2.3.2. Особливості побудови тропосферних радіорелейних ліній
Як наголошувалося в попередній лекції, радіорелейні лінії, що використовують ефект
далекого тропосферного розповсюдження ультракоротких хвиль (УКХ), називаються
тропосферними радіорелейними лініями (ТРРЛ). Сусідні станції ТРРЛ зазвичай
розміщуються на відстані 300...400 км., а в окремих випадках (за сприятливих умов
розповсюдження УКХ) і 600...800 км. Можливість перекривати такі великі відстані є
основною перевагою ТРРЛ. Для нашої країни з її величезною територією ТРРЛ
представляють особливий інтерес, оскільки дозволяють забезпечити сучасними засобами
зв'язку віддалені і важкодоступні райони Півночі і Далекого Сходу.
Рис. 7. Спрощена струк¬турная схема апаратури з
прямим посиленням на СВЧ:
а - без зрушення частот;
6 - із зрушенням частот
Затухання сигналу на ділянці ТРЛЛ велике - 200 дб і більше, сигнал в місці прийому
має багатопроменевий характер і схильний до випадкових флуктуацій - завмирань. Тому
на ТРРЛ застосовуються передавачі великої потужності - від декількох сотень ватів до
десятків кіловат, гостронаправлені антени з розкривом в декілька десятків метрів і
коефіцієнтом посилення 45...50 дб.
Все ж і цього виявляється недостатньо, оскільки середній рівень сигналу на вході
приймача виявляється малим. Тому на ТРРЛ широко застосовуються малошумливі
підсилювачі НВЧ, порогопонижуючі пристрої, а також використовується техніка
рознесеного прийому і інші методи боротьби з швидкими інтерференційними
завмираннями.
Пропускна спроможність ТРРЛ зазвичай складає 12...60 каналів тональної частоти.
Максимальна ємність радіостовбура ТРРЛ в деяких випадках може досягати 120 каналів.
На ТРРЛ, так само як і на РРЛ прямої видимості, застосовуються три типи станцій;
кінцева, проміжна і вузлова (або станция з відгалуженнями).
Особливості побудови станцій ТРРЛ наступні:
7
для підвищення якості, стійкості і надійності зв'язку на всіх станціях лінії передачі
обов'язково використовується разнесенний прийом: здвоєний, счетверенний або більшій
кратності;
оскільки на ТРРЛ, як правило, сусідні станції віддалені один від одного на значні
відстані, то майже на кожній проміжній станції проводиться демодуляція і повторна
модуляція сигналу для виділення деякого числа каналів тональної частоти.
Рис. 8. Спрощена структурна схема цифрової радіолінійної системи передачі
Узагальнена структурна схема передавача ТРРЛ. Передат¬чик складається з (рис. 9)
збудника і потужного підсилювача, основою яких є пролітний клістрон.
Рис. 9. Типова структурна схема передавача ТРРЛ
8
Модулююча напруга від каналоутворюючої апаратури поступає на генератор частотно-
модульованих коливань ЧМГ, який працює на проміжній частоті (звичай 70 Мгц).
Отримані коливання через обмежувач амплітуд. ОА подаються на ППЧ, де підсилюються
і поступають на змішувач високого рівня Див. На цей же змішувач подаються коливання
високої частоти, частоти кварцевого генератора КГ, що виходять за допомогою множення,
в помножувачі частоти. Для отримання високої стабільності частоти передавального
пристрою в ЧМГ приймаються спеціальні заходи по стабілізації середньої частоти і
точності її установки. Відносна точність установки частоти ЧМГ не гірше 5Ч10-7.
Оскільки для розгойдування потужного підсилювального клістрона потрібна порівняно
велика потужність, то отримані після змішувача коливання високої частоти посилюються
в ПВЧ. Потім через фільтр бічної смуги Ф, який виділяє нижню або верхню бічну смугу,
феритовий вентиль ФВ, необхідний для узгодження виходу ПВЧ і вхідного резонатора
клістрона, і направлений відгалужувач НВ, призначений для вимірювальних цілей,
коливання подаються на потужний клістронний підсилювач ПП.
З виходу клістронного підсилювача через потужний феритовий вентиль ФВ,
необхідний для узгодження виходу клістронного підсилювача з антенно-фідерним
трактом, і фільтр гармонік ФГ, що захищає інші радіозасоби від перешкод з боку даного
передавача, високочастотна енергія по хвилеводу поступає в антену. Направлений
відгалужувач НВ і тут служить для виміру корисної потужності, а також для організації
захисту клістрона. При порушенні узгодження у фідері може статися НВЧ пробій. В
результаті виникає дуга на виході клістрона, що може привести до його відмови. В цьому
випадку спрацьовує система захисту, що діє від відбитої хвилі. Ця система знімає високу
напругу з клістрона, запобігаючи його руйнуванню.
