Дисциплина: Радиорелейные и спутниковые системы передачи (РР и ССП).

Вид занятия: Лекция № 2.

Отводимое время: 2 часа.

Тема: Радиорелейная связь (РРС) как вид радиосвязи

План:

1. РРС – развитие, особенности и назначение.

2.2. Структура построения и классификация РРЛ. Планы частот для РРЛ.

2.1. РРС – развитие, особенности и назначение. РРС это вид радиосвязи, работа которого организована в спектре частот от 300 МГц до 300 ГГц. Это говорит о том, что в РЧС для РРС отведено три диапазона с N от 9 по 11 (включительно) - УВЧ (дцВ), СВЧ (смВ), КВЧ (ммВ).

Таблица 2.1

Классификация диапазонов РРС

Номер диапазона	Диапазоны частот	Наименование диапазонов
		Частотное	Метрическое
9	300 – 3000 МГц	Ультравысокие частоты (УВЧ)	Дециметровые волны
10	3 – 30 ГГц	Сверхвысокие частоты (СВЧ)	Сантиметровые волны
11	30 – 300 ГГц	Крайне высокие частоты (КВЧ)	Миллиметровые волны

Таблица 2.2

Диапазоны частот РРС, разрешенные в РФ

Диапазон частот, МГц	Дуплексный разнос, МГц	Рекомендация МСЭ
392-410; 434-450	42,325	-
1427-1530	65,5	№746 (Б.2)
1700-2100	213	№382-6
2300-2500	94	№746 (Б.4)
3400-3900	266	№497-4
5670-6170	266	№497-4
7900-8400	266	№497-4
12750-13250	266	№497-4
4400-5000	300	№F.1099(Б.9)
7250-7550	161	№385-5
10700-11700	530	№387-6 (Б.11)
14400-15350	490	№636-2
17700-19700	100	№595-3
21200-23600	1232	№637-1
25200-27500	-	-
36000-37000	-	-
37000-39500	-	-
39500-40500	-	-

В настоящее время для передачи радиорелейной связи освоен весьма широкий диапазон радиочастотного спектра от 2 ГГц до 58 ГГц. Рекомендациями Международного Союза Электросвязи (МСЭ-Р), документами Государственной комиссии по радиочастотам и Государственными стандартами определены полосы радиочастот, в которых могут работать РРСП. Эти полосы (диапазоны) частот расположены вблизи 2, 4, 6, 8, 11, 13, 15, 18, 23, 27, 38, 55, 58 ГГц. В каждом диапазоне рекомендациями МСЭ-Р жестко регламентирован план распределения частот, но есть конкретные частоты, на которых могут работать РРСП. Более занятыми являются обычно «нижние» диапазоны - 2, 4, 6 и 8 ГГц и в меньшей степени диапазоны 11, 13, 15 ГГц и выше.

В таблице 2.2 приведены разрешенные в РФ диапазоны частот с указанием рекомендаций МСЭ-Р по планам частот для РРС [1].

Насыщенность указанных участков РЧС различна. Исторически сложилось так, что освоение указанных диапазонов происходило «снизу-вверх», т.е. сначала появлялось оборудование низких диапазонов частот, затем более высоких. Кроме того, в диапазонах частот от 2 до 8 ГГц удается достигать дальность связи до 50 км, тогда как в более высоких участках (от 15 ГГц и выше) дальность передачи существенно снижается (до 10 км). В результате сегодня наблюдается дефицит частот в наиболее освоенных участках РЧС (до 15 ГГц). Данная проблема характерна не только для нашей страны, но в РФ она усугубляется тем, что диапазоны до 15 ГГц прочно освоены РЭС различных государственных структур.

Развитие РРС. Историю развития РРС относят к началу 50-х годов прошлого века, когда и было начато техническое освоение новых СВЧ диапазонов. До 40-х годов радиосвязь, тогда еще молодое направление информационного обмена, осваивала первые сверхнизкие и низкие диапазоны частот (кмВ). По мере развития систем коммутации возникла потребность в передачи многоканальных ТФ сообщений, программ телевизионного и радиовещания, что способствовало переходу на новые диапазоны радиоволн (ммВ). Почему? Рассмотрим следующий пример.

