Радиорелейные системы связи
Одним из основных видов современных средств связи являются радиорелейные линии (РРЛ) прямой видимости, которые используют для передачи многоканальных телефонных сообщений, радиовещания, телевидения, телеграфных и фототелеграфных сигналов. Все виды сообщений передаются по РРЛ на большие расстояния с высоким качеством и большой надежностью.
Поскольку РРЛ предназначены также для передачи телевизионных сообщений в диапазонах метровых, дециметровых и сантиметровых волн, то для РРЛ важным является учёт особенностей распространения этих радиоволн во внешней среде: наряду с замираниями, вызванными их поступлением в приемное устройство по разным по своей длине путям (как для КВ и УКВ), существенное значение играет неоднородность тропосферы (нижних слоёв атмосферы). Эта неоднородность приводит к тому, что диэлектрическая проницаемость тропосферы меняется с высотой. Это изменение характеризуется вертикальным градиентом диэлектрической проницаемости g и приводит к искривлению траектории радиоволн на пролёте РРЛ. Такое явление называют рефракцией. Различают положительную при g<0 и отрицательную при g>0 рефракцию. К замираниям сигнала приводит отрицательная рефракция, называемая субрефракцией. Схематично это представлено на рисунке 2.11.
Рис. 2.11,
где РРС – радиорелейная станция,
g>0 – субрефракция,
g=0 – рефракции нет,
g<0 – положительная рефракция.
Степень субрефракции изменяется случайным образом и может оказаться настолько значительной, что неровности рельефа земной поверхности на пролёте РРЛ приведут к резкому падению мощности сигнала на входе приёмника. Этот вид замираний характерен для сухопутных трасс, особенно в летнее время и весной, и может длиться от нескольких десятков минут до нескольких часов.
Другой вид замираний характерен для радиоволн с частотой f≥8000 МГц (сантиметровые волны) и связан с рассеянием электромагнитной энергии в каплях дождя, когда длина волны соизмерима с размерами дождевой капли. При выпадении ливневых дождей могут возникать глубокие замирания вплоть до полного прерывания связи.
Для борьбы со всеми видами замираний используют разнесение в пространстве и по частоте, увеличение мощности передатчика (запас на замирание).
Стоимость строительства проектируемой РРЛ, а также её дальнейшая эксплуатация во многом определяется правильностью выбора трассы. Обычно рассматривают и несколько вариантов трассы с учётом природно-географических особенностей местности, наличия строительных ресурсов, близости к населенным пунктам и др. Из них выбирают наиболее экономически выгодный: с наибольшей длиной пролета, наибольшим числом РРС вблизи населённых пунктов, наименьшими высотами опорных антенн. При этом одним из важных условий, которое необходимо соблюдать при выборе трассы РРЛ, является условие "зигзагообразности", т.к. нельзя четыре станции подряд размещать на одной прямой линии. Это позволяет исключить помехи от станций через три-пять пролетов, т.к. при существующих частотных планах РРЛ на каждой четвертой станции частота приёма совпадает с частотой первой станции. Схема трассы типовой РРЛ показана на рисунке 2.12.
Рис. 2.12,
где ОРС – оконечная РРС,
УРС – узловая РРС.
Расстояние между двумя соседними РРС называют пролётом. Расстояние между ОРС и УРС или между двумя УРС называют участком. При зигзагообразном расположении РРС ослабление мешающего сигнала достигается за счёт направленного действия антенн. При этом угол между направлением на соседнюю станцию и направлением на станцию, отстоящую на три пролёта, становится больше ширины диаграммы направленности антенны. Там, где из-за особенностей рельефа местности нельзя осуществлять зигзагообразное расположение РРС, применяют специальные частотные планы распределения радиоволн по РРС, исключающие совпадение частот первой и четвертой РРС.
Типовая структурная схема многопролётной РРЛ показана на рис. 2.13.
Рис. 2.13,
где АУ – аппаратура уплотнения,
ОА – оконечная аппаратура,
П – передатчик,
ГС – групповой сигнал,
ПЧ – промежуточная частота,
СВЧ – сверхвысокая частота,
Прм – приёмник.
В аппаратуре уплотнения в передающей РРЛ сигналы отдельных каналов объединяются в один общий групповой сигнал, а в приёмной РРЛ - выделяются из группового сигнала.
В оконечной аппаратуре в передающей части происходит частотная модуляция несущей промежуточной частоты групповым сигналом и последующее усиление ПЧ, а в приёмной части – демодуляция сигнала ПЧ.
В передатчике сигнал ПЧ преобразуется в сигнал СВЧ и усиливается; в приёмнике сигнал СВЧ преобразуется в сигнал ПЧ и также усиливается.
В последнее время существенно возрастает при создании линий связи удельный вес цифровых РРЛ (ЦРРЛ). Использование цифровых способов передачи радиосигналов позволяет практически исключить накопление искажений за счёт наличия ретрансляционных РРС и резко повысить качество передачи при наличии замираний на пролетах РРЛ. Структура оконечной станции ОА цифровой РРЛ показана на рисунке 2.14.
Рис. 2.14,
где АЦП – аналого-цифровой преобразователь,
Р – регенератор,
ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь,
ГЛС – групповой линейный сигнал.
