Муравьев В.В., Липкович Э.Б. Спутниковые и радиорелейные системы передачи

Подождите немного. Документ загружается.

10

супропускания.Иззаэтоголинииспутниковойсвязис60хгодовначалисозда

ватьсяисключительнос использованиемактивныхспутников.

ДлясозданиянациональнойсетиспутниковойсвязивСССРв1965годуна

высокоэллиптическуюорбитувыводитсяИСЗ«Молния1»,черезкоторыйбыла

организована передача сигналов телефонии и телевидения между Москвой и

Владивостоком.

Посколькунапервомэтаперазвитияспутниковыхсистем(60егоды)ши

рокоиспользоваласьЧМсбольшиминдексоммодуляции,товэтовремяпрово

дятсямногочисленныеразработкиразличныхустройствсниженияпорогаприема

ЧМсигналов. Применениетаких устройствпозволялосущественно снизитьне

обходимуюэнергетику

Вэтот жепериод создаютсяэкспериментальныеидействующиесистемы

спутниковой связи, в которых используются различные методы многостанци

онногодоступа:МДЧР,МДВР иМДКР.ВсистемахМДЧРпервоевремяисполь

зуетсяЧМ.Разрабатываютсясистемымногостанционногодоступатипаодинка

нал на несущую(ОКН)имногоканальныесистемы,вкоторыхнакаждойнесу

щейчастотепередаетсянесколько телефонныхканалов(МКН).

Позднее в системах спутниковой связи начинают применяться цифровые

методыпередачисигналов.ПрименяютсяметодымодуляцииФМн,ОФМ,ММС,

коды, корректирующие ошибки, и другие. Для повышения эффективности ис

пользованияканаловсвязиприменяютсяметодысокращенияизбыточностизву

ковыхителевизионныхсообщений,методыподавлениянесущейвпаузахречи,

разделениесигналов,передаваемыхводномчастотномканале,пополяризации

идругие.Важнымэтапомразвитияспутниковыхсистемсвязисталиразработки

систем«SPADE»(ИКМОКН)и«SМАХ»(ИКММДВР). Подобныеразработки

проводятсявразныхстранах.

В СССР первая линия цифровой связи, соединившая Москву с городами

ДальнегоВостока,былавведенавэксплуатациюв1977году.Онаимеласкорость

передачи40 Мбит/сипозволялапередавать120дуплексныхТФканалов.

Вконце60хгодовразрабатываютсяспутниковыеретрансляторысобра

боткой сигналовнаборту,которыепозволяютсущественноповыситьпропускную

способность спутниковых систем, применяя в них коммутационные матрицы и

многолучевыеантенны.Коммутационныематрицыпутемсоответствующейком

мутациипринятыхвременныхпакетовнаразныевременныепозициивкадрепе

редаваемогосигналаобладаютбольшимбыстродействиемипозволяютосущест

влять маршрутизацию обрабатываемых сигналов на борту спутника, связывая

абонентов,расположенныхвзонахобслуживанияодногоитогожеилиразных

лучей.

11

1йкоммуникационныйспутник«Молния»

Системыскоммутациейсигналовнабортуспутникавесьмаперспективны,

таккакпозволяютсущественноуменьшитьсложностьземногосегмента.Приме

нениеэтойтехнологиидляорганизациилинийсвязипозволяетизбежатьмного

скачковыхсоединенийиуменьшатьзадержкипередаваемыхсообщений.Комму

тациясигналовнабортуИСЗдляорганизациимежспутниковыхлинийсвязина

шлаприменениевсистемеспутниковойподвижнойсвязи«Иридиум»,оназало

жена в проекте системы глобальной спутниковой связи «Те1еdesic»,реализация

которогонамеченананачало XXI века.

Разработанныев6070егодытехнологиисвязинаходятширокоеприме

нениев создаваемыхвомногихстранахспутниковыхсистемах.

