книги / Устройство, эксплуатационно-техническое обслуживание и ремонт станционного оборудования радиорелейных линий связи
..pdfвозможности преодоления (без дополнительных затрат) трудно проходимых участков местности (водные преграды, болота, гор ные массивы). Их недостатки — меньшая помехозащищенность, конструктивная сложность и, следовательно, меньшая надежность радиоаппаратуры.
Если сравнивать РРЛПВ с радиолиниями, то можно отметить их лучшую помехозащищенность, более высокое качество кана лов, приближающееся к качеству проводных каналов связи, но, с другой стороны,— невозможность связи с удаленными движу щимися объектами (кораблем, самолетом и др.) и более высокую стоимость.
ВДТРРЛ вместо ретрансляционных станций используют флюктуации (неоднородности) плотности и влажности верхних слоев тропосферы, возникающие в восходящих потоках воздуха.
На этих неоднородностях рассеивается некоторая часть электро магнитной энергии, излучаемой передатчиком радиостанции. Рассеянные волны распространяются во всех направлениях, и незначительная их часть улавливается антенной другой радио станции, приемное устройство которой выделяет и усиливает по лезный сигнал (рис. 2).
Впринципе таким способом две радиостанции могут обмени ваться информацией на расстояниях до 500 км. Однако для пре дельных расстояний (500 км) необходимы передатчики очень большой мощности, остронаправленные антенны и приемники с высокой чувствительностью. Современная техника позволяет обес печить эти условия (за счет крупногабаритных антенн, низко
температурных термостатов и др.)» но такие тропосферные стан ции получаются весьма сложными и громоздкими. Поэтому чаще предпочитают использовать менее мощные станции тропосфер ной связи, а необходимую дальность передачи получают за счет создания цепочки из нескольких таких станций с промежуточны ми ретрансляторами.
Рис. 2. Радиорелейная линия дальней тропосферной связи
В СРРЛ используют ретрансляторы, размещенные на искус ственных спутниках Земли (ИСЗ). При удалении спутника от Земли на 40 000 км обеспечивается связь между двумя наземными станциями, расположенными на расстояниях ~ 17 000 км одна от другой.
Используя несколько спутников, можно обеспечить радиорелейную связь между любыми двумя точками земной поверхности.
Габаритные размеры, масса, а следовательно, и мощность ретрансляционной станции, размещенной на ИСЗ, существенно ограничены, поэтому наземные станции СРРЛ имеют большие мощности, крупногабаритные параболические антенны, управля емые автоматическими системами слежения за ИСЗ, и высоко чувствительные приемники.
Различают также РРЛ магистральные, внутризоновые (обычно связанные посредством ответвлений с магистральными) и спе циального назначения.
В большинстве случаев РРЛПВ строят на основе стационар ных радиорелейных станций, но в практике находят применение также мобильные РРС, обычно смонтированные в специальных автомобилях. Подвижные РРС позволяют в кратчайшие сроки организовать радиорелейную связь в аварийных случаях или между временно созданными пунктами управления.
Одна из важнейших характеристик |
РРЛ — количество каналов связи, |
кото |
рые могут работать одновременно при |
незначительном уровне взаимных |
помех. |
По количеству телефонных каналов различают малоканальные (60 и менее) и многоканальные (свыше 60) РРЛ.
Количество каналов зависит от ширины полосы частот, выде ленных для одного телефонного канала, ширины полосы частот, выделенных для РРЛ, способа модуляции и качества частотных фильтров, которыми определяется ширина частотных интервалов, разделяющих соседние телефонные каналы.
В соответствии с Государственным стандартом на один телефонный канал выделяют полосу частот 0,3—3,4 кГц. Его называют каналом тональной частоты (ТЧ). При хорошем качества фильтров интервал частот между соседними кана лами выбирают равным 0,9 кГц. Таким образом, ширина канала вместе с интер валом равна 4 кГц.
Многоканальные РРЛ используют как магистральные линии системы связи СССР. Малоканальные — для организации тех нологической связи народнохозяйственных объектов, в частности для обеспечения эксплуатации трубопроводов, транспортных ма гистралей и др.
Вопросы и задания
1. Почему возникла необходимость организации радиосвязи на ультракоротких волнах?
2.Назовите и поясните особенности радиорелейной связи.
3.Чем ограничивается дальность прямой видимости антенн?
4.Какие виды РРЛ используют при организации радиорелейной связи?
5.Перечислите и поясните достоинства и недостатки радиорелейных линий пря мой видимости.
6.Чем определяется количество каналов связи РРЛ?
