Тоискин В.С., Петренко В.И., Бибарсов М.Р., Мишин Д.Ю. Системы радиосвязи

Подождите немного. Документ загружается.

На каждой РРСт устанавливают антенны, приемно-передающую ап-

паратуру и вспомогательные устройства (аппаратуру телеобслуживания,

служебной связи, гарантированного электропитания и др.). Комплекс аппара-

туры, обеспечивающий нормальную работу РРЛ называют

радиорелейной

системой.

Передатчики и приемники, установленные на РРСт, образуют так на-

зываемый

высокочастотный ствол, радиоствол или просто ствол. Если на

участке РРЛ предусматривается одновременная связь в прямом и обратном

направлениях, то число передатчиков и приемников удваивается и ствол на-

зывается дуплексным.

Комплект оборудования, предназначенный для передачи телефонных

сообщений и включающий в себя кроме радиоствола модемы и аппаратуру

объединения (АО) и разделения каналов (АР), называется телефонным ство-

лом. Соответствующий

комплекс аппаратуры для передачи полных телеви-

зионных сигналов (вместе с сигналами звукового сопровождения, а часто и

звукового вещания) называют телевизионным стволом.

Большинство современных (гражданского назначения) РРЛ являются

многоствольными. При этом кроме рабочих стволов могут быть один или два

резервных ствола, а иногда и отдельный ствол служебной связи. С увеличе-

нием числа

стволов возрастает соответственно на станциях число передатчи-

ков.

4.1.4 Частотные планы

Одновременная работа многих радиосредств на станциях и на линии в

целом возможна лишь при устранении взаимовлияния между ними. С этой

целью создают так называемые

частотные планы - планы распределения на

РРЛ частот передачи, приема и гетеродинов.

В настоящее время нашли применение два основных варианта системы

распределения частот на интервале радиорелейной линии: двухчастотный и

четырехчастотный. Сущность указанных планов показана на рис.4.2.

Рисунок 4.2 - Радиорелейная линия с двухчастотным (а) и четырехчастотным (б) планом

распределения частот

При двухчастотной системе используются всего две частоты: одна для

передачи, другая - для приема. Для того чтобы исключить взаимные влияния

одного направления на другое, необходимо применять остронаправленные

антенны. При четырехчастотной схеме применяются четыре частоты. В этой

системе можно применять простые антенны, но полоса частот при том же

числе каналов возрастает.

Отметим, что наибольшее распространение в военных радиорелейных

линиях получил двухчастотный план распределения частот.

Известно, что антенны при излучении и приеме электромагнитных ко-

лебаний не обладают идеальной направленностью. Поэтому

при двухчастот-

ном плане можно ожидать, что приемник на ОРС будет реагировать не толь-

ко на сигналы передатчика ПРС

, но и на сигналы (на частоте f

) передатчика

ПРС

, излучаемого в направлении ПРС

(см. рис. 4.2).

Для избежания подобной ситуации используют узконаправленные ан-

тенны, для различных направлений связи излучают волны с различным ти-

пом поляризации, располагают станции таким образом, чтобы трасса пред-

ставляла ломаную линию (рис. 4.3).

Рисунок 4.3 - Расположение станций на трассе

Очевидно, что чем больше углы α

и α

, тем больше ослабление сиг-

нала мешающей станции. Однако при этом реальная протяженность трассы

возрастает.

Радиорелейные системы связи являются многоканальными системами

с высокой пропускной способностью (до 100 мБит/сек). Широкополосность

системы позволяет применять эффективные помехоустойчивые методы пе-

редачи сигналов.

Для обеспечения многоканальной работы используется аппаратура

уплотнения (П-303, П-312, К-60, П-158 и др.).

Передатчики и приемники, установленные на ОРРСт (УРРСт) и

ПРРСт участка, образуют так называемый высокочастотный ствол,

радио-

ствол

или просто ствол. Если на участке РРЛ предусматривается одновре-

менная связь в прямом и обратном направлениях, то число передатчиков и

приемников удваивается и ствол называется дуплексным.

Комплект оборудования, предназначенный для передачи телефонных

сообщений и включающий в себя кроме радиоствола модемы и аппаратуру

объединения (АО) и разделения каналов (АР), называется

телефонным ство-

лом

. Соответствующий комплекс аппаратуры для передачи полных телевизи-

онных сигналов (вместе с сигналами звукового сопровождения, а часто и

звукового вещания) называют

телевизионным стволом.

