Лекция
Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про радиорелейные системы связи, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое радиорелейные системы связи , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов.
Успешное развитие радиосвязи сопровождается увеличением скоростей и объемов передаваемой информации. Для передачи возрастающих потоков информации с малыми потерями используют сигналы с более широкой полосой, что требует расширения диапазона частот, занимаемого системой связи. В свою очередь, передача сигналов с более широкой полосой требует перехода на более высокие несущие частоты. 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.
Радиорелейная связь — один из видов наземной радиосвязи, основанный на многократной ретрансляциирадиосигналов . Радиорелейная связь осуществляется как правило между стационарными объектами.
Исторически радиорелейная связь между станциями осуществлялась с использованием цепочки ретрансляционных станций, которые могли быть как активными, так и пассивными.
Отличительной особенностью радиорелейной связи от всех других видов наземной радиосвязи является использование узконаправленных антенн, а так же дециметровых, сантиметровых или миллиметровыхрадиоволн.
Как правило под радиорелейной связью понимают именно радиорелейную связь прямой видимости.
При построении радиорелейных линий связи антенны соседних радиорелейных станций располагаются в пределах прямой видимости .
При построении тропосферных радиорелейных линий связи используется эффект отражения дециметровых и сантиметровых радиоволн от турбулентных и слоистых неоднородностей в нижних слоях атмосферы — тропосфере .
Использование эффекта дальнего тропосферного распространения радиоволн УКВ диапазона позволяет организовать связь на расстояние до 300 км при отсутствии прямой видимости между радиорелейными станциями. Дальность связи может быть увеличена до 450 км при расположении радиорелейных станций на естественных возвышенностях.
Для тропосферной радиорелейной связи характерно сильное ослабление сигнала. Ослабление возникает как при распространении сигнала через атмосферу, так и вследствие рассеяния части сигнала при отражении от тропосферы. Поэтому для устойчивой радиосвязи как правило используют передатчики мощностью до 10 кВт, антенны с большой апертурой (до 30 x 30 м²), а значит, и большим коэффициентом усиления, а также высокочувствительные приемники с малошумящими элементами.
Так же для тропосферных радиорелейных линий связи характерно постоянное наличие быстрых, медленных и селективных замираний радиосигнала. Уменьшение влияния быстрых замираний на принимаемый сигнал достигается использованием разнесенного частотного и пространственного приема. Поэтому на большинстве тропосферных радиорелейных станций расположено несколько приемных антенн.
Примером наиболее известных и протяженных тропосферных радиорелейных линий связи являются:
В результате, современные системы связи осваивают диапазоны все более коротких волн. К достоинствам диапазонов ультракоротких волн относится также несущественный уровень атмосферных и индустриальных помех. Кроме того, широкополосные сигналы позволяют использовать прогрессивные виды модуляции и другие приемы 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.
В РРСП прямой видимости для увеличения расстояния между станциями радиорелейных линий антенны ретрансляторов подвешивают на высокие сооружения (мачты, опоры, высотные строения и т.д.). В условиях равнинной местности высота поднятия антенн 60… 100 метров позволяют организовать уверенную связь на расстояниях 40… 60 километров.
Цепочку радиорелейной линии составляют радиорелейные станции трех типов: оконечные радиорелейные станции (ОРС), промежуточные радиорелейные станции (ПРС), узловые радиорелейные станции (УРС). Условная радиорелейная линия связи схематично представлена на рисунке 8.1.
Рис. 8.1 Радиорелейная линия связи
На оконечной радиорелейной станции начинается и заканчивается тракт передачи. Аппаратура ОРС осуществляет преобразование сигналов, поступающих от разных источников информации (телефонные сигналы от междугородней телефонной станции, телевизионные сигналы от междугородней телевизионной аппаратной и т.д.) в сигналы, передаваемые по радиорелейной линии, а также обратное преобразование сигналов, приходящих по РРЛ, в сигналы телерадиовещания или телефонии. Радиосигналы ОРС с помощью передающего устройства и антенны излучаются в направлении следующей, обычно промежуточной, радиорелейной станции.
Промежуточные радиорелейные станции предназначены для приема сигналов от предыдущей станции радиорелейной линии, усиления этих сигналов и излучения в направлении последующей станции РРЛ.