Известно, что для разборчивой передачи человеческой речи необходим КТЧ: 4 кГц;

музыкальных сообщений – 18 кГц; современных телевизионных программ – 6 МГц. Если радиосвязь вести только на кмВ, что соответствует диапазону частот от 30 до 300 кГц, то можно было бы организовать только не более 90 ТФ каналов, организовать телевизионное вещание вообще не представлялось возможным. Выход из создавшегося положения был найден за счет освоения новых диапазонов РЧС.

Переход радиосвязи в диапазон СВЧ (УКВ) привел к таким изменениям в техническом оснащении и организации радиолиний, что по существу появился новый вид радиосвязи, который назвали радиорелейной.

Кратко об истории развития РРС [2]. Во второй половине 50-х годов были разработаны первые отечественные аналоговые РРСП: «Стрела-П» для пригородной связи, рассчитанная на 12 каналов; 24-х канальная «Стрела-М» для междугородней связи; «Стрела-Т» для ТВ. Тогда же началось промышленное производство систем Р-60/120 и Р-600 для трансляции программ ТВ и многоканальной ТФ (цифры в обозначении аппаратуры указывают на возможное количество каналов). В 60-е годах появились модификации систем Р-600: Р-600М, Р-600 2М, Р-600 2МВ с дальностью действия до 2500 км, работающие в см диапазоне.

В 70-е годы были введены в строй магистральные РРСП «Восход», «Дружба» (на 1920 ТФ каналов в стволе). Эти системы, созданные совместно с предприятиями Венгрии, были рассчитаны на передачу программ черно-белого, цветного ТВ и предусматривали организацию до восьми стволов в диапазонах частот 3,4-3,9 и 5,67-6,17 ГГц.

В 80-е началось введение унифицированной РР аппаратуры «КУРС», рассчитанной на применение индустриальных методов строительства РРЛ. В комплекс «КУРС» входят четыре системы РРС, работающие в выделенных полосах частот в диапазонах от 2 до 8 ГГц (КУРС-2; 4; 6; 8).

В середине 90-х годов появляются первые цифровые РРСП. «Радуга» (аналого-цифровая СП), рассчитанная на 300 КТЧ.

К первым цифровым РРСП относят аппаратуру «Радан-2», которая использовалась для замены КЛС, между АТС, разделенных труднопроходимыми участками местности. Современный рынок цифровых РРСП пестрит разнообразием малогабаритной аппаратурой отечественного и импортного производства. Среди зарубежных фирм производителей следует выделить: (Германия), (Япония), (Швеция) и др. Существенно возросла емкость РРЛ. Современная аппаратура работает в диапазонах 50 ГГц и позволяет организовать передачу по 14 цифровым стволам до 1920 ТФ каналов в каждом.

В 1993-1996 гг. в России была построена первая цифровая РРЛ Москва-Хабаровск.

В настоящее время освоен весьма широкий диапазон рабочих частот для целей микроволновой связи, начиная с диапазона 2 ГГц (1,7-2,1 ГГц) до 58 ГГц (57,2-58,2 ГГц) (см. табл. 2.2).

Первая линия радиосвязи между советскими космическими кораблями была организована в 1962 г. Уже в 1964 г. были переданы телепрограммы на Землю с пилотируемого космического корабля «Восход», а в апреле 1965 г. осуществлен запуск спутника-ретранслятора «Молния-1», предназначенного для системы передачи и приема программ центрального телевидения - «Орбита».

В настоящее время в эксплуатации находятся модификации наземной системы «Орбита» и спутники связи «Молния-2», «Молния-3» с эллиптическими орбитами, а также спутники «Радуга» и «Экран» с орбитами, близкими к стационарной.

Особенности РРС. Характерные особенности, присущие РРС, определены спецификой УКВ.

1. УКВ, распространяются практически прямолинейно. Они не могут огибать препятствия, размеры которых превышают длину волны. Следовательно, антенны соседних РР станций должны быть ориентированы друг на друга в пределах прямой видимости (ПВ). Это означает, что даже в отсутствии выступающих над землей естественных и искусственных препятствий дальность РРС ограничена кривизной поверхности Земли (рис. 2.1). Существует упрощенная формула расчета, определяющая расстояние ПВ (R) для гладкой сферической поверхности Земли с учетом нормальной (стандартной) рефракции: , где h₁ и h₂ – высоты подвеса антенн передающей и приемной радиостанции.

