5.3. Системы радиорелейной связи

Характерной особенностью систем радиорелейной связи явля­ется возможность передачи большого объема различных видов информации на дальние расстояния с высокой достоверностью [8].

Радиорелейной связью называется особый вид дальней много­канальной радиосвязи на УКВ, осуществляемый при помощи ря­да промежуточных ретрансляционных станций (рис. 5.1). Ре­трансляционные станции принимают сигнал на одной рабочей час­тоте, а излучают на другой. Так образуется радиорелейная ли­ния связи (РРЛ).

Радиорелейные линии связи используются для передачи информации любого вида (телефонной, телевизионной, цифровой и т. п.) и могут быть уплотнены несколькими тысячами телефонных каналов или телевизионными каналами. Число каналов радио­релейной станции (РРС) определяется используемым видом мо­дуляции сигналов отдельных каналов и видом модуляции несу­щей частоты передатчика.

В радиорелейных линиях связи могут применяться частотный, временной и комбинированный методы уплотнения. При времен­ном уплотнении применяются импульсные виды модуляции (АИМ, ВИМ, ШИМ, ФИМ и т.д.). Из импульсных методов модуляции ФИМ получила наибольшее распространение. По помехоустойчи­вости она близка к частотной модуляции.

Наибольшую помехоустойчивость имеют системы радиорелей­ной связи, в которых используется импульсно-кодовая модуляция (ИКМ). Здесь искаженные помехой импульсы легко регенериру­ются, так как сигнал квантован по времени и уровню. Поэтому в нашей стране и за рубежом ведутся интенсивные работы по практическому внедрению этих систем связи.

Исторически первыми (в сороковых годах прошлого века) появились так на­зываемые обычные радиорелейные линии.

С учетом нормальной рефракции расстояние определяется выражением

, (5.1)

где h₁ и h₂ - высоты передающей и приемной антенн, м.

Так, при h₁=h₂=50м D=58км.

Известно, что волны короче 2 см в значительной мере погло­щаются снегом, дождем и туманом. Поэтому в радиорелейных линиях, как правило, используются более длинные волны >4см).

Достоинствами радиорелейной связи прямой видимости явля­ются:

• высокое качеств связи, сравнимое с качеством связи по хорошему кабелю. Практически оно мало зависит от состояния атмосферы, случайных помех, времени суток, года и т. д.;

• значительная направленность антенн, что позволяет вес­ти связь при малых мощностях передатчика (единицы ватт). При этом обеспечивается высокая помехоустойчивость системы связи, затруднены перехват и организация помех со стороны противника;

• высокая устойчивость распространения радиоволн, обеспе­чивающая постоянство уровня принимаемого сигнала;

• большая частотная емкость УКВ диапазона, позволяющая обеспечить многоканальную связь;

• простота сопряжения РРС с каналами проводной связи при использовании типовой каналообразующей аппаратуры.

Открытие явления тропосферного и ионосферного рассеяния радиоволн УКВ диапазона позволило в десятки раз увеличить интервалы между РРС. Однако это не умаляет достоинств обычных радиорелейных линий связи прямой видимости, так как они незаменимы в густонаселенных районах. В тропосферных и ионосферных системах дальней связи используют достаточно мощные передающие устройства, которые создают помехи другим радиостанциям и оказывают вредное дей­ствие на здоровье человека.

рис.5.6

Принцип устройства радиорелейной линии связи можно уяснить из рис. 5.6. Линия состоит из двух оконечных и ряда промежуточных (ПС) ретрансляционных РРС, имеющих по два комплекса антенн, передатчиков и приемников, которые обес­печивают работу в противоположных направлениях. Каналообразующая аппаратура (КОА) устанавливается только на око­нечных станциях. При необходимости ответвления части каналов для местных абонентов в пунктах ретрансляции применяют аппа­ратуру выделения (АВ). Как правило, КОА устанавливается вне РРС (в населенном пункте) и со станцией соединяется коакси­альным кабелем с полосой, достаточной для передачи группового сигнала. Далее групповой сигнал поступает на модулятор радио­передатчика РРС.

Таким образом, в РРС осуществляется двухступенчатая моду­ляция:

• модуляция с целью формирования сигналов отдельных ка­налов (группового сигнала) в КОА;

• модуляция высокочастотных колебаний передатчика РРС групповым сигналом.

Соответственно в две ступени производится и демодуляция сигнала. Первоначально групповой сигнал детектируется по вы­сокой частоте в приемнике РРС, а затем поступает на КОА, где происходит его разделение на сигналы отдельных каналов.

При сквозной ретрансляции групповой сигнал на промежу­точной частоте с приемника РРС подается на передатчик РРС и ретранслируется, т. е. производится усиление сигнала с измене­нием (сдвигом) несущей частоты. В случае узловой работы груп­повой сигнал демодулируется в приемнике РРС по высокой час­тоте и затем подается к аппаратуре выделения, где производит­ся селекция требуемых каналов.

Один приемопередающий комплекс может пропустить несколько сотен и даже тысяч телефонных каналов или один телевизионный канал. В тех случаях, когда необходимо передавать значительно больший объем информации, на РРС устанавливают несколько приемопередатчиков, работающих в одном направлении. Каждый из таких комплексов называют стволом. Кроме рабочих стволов организуются резервные стволы, работающие на своих частотах. Обычно на 2 – 3 рабочих ствола выделяют один резервный.

По виду передаваемых сигналов эти РРС подразделяются на аналоговые и цифровые.