На каждой промежуточной радиорелейной станции установлены по две антенны, ориентированные на соседние РРСП. Каждая из антенн является приемопередающей, то есть используется и для приема, и для передачи сигналов. Одним из преимуществ работы радиорелейной линии связи в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне является возможность применения высоконаправленных антенн с малыми габаритами. Небольшие размеры антенн упрощают их установку на высоких сооружениях. Хорошие направленные свойства антенн СВЧ диапазона позволяют облегчить требования к характеристикам приемопередающего тракта.
Если бы частота излучаемого сигнала промежуточной радиорелейной станции была бы равна частоте принимаемого сигнала той же ПРС, существовала бы опасность прохождения мощного сигнала, излученного в направлении последующей РРСП, на вход приемника той же ПРС, принимающего сигнал с противоположного направления от предыдущей РРСП. Объясняется это тем, что, несмотря на хорошие направленные свойства передающей и приемной антенн СВЧ диапазона, все же не удается полностью исключить возможность попадания мощного сигнала передатчика (пусть и ослабленного направленными характеристиками антенн) на вход приемника с высокой чувствительностью. Такое несанкционированное (паразитное) прохождение сигналов передатчика промежуточной радиорелейной станции на вход приемника той же ПРС стараются уменьшить. В противном случае ПРС может перейти в режим самовозбуждения и, вместо ретрансляции принятых сигналов, передатчик ПРС будет излучать колебания, не имеющие никакого отношения к передаваемой по РРЛ информации.
Один из способов уменьшения влияния передатчика на работу приемника той же самой ПРС заключается в том, что выходной сигнал ПРС излучают на другой частоте, смещенной относительно частоты принимаемого сигнала на величину сдвига, равного
fСДВ = |fПРД - fПРМ|, (8.1)
где fПРМ - частота принимаемого сигнала; fПРД - частота излучаемого сигнала. Величину fСДВ выбирают из условия гарантированного исключения взаимного влияния сигналов на выбранных частотах.
Одна цепочка приемопередатчиков РРЛ образует СВЧ симплексный (т.е. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . предназначенный для передачи сигналов в одном направлении) ствол. Структура симплексного ствола с учетом плана распределения частот приведена на рисунке 8.2.
Рис. 8.2 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 приведена на рисунке 8.3.
Рис. 8.3 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 ОРС и 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).
При проектировании радиорелейных линий следует учитывать и возможные изменения условий распространения радиоволн. Так, при повышенной рефракции (искривление направления распространения радиоволн) сигналы могут распространяться далеко за горизонтом. Поэтому колебания, излучаемые радиорелейной станцией с частотой, например, f1, могут быть приняты не только соседней станцией, но и станцией, отстоящей от нее через три пролета. Но для последней станции это будет паразитным сигналом, так как она должна принимать сигналы только от ближайшей станции. Нежелательные сигналы от всех других станций будут вызывать ухудшение качества приема.
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 8.4 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.
Рис. 8.4 Схема расположения ретрансляторов на трассе радиорелейной линии связи
Тропосферные радиорелейные системы передачи используют локальные объемные неоднородности атмосферы, вызываемыми различными физическими процессами, происходящими в околоземном пространстве. Эти неоднородности способны отражать и рассеивать электромагнитные колебания при их распространении в атмосфере. Поскольку неоднородности располагаются на значительной высоте, то и рассеиваемые ими радиоволны могут распространяться на большие расстояния, значительно превышающие расстояние прямой видимости.
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. На рисунке 8.5. показан участок трассы радиорелейной линии связи. При этом расстояния между станциями можно выбирать до нескольких сотен километров, а емкость систем связи может составлять десятки телефонных каналов.