ВСССРв70хгодахсоздаютсяразличныесистемымногостанционного

доступа:

– аналоговыесистемы(системаОКН«ГрадиентН»иМКН«Группа»сЧУ

ЧМ);

–цифроваясистема«МДВУ40»свременнымуплотнениемсоскоростьюпе

редачи сообщений40Мбит/с;

–цифроваясистемаОКН«Интерчат»,аналогичнаяамериканскойсистеме

«SРАDЕ», обеспечивающая передачу в одном стволе до 800 каналов связи со

скоростьюпередачисообщений64кбит/с.Этасистемабыларазработанасовме

стносоветскимиивенгерскимиспециалистами;

– система цифровой спутниковой связи ДКН400, в которой применялась

адаптивнаядифференциальнаяИКМ.

Спутниковая связь развивается во всем мире весьма быстрыми темпами.

Совершенствованиетехникиспутниковойсвязипозволилов1984годусоздавать

небольшиенеобслуживаемыеземныестанции(ЗС)цифровойспутниковойсвязис

антеннамисмалой апертурой(VSAT – Very Small Aperture Terminal),которыепо

зволяютразвертыватьмассовыесетиспутниковойсвязи,аналогичныесетямРРЛ

12

типаПМП.Новаятехникаобеспечиваетдостаточновысокуюскоростьпередачи

информации (до 2 Мбит/с) и позволяет отдельным пользователям сетей VSAT

предоставить, нарядус традиционными, значительное количествосовременных

услуг связи (Интернет, видеоконференцсвязь, видеотелефония и т. д.). Сети

VSATсоздаютсявдиапазонах64,1411и3020ГГц,выделенныхдляфиксиро

ваннойспутниковойслужбы.

Начинаяс 1984года, запятнадцатьлетсвоегоразвития,количество вве

денных в эксплуатациюЗСсетей VSAT вмиресоставилооколотрехсоттысяч.

Сетиспутниковойсвязиимеютглобальныйхарактеритребуютприсозда

ниивесьмазначительныхинвестиций.Этодиктуетнеобходимостьобъединения

ресурсовмногихстрандляразвитияподобныхсистем.

В 1965 году создается первая международная организация спутниковой

связи«Интелсат»,котораяобъединяет143страны.Глобальнаясистемаспутни

ковойсвязи«Интелсат»имеетсегодня17ИСЗи130земныхстанцийвразных

регионахмира.Вэтойсистемевозможныорганизациясетейсвязиобщегополь

зования,передачавидеосигналов,созданиемагистральныхлинийсвязибольшой

емкостиикорпоративныхсетей связиит.п.

В70хгодахсоздаетсяряддругихмеждународныхорганизацийспутнико

войсвязи:

– организация «Интерспутник», объединяющая в настоящее время два

дцатьтристраныВосточнойЕвропы,АзииистраныСНГипредоставляющаясе

годняпользователямвозможностьорганизациисетейТВиЗВвещания,передачу

телефонии, данных, видеоконференций, сетей VSAT. Эта организация имеет 8

спутниковсвязии70земныхстанцийвразныхстранахмира;

– организация «Евтелсат», объединяющая пятьдесят стран Европы, Азии,

АфрикииАмерики.Онаимеет15ИСЗ,спомощьюкоторыхобеспечиваетсяор

ганизациятысячкорпоративныхсетей,передача сигналовтелефониииданных,а

также550ТВ каналов на 75 миллионовприемных установок вомногих частях

мира.

Запоследниедвадцатьпятьлетбылсоздантакжерядрегиональныхсистем

спутниковойсвязи:«ПанАмСат»,«Орион»,«Арабсат»,«Азиасат»идругие.В90

х годахнациональныесетиспутниковой связибыли созданы вКанаде,России,

США,Франции, Китае,Японии,атакжевомногихдругихстранах.

Такимобразом,вразвитииспутниковыхсистемможновыделитьследую

щиеосновныеэтапы.

–40е годы:выдвижениеидейсозданиялинийспутниковойсвязиипервые

расчеты,позволяющиеоценитьихосновныепараметры.

–Конец50х начало60хгодов:созданиепервыхэкспериментальныхли

нийспутниковойсвязи(сиспользованиемвначалепассивных,азатемактивных

ИСЗ,расположенных нанегеостационарныхигеостационарныхорбитах).

