книги из ГПНТБ / Бородич, Сергей Владимирович. Радиорелейная связь учебник для техникумов связи
.pdf
§ 1.3. Области применения и основные особенности радиорелейной связи
Основная область применения радиорелейных линий — это междугородная связь и междугородный обмен телевизионными программами.
Пропускная способность современных радиорелейных линий,
а также их максимальная протяжённость |
практически |
почти |
|
не ограничены, |
поэтому они с успехом могут применяться для |
||
междугородной |
(а также международной) |
телефонной |
и теле |
графной связи, для обмена телевизионными программами между удалёнными друг от друга городами (или между различными странами) или для подачи телевизионных программ из круп ных центров в города, не имеющие своей телевизионной про граммы.
Радиорелейные линии широко применяются также для раз личного рода служебной и производственной связи, в том числе и для дистанционного контроля и управления удалёнными объек тами из определённых пунктов Для этих целей радиорелейная связь применяется в энергосистемах, на продуктопроводах (неф тепроводы, газопроводы и пр.), на железных и шоссейных до рогах, каналах и т. д.
Наконец, радиорелейные линии могут применяться в качестве соединительных линий между городскими и пригородными АТС или между подстанциями АТС внутри города.
Широкое применение радиорелейных линий обусловлено их преимуществами перед другими видами связи. Радиорелейную связь нельзя сравнивать с обычной радиосвязью, поскольку ра диорелейные линии обладают совершенно новым качеством — огромной пропускной способностью.
В перечисленных выше областях применения радиорелейные
ЛИНИИ МОГуТ быТЬ СраВНИМЫ ТОЛЬКО С ПрОЕОДНЫМИ линиями
связи.
В настоящее время для дальней связи применяются три типа проводных линий: воздушные линии, кабельные линии с симметричными парами и кабельные линии с коаксиальными парами.
Всякая проводная линия дальней связи состоит из собственно линии и ряда усилителей, включённых в линию последовательно на определённых расстояниях друг от друга. Усилители ком пенсируют затухание передаваемых по линии токов. В этом от ношении построение радиорелейной линии аналогично построе нию проводной, поскольку на радиорелейной линии также уста навливаются промежуточные станции (усилительные пункты) на определённом расстоянии друг от.друга для компенсации за.- тухания сигнала на участке между станциями.
Воздушные линии, применяемые для дальней связи, выпол няются из медных или биметаллических проводов диаметром
20
З-ь-4 мм. По каждой физической цепи (паре проводов) можнб' передавать токи с шириной полосы частот приблизительно. до 140 кгц. При максимальном уплотнении цепи получают до 16 те лефонных каналов. Расстояние между усилительными пунктами составляет в среднем 70 -ь-80 км.
Связь по воздушным линиям отличается пониженным качест вом. (по сравнению с кабельными линиями) из-за увеличения уровня шумов, вызванного внешними влияниями, и сравнитель но невысокой устойчивостью. Во время изморози и гололёда за тухание цепи резко возрастает, что часто приводит к. перерыву связи, кроме того, при ураганных ветрах и бурях часто обры ваются провода, падают столбы линии. Воздушные линии посте пенно заменяются кабельными, которые имеют большую про пускную способность и обеспечивают более устойчивую связь.
Кабельные линии с симметричными парами (симметричные' кабели) широко применяются в настоящее время для между городной телефонной и телеграфной связи. Симметричные ка бели состоят из нескольких четвёрок медных проводов, диамет ром 1,2 мм с кордельно-бумажной или кордельно-стирофлеке- ной изоляцией, заключённых в свинцовую оболочку, покрытую защитным покровом. Наиболее употребительные кабели содер жат 1, 4, 7, а иногда и более четвёрок.
Каждая пара может уплотняться 24 илЧь 60 телефонными каналами. При уплотнении каждой пары 24 каналами в кабеле, содержащем 4 или 7 четвёрок, можно получить 192 и 336 теле-, фонных каналов соответственно. При уплотнении же 60 кана лами можно получить 480 или 840 каналов.
Затухание кабеля растёт с увеличением частоты. Для рас ширения полосы частот пропускания цепи, т. е. для уплотнения каждой пары большим количеством телефонных каналов, нуж- • но уменьшать расстояние между усилительными пунктами. Так,- например, для уплотнения 24 телефонными каналами требуется полоса частот до 108 кгц, расстояние между усилительными"
пунктами при этом' не превышает |
38—40 км. |
Для получения» |
60 телефонных каналов необходимо |
расширить |
полосу частот |
до 252 кгц и сократить расстояние между усилительными пунк-" тами вдвое (до 19—20 км). Наибольшее число телефонных ка-. налов, которое удаётся создать по одной паре симметричного кабетя, достигает в настоящее время 120. Для этого требуется расширение полосы до 552 кгц и дальнейшее сокращение рас стояния между усилительными пунктами,.