7.Определите количество стандартных каналов тональной частоты, которое можно получить в полосе частот 60 кГц, если интервал частот между соседни ми каналами равен 900 Гц.
ГЛАВА 2
СТРУКТУРА РАДИОРЕЛЕЙНЫХ ЛИНИЙ
Итак, радиорелейная линия — это цепочка радиорелейных станций, обеспечи вающих связь между некоторыми двумя пунктами А и Б, расстояние между ко торыми превышает дальность действия одной радиостанции.
В пунктах А и Б находятся абоненты. В РРЛ, предназначен ных для ведения телефонных переговоров, абонентами называ ются и отдельные официальные или частные лица, у которых уста новлены телефонные аппараты. Эти телефонные аппараты про водными линиями связаны с аппаратурой уплотнения, размещен ной на АТС, телецентрах или в здании радиорелейной станции.
Радиорелейная станция, находящаяся в пункте А или Б, назы вается оконечной, остальные станции линии — промежуточными.
Расстояние между пунктами А и Б может составлять сотни и тысячи километров, а количество промежуточных станций исчис ляться многими десятками. Эти мощные линии дальней связи могут проходить вблизи городов и населенных пунктов, у которых, в свою очередь, есть потребность в каналах связи с пунктами А и Б. Поэтому на некоторых промежуточных станциях часть кана лов РРЛ ответвляется. Такие промежуточные РРС называют узловыми.
Расстояние между соседними РРС называют интервалом. Для удобства управления и эксплуатации РРЛ условно разбивают на участки, границами которых служат узловые и оконечные РРС. В участок может входить до десятка и более интервалов и соот ветственно промежуточных РРС.
Радиорелейная связь называется дуплексной, если радиосигналы передаются и принимаются одновременно, и абоненты могут разговаривать, не производя переключений аппаратуры с передачи на прием и обратно.
Если сигналы передаются и принимаются только в одном направлении, а для изменения направления требуются дополнительные переключения, связь назы вают симплексной.
Каналы симплексной связи проще и дешевле, но менее удобны, чем каналы дуплексной связи. В некоторых случаях дуплексная связь не нужна. Например, при обмене телевизионными програм мами, когда по каналу либо передается, либо принимается инфор мация (но не то и другое одновременно).
Радиорелейные линии, проложенные между крупными горо дами, обеспечивают дуплексную связь по нескольким тысячам те лефонных каналов. Организовать такую связь на одной несущей частоте технически очень сложно, а по экономическим соображе ниям и неприемлемо. Поэтому для РРЛ выделяют несколько не сущих (рабочих) частот. На одной несущей частоте с помощью аппаратуры уплотнения может быть организовано до 1920 теле фонных каналов.
Передающие и приемные устройства, аппаратура уплотнения линии и выде ления каналов на оконечных и узловых станциях, а также ретрансляционная аппаратура на промежуточных станциях составляют ствол.
Соответственно РРЛ, работающая на нескольких несущих частотах, называется многоствольной. Например, в радиорелей ной системе «КУРС-6», предназначенной для магистральных ли ний дальней связи, имеется четыре или восемь дуплексных ство лов, каждый из которых содержит до 1320 телефонных каналов или обеспечивает передачу телевизионной программы совместно с ка налами звукового сопровождения и радиовещания.
В сущности, такую РРЛ можно рассматривать как восемь параллельно работающих радиорелейных линий меньшей мощ ности, объединенных общими помещениями, источниками питания и антенно-фидерными устройствами.
Важное достоинство многоствольных РРЛ — возможность выделения одного-двух стволов в качестве резервных. Резервный ствол автоматически включается при выходе из строя любого из рабочих стволов, обеспечивая непрерывность работы всей РРЛ.
Оконечные и узловые, а также часть промежуточных РРС, которые обслуживают дежурные смены радистов, называются обслуживаемыми. Большинство же промежуточных станций рабо тают в автоматическом режиме и называются необслуживаемы ми. Их работа контролируется с обслуживаемых станций с по мощью систем дистанционного управления и контроля (телеуправ ления и телесигнализации).
Плановый осмотр, регламентные работы и ремонт необслуживаемых РРС осуществляются особыми линейными подразделениями, которые оснащены спе циальной аппаратурой и транспортными средствами.
На промежуточных РРС высокочастотный сигнал ретрансли руется без демодуляции: от приемной антенны он поступает в при емное устройство, усиливается и подается на вход передатчика, где снова усиливается и излучается передающей антенной в на правлении следующей РРС.