–60еиначало70хгодов:разработкаразличныхметодовмногостанцион

ногодоступа(МДЧР,МДВР,МДКР),разработкасистем,использующиханалого

выеицифровыеметодыпередачисообщений,различныеметодысокращенияих

избыточности,разработкаметодовкоммутациисигналовнабортуспутника.

13

–ПоследниетридцатьлетXXвекахарактеризуютсясущественнымрасши

рениемпримененийтехнологийспутниковойсвязиисозданиеммеждународных

инациональных сетейспутниковойсвязи, обеспечивающихвозможностиорга

низациикакпротяженныхмагистральныхмногоканальныхлинийсвязибольшой

емкости,такилокальныхирегиональныхлинийсвязисмногостанционнымдос

тупом,атакжесетейспутниковойсвязисприменениемтехнологииVSATдля

большогочислапользователей.

С60хгодоввМСЭначинаетсяразработкаРекомендацийпостандартиза

цииоборудованияитребованийккачествуканаловспутниковойсвязи.

Развитиеспутниковыхсистемсвязипроисходитвследующихнаправлени

ях:

– предоставление абонентам возможностей передачи высокоскоростных

данныхи подключенияксетиИнтернет;

– создание спутников с низкими удельными затратами на ствол/год (за

счет большого срока службы, большого числа стволов и/или дешевых средств

выводана геостационарнуюорбиту(ГСО);

–созданиенеобслуживаемыхсетей VSAT.

Весьма перспективной представляется глобальная система спутниковой

связи«Тeledesic».Этасистемадолжнаобеспечитьширокополосныйдоступксе

тиИнтернетикмультимедийнымуслугамвлюбойточкеземногошара.Длянее

наВРК97выделеныполосычастот28,629,1ГГц(линиявверх)и18,819,3ГГц

(линиивниз).Всистемеиспользуется288негеостационарныхспутниковсвязи,

находящихсянанизкихорбитах.Спутникидвижутсявдвенадцатиплоскостях,в

каждойизкоторыхнаходитсяпо24спутника.Влюбойобластиземногошарара

диусом 100 километров система обеспечивает обслуживание потока данных с

суммарнойскоростьюв500Мбит/сотпользовательскихтерминалов.Пользова

телямбудутпредоставлятьсяканалыдляпередачисообщенийсоскоростьюот

16 кбит/с до 2 Мбит/с, принимать сообщения они смогут со скоростью до 64

Мбит/с.Системаспособнаодновременнообслуживатьмиллионыабонентов,пре

доставляяимуслугипо передачеданных,мультимедиаидругиеуслуги.Вразных

странахвнастоящеевремяразрабатываютсянесколькопроектовподобныхсис

тем.

1. ОСНОВНЫЕПРИНЦИПЫПОСТРОЕНИЯРАДИОСИСТЕМ

ПЕРЕДАЧИ

Системой передачи в общем случае называется совокупность техниче

скихсредств,обеспечивающихобразованиетиповыхканалов,групповыхтрак

товилинейноготракта.

Подрадиосистемойпередачи(РСП)понимаютсовокупностьтехнических

средств, обеспечивающих образование типовых каналов передачи, групповых

трактовилинейноготракта,покоторомусигналыэлектросвязипередаютсяпо

средствомраспространениярадиоволнвоткрытомпространстве.

14

1.1.СтруктурамногоканальнойодностороннейРСП

Несмотря на большое разнообразие РСП, основные принципы их по

строения являются общими. Структурная схема многоканальной, односторон

нейРСПпоказананарис1.1

Рис.1.1

Онасостоитизканалообразующегоигрупповогооборудованияиствола

РСП,которыесоединяютсяобычнопроводнойлинией.

Каналообразующее и групповое оборудование обеспечивают на пере

дающем конце формирование группового сигнала из множества первичных

сигналов электросвязи,подлежащих передачи. На приёмном конце осуществ

ляетсяобратноепреобразованиеизгруппового–вмножествопервичныхсиг

налов.Этооборудованиерасполагаетсянасетевыхстанцияхиузлахкоммута

циипервичнойсети.