Определим оптимальное расстояние ПВ (R_опт) с помощью несложного примера:

Пусть h₁ = h₂ = 50 м, тогда R_опт=60 км;

при h₁ = h₂ = 100 м, имеем R_опт=80 км.

Как следует из расчетов, при подъеме антенн на 50 м предельная дальность связи не превышает 60 км (с учетом естественных неровностей рельефа может быть еще меньше). Увеличение высоты подвеса антенн до 100 м дает несущественный выигрыш в дальности связи - всего 20 км, а влечет серьезные экономические затраты на изготовление и монтирование антенных опор. Для связи на расстояние в 250 км потребовались бы км мачты-опоры. С учетом стандартных высот подвеса антенн 20 м ≤h≤ 120 м, определенных для РФ, оптимальное расстояние ПВ должно находиться в пределах 50 км ≤R_опт ≤ 80 км.

2. Для увеличения дальности связи при приемлемых размерах антенных мачт стали использовать принцип ретрансляции (приема и автоматического переизлучения) радиосигналов.

Впервые в России технический проект ретрансляционных линий был предложен еще в 1929 году. В то время в Нижегородской радиотехнической лаборатории активно шли работы в этом направлении для диапазонов длинных и средних волн. Однако быстрое увеличение мощности и дальности действия длинно- и средневолновых радиостанций сделали реализацию этого проекта ненужной. К идеи ретрансляции вернулись в начале 50-х годов, когда началось строительство первых магистральных РРЛ.

Реализация принципа ретрансляции на РРЛ предполагает организацию линии в виде цепочки приемопередающих радиостанций диапазона УКВ, где крайние станции обслуживают корреспондентов, а промежуточные выполняют функции ретрансляции сигнала в направлении последующих станций.

3. Структура построение РРЛ на основе ретрансляции сигнала предусматривает передачу (концентрацию) энергии в одном направлении, для чего целесообразно использовать антенны с узкой диаграммой направленности. Дополнительными положительными свойствами антенн УКВ диапазона являются сравнительно небольшие размеры и высокие коэффициенты усиления. Применение остронаправленных антенн позволяет ограничить мощность передатчиков РРСП единицами ватт (0,1-10 Вт).

4. Диапазон УКВ позволяет обеспечить высокую емкость передаваемых сообщений, поэтому РРЛ отличаются многоканальностью и многоствольностью.

Многоканальность достигается использованием аппаратуры уплотнения. С ее помощью образуют сотни и тысячи ТФ каналов, каналы РФ, ТВ и звукового сопровождения телевизионных передач. В свою очередь, ТФ каналы при необходимости могут быть уплотнены каналами телеграфной связи, а несколько объединенных телефонных каналов заменены каналом передачи факсимильных изображений.

Многоствольность - это способность РРЛ работать на нескольких несущих частотах. Магистральные РРЛ, проложенные между крупными городами, обеспечивают ТФ связь по нескольким тысячам каналов. Организовать такую связь на одной несущей с одной стороны технически сложно, с другой экономически не выгодно, поэтому для работы РРЛ могут быть выделены несколько рабочих (несущих) частот. На одной несущей частоте с помощью аппаратуры уплотнения может быть организовано до 1920 ТФ каналов.

Ствол – это цепочка приемопередатчиков СВЧ, которые устанавливают на всех типах станций, а также аппаратура уплотнения и выделения каналов.

В многоствольных РРСП различают рабочие и резервные стволы. Все стволы универсальны и предназначены для передачи информационных сообщений. В зависимости от вида передаваемого сигнала рабочие стволы могут быть ТФ, ТВ и т.д. Сигнал, передаваемый по ТФ стволу, называют групповым, а по ТВ – видеосигналом. Иногда между станциями для осуществления служебных переговоров выделяют отдельный узкополосный сигнал служебной связи. Резервные стволы включаются автоматически в случае выхода из строя любого рабочего ствола, таким образом, многоствольность РРСП повышает надежность работы всей РРЛ, обеспечивая ее работоспособность.

Назначение РРС. В настоящее время РРС является средством, позволяющим оперативно разворачивать протяженные линии связи. С их помощью решаются задачи организации магистральных линий связи большой емкости, внутризоновой и местной связи. Широкое применение РРС нашла при организации связи между базовыми станциями (БС) и коммутационным оборудованием транкинговых и сотовых систем связи, при организации телевизионных репортажей и решении многих других задач.