На узловых станциях принятый сигнал демодулируется, часть телефонных каналов ответвляется, на освободившиеся полосы звуковых частот вводятся новые каналы, полученный спектр в мо дуляторе передатчика накладывается на сигнал высокой (несу щей) частоты, усиливается и излучается в сторону следующей соседней РРС.
Сигнал телефонного ствола называется групповым, а телевизионного ствола — видеосигналом.
Для служебной связи между станциями иногда выделяют от носительно узкополосный ствол служебной связи, в который вклю чают и каналы дистанционного управления.
§ 3. Уплотнение радиорелейной линии каналами связи
Схема РРЛ в значительной степени определяется ее многоканальностью.
Под каналом понимают технические средства и физическую среду, с помощью которых информация передается от одного абонента к другому.
Организация нескольких каналов в одной РРЛ называется ее уплотнением.
В уплотненной РРЛ многие пары абонентов могут одновремен но обмениваться информацией, не мешая друг другу, так как их каналы разделены с помощью специальной аппаратуры.
Широко используют два способа разделения каналов: по час тоте и по времени.
Сущность частотного разделения каналов состоит в том, что тональные спектры. отдельных телефонных разговоров размеща ются на различных участках полосы частот электромагнитных колебаний, излучаемых передатчиком (рис. 3). Это позволяет на приемном пункте с помощью полосовых фильтров выделить уча-
1Ц П% А*.
Рис. 3. Структурная схема двухканальной РРЛ с частотным разделением каналов
стки спектра, которые содержат информацию отдельных коррес пондентов, и направить ее по нужным адресам (номерам телефон ных аппаратов).
Сущность временного уплотнения состоит в преобразовании непрерывных сигналов в последовательности импульсов и пооче редной передаче этих импульсов так, чтобы одна последователь ность размещалась в интервалах другой.
Рассмотрим подробнее схему РРЛ с частотным разделением каналов. В нее входят дифференциальные системы ДС, модуля торы Мд, демодуляторы Дм, генераторы поднесущих частот Г, по лосовые фильтры ПФ, радиопередатчики Пд и приемники Пм ультракоротковолнового диапазона, к которым подключены антен но-фидерные системы мачт А.
Дифференциальные системы обеспечивают поступление «раз говорных» токов (канал /), вырабатываемых в микрофоне, на модулятор при передаче информации и поступление по той же двухпроводной линии токов тональной частоты, выделенных в де модуляторе, на телефоны абонента при приеме информации.
Вгенераторе поднесущей (групповой) частоты вырабатывает ся ток с частотой более высокой, чем частоты разговорного спект ра, и более низкой, чем несущая (рабочая) частота радиорелей ного передатчика.
Вмодуляторе ток поднесущей частоты модулируется по ампли туде сигналом звуковой частоты соответствующего канала.
Полосовые фильтры позволяют выделять сигнал только в за данной полосе частот и подавлять его на других частотах.
Спектр звуковых частот (рис. 4, а) канала 1 в стандартном диапазоне 0,3—3,4 кГц (тональной частоты) через дифференци альную систему ДС 1 поступает на модулятор Мд\ где накладыва ется на поднесущую частоту /+ спектр звуковых частот (рис. 4, б) канала 2, лежащий в том же диапазоне 0,3—3,4 кГц, через ДС2 поступает на модулятор Мд2, где накладывается на поднесущую частоту f2. Частоты f\ и f2выбирают таким образом, чтобы спектры боковых полос различных каналов не накладывались бы один на другой.
Врезультате, каждый частотный спектр (рис. 4, а, б) состоит
/ |
|
/ |
|
из несущей частоты |
|||
|
|
/ 1 или f2 и двух боко |
|||||
|
|
|
|
вых полос с амплиту |
|||
|
|
|
|
дами |
/. Например, |
||
|
|
|
|
для |
первого |
канала |
|
|
|
|
|
одна |
из боковых по |
||
г, |
f |
F2 |
f |
лос (нижняя) |
лежит |
||
в диапазоне |
частот |
||||||
а) |
|
5) |
|
||||
|
|
от f\—3,4 до / i — 0,3 |
|||||
Рис. 4. Частотный |
спектр |
тонального |
сигнала, |
||||
кГц, |
а другая |
(верх |
|||||
наложенного на поднесущую частоту первого (а) |
няя) |
в диапазоне от |
|||||
и второго (б) |
каналов |
|
|||||
/ 1 +0,3 до f\ +3,4кГц
IIIIIIIIill! |
iiiillllllll ______^ |
à F |
* |
^~
Рис. 5. Групповой спектр двух ка налов при однополосной модуляции
Верхняя и нижняя полосы сим метричны, и их огибающие как бы повторяют друг друга. При зтом каждая из боковых полос
содержит всю информацию о пере- даваемом сообщении.
