента исправного действия «Севера» 99,99%: несмотря на все сложности обеспечения тропосферной связи, пропадание сигнала даже на одну минуту уже считалось ЧП. На наиболее нагруженных направлениях количество каналов было увеличено до 72-84.

ТРРЛ «Север» исправно служила вплоть до 1990-х. Однако развитие спутниковой связи и развал СССР привели к тому, что станции начали одну за другой консервировать - по сути, закрывать. Последняя из «Горизонт-М» прекратила свою работу в 2003 году.

Станция «Ока» (в правом нижнем углу) возле посёлка Гыда в 2012 году:

Сегодня большинство станций заброшено и разграблено. На некоторых станциях, расположенных неподалёку от населённых пунктах, постройки приспособлены под склады. По слухам, на самых отдалённых объектах инфраструктура сохранилась почти не тронутой.

Такая участь постигла не только российский «Север», но и многие американские станции тропосферной радиорелейной связи. Например,

Успешное развитие радиосвязи сопровождается увеличением скоростей и объемов передаваемой информации. Для передачи возрастающих потоков информации с малыми потерями используют сигналы с более широкой полосой (шириной спектра), что требует расширения диапазона частот , занимаемого системой связи. В свою очередь, передача сигналов с более широкой полосой требует перехода на более высокие несущие частоты (более короткие волны) . Тем более что расширять полосу рабочих частот систем связи в уже освоенных диапазонах волн становится невозможным из-за тесноты в эфире. Исторически сложилось так, что в первую очередь были освоены длинноволновые участки радиодиапазона, а для перспективных радиотехнических систем, как международными соглашениями, так и национальными стандартами, резервировались области более высокочастотных сигналов.

В результате, современные системы связи осваивают диапазоны все более коротких волн (все более высокой частоты). К достоинствам диапазонов ультракоротких волн относится также несущественный уровень атмосферных и индустриальных помех. Кроме того, широкополосные сигналы позволяют использовать прогрессивные виды модуляции и методы обработки сигналов, обеспечивающие лучшие характеристики помехоустойчивости приема .

В то же время нужно помнить, что радиоволны с длиной волны короче 10 метров можно эффективно использовать лишь в пределах границ прямой видимости.

Компромиссным решением при построении широкополосных систем связи, предназначенных для работы на больших дальностях, является применение радиорелейных линий связи (РРЛ).

Радиорелейные линии представляют собой цепочку ретрансляторов, обеспечивающих поочередную передачу радиосигналов между оконечными станциями. Различают два вида радиорелейных систем передачи (РРСП) - РРСП прямой видимости , станции которых размещаются на расстоянии прямой видимости, и тропосферные РРСП , использующие рассеяние и отражение радиоволн в нижних областях атмосферы при взаимном расположении станций далеко за пределами прямой видимости .

Так например на частотах ОВЧ- и СВЧ-диапазона надежная связь с низким уровнем помех может быть получена только в условиях прямой видимости между антеннами, излучающими радиоволны. Расстояние между антеннами радиорелейных систем зависит от структуры земной поверхности и высоты антенн над ней.

Типичные расстояния составляют 40 - 50 км при высотах башен и мачт, на которых устанавливаются антенны, около 100 м. Ограниченность расстояния прямой видимости не следует рассматривать как недостаток. Именно за счет невозможности свободного распространения радиоволн на большие расстояния устраняются взаимные помехи между радиорелейными системами передачи внутри одной страны и разных стран. Кроме того, в указанных диапазонах практически отсутствуют атмосферные и промышленные помехи.

Рисунок 2.9 - Принцип радиорелейной связи прямой видимости

Радиорелейная линия передачи, в которой используется рассеяние и отражение радиоволн в нижней области тропосферы при взаимном расположении соседних станций, называется тропосферной радиорелейной линией передачи. Радиолиния передачи, в которой используются космические станции, пассивные спутники или иные космические объекты, называется космической линией передачи .