На передающей части АЦП преобразует аналоговые сигналы в общий цифровой ГЛС, который восстанавливается по форме, длительности и амплитуде в регенераторе, и преобразуется модулятором и в тракте ПЧ-СВЧ в сигнал, пригодный для передачи по линии связи. В приёмной части происходит обратные преобразования.
Современное развитие радиоэлектронных средств привело к тому, что всегда любая система связи работает в окружении других систем связи. При этом передатчики одной системы связи могут создавать помехи в приёмниках других систем связи. Таким образом, при проектировании систем связи необходимо проверить возможность электромагнитной совместимости (ЭМС) проектируемой системы с другими радиоэлектронными системами. Задача обеспечения ЭМС радиоэлектронных средств состоит в том, чтобы при выполнении соответствующих условий взаимные помехи не мешали нормальному функционированию этих средств. Особенно остро эта задача стоит для РРЛ прямой видимости.
Основные способы обеспечения ЭМС для РРЛ прямой видимости состоят в:
- оценке электромагнитной обстановки в районе расположения РРС. Такая оценка осуществляется на основе сбора информации о плане размещения всех радиоэлектронных средств в данном районе с учётом используемых частот, мощностей передатчиков, направлении излучений, а также параметров приёмников, антенн, и передаваемых сигналов. На основе такого анализа можно судить о целесообразности установки РРС в данном районе;
- исключении интенсивных дискретных составляющих в спектрах передаваемых сигналов. Если спектр передаваемого сигнала содержит достаточно мощную дискретную составляющую (например, спектр ЧМ сигнала при модуляции многоканальным ТФ сообщением содержит мощную дискретную составляющую на частоте 4 кГц), то она может служить источником помех. Для уменьшения этих помех используют специальный сигнал – сигнал дисперсии, с помощью которого осуществляется рассеивание мощности дискретных составляющих ЧМ сигналов.
При передаче сигналов по ЦРРЛ в цифровом сигнале присутствуют регулярно повторяющиеся символы и группы символов. Это приводит к появлению в спектре сигнала на выходе СВЧ передатчика интенсивных дискретных составляющих, которые могут мешать другим радиоэлектронным средствам.
Для рассеяния этих дискретных составляющих по частотному спектру также вводят сигналы дисперсии. Такая операция для ЦРРЛ называется скремблированием. Суть этой операции в том, что к исходному цифровому потоку добавляется псевдослучайная последовательность импульсов, что придаёт цифровому потоку более случайный характер. Скремблер обычно ставят перед модулятором, а на выходе демодулятора ставят дескремблер.
Наряду с указанными используются также методы пространственного и частотного разнесения.
Спутниковые системы связи
Спутниковые системы связи это, фактически, радиорелейная система с одним ретранслятором, расположенным в открытом космосе. При этом многие системы спутниковой связи используют те же самые полосы частот, что и наземные радиорелейные системы связи. Спутниковые системы открывают дополнительные возможности организации новых видов услуг и обслуживания, которые раньше нельзя было обеспечить с помощью радиорелейных линий связи прямой видимости - передача информации от одного источника очень большому числу приёмников (телевидение, радиовещание, передача газет и др.), расположенных на большой территории. Это позволяет снять большую часть нагрузки с кабелей и радиорелейных сетей и использовать такие линии связи для нужд телефонии, телеграфной связи и других видов обслуживания.
Искусственные спутники связи бывают двух типов: спутник на геостационарной орбите (32752 км над уровнем моря на экваторе) и вращающиеся. Геостационарные спутники неподвижны относительно поверхности Земли, поэтому, направленные на них антенны также неподвижны. Вращающиеся спутники требуют установки на пунктах приёма и передачи данных вращающихся антенн, следящих за спутником. Через спутники оказывается возможным передача информации практически в любую точку земного шара. Однако при этом из-за значительного расстояния сигнал от спутника приходит очень слабый. Для увеличения его мощности необходимо:
- сделать более узким луч, но при этом сужается диаметр пятна освещения лучом земной поверхности, или
- увеличить до требуемых значений мощность излучения на самом спутнике. Сейчас разработаны достаточно мощные источники энергии, позволяющие это сделать.
В спутниковых системах связи также как и в кабельных или радиорелейных линиях используется стандартная аппаратура, позволяющая создавать каналы связи всех рассмотренных ранее типов. При этом в настоящее время через спутниковые системы связи обеспечиваются такие виды услуг как телевидение и радиовещание, а также новый вид услуг - телефонная радиосвязь между подвижными объектами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Давыдов, С.Л. Радиотехника: учеб. пособие для сержантов войск связи / С.Л. Давыдов, И.П. Жеребцов, Ф.Л. Левинзон-Александров. – 3-е изд. – М.: Воениздат, 1963. – 344 с.: ил.
2 Логвиненко, П.К. Судовая радиотехника и электроника / П.К. Логвиненко. – М.: Пищевая пром-ть, 1979. – 207 с.: ил.
3 Никольский, Б.А. Основы радиотехнических систем: учеб. / Б.А. Никольский. – Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2013. – 315 с.: ил.
4 Галуев, Г.А. Принципы построения и основы функционирования систем и сетей связи: Учебно-методическое пособие [Электронный ресурс] Режим доступа: http://window.edu.ru/catalog/pdf2txt/827/28827/12040
5 Тема № 1. Основы организации связи в Сухопутных войсках. Занятие № 4. Характеристика системы связи [Электронный ресурс] Режим доступа: http://voenobr.ru/uchmaterial/lections/135-tsp4.html?start=0