Радиорелейные линии прямой видимости.

 

Принцип радиорелейной связи.

Радиорелейные линии – это линии радиосвязи, при помощи которых осуществляется передача на большие расстояния (до нескольких тысяч километров) сигналов информации, спектры которых занимают относительно широкую полосу частот. Так, например, по РРЛ можно передавать телевизионные сигналы, а также организовывать в одной радиорелейной линии сразу очень большое количество телефонных каналов (до нескольких тысяч). Для таких потоков информации требуются полосы частот до нескольких десятков, а иногда и сотен мегагерц и соответственно несущие не менее нескольких гигагерц. Такую широкую полосу пропускания может иметь линия радиосвязи, работающая только в одном из следующих диапазонов: метровых, дециметровых и сантиметровых волн, поэтому РРЛ строятся исключительно в этих диапазонах. Радиоволны в этих диапазонах способны распространяться в атмосфере только по линии прямой видимости и не обладают свойством дифракции. Радиорелейная линия для передачи сообщений содержит несколько приемо-передающих радиостанций, которые размещаются одна относительно другой на расстоянии R прямой видимости между антеннами.

Существуют РРЛ использующие дальнее тропосферное распространение УКВ за счёт отражения радиоволн отдельными областями тропосферы. В этом случае расстояния между соседними станциями могут составлять от 200 до 500 км.

Ещё одним видом РРЛ являются линии связи, использующие ионосферное рассеяние радиоволн, и линии использующие рассеяние ионизированными следами метеоритов. В этих случаях расстояния между станциями достигают соответственно 1500 и 2500 км. В настоящее время широко используются линии связи, где в качестве ретрансляторов применяются ИСЗ. В этом случае расстояния между наземными пунктами таких линий связи могут достигать десятки и более тысяч километров.

На РРЛ прямой видимости в основном применяют активную ретрансляцию, в процессе которой сигналы усиливаются. При этом между антеннами ретранслятора, направленными на соседние станции устанавливают приёмопередатчик. Протяжённость пролётов R между соседними станциями зависит от профиля рельефа местности и высот установки антенн. Расстояние R, км, в случае гладкой поверхности Земли (без леса или водная поверхность) определяется приближённо:

[45],

где h₁ и h₂ – высоты установки соответственно передающей и приёмной антенн соседних станций, м. При h₁=h₂=40 м R=50 км.

Для передачи сигналов от одной радиорелейной станции (РРС) к другой, применяются остронаправленные антенны с коэффициентом усиления 30-40 дБ и более. Большие коэффициенты усиления антенн позволяют применять на РРЛ передатчики сравнительно небольшой мощности (не более 10-20 Вт).

Для работы РРЛ выделяют полосы частот, расположенные в области 0,4; 2; 4; 6; 8 и 11 ГГц и выше. Выбор указанных диапазонов обусловлен тем, что в этом случае, во-первых, оказывается возможной передача большего объёма информации (обеспечивается большая пропускная способность), во-вторых, достаточно высокие помехоустойчивость и надёжность связи. Малая ширина диаграммы направленности антенн даёт возможность избегать взаимных помех между РРС, работающих на одинаковых частотах.

Типы станций РРЛ.

 

Все станции РРЛ в зависимости от их мест расположения, назначения и комплектации подразделяются на промежуточные (ПРС), оконечные (ОРС) и узловые (УРС).

 

 

Рис. 22. Условное изображение варианта РРЛ.

 

 

Промежуточные РРС предназначаются для приёма от предыдущей станции модулированных СВЧ сигналов, усиления их и передачи на последующую станцию. Эти станции оборудуются автоматизированной аппаратурой и являются в основном необслуживаемыми. Управление и наблюдение за работой аппаратуры необслуживаемых ПРС производится с ОРС или УРС автоматически или дистанционно с помощью специальной системы телеобслуживания. Оконечные РРС расположены на концах магистральной линии или на концах линий, ответвляемых от магистральной. На ОРС производится введение и выделение сообщений, передаваемых по РРЛ. С помощью соединительных линий ОРС связываются с междугородными телефонными станциями (МТС), междугородными телевизионными аппаратными и междугородными вещательными аппаратными (МВА), которые являются основными источниками сообщений, передаваемых по РРЛ.