Рисунок 2. 10 - Схема тропосферной радиосвязи: 1 - передатчик; 2 - луч передатчика; 3 – слои атмосферы, рассеивающие радиоволны; 4 - луч приёмника; 5 – приёмник

Рисунок 2.11 - Схема радиорелейной линии тропосферной связи: О и П - оконечная и промежуточная приёмо-передающие радиостанции; R - расстояние между станциями (по дуге земной поверхности); 1, 3 - радиопередатчики и радиоприемники оконечных и промежуточных станций; 2, 4 - приемо-передающие антенны оконечных и промежуточных станций; 5 - переизлучающие области тропосферы.

Рисунок 2. 12 - Схема радиорелейной линии связи с искусственным спутником Земли (ИСЗ):

1 – оконечные пункты линии; 2 – промежуточный пункт; 3 – земная станция радиосвязи с ИСЗ; 4 – ИСЗ с активным ретранслятором

Радиорелейные линии заняли прочное место в сети связи России. Они широко используются для передачи сигналов многоканальной телефонии, телевидения, звукового вещания, телеграфа, фототелеграфа, изображений газетных полос и т. и. Они также широко используются для технологических нужд при обслуживании газо- и нефтепроводов, на железнодорожном транспорте и т. д.

Наземные радиорелейные линии связи строят с пролётами между ретрансляторами 30–50 км, возможно увеличение этого расстояния до 100–120 км за счёт увеличения высоты подвеса антенн и усложнения оборудования.

Рисунок 2.13 - Башня радиорелейной связи

В городах расстояние между станциями значительно меньше – 4–7 км. Межстанционные пролёты тропосферных линий связи (использующих эффект отражения от тропосферных неоднородностей) могут превышать 400 км. Такие линии связи использовались в основном в приполярных областях до появления систем спутниковой связи, которые также являются одним из видов радиорелейных линий. В городах при ремонте кабельных линий связи, при обходе каких-либо препятствий или водных преград часто применяют однопролётные радиорелейные вставки.

Наземные радиорелейные линии устанавливают так, чтобы излучение антенн каждого пункта не могли принимать остальные пункты связи , кроме ближайших, для которых оно предназначено. Работа промежуточных пунктов радиорелейных линий связи управляется и контролируется дистанционно, без присутствия эксплуатационного персонала; особенно сложно обеспечить непрерывное энергоснабжение (при перерывах в подаче электроэнергии автоматически включаются внутренние источники: аккумуляторы, электрогенераторы с дизельными или бензиновыми двигателями, атомные батареи). По возможности места промежуточных пунктов выбирают с хорошими подъездами для удобства проведения ремонтных и профилактических работ. Как уже говорилось, антенны радиорелейных станций устанавливают на крышах высоких домов в городах, а на открытых местностях – на специально построенных мачтах высотой 40-100 м.

В СССР исследования тропосферного распространения радиоволн с целью создания аппаратуры связи начались в середине 1950-х годов.

Идея создания линий тропосферной связи с расстояниями между пунктами в сотни километров принадлежала советскому ученому В. А. Смирнову. Как уже сказано, особенность этих линий заключается в использовании эффекта рассеяния радиоволн на неоднородностях (спорадических слоях) атмосферы. Для дальней тропосферной связи требовались мощные передающие устройства, антенны с большим усилением, высокочувствительные приемники многократного приема с порогопонижающими системами (системами, обеспечивающими хороший прием сигналов при уменьшении отношении сигнал/шум).

Наиболее подходящим для тропосферных систем с расстояниями между пунктами 200–300 км являлся диапазон 700–1000 МГц. На основании теоретических исследований, анализа отечественной и зарубежной литературы, сравнения различных систем многократного приема была выработана структура построения, как отдельных станций, так и всей линии

дальней тропосферной связи. Первая отечественная тропосферная станция ТР-60/120 была построена в 60-х годах прошлого века.

На аппаратуре ТР-60/120 в 60-70-х годах была построена сеть тропосферных линий протяженностью более 15 000 км, содержащая 55 промежуточных станций. Была построена линия тропосферной связи между СССР и Индией длиной 700 км (между городами Душанбе и Сринагар), которая в 1981 г. связала две крупнейшие столицы мира – Москву и Дели.

Попытка осуществить передачу черно-белого телевидения в диапазоне 700–1000 МГц успеха не имела, а вот в диапазоне 5000 МГц это стало возможным. Появление в конце 1960-х – начале 70-х средств спутниковой связи и широкое их применение начиная с 1980-х годов значительно сократили область использования ТРРС.