Большинство современных (гражданского назначения) РРЛ являются

многоствольными. При этом кроме рабочих стволов могут быть один или два

резервных ствола, а иногда и отдельный ствол служебной связи. С увеличе-

нием числа стволов возрастает соответственно на станциях число передатчи-

ков.

Пропускная способность радиорелейных линий может быть в не-

сколько раз увеличена за

счет образования новых стволов с использованием

общих для всех стволов антенных систем. Для сигналов различных стволов

используются различные частоты. Такие радиорелейные линии называют

многоствольными. Пример такой линии приведен на рис. 4.4.

1, 1

2, 2

1, 1

Рисунок 4.4 - РРЛ из двух дуплексных стволов

4.1.5 Классификация военных систем радиорелейной и

тропосферной связи

Военные системы радиорелейной и тропосферной связи можно клас-

сифицировать по различным признакам и характеристикам. Отметим наибо-

лее важные из них.

По мобильности различают:

подвижные средства;

стационарные средства.

Подвижные РРСт размещаются в кузовах, контейнерах, на платфор-

мах и в других объектах, монтируемых на шасси автомобилей, автоприцепов

и иных транспортных средствах. Стационарные РРСт составляются из обо-

рудования, размещаемого на стационарных объектах.

. По пропускной способности (количеству каналов) РРЛ делят на:

большой емкости (многоканальные);

средней емкости;

- малой емкости (малоканальные).

К РРЛ большой емкости принято относить системы, позволяющие ор-

ганизовать в одном стволе 600 и более каналов тональной частоты (ТЧ), что

соответствует пропускной способности более 100 Мбит/с. Если РРЛ позволя-

ет организовать 60-600 или менее 60 каналов ТЧ, то эти системы относятся к

линиям средней и малой емкости соответственно. Пропускная способность

таких РРЛ равна соответственно 10-100 и менее 10 Мбит/с. Радиорелейные

системы, допускающие передачу в одном стволе телевизионных сигналов

изображения, а также сигналов звукового сопровождения телевидения и зву-

кового вещания, относят к системам большой емкости.

3. По диапазону рабочих частот военные РРСт и РРЛ разделяют:

РРЛ метрового диапазона (МВ);

РРЛ дециметрового диапазона (ДЦВ);

РРЛ сантиметрового диапазона (СМВ);

РРЛ миллиметрового диапазона (ММВ);

По методу объединения и разделения каналов и виду модуляции не-

сущей можно выделить:

РРЛ с частотным разделением каналов (ЧРК) и частотной модуляцией

гармонической несущей (РРЛ с ЧРК-ЧМ);

РРЛ с временным разделением каналов (ВРК) и аналоговой модуля-

цией импульсов, которые затем модулируют несущую;

цифровые радиорелейные линии (ЦРРЛ), в которых в отличие от пре-

дыдущего случая импульсы (

отсчеты сообщений) квантуются по уровням и

кодируются.

По функциональному признаку радиорелейные станции классифи-

цируются на узловые радиорелейные станции (УРРСт), оконечные радиоре-

лейные станции (ОРРСт) и промежуточные радиорелейные станции (ПРРСт).

На УРРСт передаваемая информация перепринимается, вводится и

выделяется для нужд потребителя. Кроме этого здесь может предусматри-

ваться организация одного или нескольких ответвлений и пересечений.

На ОРРСт осуществляется ввод и выделение передаваемой

информа-

ции и обеспечивается перераспределение информации потребителям (теле-

центрам, междугородным телефонным станциям, междугородным вещатель-

ным аппаратным).

На ПРРСт передаваемые сигналы ретранслируются, а также при необ-

ходимости выделяются сигналы телевизионного ствола или часть телефонно-

го группового спектра.

. По области применения:

Магистральные линии большой емкости. Эти линии имеют значи-

тельную протяженность и предназначены для организации 600 и более теле-

фонных каналов. Общее число телефонных каналов на магистральных лини-

ях может достигать нескольких тысяч при так называемой многоствольной

работе. Для этого на каждой станции устанавливается несколько комплектов

приемопередающей аппаратуры, так что образуется несколько параллельных

радиоканалов (стволов), работающих на разных несущих частотах на общих

антенно-фидерных устройствах. Число стволов на магистральных РРЛ может

достигать 6…8, причем часть стволов обычно используется для передачи ТВ

программ, а один или два ствола являются резервными, на них автоматиче-

ски переключается передача сообщений при выходе

из строя основных ство-

лов (отводится сантиметровый и миллиметровый диапазон волн).