К числу основных задач, стоящих перед операторами и владельцами систем связи, относят: создание одно- и многопролетных участков магистральных линий связи; организацию каналов связи между центрами коммутации и БС сотовых и трангинковых сетей; обеспечение связи внутри одной или между линиями проводной связи; организацию оперативной связи в особых условиях с ограничением на время развертывания и инициализации группового канала.

Зачастую решение этих задач осложняется невозможностью использования проводных линий связи либо в силу их перегруженности (в городских условиях), либо в силу невозможности их прокладки (например, в труднодоступных районах или в городах, где существует запрет на прокладку любых коммуникаций). В этих случаях наибольшее распространение получают цифровые радиорелейные линии (РРЛ) фиксированной наземной связи.

2.2. Структура построения РРЛ. РРЛ это совокупность РРСП, имеющие общую среду распространения, общую систему обслуживания и общие линейные сооружения. В зависимости от особенностей и месторасположения ретрансляторов различают РРЛ:

- прямой видимости (РРЛ ПВ), ретрансляционные станции которой размещаются на Земле на расстоянии ПВ (R_пв≤80 км);

- тропосферные (ТРРЛ), в которой используется рассеяние и отражение радиоволн в нижней области тропосферы при взаимном расположении станций за пределами ПВ, (150 км < R < 500 км);

- спутниковые (СРРЛ) – космическая СП, осуществляющая электросвязь между земными станциями этой системы с помощью установленных на ИСЗ ретрансляционных станций или пассивных спутников, (R = 17000 км).

Схематично структура построения РРЛ разной конфигурации представлена на рис. 2.2.

Предмет нашего изучения составляет первая категория РРЛ.

РРЛ ПВ занимают как бы промежуточное положение между проводными и радиолиниями связи и по отношению к тем и другим обладают как достоинствами, так и недостатками.

Преимущества РРЛ ПВ по отношению к проводным линиям состоят в меньших затратах на их прокладку и эксплуатацию, более коротких сроках их сооружения, отсутствии возможностей механического повреждения на большом протяжении, возможности преодоления (без дополнительных затрат) труднопроходимых участков местности (водные преграды, болота, горные массивы). Их недостатки – меньшая помехозащищенность, конструктивная сложность и, следовательно, меньшая надежность.

Если сравнивать РРЛ ПВ с радиолиниями, то можно отметить их лучшую помехозащищенность, более высокое качество каналов, приближающееся к качеству проводных каналов связи, но, с другой стороны, - невозможность связи с удаленными движущимися объектами (кораблем, самолетом и др.) и более высокую стоимость.

Классификация РРЛ ПВ. Классификацию РРЛ ПВ можно проводить по ряду определяющих признаков. Приведем один из возможных вариантов этой классификации в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Классификация РРЛ ПВ

Тип классификации	Виды РРЛ
По назначению	Местные, внутризоновые, магистральные, специального назначения
По типу сигнала	Межстанционные, технологические
По емкости стволов, (К, КТЧ)	Большой емкости (К≥960 КТЧ), средней емкости (120 КТЧ ≤К≤960 КТЧ), малой емкости (К≤120 КТЧ)
По скорости передачи, (V, Мбит/с)	Высокоскоростные (V>100 Мбит/с), среднескоростные (10<V<100 Мбит/с), низкоскоростные (V<10 Мбит/с)
По технологии передачи	Плезиохронные (PDH), синхронные (SDH)

1. По назначению (или по территориальному признаку) РРЛ ПВ (аналогично другим СП) подразделяются на магистральные, внутризоновые, местные и специального назначения.

Местная РРЛ охватывает пределы города или сельского района, и обеспечивает связь между станциями этой линии. Внутризоновая линия ограничивается территорией области (края) или автономной республики и связывает собой сетевые узлы местных сетей внутри зоны. Магистральная - ограничена пределами страны и соединяет сетевые узлы разных зоновых сетей, которые расположены вблизи областных и республиканских центров. К РРЛ специального назначения относят связь оперативного временного развертывания для проведения массовых мероприятий (репортажные) или аварийно-спасательных работ.