Тем не менее, несмотря на широкое (и все более растущее) применение спутниковых средств в сетях и системах связи и развитие проводных сетей, можно полагать, что средства тропосферной загоризонтной связи перспективны для использования как в сетях специального, так и коммерческого назначения особенно в трудно доступной местности, горных и малонаселенных районах.

В сетях специального назначения преимуществом тропосферных средств перед спутниковыми, является более высокая живучесть в условиях вооруженных конфликтов и/или антитеррористических мероприятий.

В коммерческих сетях применение тропосферных средств в некоторых случаях может быть экономически целесообразнее, чем применение спутниковых. Использование тропосферных станций возможно также при развертывании линий связи в высоких северных широтах, где применение спутниковой связи через геостационарные спутники принципиально невозможно. Об этом мы будем говорить на следующей лекции.

В табл. 2.3 приведены параметры отечественных тропосферных радиорелейных систем передачи.

Таблица 2.3 – Тропосферные системы передачи

Классификация . По назначению радиорелейные системы связи делятся на три категории , каждой из которых на территории России выделены свои диапазоны частот:

Местные линии связи от 0,39 ГГц до 40,5 ГГц

Внутризоновые линии от 1,85 ГГц до 15,35 ГГц

Магистральные линии от 3,4 ГГц до 11,7 ГГц

Данное деление связано с влиянием среды распространения на обеспечение надёжности радиорелейной связи. До частоты 12ГГц

атмосферные явления оказывают слабое влияние на качество радиосвязи, на частотах выше 15ГГц это влияние становится заметным, а выше 40ГГц определяющим, кроме того, на частотах выше 40ГГц значительное влияние на качество связи оказывает затухание в атмосфере Земли.

Кроме того по назначению различают международные, военные, технологические РСП (для обслуживания объектов железнодорожного транспорта, линий электропередачи, нефте - и газопроводов и т.д.), космические РСП (обеспечивающие связь между космическими аппаратами или между космическими аппаратами и земными пунктами наблюдения и управления).

Еще важные признаки классификации: принадлежность к различным службам в соответствии с Регламентом радиосвязи (фиксированной службы, радиовещательной службы, подвижной службы); диапазон используемых радиочастот ; способ разделения каналов .

В зависимости от способа , принятого для формирования сигнала , различают еще аналоговые и цифровые РРЛ (или ТРЛ).

В свою очередь аналоговые радиорелейные линии связи классифицируют в зависимости от способа , принятого для объединения (разделения) первичных электрических сигналов и метода модуляции несущей : РРЛ (или ТРЛ) с ЧРК и ЧМ и РРЛ с ФИМ-АМ; в зависимости от числа N организуемых каналов : малоканальные - N 24; со средней пропускной способностью - N=60...300; с большой пропускной способностью - N=600...1920.

Цифровые РРЛ классифицируют в зависимости от способа модуляции несущей : ИКМ-ЧМ, ИКМ-ФМ и другие; в зависимости от скорости передачи двоичных символов В: с малой - В <10 Мбит/с, средней - 5=10…100 Мбит/с и высокой - В>100 Мбит/с пропускной способностью.

Аналоговые РРС предназначены в основном для передачи многоканальных телефонных сигналов в аналоговой форме и сигналов данных с низкой и средней скоростью по каналам ТЧ, а также сигналов телевидения. Цифровые РРС используются для организации цифровых трактов со скоростями от 2 до 140 Мбит/с.

Как уже сказано, радиорелейные линии (РРЛ) занимают диапазоны ОВЧ и СВЧ, причем граница между аналоговыми и цифровыми радиорелейными системами (РРС) лежит вблизи частоты 11 ГГц.

Принцип действия. Принципиальным отличием радиорелейной станции от иных радиостанций является преимущественно дуплексный режим работы, то есть приём и передача происходят одновременно (на разных несущих частотах).

Антенны РРЛ могут работать в режиме передачи и приема для одновременной передачи в противоположных направлениях с использованием двух частот: f 1 и f 2 . При этом если станция передает сигнал на частоте f 1 и принимает на частоте f 2 , то соседние с ней станции передают на частоте f 2 , а принимают на частоте f 1 . Эта пара частот, соответствующая двухчастотному плану частот МСЭ-Р, образует радиочастотный ствол .