Поскольку станции РСП, как правило, находятся на значительном рас

стоянииотсетевыхстанцийиузловкоммутации,тоонисоединяютсяобычно

проводнойлинией,покоторойгрупповойсигналпередаётсянастанциюРСП.

Дляформированиярадиосигналаиспользуетсярадиосистемасвязи.

Радиосистемой связи называется комплекс радиотехнического оборудо

вания, предназначенного для организации радиосвязи в заданном диапазоне

частот.

15

Радиосистемасвязи вместе с трактом распространения радиоволнназы

ваетсястволомРСПилилинейнымтрактом.СтволРСПсостоитизоконечного

оборудованиястволаРСПирадиоствола.Воконечномоборудованиинапере

дающем конце формируется линейный сигнал, состоящий из группового и

вспомогательныхсигналов(сигналовслужебнойсвязи, пилотсигналов идр.),

которым модулируется высокочастотное колебание. На приёмном конце око

нечное оборудование выполняет обратные преобразования – демодуляцию и

выделение группового сигнала и служебных сигналов. Оконечное оборудова

ниерасполагаетсянаоконечныхстанцияхРСПинаспециальныхретрансляци

онныхстанциях.Назначениемрадиостволаявляетсяпередачарадиосигналовна

расстояния с помощью радиоволн, распространяющихся в свободном про

странстве,(усилениеколебаний,преобразованиечастотывзаданныйдиапазони

излучение).Радиостволназываетсяпростым,еслионсостоитиз2хоконечных

радиостанций и одного тракта распространения радиоволн и составным, если

кроме2хоконечныхрадиостанцийимеетоднуилинесколькоретрансляцион

ныхстанций,обеспечивающихприём,преобразование,усилениеиповторную

передачурадиосигналов.

1.2.СтруктурнаясхемадуплекснойодноствольнойРСП

РассмотримтеперьструктурнуюсхемудвухстороннейРСПилидуплекс

нуюсистему,обеспечивающуюодновременноприёмипередачусигналов(рис

1.2)

Рис.1.2

16

ОтоконечногооборудованиястволаРСПнавход1радиостволапоступа

етвысокочастотныйсигнал,модулированныйлинейнымсигналом.Врадиопе

редатчикеП

д1

частотапреобразуетсядляпереносаспектравзаданныйдиапа

зончастот,мощностьусиливаетсядонужнойвеличиныипофидерномутракту

поступаетвантенну1иизлучаетсявзаданномнаправлении.Частьэнергиира

диоволнулавливаетсяантеннойрадиостанции2ипофидерномутракту2пода

ётсянаприёмникП

.Вприёмникеосуществляетсячастотнаяселекцияприни

маемогорадиосигнала, обратное преобразование частоты и необходимое уси

ление.Свыходарадиоствола2принятыйсигналпоступаетнаоконечноеобо

рудование 2,где происходит демодуляцияи выделение группового сигналаи

вспомогательныхслужебныхсигналов. Аналогично радиосигналыпередаются

впротивоположномнаправлении.Каквидноизрис1.2радиостволдуплексной

РСПсостоитиз 2храдиоканалов,каждыйизкоторыхобеспечиваетпередачу

радиосигналовводномнаправлении.

В процессе передачи сигналы искажаются изза наличия внутрисистем

ныхпомех.Извнутрисистемныхпомехможновыделитьвпервуюочередьтеп

ловыешумы,возникающиевАФТ,приёмникеиоконечномоборудовании,пе

реходныепомехи,возникающиепочтивовсехэлементахпримногоканальной

передачи. Кроме внутрисистемных помех на любую РСП оказывают влияние

помехи от других стволов и радиотехнических систем, радиоизлучения атмо

сферыидр.

1.3. Структураипринципдействиямногоствольнойпередачи

Для повышения экономичности, пропускной способностии надёжности

припостроенииРРСП,ТРСПиССПприменяетсяпринципмногоствольнойпе

редачи.

На рис 1.3 представлена структурная схема 4х ствольной радиолинии

связи.Онасостоитиз3хРСП:аналоговойтелефонной,цифровой,аналоговой

телевизионной РСП и отдельного резервного ствола. Назначение отдельных

блоковясноизсхемы.Совокупность стволов, входящихвсоставрадиолинии

связи,образуетмногоствольнуюрадиолиниюпередачи.

