Лекция 21

12. Способы и средства специальных видов связи (радиорелейные линии, спутниковая связь, лазерные каналы и др.)

12.1. Радиорелейные линии связи

Классификация радиорелейных линий (РРЛ):

по пропускной способности: многоканальные (с числом кана­лов больше 300), средней емкости (от 60 до 300 каналов) и малой емкости (менее 60 каналов);

по применению: стационарные магистральные многоствольные РРЛ большой емкости и большой протяженности (до 12 тыс. км); зоновые стационарные РРЛ средней емкости областного и респуб­ликанского значения и РРЛ, используемые на ответвлениях от магистральных линий (протяженностью до 1000 км и более); ма­локанальные РРЛ районного значения;

по способу разделения каналов: РРЛ с ЧРК и РРЛ с ВРК;

по диапазону используемых частот: РРЛ дециметрового, сан­тиметрового и миллиметрового диапазонов.

По структуре радиорелейная линия представляет собой цепоч­ку приемно-передающих станций, между антеннами которых на интервале почти всегда обеспечивается прямая видимость. Вели­чина интервала R_и между радиорелейными станциями (РРС)' определяется по приближенной формуле. Для случая гладкой сфе­рической поверхности Земли с радиусом кривизны R₀ и при высоте подвески антенн h₁ и h₂ (рис. 7.2, а) при условии, что и, протяженность интервала (км).

(7.1 )

где h₁ и h₂ — высота подвески антенн соответственно передающей и приемной антенн, м; R_о = 6370 тыс. км — радиус Земли. Подста­вив в (7.1) значение R_о, получим

Как видно из выражения (7.1), протяженность интервала воз­растает пропорционально корню квадратному из высоты подвески антенн h. Однако величины h₁ и h₂ целесообразно увеличивать до некоторого предела. Обычно мачты или башни, на которых уста­навливаются антенны РРЛ, имеют высоту 40 — 70 м. Исходя из этого, в реальных условиях протяженность интервала составляет 55±(15— 20) км.

Выбор трассы РРЛ занимает особое место при их проектиро­вании. При размещении антенн РРЛ на естественных возвышенно­стях (в городах на высоких зданиях, в горной местности на вер­шинах гор) можно значительно увеличить протяженность интер­вала, сократив при этом затраты на оборудование мачт и башен для подвески антенн.

При выборе трассы РРЛ необходимо учитывать не только влияние земной поверхности на распространение УКВ, но и влияние тропосферы на интенсивность сигнала у приемной антенны. Для этой цели определяют интенсивность отраженного от земной поверхности луча и фазовое соотношение прямого и отраженного лучей (рис. 7.2, б). Если отраженный луч по мощности близок к прямому и фаза отраженного луча противоположна фазе прямо­го луча, то результирующее поле у приемной антенны резко ослаб­лено. Таким образом, при выборе трассы стремятся обеспечить по возможности меньшую интенсивность отраженного луча и малую разность фаз прямого и отраженного лучей.

Уменьшения интенсивности отраженного луча достигают соот­ветствующим выбором «подстилающей» поверхности в области отражения. Для этой цели стараются выбирать трассу так, чтобы она проходила по местности, покрытой лесом, кустарником, овра­гами, что способствует рассеянию отраженного луча. Желательно, чтобы на пути отраженного луча находилось какое-нибудь пре­пятствие. В гористой местности это может быть гора меньшей высоты, позволяющая беспрепятственно проходить прямому лучу и задерживающая отраженный. Нежелательно, чтобы трасса РРЛ проходила над равниной, особенно над водной поверхностью, которая практически полностью отражает УКВ сигнал.

На рис. 7.3 приведены примеры выбора трассы РРЛ. Места расположения РРС выбираются с учетом обеспечения прямой видимости между антеннами и ослабления отраженного луча. На рис. 7.3, а показан один из способов ослабления отраженного луча с помощью его диффузионного рассеяния, что может быть обеспе­чено подстилающей поверхностью в виде кустарника, леса.

На рис. 7.3, б показан один из способов устранения отражен­ного луча. На рис. 7.3, в, г показаны варианты выбора трассы при отсутствии прямой видимости между передающей к приемной РРС.

В этих случаях на возвышенностях устанавливаются пассивные ретрансляторы, в качестве которых служат плоские металлические отражатели.

Структурная схема РРЛ. РРЛ состоит из двух оконечных и цепочки промежуточных (ретрансляционных, релейных) станций. Для обеспечения более высокой помехоустойчивости цепь радио­релейных станций размещают не по прямой, а по ломаной линии. Этим устраняется попадание прямых лучей УКВ на антенны после­дующих станций, находящихся за ближайшими станциями, что может вызвать искажение при приеме на этих станциях основного луча.