При этом одна цепочка приемопередатчиков РРЛ образует СВЧ симплексный (т.е. предназначенный для передачи сигналов в одном направлении) ствол. Структура симплексного ствола с учетом плана распределения частот приведена на рисунке 2.14.

Рисунок 2.14 - Распределение частот в символьном стволе

радиорелейной линии

Два симплексных ствола, работающие во встречных направлениях, образуют дуплексный СВЧ ствол . Для передачи сигналов в обратном направлении может быть использована та же пара частот, что и в прямом направлении (двухчастотная система), либо другая пара частот (четырехчастотная система). Структурная схема одноствольной дуплексной промежуточной радиорелейной станции (ПРС) приведена на рисунке 2.15.

Рисунок 2.15 - Структурная схема дуплексной ПРС

Для увеличения пропускной способности радиорелейной линии на каждой радиорелейной станции устанавливают несколько комплектов приемопередающей аппаратуры, подключенных к общей антенне. Магистральные радиорелейные линии связи могут иметь до восьми дуплексных СВЧ стволов (из них 6…7 рабочих и 1…2 резервных).

Кроме оконечных радиостанций (ОРС) и промежуточных (ПРС) для ввода в радиорелейную линию дополнительных потоков информации и вывода из РРЛ части передаваемой информации используют узловые радиорелейные станции. В узловых радиорелейных станциях, как и в ОРС, имеется аппаратура преобразования телефонных, радио и телевизионных сигналов в сигналы, передаваемые по РРЛ, и аппаратура обратного преобразования. Кроме того, от узловых радиорелейных станций могут начинаться новые радиорелейные линии (ответвления), как это показано на рис. 2.9.

Рисунок 2.16 - Схема расположения ретрансляторов на трассе радиорелейной линии связи

Для устранения подобных явлений ретрансляторы радиорелейной линии связи располагают не по прямой линии, а зигзагом , так, чтобы не совпадали главные направления соседних участков трассы, использующих одинаковые частоты. При этом используют направленные свойства антенн. Радиорелейные станции разносят от генерального направления радиорелейной линии связи таким образом, чтобы направлению на станцию, отстоящую через три пролета, соответствовали минимальные уровни диаграммы направленности антенны. На рисунке 2.16 показаны три пролета участка трассы РРЛ. На крайних пролетах используются одинаковые частоты. На такой трассе даже при сильной рефракции радиоволн сигналы от станций с номерами ПРСi и ПРСi+2 практически не влияют друг на друга. На рисунке заметно, что антенны практически не воспринимают радиоволны, приходящие с направления, лежащего на прямой, связывающей эти станции.

В силу нерегулярной структуры неоднородностей тропосферы сигналы тропосферных линий подвержены глубоким замираниям. Это затрудняет передачу больших объемов информации с хорошим качеством. С учетом изложенных обстоятельств, тропосферные радиорелейные линии связи оказывается выгодным строить в труднодоступных и удаленных районах при не слишком больших объемах передаваемой информации. При этом расстояния между станциями можно выбирать до нескольких сотен километров, а емкость систем связи может составлять десятки телефонных каналов.

Обязательными компонентами любой системы связи независимо от вида передаваемых сообщений являются передающее устройство, линия связи и приемное устройство. Сообщение a(t) от источника ИС сообщений поступает на передающее устройство, состоящее из первичного преобразователя ПСС1 сообщения в первичный электрический сигнал b(t) , и модулятора МД, обеспечивающего вторичное преобразование этого сигнала в сигнал s(t) для наилучшей его передачи по линии связи.

Рисунок 2.17 - Обобщенная структурная схема системы связи

Приемное устройство производит обратное преобразование принятого сигнала в сообщение и состоит из демодулятора ДМ и преобразователя ПСС сигнала в сообщение. Отличия параметров системы связи от желаемых характеристик приводят к искажениям передаваемого сигнала. Кроме того, в любом узле системы передачи, но главным образом на линии связи, присутствуют помехи, поэтому сигнал на входе приемника s 1 (t) отличается от переданного сигнала на выходе передатчика. Приемное устройство обрабатывает принятое колебание и восстанавливает по нему электрический сигнал b 1 (t) , а следовательно, и сообщение а 1 (t) , которое реставрируется с некоторой погрешностью.