Кабельные линии с коаксиальными парами применяются для междугородной связи и передачи телевизионных сигналов, так как они обеспечивают наиболее широкую полосу частот пропус кания. Коаксиальная пара представляет собой медную трубку, внутри которой по её оси помещён медный провод, укреплённый с помощью изолирующих шайб. В одном кабеле, покрытом
21.
свинцовой оболочкой и бронёй, помещаются 4 или 2 коаксиаль ные пары (диаметр трубки 9,4 мм, проводника — 2,5 мм).
Каждая коаксиальная пара может уплотняться очень боль шим числом телефонных каналов или использоваться для пере дачи телевизионных сигналов. Так как затухание коаксиального кабеля также растёт с увеличением частоты, то для расширения полосы передаваемых частот необходимо уменьшить расстояние между усилительными пунктами. В настоящее время в наи более совершенных системах связи по коаксиальному кабелю создают по одной коаксиальной паре до 1860 телефонных кана лов или 600 телефонных каналов и один телевизионный канал одновременно. При этом верхняя граница полосы передаваемых частот достигает примерно 8,3 Мгц, а расстояние между усили тельными пунктами не превышает 6 км.
Большинство усилительных пунктов современных кабельных магистралей работает автоматически без обслуживающего пер сонала. Дистанционное управление этими пунктами осущест вляется с обслуживаемых пунктов, связанных с ними цепями’ телеуправления и телесигнализации.
Пропускная способность современных радиорелейных линий в зависимости от их назначения может быть от Зн- 6 и до не скольких сотен телефонных каналов.
По одному высокочастотному стволу магистральной линии в настоящее время передают одновременно до 600 телефонных разговоров или одну телевизионную программу и это ещё не яв ляется пределом. Максимальное число стволов на одной линии достигает 6 -г-8. Обычно один из стволов является резервным, а остальные используются для связи. Таким образом, одна линия из 6 стволов может обеспечить связь по 3000 телефонным каналам.
Как видно из приведённой выше краткой характеристики, радиорелейные линии по своей пропускной способности не усту пают коаксиальным кабельным линиям. То же можно сказать и об устойчивости и качестве связи по радиорелейным линиям. В то же время радиорелейные линии имеют ряд преимуществ перед кабельными,-преимуществ, которые связаны с отсутствием кабеля.
Прежде всего, стоимость строительства радиорелейной линии ниже, чем кабельной линии одинаковой длины и ёмкости. В не которых случаях уменьшение стоимости доходит до двух и бо лее раз.
Благодаря отсутствию кабеля радиорелейные линии дают значительную экономию дефицитных цветных металлов (свинец и медь), из которых изготовляется кабель. Так, например, для изготовления симметричного кабеля ёмкостью 4 четвёрки для линии длиной 1000 км требуется 374 т меди и 1660 т свинца, а для изготовления коаксиального кабеля на 4 пары требуется 630 т меди и 1800 т свинца для линий той же длины.
22
Это количество металла можно сэкономить, если построить вместо кабельной радиорелейную линию.
В табл. 1.1 приведены некоторые сравнительные данные ка бельных и радиорелейных линий, полученные на основании ана лиза эксплуатируемых в Англии телевизионных линий.
|
|
Т а б л и ц а 1.1 |
||
Сравниваемые показатели |
Радиорелей: |
Кабельные |
||
ные |
линии |
линии |
||
|
||||
Относительный вес: |
|
|
|
|
стали |
|
2 |
1 |
|
меди |
|
1 |
35 |
|
свинца |
|
1 |
280 |
|
алюминия |
|
1 |
— |
|
Мощность, потребляемая оборудованием, вт/км |
|
156 |
81 |
|
■Объём зданий, куб.м/'км |
|
7,6 |
13,25 |
|
Общее число ламп на 1 км |
|
13 |
7 |
|
'Число ламп в основном тракте на км |
|
3,75 |
2,5 |
|
Строительство радиорелейных линий занимает меньше вре мени, чем строительство кабельных той же протяжённости, так как строятся только отдельные станции через 50—60 км друг от друга.
Наконец, радиорелейная связь обладает большей гибкостью
втом смысле, что радиорелейные линии могут быть построены
втех местах, где кабельные линии проложить очень трудно, «например: горные районы, трассы, проходящие через водные пространства.
Недостаток радиорелейных линий, по сравнению с кабель ными, заключается в большей сложности промежуточных стан ций и в большем потреблении электроэнергии.