На ОРС начинается и заканчивается линейный тракт передачи сигналов. На ОРС всегда имеется обслуживающий технический персонал, обеспечивающий исправность аппаратуры не только данной ОРС, но и подчинённых ей нескольких ПРС.

С помощью УРС обычно решают задачи разветвления и объединения потоков информации, передаваемых по разным РРЛ, на пересечении которых и располагаются УРС. К УРС относят также станции РРЛ, на которых осуществляется ввод и вывод телефонных, телевизионных и других сигналов, посредством которых расположенный вблизи от УРС населённый пункт связывается с другими пунктами данной линии. УРС также имеют обслуживающий персонал.

Передатчики и приёмники, установленные на ОРС, УРС и ПРС участка, образуют так называемый высокочастотный ствол, радио ствол или просто ствол. Если на участке РРЛ предусматривается одновременная связь в прямом и обратном направлениях, то число передатчиков и приёмников удваивается, и ствол называется дуплексным. Комплекс оборудования, предназначенный для передачи телефонных сообщений, и включающий в себя кроме радио ствола модемы и аппаратуру объединения (АО) и разделения каналов (АР), называют телефонным стволом. Соответствующий комплекс аппаратуры предназначенный для передачи полных телевизионных сигналов (вместе с сигналами звукового сопровождения, а часто и звукового вещания) называют телевизионным стволом. Большинство современных РРЛ являются многоствольными. При этом кроме рабочих стволов могут быть один или два резервных ствола, а иногда отдельный ствол служебной связи.

 

Классификация РРЛ.

 

РРЛ прямой видимости можно классифицировать по различным признакам и характеристикам. Наиболее важные из них:

1. По способу разделения каналов и виду модуляции несущей можно выделить:

_- РРЛ с частотным разделением каналов (ЧРК) и частотной модуляцией (ЧМ) гармонической несущей;

_- РРЛ с временным разделением каналов (ВРК) и аналоговой модуляцией импульсов, которые затем модулируют несущую;

_- Цифровые радиорелейные линии (ЦРРЛ), в которых в отличии от предыдущего случая импульсы (отсчёты сообщений) квантуются по уровням и кодируются.

2. По диапазону рабочих (несущих) частот РРЛ подразделяют на линии дециметрового и сантиметрового диапазонов;

3. Радиорелейные системы (РРС) подразделяют на системы большой, средней и малой ёмкости. К РРС большой ёмкости принято относить системы позволяющие организовать в одном стволе 600 и более каналов ТЧ. Если РРС позволяет организовать 60-600 или менее 60 каналов ТЧ, то эти системы относят соответственно к системам средней и малой ёмкости.

С помощью РРЛ решают следующие задачи:

- создание стационарных магистральных линий связи для передачи больших потоков информации на расстояния в несколько тысяч километров. В этих случаях применяют системы большой ёмкости. Магистральные РРЛ обычно являются многоствольными;

- использование стационарных РРЛ для организации зоновой связи. Эти линии имеют протяжённость от 600-1400 км. Здесь применяют РРС средней ёмкости, которые в большинстве случаев рассчитаны на передачу телевизионных сигналов и сигналов радиовещания.

- использование РРЛ в местной (районной и городской) сети связи. Здесь в основном применяют РРЛ малой ёмкости.

- обеспечение с помощью малоканальных РРЛ служебной связью железнодорожного транспорта, газопроводов, нефтепроводов, линий энергоснабжения и других систем, охватывающих большую территорию.

- обеспечение подвижной связи, используемой в случае ремонта или модернизации стационарных РРЛ и кабельных линий связи (КЛС), а также для других целей.

 

 

Многоствольные РРЛ.

 

Пропускная способность РРЛ может быть в несколько раз увеличена за счёт оборудования новых стволов. Для этого на станциях устанавливают дополнительные комплекты приёмопередающего оборудования, с помощью которых создают новые ВЧ тракты. Для сигналов разных стволов используются различные несущие частоты. Вся система многоствольной РРЛ организуется таким образом, чтобы все стволы работали независимо один от другого, а с другой стороны, были взаимозаменяемыми. Это обеспечивает необходимую верность передачи сообщений в каждом стволе и повышает надёжность работы всей линии в целом. В качестве примера, поясняющего принцип организации многоствольной работы, рассмотрим вариант РРЛ из трёх дуплексных стволов, куда входит основное оборудование трёх станций этой линии: ОРС, ПРС и УРС.