2. По типу сигнала различают межстанционные и технологические РРЛ. Межстанционные РРЛ организуют связь между населенными пунктами. Технологические - служат для обеспечения связью народнохозяйственные объекты (эксплуатация трубопроводов, энергосистем, газо- и нефтепроводов, транспортные магистрали и др.)

3. По емкости стволов (К, КТЧ), различают РРЛ большой емкости (К≥960) - многоканальные, средней емкости (120≤К≤960), малой емкости (К≤120) - малоканальные.

Количество каналов зависит от ширины полосы частот, выделенных для одного ТФ канала, ширины полосы частот, выделенных для РРЛ, способа модуляции и качества частотных фильтров, которыми определяется ширина частотных интервалов, разделяющих соседние ТФ каналы.

В соответствии с ГОСТ на один ТФ канал (канал тональной частоты (КТЧ)) выделяют полосу частот 0,3-3,4 кГц. При хорошем качестве фильтров интервал между частотами выбирают равным 0,9 кГц. Таким образом, ширина канала вместе с интервалом равна 4 кГц.

Многоканальные РРЛ используют для межстанционной связи, преимущественно магистральной, малоканальные – для организации технологической связи.

По виду передаваемых сообщений РРЛ могут быть аналоговыми и цифровыми. В свою очередь ЦРРЛ можно классифицировать по технологии и скорости передачи сообщений.

4. По скорости передачи (V, Мбит/с) ЦРРЛ подразделяются как высокоскоростные (V>100), среднескоростные (10<V<100), низкоскоростные (V<100).

5. По технологии передачи. В зависимости от иерархической последовательности развития ЦРРСП различают плезиохронные (PDH) и синхронные (SDH) системы.

Пропускная способность цифровых РРСП тесно связана с цифровыми иерархиями, рекомендованными МСЭ-Т.

Особенности цифровых РРЛ ПВ

Пропускная способность современных цифровых РРСП всегда либо совпадает с иерархическими скоростями передачи, либо кратна им. Пропускная способность может составлять 34,368 Мбит/с (8  2,048 Мбит/с) или 139,264 Мбит/с (16  2,048 Мбит/с).

В зависимости от пропускной способности различают цифровые РРСП:

• низкоскоростные – до 8 Мбит/с;

• среднескоростные – до 52 Мбит/с;

• высокоскоростные – свыше 140 Мбит/с.

Из указанных скоростей в РРЛ используются только STM-1 (очень редко – только за рубежом – STM-4). Поток STM-4 и выше, ориентированы, главным образом, на ВОЛС.

Однако, для РРЛ трафик, обеспечиваемый форматом STM-1, является часто излишним, например, когда надо ответвить от магистральной линии часть информации и передать по РРЛ в местные, зоновые или локальные сети. Поэтому, для передачи по РРЛ в SDH предусмотрен так называемый «подсигнал STM-1» или субпервичный цифровой сигнал (SUB STM-1) с общей скоростью передачи 51,84 Мбит/с, равной 1/3 от скорости STM-1 (такой сигнал обозначают иногда STM-0).

Высокоскоростные РРЛ применяются для построения магистральных и зоновых линий, а также для резервирования ВОЛС, в качестве радиовставок в ВОЛС на участках со сложным рельефом.

К среднескоростным РРЛ можно отнести РРС со скоростью передачи информации 51,84 Мбит/с (STM-0); они упрощают реализацию ответвлений от синхронных линий передачи, позволяют значительно увеличить возможности построения сетей SDН различной конфигурации, ответвлять от ВОЛС или РРЛ информацию к сетям доступа пользователя.

Магистральные ЦРРЛ должны иметь очень большую пропускную способность (до SТМ-16), многоствольную структуру, пролеты большой дальности и для их работы выделены оптимальные для этих целей диапазоны частот 4; 5; 6 ГГц.

Для внутризоновой связи предпочтительны среднескоростные и высокоскоростные радиорелейные линии в диапазонах частот 8-15 ГГц. Для местной связи применяются все виды РРЛ.

Пропускная способность должна быть не менее объема информации, подлежащего передаче, однако, завышение требования к этому параметру приводит к нежелательным последствиям: уменьшается длина пролета РРЛ и увеличивается занимаемая полоса частот.