Оборудование усилительного пункта кабельной магистрали «сравнительно простое. Оно состоит из усилителей, имеющих не большое число ламп и потребляющих от источников питания небольшую мощность. Поэтому питание оборудования большин ства усилительных пунктов производится дистанционно по жи дам самого кабеля от источников энергии, установленных на обслуживаемых усилительных пунктах. Расстояние между пунк тами, имеющими источники электроэнергии, на линиях из коак сиального кабеля составляет 60 н- 100 км, а на линиях из сим метричного кабеля — 90-ь- 180 км.
Оборудование промежуточной станции радиорелейной линии,
«состоящее из приёмно-передающей радиоаппаратуры, значитель но сложнее, содержит большее количество ламп и потребляет значительно большую мощность. Так как дистанционное питание невозможно, то на каждой станции должен быть установлен ис точник электроэнергии.
га
Этот недостаток отчасти компенсируется тем, что расстоя ние между промежуточными станциями радиорелейной линии больше расстояния между усилительными пунктами кабельной линии, поэтому число пунктов, имеющих источники электроэнер гии, на радиорелейной линии лишь немногим больше, чем на кабельной.
§ 1.4. Радиорелейные линии дальнего тропосферного распространения укв
Примерно с 1948—1950 гг. в некоторых странах (США, Англия и др.) начались экспериментальные , исследования яв ления так называемого дальнего тропосферного распростране ния укв с целью использования его для связи.
Распространение ультракоротких радиоволн далеко за пре делы прямой видимости объясняется рассеянием энергии волны так называемыми турбулентными неоднородностями (неодно родностями, вызванными вихревыми движениями воздуха) в. нижних слоях тропосферы на высоте в несколько километров.. Эти неоднородности представляют собой слои или области, гдепод влиянием температуры, давления и влажности диэлектри ческая проницаемость отличается от диэлектрической прони цаемости окружающего воздуха.
Энергия, рассеянная неоднородностями тропосферы, может быть принята приёмной антенной, находящейся на расстоянии приблизительно 150-^600 км от передающей.
Это явление можно пояснить следующей аналогией: мы ча сто видим на небе световое пятно от луча прожектора, хотя сам прожектор находится далеко за горизонтом, или видим освещён ную часть неба, хотя солнце давно уже зашло за горизонт. В том и другом случае наши глаза воспринимают световую энер гию, рассеянную атмосферой, так же как приёмная антенна вос принимает энергию электромагнитных колебаний укв, рассеян ную неоднородностями тропосферы.
Исследования показали, что явление дальнего тропосферногораспространения укв можно использовать для связи. Так как доля рассеянной энергии очень мала, то для уверенной связи на расстоянии 200 -ь 300 км требуется большая мощность пере датчика например 10-ь- 20 кет, и большая направленность передающей и приёмной антенн (диаметр антенны до 20 м). Вследствие интерференции множества рассеянных лучей в месте приёма передача сигналов принципиально сопровождается иска жениями, которые тем больше, чём шире полоса передаваемых частот. Поэтому ширина полосы частот пропускания в такой системе связи ограничена. Однако эксперименты показывают, что ширина полосы всё же по-видимому достаточна для переда чи телевизионных сигналов и многоканальной связи.
Установлено также, что напряжённость поля в месте приёма очень мало зависит от длины волны (уменьшается с укороче нием волны) но довольно сильно меняется во времени. Наблю даются как медленные изменения, вызванные изменением ме теорологических условий, так и быстрые, вызванные интерфе ренцией нескольких лучей.
В настоящее время начинается практическое использование дальнего тропосферного распространения укв для радиорелей ной связи. Новые радиорелейные линии отличаются от обыч ных прежде всего большим расстоянием между станциями, на пример 200 -ь- 300 км вместо 40 н- 60 км. Они отличаются также большими мощностями передатчиков (10 —г—20 кет вместо не скольких ватт) и большими антеннами (диаметр до 20 м вместо- 3 м). Антенны не требуется поднимать на высокие башни, так как прямая видимость между станциями всё равно отсутствует. Требуется лишь условие, чтобы антенна не загораживалась мест ными предметами и различными препятствиями.
Новый вид радиорелейной связи имеет большие перспекти вы, особенно в местах с небольшим количеством населённых пунктов, благодаря тому, что число промежуточных станций рез ко сокращается по сравнению с обычными радиорелейными ли ниями, что облегчает выбор подходящих площадок, строитель ство станций и снабжение их электроэнергией.
Г л а в а 2
УПЛОТНЕНИЕ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ
§ 2.1. Понятие о способе частотного уплотнения линии
Уплотнение линии или, иначе говоря, использование одной линии одновременно для нескольких связей принципиально мо жет осуществляться различными способами. На передающей станции разговорные токи нескольких каналов перед поступлени ем в линию смешиваются, а на приёмной станции пришедший с линии смешанный сигнал разделяется на токи отдельных каналов. Способ разделения этих токов и определяет собой способ уплот нения линии. В практике многоканальной связи сейчас приме няются два способа уплотнения линий: способ частотного уплот нения, основанный на разделении каналов по частоте, и способ' временного уплотнения, основанный на разделении каналов во времени.