Аналоговые РРС используются для передачи:

• многоканальных телефонных аналоговых сигналов с пропускной способностью до 3600 телефонных каналов;

• телевизионных сигналов и сигналов звукового сопровождения.

Цифровые РРС служат для передачи:

• многоканальных телефонных сигналов в цифровой форме со скоростью от 2 до 140 Мбит/с;

• высокоскоростных сигналов данных;

• сигналов видеотелефона и телевизионных сигналов в закодированном виде.

За исключением нескольких РРС, рассчитанных на диапазоны частот 70 – 80 МГц и 400 – 470 МГц, все остальные РРС работают на частотах 2,4, 6,8 и 11 ГГц.

На радиорелейных линиях связи чаще всего используются па­раболические, рупорно-линзовые и рупорно-параболические ан­тенны, отвечающие требованиям высокой направленности излуче­ния и имеющие большой коэффициент усиления.

В многоствольных радиорелейных системах для устранения влияния передатчика на собственный приемник передачу и прием ведут на различных частотах с большим частотным разносом. Распределение частот по интервалам может производиться по двухчастотной или четырехчастотной системе (рис. 5.7). При двухчастотной системе используются всего две частоты: одна для передачи, другая — для приема. Для того, чтобы исключить взаимные влияния одного направления на другое, необходимо применять остронаправленные антенны. При четырехчастотной системе применяются четыре частоты. В этой системе можно при­менять простые антенны, но полоса частот при том же числе ка­налов возрастает.

рис.5.7

В системах радиорелейной связи с числом стволов более трех применяют двухчастотную систему. Для уменьшения взаимных влияний радиорелейных станций их часто располагают так, как это показано на рис. 5.8, или применяют различную поляриза­цию волн для одних и тех же частот.

Наибольшее распространение получили системы ра­диорелейной дальней связи типа Р-60/120 и Р-600 [8].

Система P-60/120 работает в диапазоне частот 1600—2000 МГц и используется на ответвлениях от магистральных линий, а так­же на областных линиях средней емкости. Имеет три ствола. Два из них могут уплотняться 60 или 120 телефонными каналами. Тре­тий ствол используется для передачи одной телевизионной программы. Протяженность телефонного ствола — 2500 км, телевизионного — 1000 км. Антенны — перископические, состоящие из нижнего эллиптического и верхнего плоского зеркала (коэффициент усиления — 30 дБ). Передача и прием по трем стволам ведется на одну антенну за счет применения различной поляризации волн. Мощность передатчика — 3 Вт. Полоса пропус­кания УПЧ приемника равна 20 МГц. Промежуточная частота — 70 МГц. Полоса телевизионного канала — 8 МГц. В системе до­пускается дистанционное управление.

рис.5.8

Система Р-600 работает в диапазоне частот 3400-3900 МГц. Протяженность магистральных линий - до 2500 км. Система по­зволяет организовать четыре рабочих и два резервных ствола, а также ствол служебной связи. Рабочий ствол может быть как телефонным, так и телевизионным. Телефонный ствол допускает организацию до 600 телефонных каналов. Антенные системы - рупорно-параболического типа (коэффициент усиле­ния - 40 дБ, ширина диаграммы направленности - около 2°).

Имеется возможность дистанционного управления системой. Аппаратура состоит из следующих стоек: высокочастотной, теле­фонной, телевизионной, стойки автоматики, стойки служебной свя­зи и стойки управления горячим резервом. Мощность передатчи­ка - 3 Вт. Чувствительность приемника - 1мкВт. Полоса пропус­кания ствола - не более 33±3 МГц. Промежуточная частота — 70 МГц. Пределы полосы схватывания системы автоподстройки частоты составляют ±10 МГц. Модифицированные варианты ап­паратуры: Р-600 М, Р-600 1М2, ГТТ-4000/600 и Р-600 2MB.

В 1969 г. стала действовать радиорелейная система «Дружба», которая обеспечивает высококачественную связь на расстояние 12,5 тысяч километров. Диапазон частот – 5670-6170 МГц. Система «Дружба» имеет шесть стволов по 1920 телефонных каналов или по одному телевизионному каналу в каждом стволе и два резервных ствола.

Накануне ввода в строй системы «Дружба» была сдана в эксплуа­тацию радиорелейная система «Восход», предназначенная для ор­ганизации магистральных радиорелейных линий связи большой емкости и протяженности. Диапазон частот – 3400-3900 МГц. Те­лефонный ствол уплотняется аппаратурной К-1920. Дальность связи системы - до 12500 км.

В 70-х годах прошлого века сдано в эксплуатацию ряд систем радиорелей­ной связи (система ГТТ-8000/300, система «Горизонт-М» и др.).

Система ГТТ-8000/300 предназначена для организации много­канальной связи и передачи программ телевидения и вещания на линиях республиканского и областного значения. Каждый ствол уплотняется с помощью аппаратуры типа К-300; дальность многоканальной телефонной связи — до 2500 км, телевизионной - до 800 км.

Система радиорелейной связи «Горизонт-М» предназначена для организации многоканальной телефонной связи в малонасе­ленных и труднодоступных районах. Диапазон частот — 600— 1000 МГц. Дальность связи - до 2500 км.

В 80-х годах прошлого века сдана в эксплуатацию аппаратура радиорелейной связи, работающая в комплексе со станциями связи через искусственные спутники Земли типа «Молния» в системе «Орбита» и др. [12].