Рис. 8.5 Тропосферная РРСП
В 1931 году Андре Клавир, работая во французском исследовательском подразделении LCT компании ITT, показал возможность организации радиосвязи с помощью ультракоротких радиоволн. В ходе предварительных испытаний 31 марта 1931 года Клавир с помощью экспериментальной радиорелейной линии, работающей на частоте 1,67 ГГц, успешно передал и принял телефонные и телеграфные сообщения, разместив две параболические антенны диаметром 3 м на двух противоположных берегах пролива Ла-Манш . Примечательно, что места установки антенн практически совпадали с местами взлета и посадки исторического перелета через Ла-МаншЛуи Блерио. Следствием успешного эксперимента Андре Клавира стала дальнейшая разработка коммерческого радиорелейного оборудования. Первое коммерческое радиорелейное оборудование было выпущено ITT, а точнее ее дочерней компанией STC, в 1934 году и использовало амплитудную модуляцию несущего колебания мощностью в 0,5 Ватт на частоте 1,724 и 1,764 ГГц, полученного с помощью клистрона.
Запуск первой коммерческой радиорелейной линии состоялся 26 января 1934 года. Линия имела протяженность 56 км над проливом Ла-Манш и соединяла аэропортыЛимпн в Англии и Сент-Энглевер во Франции. Построенная радиорелейная линия позволяла одновременно передавать один телефонный и один телеграфный канал и использовалась для координации воздушного сообщения между Лондоном и Парижем. В 1940 году в ходе Второй Мировой Войны линия была демонтирована.
В отличие от радиорелейных станций ретрансляторы не добавляют в радиосигнал дополнительной информации. Ретрансляторы могут быть как пассивными, так и активными.
Пассивные ретрансляторы представляют собой простой отражатель радиосигнала без какого-нибудь приемопередающего оборудования и, в отличие от активных ретрансляторов, не могут усиливать полезный сигнал или переносить его на другую частоту. Пассивные радиорелейные ретрансляторы применяются в случае отсутствия прямой видимости между радиорелейными станциями; активные - для увеличения дальности связи.
В качестве пассивного ретранслятора могут выступать как плоские отражатели, так и антенны радиорелейной связи, соединенные коаксиальными или волноводными вставками (так называемые антенны, соединенные «спина к спине»). Плоские отражатели как правило используются при небольших углах отражения и обладают эффективностью близкой к 100%. Однако с увеличением угла отражения эффективность плоского отражателя уменьшается. Достоинством плоских отражателей является возможность использования для ретрансляции нескольких частотных диапазонов радиорелейной связи.
Антенны, соединенные «спина к спине» как правило используются при углах отражения близких к 180° и обладают эффективностью 50-60%. Подобные отражатели не могут использоваться для ретрансляции нескольких частотных диапазонов из-за ограниченных возможностей самих антенн.
Для организации радиосвязи используются деци-, санти- и миллимитровые волны.
Для обеспечения дуплексной связи каждый частотный диапазон условно разделяется на две части относительно центральной частоты диапазона. В каждой части диапазона выделяются частотные каналы заданной полосы. Частотным каналам «нижней» части диапазона соответствуют определенные каналы «верхней» части диапазона, причем таким образом, что разница между центральными частотами каналов из «нижней» и «верхней» частей диапазона была всегда одна и та же для любых частотных каналов одного частотного диапазона.
В соответствии с рекомендацией ITU-R F.746 для радиорелейной связи прямой видимости утверждены следующие диапазоны частот:
| Диапазон (ГГц) | Границы диапазона (ГГц) | Ширина каналов (МГц) | Рекомнендации ITU-R | Решения ГКРЧ |