Техніка рознесеного прийому.
Рознесений прийом є основним способом боротьби із завмираннями на ТРРЛ.
Рознесений прийом заснований на тому, що сигнал на виході приймального пристрою
утворюється комбінацією декількох вхідних сигналів, що несуть одну і ту ж інформацію,
але по-різному уражених завмираннями. При цьому комбінування здійснюється так, щоб
вихідний сигнал флуктуював значно менший, ніж вхідні.
На ТРРЛ можуть бути застосовані наступні методи рознесення:
просторове розноситься антен (зазвичай перпендикулярно трасі) на відстань D > 100 λ,
де λ - довжина хвилі радіосигналу;
частотне рознесення, що використовує незалежність завмирання сигнала на частотах,
рознесених на величину, що перевищує радіус частотної кореляції;
рознесення по куту приходу променя, при якому використовуються одна приймальна
антена і декілька опромінювачів, кожен з яких створює свою діаграму спрямованості,
зміщену щодо сусідніх по азимуту або по куту місця;
комбіноване рознесення, наприклад, при счетверенному прийомі рознесення пар
сигналів по частоті і в просторі або по частоті і куту.
На ТРРЛ найчастіше використовується те, що розноситься сигналів по частоті і
простору, рідше - по куту приходу сигналів з області розсіяння. Найбільш поширений
счетверенний прийом з рознесенням двох антен по простору і двох передавачів по частоті.
Системи рознесеного прийому ділять на дві групи: системи фільтрового прийому і
системи автокореляційного прийому.
При фільтровому прийомі сигнали від різних антен спочатку виділяються фільтрами, а
потім комбінуються. Такі системи забезпечують зазвичай кратність не більше 4, оскільки
подальше збільшення кратності зажадало б збільшення числа дорогих антен і передавачів.
Автокореляційний прийом використовується виключно за наявності сигналів з
еквідистантним частотним рознесенням, тобто сигналів, рівновіддалених один від одного
по частоті. Декілька таких сигналів утворюють так званий паралельний складений сигнал,
9
який потім піддається автокореляційній обробці, внаслідок чого підсумовуються його
парціальні складові.
Поєднання автокореляційного і фільтрового методів прийому від двох антен і двох
передавачів дозволяє отримати значну кратність рознесення - до 20, що дуже важливе для
ТРРЛ з довгими інтервалами.
На ТРРЛ в основному знайшло застосування складання рознесених сигналів з тією або
іншою вагою. Використовуються два способи складання: до детектора, тобто в тракті
високої або проміжної частоти, і після детектора, тобто в груповому тракті.
При складанні сигналів до детектора потрібне попереднє фазування сигналів, що
складаються, оскільки їх фази змінюються випадковим чином. Це робить додетекторне
складання, в принципі, складнішим. Проте при прийомі сигналів з ЧМ додетекторноє
складання все-таки переважне, оскільки тут поріг ЧМ визначається сумарним сигналом і
завжди нижче, ніж при складанні після детектора, де виникнення порогового ефекту вже
не можна ліквідовувати простим складанням в груповому тракті.
На ТРРЛ використовують два основні способи складання.
Лінійне складання.
В цьому випадку все N рознесених сигналів складаються з однаковими ваговими
коефіцієнтами. Це означає, що підсилення всіх рознесених приймачів має бути однаковим.
Це, в принципі, легко забезпечується застосуванням, автоматичного регулювання
підсилення (АРП) у всіх ППЧ. В результате підсилення всіх трактів зберігається
однаковим і визначається, в основному, найсильнішим з сигналів.
Оптимальне складання.
При способі рознесеного прийому цьому посилення в кожному з трактів рознесеного
прийому повинне підтримуватися пропорційним відношенню напруги сигнал у до
середньоквадратичного значення, тобто підсилення в кожному з трактів повинне
регулюватися так, щоб у будь-який момент часу воно було пропорційне напрузі сигналу і
обернено пропорційно потужності шуму в цьому тракті.
Структурна схема системи лінійного додетекторного складання сигналів,
прийнятих на дві різні антени, змальована на рис. 10.