Поэтому с помощью полосового фильт ра можно выделять одну боковую поло су одного канала, а оставшееся место спектра использовать для размещения
выделенной боковой полосы другого канала (рис. 5). Такой способ передачи ин формации называется однополосным.
«Зазор» Д/ между полосами равен разности несущих частот |
|
/2 — / 1. Его размер определяется качеством |
полосовых фильтров |
и, как указывалось ранее, обычно равен 0,9 |
кГц. Поэтому полоса |
с «зазором» занимает 3,1 +0,9 = 4 кГц. Спектр частот двух кана |
|
лов (его называют групповым) поступает |
на вход передатчика. |
В передатчике сигнал высокой (сотни и тысячи мегагерц) не сущей частоты модулируется частотами группового спектра (де сятки килогерц). Частотно-модулированный сигнал, усиленный по мощности в выходных каскадах передатчика, направленной антенной излучается в сторону следующей станции.
Как известно, РРЛ позволяют обеспечить дуплексную связь, поэтому одновременно с передачей обычно ведется и прием сооб щений. Поступающие в приемную антенну ультракоротковолно вые радиосигналы усиливаются, преобразуются и детектирова нием из них выделяются сигналы группового спектра частот (рис. 5). Эти колебания с выхода приемника подаются на полосо вые фильтры ПФ\ и ПФ'2. Фильтр ПФ\ пропускает только спектр частот первого канала, ПФ2— второго. Таким образом происхо дит разделение каналов.
Далее спектр частот первого канала поступает на демодуля тор Дми а спектр часто второго канала — на демодулятор Дм2. Одновременно на демодуляторы подаются и поднесущие частоты /1 и /2 от генераторов Г\ и Г2. В результате на выходе Дм\ выделя ются звуковые частоты первого канала, которые через дифферен циальную систему ДС | подаются в звуковоспроизводящее устрой ство (например, микротелефонную гарнитуру) первого абонента. Звуковые частоты с выхода Дм2 через ДС2 подаются в аппарат второго абонента.
Таким образом, спектры сразговорных» частот двух телефонных каналов од новременно передаются по одной и той же радиорелейной линии, не смешиваясь между собой, и абоненты могут вести два телефонных разговора, не мешая друг
ДРУГУ-
Рассмотренная однополосная схема передачи сигналов нахо дит широкое применение, так как имеет существенные преиму щества по сравнению с двухполосной: можно более чем в два раза
увеличить количество каналов, размещаемых в одной полосе час тот, а также уменьшить уровень переходных помех между кана лами, возникающих вследствие несовершенства полосовых филь тров, и мощность передатчика, обслуживающего одно и то же ко личество каналов связи.
В многоканальных магистральных РРЛ по тому же принципу последовательно группируют спектры передаваемых сообщений. Для этого в полосе частот шириной 48 кГц размещают 12 кана лов тональной частоты (ТЧ). Пять первичных 12-канальных груп повых спектров объединяют во вторичную 60-канальную группу, пять вторичных — в 300-канальную третичную группу.
Шесть третичных и две вторичных группы составляют групповой спектр ство ла на 1920 каналов ТЧ, общая ширина которого 6 МГц.
При дальнейшем увеличении количества каналов ТЧ или при введении системы телевидения высокого качества (ТВВК) ширину полосы частот ствола придется увеличивать.
Возможность наращивать число каналов, вводя все более высо кие поднесущие частоты, — одно из важнейших достоинств час тотного уплотнения.
Следует отметить, что при всех достоинствах частотного уп лотнения, в том числе хорошем качестве и высокой надежности каналов связи, эти системы имеют высокую стоимость и большие габаритные размеры. Особенно дороги полосовые фильтры, к ко торым предъявляют очень высокие требования.
Принцип частотного уплотнения может быть применен и к те леграфным каналам связи. При этом в схему уплотнения включа ют генератор переменного тока, частота которого меняется в зави симости от вида посыла телеграфного аппарата. Токовой посылке соответствует частота f\, бестоковой — /2 (рис. 6). Для образова ния второго, третьего и т. д. телеграфных каналов связи исполь зуют генераторы, настроенные на другие частоты.