|---|---|---|---|---|
| 0,4 | 0,4061 - 0,430 0,41305 - 0,450 |
0,05, 0,1, 0,15, 0,2, 0,25, 0,6 0,25, 0,3, 0,5, 0,6, 0,75, 1, 1,75, 3,5 |
ITU-R F.1567 | |
| 1,4 | 1,350 - 1,530 | 0,25, 0,5, 1, 2, 3,5 | ITU-R F.1242 | |
| 2 | 1,427 - 2,690 | 0,5 | ITU-R F.701 | |
| 1,700 - 2,100 1,900 - 2,300 |
29 | ITU-R F.382 | ||
| 1,900 - 2,300 | 2,5, 3,5, 10, 14 | ITU-R F.1098 | ||
| 2,300 - 2,500 | 1, 2, 4, 14, 28 | ITU-R F.746 | ||
| 2,290 - 2,670 | 0,25, 0,5, 1, 1,75, 2, 2,5 3,5, 7, 14 | ITU-R F.1243 | ||
| 3,6 | 3,400 - 3,800 | 0,25, 25 | ITU-R F.1488 | |
| 4 | 3,800 - 4,200 3,700 - 4,200 |
29 28 |
ITU-R F.382 | Решение ГКРЧ № 09-08-05-1 |
| 3,600 - 4,200 | 10, 30, 40, 60, 80, 90 | ITU-R F.635 | ||
| U4 | 4,400 - 5,000 4,540 - 4,900 |
10, 28, 40, 60, 80 20, 40 |
ITU-R F.1099 | Решение ГКРЧ № 09-08-05-2 |
| L6 | 5,925 - 6,425 5,850 - 6,425 5,925 - 6,425 |
29,65 90 5, 10, 20, 28, 40, 60 |
ITU-R F.383 | Решение ГКРЧ № 10-07-02 |
| U6 | 6,425 - 7,110 | 3,5, 5, 7, 10, 14, 20, 30, 40, 80 | ITU-R F.384 | Решение ГКРЧ № 12-15-05-2 |
| 7 | ITU-R F.385 | |||
| 8 | ITU-R F.386 | |||
| 10 | 10,000 - 10,680 10,150 - 10,650 |
1,25, 3,5, 7, 14, 28 3,5, 7, 14, 28 |
ITU-R F.747 | |
| 10,150 - 10,650 | 28, 30 | ITU-R F.1568 | ||
| 10,500 - 10,680 10,550 - 10,680 |
3,5, 7 1,25, 2,5, 5 |
ITU-R F.747 | ||
| 11 | 10,700 - 11,700 | 5, 7, 10, 14, 20, 28, 40, 60, 80 | ITU-R F.387 | Решение ГКРЧ № 5/1,
Решение ГКРЧ 09-03-04-1 от 28.04.2009 |
| 12 | 11,700 - 12,500 12,200 - 12,700 |
19,18 20 |
ITU-R F.746 | |
| 13 | 12,750 - 13,250 | 3,5, 7, 14, 28 | ITU-R F.497 | Решение ГКРЧ 09-02-08 от 19.03.2009 |
| 12,700 - 13,250 | 12,5, 25 | ITU-R F.746 | ||
| 14 | 14,250 - 14,500 | 3,5, 7, 14, 28 | ITU-R F.746 | |
| 15 | 14,400 - 15,350 14,500 - 15,350 |
3,5, 7, 14, 28, 56 2,5, 5, 10, 20, 30, 40, 50 |
ITU-R F.636 | Решение ГКРЧ № 08-23-09-001 |
| 18 | 17,700 - 19,700 17,700 - 19,700 17,700 - 19,700 18,580 - 19,160 |
7,5, 13,75, 27,5, 55, 110, 220 1,75, 3,5, 7 2,5, 5, 10, 20, 30, 40, 50 60 |
ITU-R F.595 | Решение ГКРЧ № 07-21-02-001 |
| 23 | 21,200 - 23,600 22,000 - 23,600 |
2,5, 3,5 - 112 3,5 - 112 |
ITU-R F.637 | Решение ГКРЧ № 06-16-04-001 |
| 27 | 24,250 - 25,250 25,250 - 27,500 25,270 - 26,980 24,500 - 26,500 27,500 - 29,500 |
2,5, 3,5, 40 2,5, 3,5 60 3,5 - 112 2,5, 3,5 - 112 |
ITU-R F.748 | Решение ГКРЧ № 09-03-04-2 |
| 31 | 31.000 - 31,300 | 3,5, 7, 14, 25, 28, 50 | ITU-R F.746 | |
| 32 | 31,800 - 33,400 | 3,5, 7, 14, 28, 56, 112 | ITU-R F.1520 | |
| 38 | 36,000 - 40,500 36,000 - 37,000 37,000 - 39,500 38,600 - 39,480 38,600 - 40,000 39,500 - 40,500 |
2,5, 3,5 3,5 - 112 3,5, 7, 14, 28, 56, 112 60 50 3,5 - 112 |
ITU-R F.749 | Решение ГКРЧ № 06-14-02-001 |
| 42 | 40,500 - 43,500 | 7, 14, 28, 56, 112 | ITU-R F.2005 | Решение ГКРЧ № 08-23-04-001 |
| 52 | 51,400 - 52,600 | 3,5, 7, 14, 28, 56 | ITU-R F.1496 | |
| 57 | 55,7800 - 57,000 57,000 - 59,000 |
3,5, 7, 14, 28, 56 50, 100 |
ITU-R F.1497 | Решение ГКРЧ № 06-13-04-001 |
| 70/80 | 71,000 - 76,000 / 81,000 - 86,000 | 125, N x 250 | ITU-R F.2006 | Решение ГКРЧ № 10-07-04-1 |
| 94 | 92,000 - 94,000 / 94,100 - 95,000 | 50, 100, N x 100 | ITU-R F.2004 | Решение ГКРЧ № 10-07-04-2 |
Частотные диапазоны от 2 ГГц до 38 ГГц относятся к «классическим» радиорелейным частотным диапазонам. Законы распространения и ослабления радиоволн, а также механизмы появления многолучевого распространения в данных диапазонах хорошо изучены и накоплена большая статистика использования радиорелейных линий связи. Для одного частотного канала «классического» радиорелейного частотного диапазон выделяется полоса частот не более 28 МГц или 56 МГц.