Рис. 10. Структурна схема системи лінійного складання на проміжній частоті
Прийняті двома антенами (приймальна антена 1-го тракту і приймальна антена 2-го
тракту) сигнали, однієї частоти fс, але з різними фазами поступають на входи. ПНВЧ-1 і
ПНВЧ-2. Після звичайного перетворення в змішувачах Зм-1 і Зм-2 посилюються ППЧ-1 і
ППЧ-2 і складаються в спеціальному каскаді складання Σ. Напр уга гетеродина
виробляється кварцевим генератором Г. Так як генератор загальний, то сигнали проміжної
частоти можуть відрізнятися тільки по фазі, автопідстроювання якої здійснюється
фазообертачем ФО. Сигнали після УПЧ подаються на фазовий детектор ФД, в якому
10
виробляється сигнал помилки, що діє на фазообертач ФО. Схемними рішеннями досяжна
точність фазування не залежить від стабільності частоти загального гетеродина Г.
Лінійність режиму складання забезпечується застосуванням паралельного
автоматичного регулювання підсилення (ПАРП) обидва УПЧ, завдяки чому підсумовувані
сигнали знаходяться в такому ж співвідношенні, як і вхідні.
Розглянута схема з деякими додаваннями знайшла широке застосування в апаратурі
ТРРЛ через порівняльну простоту і стійкість в роботі. В процесі експлуатації вона
практично не вимагає додаткових регулювань.
Структурна схема складання сигналів після детектора для здвоєного прийому
змальована на мал. 11. Така схема застосовується для об'єднання сигналів, рознесених по
простору або по частоті.
Рис. 11. Стуктурная схема складання сигналів після детектора
Сигнали від двох антен поступають на свої приймачі Пр1 і Пр2 де відбувається їх
перетворення в проміжну частоту. З виходу приймачів сигнали проміжної частоти
поступають на частотні демодулятори ЧД1 і ЧД2 і далі на каскад складання Сл. Шуми,
частоти яких лежать вище за смугу сигналу, відтфільтровуються смуговими фільтрами
ФШ1 і ФШ2, включеними на виході демодуляторів кожного з трактів прийому. Шуми
підсилються в ПШ1 і ПШ2, детектуються. Дет1 і Дет2 і використовуються для регулювання
ступеня підсилення сигналів. Сигнали складаються з вагою, пропорційною відношенню
сигнал-шум на виходах демодуляторів. Для отримання лінійного режиму складання
підсилювачі шуму охоплені ПАРП.
Структурна схема системи счетвереного прийому з рознесеним по простору і
частоті, що знайшла широке застосування в апаратурі ТРРЛ, приведена на рис. 12.
У схемі застосовується комбінація два вищерозглянутих способів складання, причому
спочатку проводять попарно складання сигналів однієї частоти, прийнятих з різних антен
(відокремлюваних режекторними фільтрами РФ1 і РФ2) в системі складання до детектора
(див. рис. 10), а потім попарно складені по проміжній частоті сигнали об'єднуються в
системі лінійного складання після детектора (див. рис. 11).
Рис. 12. Структурна схема системи счетвереного прийому
11
Недолік цієї системи полягає в тому, що друге попарне складання здійснюється після
детектора зі всіма витікаючими звідси наслідками.
Структурна схема приймального пристрою з оптимальним складанням після
детектора представлена на рис. 13.
Рис.13. Структурна схема приймального пристрою з оптимальним складанням
Радіосигнали, від відповідних антен поступають в приймачі Пр1 і Пр2, де відбувається
їх перетворення в сигнали проміжної частоти. Далі ці сигнали поступають на частотні
детектори ЧД1 і ЧД2, з вихода которих вони одночасно поступають на регульовані
підсилювачі РП1 і РП2 і фільтри шумів ФШ1 і ФШ2. Смуга пропускання фільтрів
розташовується вище за верхню частоту передаваного корисного сигналу. Шуми
детектуються в детекторах Дет1 і Дет2 і подаються на пристрій порівняння ПП, який керує
рівнем сигналів, що складаються, і змінює п ідсилення РП1,2 так, щоб воно було
пропорційне напрузі сигналу і обернено пропорційно до потужності шуму в цьому тракті.
Потенційні можливості рознесеного прийому обмежені, оскільки збільшення кратності
того, що розноситься пов'язане майже з пропорц ійним зростанням об'єму устаткування.
Тому подальше поліпшення якості і надійності ТРРЛ зажадало розробки нових методів
боротьби із завмираннями з використанням оптимального прийому широкосмугових
сигналів і методів адаптивного прийому.