Частотное уплотнение линий связи основано на возможности преобразования частот и возможности разделения токов раз личных частот, передаваемых по линии, при помощи электри ческих Фильтров. Частотное уплотнение широко применяется в
•проводной связи для многократного высокочастотного телефо нирования по воздушным и кабельным линиям.
Преобразование частот разговорных токов, передаваемых по «каналу, осуществляется посредством амплитудной модуляции «несущих колебаний. На рис. 2.1а приведена блок-схема, поясня ющая этот принцип. Разговорные токи абонента со входа пер вого канала К\ поступают'на модулятор -Мь на который подаёт ся также ток частоты / 1 от генератора /V В модуляторе произ водится амплитудная модуляция колебаний несущей частоты f\ (разговорными токами, в результате чего на выходе модулятора появляются колебания несущей частоты, модулированные по амплитуде разговорными токами. Частотный спектр таких ко лебаний, как известно, состоит из составляющей несущей часто ты и двух боковых полос, расположенных около несущей часто ты. как это показано на рис. 2.16. На этом рисунке частотные спектры разговорных токов условно изображены в виде тре угольников так, что составляющие более высоких частот имеют
26
большие ординаты. Это общепринятое условное изображение облегчает понимание принципа преобразования частот.
Для образования второго канала берётся другая несущая частота /2, отличающаяся от первой, поэтому частотный спектр токов на выходе модулятора второго канала М2 смещён относи
тельно спектра |
первого канала, как это показано на рис. 2.16. |
Во избежание |
помех между каналами на выходе модуляторов |
Рис. 2.1. Принцип разделения каналов по частоте с по мощью амплитудной модуляции несущих колебаний:
а) блок-схема, б) частотные спектры
включены полосовые фильтры ПФ\ и ПФ2, ограничивающие частотные спектры сигналов.
На приёмном конце линии разделение каналов производится с помощью полосовых фильтров ПФ\ и. ПФ2. Характеристики
затухания этих фильтров показаны на рис. 2.16 пунктиром. Фильтр ПФ\ пропускает токи первого канала с частотами от
f 1—F2 до fi + F2, где F2— максимальная частота разговорных то ков, и создаёт большое затухание для токов второго канала и, вообще, всех токов других частот. Фильтр- ПФ'2 пропускает
только токи второго канала. Детекторы Д\ и Д 2 служат для детектирования амплитудно-модулированных колебаний несу щих частот /1 и f2. Фильтры низких частот ФНЧ задерживают токи несущих частот и выделяют восстановленные после детек тирования разговорные токи, передаваемые по каналам.
В современных системах уплотнения для преобразования ча стот разговорных токов применяется амплитудная модуляция ■с подавлением токов несущей частоты и одной из боковых по лос. В линию посылаются только токи одной боковой полосы частот. Такой способ передачи имеет большие преимущества по сравнению с передачей токов несущей, частоты и обеих боковых
27
полос. Эти преимущества заключаются, во-первых, в том, что полоса частот, занимаемая каналом, сокращается вдвое и, вовторых, в том, что линия не загружается бесполезными токами несущих частот, значительно большими по величине, чем полез ные токи бокозых полос.
Упрощённая блок-схема этого способа передачи, поясняющая его принцип, показана на рис. 2.2а, а частотные спектры токов —•
Рис. 2.2. Разделение каналов по частоте с подавлением несущей и одной из боковых полое:
а) блок схема. б) частотные спектры
на рис. 2.2б. Отличие этой схемы от первой (рис. 2.1а) на пере дающем конце — в построении модуляторов /И, и М2 и фильт ров ЯФ] и ЯФ2. Модуляторы построены по балансной схеме, по этому токи несущих частот на их выходах сильно подавлены, а остатки этих токов и токов одной из боковых полос подавля ются с ПОМОЩЬЮ ПОЛОСОВЫХ фильтров ЯФ] и ЯФ2.
На приёмном конце отличие второй схемы от первой заклю чается в характеристике полосовых фильтров ПФ1 и ЯФ2 и в построения демодуляторов. Полосовые фильтры приёма имеют соответственно более узкую полосу частот пропускания для то го, чтобы выделить токи данного канала, т. е. одну боковую по лосу частот. Ввиду того что по линии передаются только токи одной боковой полосы частот, восстановление первоначальных разговорных токов канала может быть осуществлено в том слу чае, если на детектор будет подан ток несущей частоты. Этот ток получается от местного генератора. Поэтому на демодулято ры Mi и Д 2, кроме токов боковых полос каналов, подаются токи
28