Диапазоны от 38 ГГц до 92 ГГц для радиорелейной связи выделятся недавно и являются более новыми. Несмотря на это данные диапазоны считаются перспективными с точки зрения увеличения пропускной способности радиорелейных линий связи, так как в данных диапазонах возможно выделение более широких частотных каналов.
Одними из особенностей использования радиорелейных линий связи является:
Методы резервирования радиорелейной связи можно разделить
Метод «горячего» резерва основывается на введении избыточности в аппаратуру радиорелейных станций. «Горячее» резервирование направлено на повышение надежности аппаратуры и не может повлиять на характеристики радиосигнала в канале связи.
Метод частотного разнесенного приема направлен на устранение частотно-селективых замираний в канале связи.
Метод пространственного разнесения применяется для устранения замираний, возникающих в следствие многолучевого распространения радиоволн в канале связи. Метод пространственного разнесения чаще всего используется при строительстве радиорелейных линий связи, проходящими на поверхностями с коэффициентом отражения близким к 1 (водная поверхность, болота, сельскохозяйственные поля).
Одним из недостатков поляризационного разнесенного приема является необходимость использования более дорогостоящих двухполяризационных антенн.
Наиболее надежным методом резервирования является построения радиорелейных линий связи по кольцевой топологии.
Из всех видов радиосвязи радиорелейная связь обеспечивает наибольшее отношение сигнал/шум на входе приемника при заданной вероятности ошибки. Именно поэтому при необходимости организации надежной радиосвязи между двумя объектами чаще всего используются радиорелейные линии связи.
Исторически радиорелейные линии связи использовались для организации каналов связи телевизионного и радиовещания, а также для связи телеграфных и телефонных станций на территории со слабо развитой инфраструктурой.
Радиорелейные линии связи применяются при строительстве и обслуживании нефте- и газопроводов в качестве линий связи для передачи телеметрической информации. В настоящее время, в некоторых регионах, РРЛ испульзуется как резерв, а основную работу выполняет оптический кабель, проложенный параллельно магистрального трубопровода. В случае порыва оптического кабеля, всю нагрузку на себя берет РРЛ.
Радиорелейная связь находит применение в организации каналов связи между различными элементами сотовой сети, особенно в местах со слабо развитой инфраструктурой.
Современные радиорелейные линии связи способны обеспечить передачу больших объемов информации от базовых станций 2G, 3G и 4G к основным элементам опорной сети сотовой связи.
На частотах до 12 ГГц осадки в виде дождя или снега слабо влияют на работу радиорелейных линий связи.
В реальных условиях атмосфера обладает собственным коэффициентом преломления радиоволн, причем атмосфера не является однородной средой, поэтому на разных высотах от поверхности земли коэффициент преломления различен.
Статью про радиорелейные системы связи я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развитие теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое радиорелейные системы связи и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов
Комментарии
Оставить комментарий
Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов
Термины: Устройства приема и обработки радиосигналов, Передача, прием и обработка сигналов