Линии средней емкости, используются на ответвлениях от магист-

ральных линий и на внутриобластных связях и предназначаются для органи-

зации от 60 до 300 телефонных каналов. Причем на одной линии обычно ра-

ботает до 3 стволов (отводится дециметровый диапазон волн).

Малоканальные РРЛ с

емкостью не более 30 телефонных каналов ис-

пользуются для местной или так называемой низовой связи. На этих линиях

чаще всего используется аппаратура в виде контейнера, которая зарывается в

землю у основания относительно невысокой и простой по конструкции ан-

тенной мачты (отводится обычно метровый и дециметровый диапазон волн).

РРЛ с подвижными станциями. Используются

для нужд обороны, а

также для оперативной замены поврежденных участков РРЛ и кабельной ма-

гистрали (в зависимости от назначения выбирается диапазон волн).

Тропосферные РРЛ

с расстояниями между станциями до 300-400 км и

емкостью до 120 телефонных каналов (конец метрового и начало дециметро-

вого диапазона волн).

РРЛ с использованием искусственных спутников Земли (ИСЗ) с рас-

стоянием между наземными станциями до нескольких тысяч километров,

предназначенные для передачи сигналов телевидения и многоканальной те-

лефонии (конец дециметрового и начало сантиметрового диапазона

волн).

Во взаимоувязанной сети связи РРЛ играют роль одной из важнейших

подсистем, резервирующей и дополняющей кабельную сеть страны. В на-

стоящее время в наземной распределительной телекоммуникационной сети

активно внедряются цифровые РРЛ с большой пропускной способностью.

4.1.6 Особенности военной радиорелейной связи

Особенностями военной радиорелейной связи являются:

- незначительные дальности связи на интервале;

- использование антенн с минимально достаточной для установления

связи высотой подвеса (подъема);

- работа на минимально необходимой мощности;

- использование помехозащищенных режимов работ;

- преобладание мобильных РРСт над стационарными;

- применение средств инженерной и радиотехнической маскировки;

- применение нормированных каналов;

- обеспечение возможности сопряжения с РРСт сетей общего пользо-

вания.

Основной особенностью РРЛ является их многоканальность. Эта при-

чина, а также дуплексная связь приводят к необходимости использовать диа-

пазоны частот, обладающие большой частотной емкостью. Поэтому боль-

шинство РРЛ работают в диапазоне метровых (малоканальные станции), де-

циметровых и сантиметровых волн.

Широкополосность радиосигналов РРЛ обусловлена двумя причина-

ми: применяемыми методами модуляции и требованием

многоканальности.

Для радиорелейной связи пригодны не всякие методы модуляции, а

только ЧМ и импульсные методы модуляции (ФИМ, ИКМ,

Δ - модуляция).

Пригодность ЧМ и ИМ объясняется тем, что при этих видах модуляции уро-

вень полезного сигнала на выходе радиоприемных устройств, а, следователь-

но, и каналах, не зависит от уровня радиосигнала на входе соответствующего

радиоприемного устройства. Благодаря этому в условиях замираний остаточ-

ное затухание каналов и трактов РРЛ сохраняется постоянным. В

то же время

ЧМ и ИМ характеризуются большой широкополосностью (для ЧМ

Δf = 2·F

·(1+m

чм

m ) - формула Манаева; например, при m

чм

= 4 и

=3,4кГц, Δf = 27,6 кГц; при F

= 30 кГц, m

чм

= 4, Δf = 420 кГц).

Использование ЧМ, ИМ, а также многоканальность передаваемых со-

общений, приводят к тому, что радиосигналы в радиорелейных линиях не-

редко охватывают полосы частот в сотни и тысячи килогерц, а иногда и в де-

сятки мегагерц.

Второй важной причиной использования УКВ диапазона является

почти полное отсутствие в этом диапазоне атмосферных и

промышленных

помех, а также малая вероятность помех от источников радиоизлучения, на-

ходящихся за горизонтом.