Величина Д/, равная половине разности частот h и /2, называется девиацией частоты генератора:
Рис. 6. Зависимость частоты (б) генера тора переменного тока от вида посылок (а)
телеграфного аппарата
Чем меньше девиация частоты, тем больше теле графных каналов может быть образовано в линии, но тем выше требования к характеристикам полосо вых фильтров.
Как отмечалось ранее, вторым широко применяе мым способом разделения каналов является времен ной.
В 1932 г. академик В. А. |
|
|||
Котельников доказал теорему, |
|
|||
из которой следует, что для |
|
|||
неискаженной передачи непре |
|
|||
рывного сигнала частота пов |
|
|||
торения |
импульсов |
должна |
|
|
быть не меньше удвоенной час |
|
|||
тоты |
его |
наивысшей |
гармо |
|
ники. |
|
|
|
Рис. 7. Временное уплотнение линии |
• |
Следовательно, для |
передачи |
||
телефонного |
разговора с |
полосой |
связи двумя каналами |
|
частот от 0,3 до 3,4 кГц частота пов |
|
|||
торения импульсов должна быть не |
|
|||
менее 6800 |
Гц. |
|
|
|
Рассмотрим принцип временного уплотнения линии связи, ис пользуя рис. 7. Разговорный ток 1 первого канала с помощью спе циального модулятора преобразуется в последовательность им пульсов /|. Разговорный ток 2 второго канала — в последователь ность импульсов /2. Линия связи поочередно подключается то к оконечным приборам первого канала, то к оконечным приборам второго канала.
В приемных устройствах каждого канала с помощью демоду ляторов последовательности импульсов вновь преобразуются в «разговбрные» токи, поступающие в телефоны.
Современная аппаратура позволяет получать импульсы, дли тельность которых значительно меньше интервалов между ними, поэтому в линии можно создавать достаточно большое количе ство импульсных последовательностей, не накладывающихся друг на друга. Очевидно, что количество каналов равно числу та ких импульсных последовательностей. Временное уплотнение по зволяет получать в одной линии несколько десятков надежно ра ботающих каналов телефонной связи.
В системах временного уплотнения применяют надежные и эко номичные электронные коммутаторы.
При временном уплотнении предъявляются высокие требова ния к линии связи и, прежде всего, к ее полосе пропускания частот, так как в процессе передачи импульсов по линии они искажаются. Эти искажения тем больше, чем уже полоса пропускания частот и чем меньше длительность каждого импульса. Поэтому для много канальных систем с импульсами малой длительности требуются широкополосные линии связи. При этом с помощью специальной аппаратуры искаженные импульсы можно регенерировать (восста навливать).
Рассмотренный способ преобразования «разговорных» токов в импульсы пе ременной амплитуды называется импульсно-амплитудной модуляцией.
В настоящее время применяют и другие способы импульсной модуляции, обеспечивающие повышенную помехозащищен ность.
§ 4. Структура радиорелейной линии прямой видимости. План частот
Известно, что радиорелейные линии состоят из нескольких ство лов, структурные схемы которых в принципе идентичны.
Если ствол предназначен для передачи группового сигнала, его называют телефонным, если видеосигнала — телевизионным.
Многоствольную РРЛ можно рассматривать как несколько одноствольных РРЛ, работающих параллельно.
На оконечных станциях А и Б (рис. 8) устанавливают канало образующую аппаратуру, передатчики, приемники и антенно фидерные устройства. На промежуточных РРС каналообразующая аппаратура отсутствует.
На рисунке передающие и приемные антенны изображены раз дельно, однако на практике прием и передача радиосигналов обыч но производятся на одну антенну. Чтобы уменьшить взаимные помехи, создаваемые не полностью подавленными гармониками, в качестве передаваемых и принимаемых радиосигналов исполь зуют поляризованные во взаимно перпендикулярных плоскостях
(обычно, в вертикальной и горизонтальной). Для передачи и од новременного приема радиосигналов на одну антенну на выходе передатчика и входе приемника устанавливают разделительные фильтры, настроенные на рабочие частоты соответственно пере датчика и приемника.
Ранее отмечалось, что при ретрансляциях сменяется частота радиосигналов. О каких же частотах идет речь? Ведь различают несущие, фиксированные и рабочие частоты.
Понятие «несущая частота» используют прежде всего в теории модуляцион ных процессов, при которых она смешивается с частотами тональных, видеоили других сигналов. В пределах разрешенного диапазона значение несущей частоты можно выбрать любым.
Понятие «фиксированная частота» используют при технической реализации приемно-передающих устройств.
Рис. 8. Структурная схема одноствольной РРЛ прямой видимости с двумя ре трансляционными РСС