Передача сигналів телевізійного мовлення по радіорелейних лініях
Сигналами телевізійного мовлення (ТБ) є сигнал зображення і сигнал звукового
супроводу. Формування сигналу зображення і структура сигналу чорно-білого і
кольорового телебачення достатньо повно розглянули в лекції 2. У радіорелейних
системах передачі ці сигнали передаються в одному телевізійному стовбурі (рис. 14).
Рис. 14. Спектральний склад телевізійного стовбура
Передача сигналів звукового супроводу (інколи і сигналів звукового віщання)
здійснюється за допомогою частотної модуляції піднесучих частот Fн1 і Fн2.
Промодульовані сигнали піднесучих складаються з сигналом зображення, і отриманий
таким чином ТБ сигнал з апаратного телецентру по кабелю або допоміжній РРЛ подається
на КРС. Структурна схема передавальної апаратури ТБ стовбура РРЛ представлена на
12
мал. 15. ТБ сигнал Uтв подається на фільтр нижніх частот (ФНЧ) 1 з граничною частотою
6,5 Мгц. Потім ТБ сигнал поступає на блок 2, в якому здійснюється корекція групового
часу запізнювання ТБ сигналу і передспотворення АЧХ з метою зменшення рівня
низькочастотних складових спектру, і на суматор 3. Сигнали звукового с упровду Uзс і
звукового мовлення Uзм, рівень яких, після з’єднувальних ліній встановлюється вхідними
регуляторами 9, 17 поступають на частотні модулятори піднесучих Fн1 і Fн2 10, 18. Потім
після обмежувачів 11, 19 і ФНЧ 12, що 20 піднесучі, модульовані по частоті сигналами
Uзс,Uзм подаються на суматор 3.
Рис. 15. Структурна схема передавальної апаратури ТБ стовбура РРЛ
Сюди ж поступає напруга пілот-сигналу Uпс, що формується гетеродином 13. Після
суматора 3 груповий сигнал посилюється підсилювачем 4 і поступає на груповій ЧМ
модулятор, що здійснює частотну модуляцію проміжної частоти fпр = 70 Мгц. При цьому
девіація частоти ТБ сигналом має бути не більш ± 4 Мгц. Для забезпечення високої
лінійності модуляційної характеристики частотно-модульованого генератора (ЧМГ) в
області частот 70 ± 4 Мгц останній будується за схемою віднімання частот fг1 і fг2 два ЧМГ
7 і 27, що працюють на частотах Fн1 і Fн2 в діапазоні 300...400 Мгц. В цьому випадку
кожен з гетеродинів модулюється шляхом зміни ємності варікапів 6, 14. Модулюючий
сигнал U(t) через розв'язуючий пристрій 5 подається на варікапи в протифазі, тому
частоти генераторів визначаються співвідношеннями:
де ΔfD (t) девіація частоти; km - постійний коефіцієнт.
Коректуючі ланки 8, 22 підвищують лінійність модуляційних характеристик ЧМГ. На
виході змішувача 15 утворюється сигнал проміжної частоти, який посилюється
підсилювачем 16.
Демодуляція групового сигналу ТБ каналу проводиться в пристрої, структурна схема
якого представлена на мал. 16. Демодулятор містить підсилювач проміжної частоти 1
з смугою пропускання ΔFчм ~ 27 Мгц, підсилювач-обмежувач 2, груповий, частотний
детектор 3, ФНЧ 4, підсилювач-коректор ТБ сигналу 5, смугові розділові фільтри 6, 7,
підсилювач-обмежувач 8 і частотний детектор сигналу звукового супроводу 9.
Рис.16. Структурна схема демодулятора групового сигналу
13
В даному випадку смуга пропускання тракту проміжною частоти ΔFчм визначається
виходячи з наступного співвідношення:
де ΔfD - гранично допустима девіація, проміжної частоти; Fmax ~ 8,5 Мгц - максимальне
значення групового сигналу ТБ стовбура. ФНЧ 4 виділяє з групового сигналу ТБ сигнал,
який потім посилюється і коректується пристроєм 5 і подається на вхід ТБ передавача або
ретранслятора. Туди ж поступає і сигнал звукового супроводу, який виділяється смуговим
фільтром 6 з групового сигналу і демодулюється за допомогою пристроїв 8, 9.
Аналогічним чином здійснюється виділення сигналів звукового мовлення.
Звукові сигнали по РРЛ передаються з використанням подвійної ЧМ. До переваг такого
способу передачі слід віднести високу завадостійкість звукових сигналів і простоту
схемного виконання апаратури.