Кроме того, в диапазонах УВЧ (ультравысокие частоты) и СВЧ

(сверхвысокие частоты) весьма просто создать антенны с узконаправленным

излучением (приемом) радиоволн. Применение таких антенн, имеющих от-

носительно небольшие габариты, позволяет получить энергетический выиг-

рыш по сравнению с

ненаправленным излучением (приемом) примерно

30...50 дБ.

В настоящее время широко для радиорелейной связи применяются

диапазоны дециметровых и сантиметровых волн. Диапазон метровых волн

(короче 5 м) используется только для малоканальной радиорелейной связи.

Диапазон миллиметровых волн и сантиметровые волны короче 3 см считает-

ся перспективным, но применение этих волн в настоящее время ограничено

недостаточной их

освоенностью и проблемами, связанными с сильным по-

глощением этих волн гидрометеорами (дождь, туман, снег и т. п.).

4.1.7 Структура военных радиорелейных линий

Структура военных радиорелейных линий характеризуется рядом па-

раметров, смысл которых поясняется рисунком (рис. 4.5.), где введены обо-

значения:

- протяженность линии -

- число интервалов линии - М;

- число РРС, образующих линию -

- протяженность интервала -

;

- средняя протяженность интервала –

Ли

Рисунок 4.5 – Структура РРЛ

Перечисленные параметры связаны соотношениями:

∑

R =

m = M +1.

Для каждого типа подвижных военных РРЛ применительно к средне-

пересеченной местности определяется: максимально допустимое значение

протяженности линии

, максимально допустимое число интервалов линии

и значение средней протяженности интервала R

Нередко для конкретных типов РРЛ указываются максимальные про-

тяженности интервалов

imax

, превышение которых не рекомендуется, по-

скольку эти интервалы характеризуются меньшей устойчивостью связи.

Обычно полагают, что

imax

≅ 1,5R

, однако на РРЛ метрового диапазона до-

пустимы и более протяженные интервалы.

Структура РРЛ на местности (карте) характеризуется также конфигу-

рацией линии.

В организационном плане структура РРЛ характеризуется:

- числом узловых станций, обеспечивающих привязку линии к соот-

ветствующим узлам связи;

- числом участков линии между узловыми станциями;

- способом привязки узловых и оконечных

станций линии к узлам свя-

зи;

- распределением каналов линии.

4.1.8 Распределение уровня мощности радиосигнала на интервале

радиорелейной линии

Рассмотрим распределение уровня мощности радиосигнала на интер-

вале РРЛ между выходом передающего устройства одой РРСт и входом при-

емного устройства другой РРСт данного интервала РРЛ. Схематично это

представлено на рис.4.6.

пер

пр

Рисунок 4.6. - Диаграмма распределения уровней

Затухание радиосигнала W на интервале состоит из трех слагаемых:

W = W

св

+ W

+ ΔW

(Т

%),

(4.1)

где

св

- затухание радиосигнала в свободном пространстве;

- дополнительное (к условиям свободного пространства) затухание,

вызываемое влиянием рельефа местности при нормальной рефракции радио-

волн;

ΔW

(Т

%) - приращение затухания W относительно медианного значения

50%

, возникающее вследствие замираний напряженности электромагнитно-

го поля при изменении условий РРВ.

Индекс T

% указывает, что глубина замираний ΔW

(Т

%) соответству-

ет определенной вероятности

% (определенному проценту времени так на-

зываемых суток года, в течение которых наблюдаются наиболее интенсивные

замирания). Величина

50%

= W

св

+ W

, (4.2)

причем затухание в свободном пространстве

св

= 10·lg(4π·R/λ)

(4.3)

Зависимость между

пр

и Р

пер

выражается уравнением передачи радио-

сигнала:

пер,дБ

=Р

пр,дБ

- η

пер,дБ

+ G

пер,дБ

- W

,дБ

- η

пр,дБ

+ G

пр,дБ

(4.4)

Зависимость (4.4) вытекает непосредственно из диаграммы распреде-

ления уровня радиосигнала на интервале.

Основное влияние на затухание радиоволн оказывает затухание ра-

диоволн в свободном пространстве (при

R =30...40 км, λ = 7...20 см величина

св

= 125...135 дБ). Затухание W

на правильно выбранных интервалах не

превышает 6...10 дБ. Затухание в фидерах в сумме, как правило, также не бо-

лее 6...10 дБ (большие потери в фидерах объясняются достаточно большой их

длиной: при мачтах высотой 20 м и 30 м типовые фидеры имеют длину 40 м

и 50 м соответственно).