 

ТФ

(ТВ,ЗВ)

 

Рис. 23. Упрощённая структурная схема РРЛ из трёх дуплексных стволов.

Схема содержит: передатчики (П), приёмники (Пр), оконечные устройства (ОУ), включающие модемы, усилители и другие элементы осуществляющие преобразование групповых телефонных сообщений (ТФ) или компонентов сигналов телевизионного и звукового вещания (ТВ, ЗВ) в сигналы линейного тракта, а также обратное преобразование; системы полосовых фильтров (ПФ), каждый из которых имеет полосу прозрачности, соответствующую одному стволу при односторонней связи; в режиме передачи ПФ обеспечивает необходимую развязку передатчиков (у этих систем ПФ указан первый индекс 1, то есть они обозначены ПФ₁₁, ПФ₁₂, ПФ₁₃); изменение вторых индексов отражает смену частот приёма и передачи в соответствии с двухчастотным планом; в режиме приёма системы ПФ являются разделительными фильтрами; из суммарного ВЧ сигнала каждый полосовой фильтр системы выделяет сигнал одного ствола и направляет его в соответствующий приёмник (у этих систем ПФ указан первый индекс 2, то есть они обозначены ПФ₂₁, ПФ₂₂, ПФ₂₃); развязывающие устройства (РУ), задачей которых является дополнительное уменьшение взаимовлияния трактов передачи и приёма: ряд элементов этих трактов, таких, например, как фидеры и антенны (А), как правило, являются общими. Аппаратура ввода - вывода сигналов (АВВ) обеспечивает специфических для УРС задач – разветвления и объединения информационных потоков.

В качестве примера использования схемы рассмотрим передачу группового телефонного сообщения (ТФ) в одном направлении связи. Это сообщение формируется в аппаратуре объединения каналов (АОК) и по соединительной линии поступает на ОРС. С помощью ОУ и П сигнал ТФ преобразуется в ВЧ сигнал требуемой мощности, который через один из полосовых фильтров системы ПФ₁₁ и РУ поступает в антенну А и излучается в направлении ПРС. Здесь сигнал данного ствола проходит последовательно через А, РУ, один из полосовых фильтров системы ПФ₂₁, и поступает в соответствующий приёмник (Пр). после усиления и преобразования частоты сигал с выхода соответствующего передатчика (П), через один из полосовых фильтров системы ПФ₁₂, РУ и А поступает в направлении УРС. Приёмный тракт УРС включает в себя элементы А, РУ, ПФ₂₂ и группу приёмников. С помощью одного из Пр и ОУ ВЧ сигнал данного ствола может быть преобразован в сигнал ТФ и направлен в АВВ. Здесь односторонние ТФ каналы могут быть распределены по группам, одна из которых, например, может быть направлена на ближайшую МТС, другие же могут войти в состав новых ТФ стволов и направлены по разным радиоканалам. Кроме того, возможна и транзитная передача через УРС полного сигнала организованного на ОРС ствола в том или ином направлении связи. В этом случае сигналы с Пр на П могут идти в обход ОУ и АВВ. При модуляции групповым телефонным сообщением того или иного параметра несущей, в основном применяют два метода:

- модуляцию групповым сообщением колебаний промежуточной частоты (модулятор в ОУ) и транспонирование полученного таким образом спектра в область ВЧ (в передатчике).

- непосредственную модуляцию групповым сообщением одного из параметров ВЧ несущей (модулятор в передатчике). Последний вариант используется в частности, на цифровых РРЛ.

В настоящее время приём и передачу сигналов на станции на каждом направлении связи ведут в основном по общему антенно-фидерному тракту (обычно антенны и фидеры оказываются гораздо более широкополосными, чем сигналы одного ствола), а необходимую развязку трактов приёма и передачи обеспечивают не только фильтрами, но и различными не взаимосвязанными устройствами, то есть устройствами, свойства которых зависят от направления распространения электромагнитных волн. К этим устройствам относят, в частности, широко применяемые ферритовые вентили и циркуляторы. Кроме того, для обеспечения эффективной развязки трактов передачи и приёма, а также соседних стволов, во многих современных РРС используют волны различной поляризации (горизонтальной и вертикальной).