Передача информации в РРЛ осуществляется по стволам, под которыми понимается группа каналов связи. Для каждого ствола отводится своя несущая частота.

Различают двухчастотную и четырехчастотную системы рас­пределения частот по интервалам. При двухчастотной системе передача информации по одному стволу в разных направлениях через промежуточные станции ПС (в направлении А—Б и в направ­лении Б—А) на интервалах ведется на различных частотах, которые изменяются на соседних интервалах (рис. 7.4, о), а при четырех-частотной системе на двух парах частот (рис. ТА, б). К недостат­кам двухчастотной системы относится необходимость применения более совершенных антенн, исключающих прием с противополож­ной стороны. Четырехчастотные системы лишены этого недостатка, однако требуют в два раза большего числа частот, чем двухчастотная, при том же числе каналов.

Двухчастотная система применяется на магистральных линиях с числом стволов больше трех, а четырехчастотная — при меньшем числе стволов.

На рис. 7.5 приведена упрощенная структурная схема РРЛ. Промежуточные станции, в отличие от оконечных станций А и Б, имеют не один, а два комплекта приемно-передающей аппаратуры, один из которых работает в направлении А—Б, а другой — в на­правлении Б—А.

На оконечных станциях устанавливается аппаратура уплотне­ния, которая служит для организации каналов связи. При необхо­димости выделения части каналов на одной из промежуточных станций на ней устанавливается аппаратура выделения каналов АВ. На промежуточных станциях принимаемый сигнал выделяется, усиливается и излучается в сторону следующей РРС.

Для работы РРЛ используются диапазоны УКВ, расположенные в области 0,4; 2; 4; 6; 8 и 11 ГГц. При работе в данных диапазонах обеспечивается высокая помехоустойчивость и надежность связи.

Антенное оборудование. Антенное оборудование РРЛ предна­значено для обеспечения помехоустойчивой и надежной связи. К антеннам предъявляются высокие требования по направленно­сти, чтобы устранить возможный прием сигналов с боковых и про­тивоположных направлений. Для характеристик этих свойств ан­тенны вводятся коэффициент усиления и коэффициент защитного действия. Для РРС эти коэффициенты должны быть как можно больше, а диаграмма направленности антенны не должна иметь значительных боковых и обратного лепестков.

На РРЛ применяется несколько типов антенн. Так, в диапазо­не ДМВ используются многовибраторные синфазные антенны, в диапазоне СМВ на РРЛ средней емкости — перископические, пара­болические и рупорно-параболические антенны, на магистральных РРЛ большой емкости — рупорно-параболические и двухзеркальные приемно-передающие антенны.

Подвод энергии от станционного оборудования РРС к облуча­телю антенны осуществляется по фидерной линии. В качестве такой линии используют коаксиальные кабели и волноводы. Фи­дерные линии являются сложными и дорогостоящими устройства­ми. Основные затруднения вызывает согласование фидерной линии в точках соединения отдельных участков линии и подключения ее к оборудованию. При малейших рассогласованиях возникают отражения сигналов, приводящие к появлению помех (шумов, попутных потоков).

Использование перископических антенн, где применяется очень короткий фидер, позволило решить эту проблему. Здесь антенна с облучателем располагается на земле, а на башне подвешивается плоское (или несколько вогнутое) металлическое зеркало, отра­жающее приходящий луч в направлении облучателя и исходящий луч в направлении на соседнюю станцию. Такое расположение антенного оборудования в перископической антенне позволило резко повысить к. п. д., снизить искажения сигнала за счет отра­жений в фидерной линии. Коэффициент усиления такой антенны достигает 30—40 дБ.

Радиорелейные системы связи.В нашей стране используются такие радиорелейные системы связи прямой видимости: Р-600, «Восход», «Рассвет», «Дружба», а также комплекс унифицирован­ных радиорелейных систем связи (КУРС). КУРС имеет четыре модификации: КУРС-2, КУРС-4, КУРС-6 и КУРС-8, где цифры обозначают диапазон рабочих частот систем (ГГц). Данные сис­темы рассчитаны на передачу многоканальных телефонных сооб­щений, сигналов цветного телевидения с сигналами звукового сопровождения. Число стволов в системах: в КУРС-2 — два, в КУРС-4, КУРС-6 и КУРС-8 — по восемь. Мощность передатчика колеблется от 0,3 Вт для КУРС-8 до 7,5 Вт для КУРС-6. Разра­ботанные комплексы обеспечивают связь на магистральных, зоно­вых, внутриобластных и республиканских линиях, а также на мест­ных (низовых) связях.

Электропитание.Основными источниками электропитания РРС являются линии электропередачи (ЛЭП) (внешние источники) и аккумуляторные батареи с резервированием их дизельными элек­тростанциями (внутренние источники).