Как вы уже знаете, система связи называется многоканальной, если она обеспечивает передачу нескольких сообщений по одной общей линии связи (рисунок 2.18). Каждое из передаваемых сообщений с помощью преобразователей ПСС преобразуется в отдельные электрические сигналы, которые затем смешиваются в аппаратуре уплотнения (АУ). Сформированный таким путем групповой сигнал и обработанный дополнительно в передающем устройстве МД передается по линии связи. Приемник осуществляет обратное преобразование принятого колебания в исходный групповой сигнал, из которого затем с помощью устройства разделения (УР) выделяются индивидуальные сигналы (преобразуемые в соответствующие сообщения в преобразователях ПСС).

Рисунок 2.18 - Структурная схема многоканальной системы связи

Для того чтобы разделить передаваемые сигналы на приемном конце, необходимо, чтобы они различались между собой по некоторому признаку. В практике многоканальной связи преимущественно применяют частотный и временной способы разделения сигналов. При частотном разделении каналов каждому из индивидуальных сигналов выделяется отдельный диапазон частот в общей полосе частот. При временном разделении каналов каждому из каналов связи выделяется определенный интервал времени в каждом цикле передачи коллективного сигнала. В последнее время все более широкое распространение получает способ кодового разделения каналов. При таком разделении каналов все каналы могут занимать одновременно общие и частотный и временной ресурс системы связи. Для разделения каналов в этом случае используется разделение каналов по форме сигналов (в цифровых системах связи - по коду сигналов).

Большинство станций РРЛ составляют промежуточные радиостанции (ПРС), играющие роль активных ретрансляторов. На всех станциях РРЛ целесообразно иметь однотипную, унифицированную приемопередающую аппаратуру (ППА), удовлетворяющую требованиям заданного частотного плана. Перспективным вариантом построения приемо-передающей аппаратуры (ППА) является вариант с усилением на СВЧ и преобразованием частоты (рис.2.19). Недостатком подобной схемы является необходимость обработки сигнала на СВЧ.

Рисунок 2.19 - Приемопередающая аппаратура с усилением на СВЧ и преобразованием частоты

Наиболее часто используются ППА, в которой обработка сигналов производится на промежуточной частоте f ПЧ (рис. 2.20). Номинальное значение f ПЧ выбирается в соответствии с рекомендациями МСЭ-Р и обычно составляет 70 МГц.

Применение промежуточной частоты для обработки сигнала позволяет унифицировать аппаратуру усиления сигнала, а также ввода и вывода информационных сигналов на промежуточных, узловых и оконечных станциях.

Рисунок 2.20 - Приемопередающая аппаратура с обработкой на промежуточной частоте

ЛИТЕРАТУРА

1. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и перспективы. Под редакцией Дмитриева С. А., Слепова Н. Н. - М.: ООО "Волоконно-оптическая техника", 2005.- 576 с.

2. Системы мобильной связи: Учебное пособие для вузов/В. П. Ипатов, В. И. Орлов, И. М. Самойлов, В. Н. Смирнов; под. ред. В. П. Ипатова. - М.: Горячая линия – Телеком, 2003, -272с.

3. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для вузов/ В.В. Крухмалев, В.Н.Гордиенко, А.Д. Моченов и др.; Под ред. В.Н. Гордиенко и В.В. Крухмалева. - М.: Горячая линия – Телеком, 2004

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Приведите классификацию радиочастот. Дальность обеспечиваемой радиосвязи

2. Требования к линиям связи

3. Пояснить условия распространения радиоволн (рис.2.2 – 2.6)

4. В чем отличие радиорелейной и тропосферной системы радиосвязи. В чем их связь

5. Принцип радиорелейной связи. Особенности расположения ретрансляторов на трассе связи

6. Классификация радиорелейных систем

7. Принцип действия радиорелейной системы связи

8. Пояснить рис.2.19, 2.20

ПРИЛОЖЕНИЕ (только для ознакомления)