Каквидноизсхемы,каждыйизстволовсостоитизоконечногооборудо

вания, радиоствола и аппаратуры резервирования, обеспечивающей переклю

чениенарезервныйствол,привыходеизстроякакоголиборабочегоствола.

Учитывая,что перерывы связи в двух или более стволаходновременно

маловероятны,тообычноиспользуетсясистемарезервированияпосхеме«3+1»

или«7+1»(трирабочих,одинрезервныйит.д.).(ВнекоторыхРСПиспользует

сяотдельныйстволслужебнойсвязи).

Использование одних и тех же антенн, фидерных трактов, сооружений

для размещения оборудования и т.д. значительно повышает экономичность

многоствольныхРСП.

17

Рис.1.3

18

СовместнаяработанесколькихстволовводнойРСПобеспечиваетсяраз

несениемихпочастоте.Причёмпримногоствольнойработечастотыпередачи

иприёмастволовдолжныбытьвыбранытакимобразом,чтобысвестикмини

муму влияниятрактовпередачина тракты приёма ивзаимные помехимежду

ними.

1.4.Частотныепланы

ВсовременныхРСПуровниизлучаемыхипринимаемыхмощностеймо

гутотличатьсяна100150дБиболее.Дляисключенияпаразитныхсвязеймеж

дупередающимииприемнымитрактамииспользуютразныенесущиечастоты

дляприемаипередачи.Приэтомдляпередачивпротивоположныхнаправле

нияхможетбытьиспользованалибооднаитажепарачастот(

1 2

,f f ),либодве

разные

1 2

3 4

,

f f

.

Всвязисэтимразличают2хчастотныйи4хчастотныйпланы(рис.1.4).

Рис.1.4

Двухчастотныйпланэкономичнеесточкизренияиспользованияполосы

частот,однако,требуетсясущественнаязащитаотсигналовпротивоположного

направления,посколькуонинаходятсярядом.

Четырехчастотныйпланнетребуетпримененияспециальныхмер защи

ты,нооннеэффективноиспользуетотведеннуюполосучастот.Числорадио

стволов,котороеможетбытьобразовановвыделеннойполосепри4хчастот

номпланевдвоеменьше,чемпри2хчастотномплане.

ВмногоствольныхРСПприменяетсягруппированиечастотприемаипе

редачи,всоответствиискоторымчастотыпередачивсехстволовводнойполо

винеотведеннойполосычастот,ачастотыприема–вдругой.ВстволахРСП

используются2хи4хчастотныепланы.

19

Рис.1.5

Нарис.1.5а,бизображенысоответственнодвухчастотныйичетырехчас

тотныйпланыдля3хстволовРСП.Двухчастотныепланыобычноприменяют

сянаРСП,работающихвсантиметровомимиллиметровомдиапазонах.

НаРСПдециметровогодиапазона,перевозимыхРСПинаТРСПприме

няются4хчастотныепланы.

1.5.Обоснованиевыборадиапазоначастот

БольшинствосовременныхРСПработаютвСВЧдиапазоне,ккоторому

обычноотносятдиапазонсантиметровыхимиллиметровыхволн.Использова

ниеэтихдиапазоновобусловленоглавнымобразомнеобходимостьюпередачи

широкополосныхсигналов.

Обусловленэтотвыборвпервуюочередьбольшойинформационнойем

костью этих диапазонов. Достаточно сказать, что если вся полоса частот от

оченьнизкихдодециметровыхволн

8

3 10f D » × Гц,товдиапазонеотдециметро

вых

8

3 10f = × Гц до субмиллиметровых

12

3 10f = × Гц имеем полосу частот

12

3 10f D » × Гц,т.е.в10000разбольше.Этопозволяеторганизоватьсовместную

работу большогочислаширокополосныхРСПсвысокойпропускнойспособно

стью.

Крометого,малаядлинаволнывСВЧдиапазонепозволяетиспользовать

сравнительнонебольшиепогабаритамантенны,создающиеостронаправленное