Одна антенна с

= 24 дБ эквивалентна усилителю, повышающему

мощность передатчика в 250 раз. При G

аΣ

= 48 дБ увеличение составляет

62500 раз.

Коэффициент шума приемников составляет

= 8...12дБ.

Из уравнения передачи видно, что среда распространения радиосиг-

нала на интервале РРЛ влияет на величину затухания

W двояким образом.

Во-первых, от рельефа местности зависит дополнительное затухание. На

распространяющиеся вдоль поверхности земли радиоволны неровности рель-

ефа местности, массивы леса и строений оказывают экранирующее действие,

ослабляющее напряженность электромагнитного поля. На интервалах, где

антенны на достаточно больших высотах (

h/λ>10), возникают отраженные от

поверхности земли волны, которые в случае сложения их в противофазе с

прямой волной в точке приема могут существенно ослаблять уровень радио-

сигнала у приемной антенны (вспомнить интерференционную формулу).

Важнейшая особенность, вытекающая из влияния среды распростра-

нения сигналов на интервалах РРЛ на качество связи - необходимость тща-

тельного планирования

РРЛ и их расчета с помощью топографических карт и

специальной методики до развертывания.

4.1.9 Замирания сигналов на интервале радиорелейной линии

Так как распространение радиоволн на интервалах РРЛ происходит в

приземных слоях тропосферы, примыкающих к поверхности земли, то появ-

ляются замирания сигналов.

100

Причины замираний следующие:

1. Рефракция радиоволн, то есть искривление их траекторий в воз-

душной среде, имеющей высотный градиент диэлектрической проницаемо-

сти. Поскольку величина градиента медленно изменяется случайным образом

при изменении температуры, давления и влажности воздуха, соответственно

изменяется и степень рефракции. Это приводит к медленному изменению

кривизны траектории волн и к непостоянству

степени экранирования местно-

стью потока энергии радиоволн. Кроме того, изменяются значения фаз отра-

женных от поверхности земли волн относительно фазы прямой волны. Уро-

вень сигнала на интервале медленно изменяется с квазипериодом, состав-

ляющим минуты, десятки минут и даже часы.

2. Отражение радиоволн диэлектрическими неоднородностями тропо-

сферы, например, низкорасположенными (100...200 м) инверсионными слоя-

ми воздуха, в которых наблюдается положительный высотный градиент вме-

сто нормального отрицательного. Отражений может возникать несколько, от

ряда слоев. Интерференция отраженных волн у приемной антенны приводит

к быстрым замираниям с квазипериодом порядка единиц секунд - десятков

секунд.

Суммарная картина замираний весьма сложна. Замирания характери-

зуются полученными статистическими методами на основе эксперименталь-

ных

исследований графиками распределения вероятности глубины замира-

ний, то есть кривыми зависимости

ΔW

= f(T%).

Вследствие замираний величина мощности сигнала на входе прием-

ника

пр

непостоянна. На выходе приемника при использовании ЧМ или им-

пульсной модуляции уровень полезного сигнала не изменяется. В то же вре-

мя мощность тепловых шумов

шт

на выходе канала изменяется и приблизи-

тельно обратно пропорционально величине

пр

шк

≅ Р

800

·А/Р

пр

(4.5)

где

А - постоянная величина, имеющая размерность мощности, определяемая

видом и параметрами модуляции, а также параметрами приемника;

800

- мощность измерительного гармонического сигнала частоты

800Гц на выходе канала.

Тогда шумовая защищенность канала, определяющая качество связи

определяется выражением:

ш,дБ

= Р

пр,дБ

- А

,дБ

(4.6)

Уравнение (4.6) называют вторым уравнением передачи. Оно связы-

вает шумовую защищенность каналов линии (как показателя качества для

РРЛ с ЧРК-ЧМ) по тепловым шумам с уровнем радиосигнала на входе при-

емника данной РРС. Уравнение справедливо для надпороговой области, то

есть при условии, что

пр

>> Р

пр пор.

Физический смысл понятия “процент времени быстрых замираний

%” с учетом второго уравнения связи может быть пояснен с помощью

рис.4.7.