При выборе диапазона рабочих частот необходимо учитывать уменьшение длины пролета по мере возрастания рабочей частоты и загруженность диапазона в конкретном регионе действующими средствами радиорелейной связи. Средняя длина пролета РРЛ колеблется от 50-60 км в диапазонах 2 и 8 ГГц до 5-10 км в диапазонах свыше 36 ГГц. В основном, это обусловлено увеличением затухания радиоволн в свободном пространстве и появлением дополнительных потерь в гидрометеорах (дождь, снег, туман) по мере повышения частоты.

К общим характеристикам цифровых РРЛ (кроме уже рассмотренных диапазона частот и скорости передачи) относится конфигурация системы. Различают режим работы без резервирования (1+0) – одноствольный – и режим работы с резервированием стволов (1+1), при котором по двум стволам одновременно передаются одни и те же цифровые сигналы. При этом используются варианты горячего резервирования, разнесения по частоте и разнесения по пространству. Применение конфигурации (1+1) значительно повышает надежность связи по РРЛ. Переключение на резервный ствол происходит автоматически: либо при внезапных отказах аппаратуры основного ствола, либо при снижении качества передачи цифрового сигнала, например, при глубоких замираниях радиосигнала. Переключение стволов производится, так называемым, «безобрывным» способом, который предусматривает предварительное выравнивание времени задержки цифровых сигналов и предотвращает нарушение нормальной работы аппаратуры цифрового группообразования. Применяется также конфигурация (2+0), когда по стволам могут передаваться либо одинаковые сигналы и тогда функция переключения принимает на себя аппаратуру потребителя, либо разные сигналы для удвоения пропускной способности радиолинии.

Важной технической характеристикой является способность работать в составе длинной (многопролетной) радиолинии. При этом есть необходимость обеспечить низкий уровень фазовых дрожаний сигнала на каждом пролете, возможность ответвления и вставления основных и сервисных каналов, управление и контроль на длинной линии.

Структура РРЛ ПВ. РРЛ ПВ – это цепочка РРС, обеспечивающих связь между двумя пунктами, расстояние между которыми превышает дальность ПВ. Для организации такой линии могут быть использованы РРС трех видов: оконечные (ОРС), промежуточные (ПРС) и узловые (УРС). Структурная схема организации одного направления РРЛ представлена на рис. 2.3.

ОРС устанавливаются в крайних пунктах РРЛ и содержат модуляторы и передатчики в направлении передачи сигналов и приемники с демодуляторами в направлении приема. Для приема и передачи применяется одна антенна, соединенная с трактами приема и передачи при помощи антенного разветвителя (дуплексера). Модуляция и демодуляция сигналов проводится на одной из стандартных промежуточных частот (ПЧ) (70 – 1000 МГц). При этом модемы могут работать с приемопередатчиками, использующими различные частотные диапазоны. Передатчики предназначены для преобразования сигналов ПЧ в рабочий диапазон СВЧ, а приемники – для обратного преобразования и усиления сигналов ПЧ. Существует системы РРЛ с непосредственной модуляцией сигналов СВЧ (например, аппаратура Эриком-11), но они имеют ограниченное распространение. Упрощенная структурная схема ОРС показана на рис. 2.4. Для ОРС характерен принцип преобразования частот: НЧ→ПЧ→СВЧ (режим передачи); СВЧ→ПЧ→НЧ (режим приема).

ПРС располагаются на расстоянии ПВ и предназначаются для приема сигналов, их усиления и дальнейшей передаче по линии связи. На ПРС сигнал СВЧ ретранслируется без демодуляции: от приемной антенны он поступает в приемное устройство, усиливается и попадает на вход передатчика, где снова усиливается и излучается передающей антенной в направлении следующей станции. Прием и передача сигналов на ПРС должна производиться на разных частотах для предотвращения самовозбуждения приемопередатчика (устранения паразитных связей в приемопередатчиках за счет влияния наводимых помех). В состав ПРС (ретранслятора) входят согласующие устройства, приемопередающая аппаратура и антенно-фидерный тракт. Упрощенную структурную схему ПРС представляет рис. 2.5. Принцип преобразования частот для ПРС: СВЧ→ПЧ→СВЧ.

УРС выполняют как функции ПРС, так и функции ввода и вывода информации. Поэтому они устанавливаются в крупных населенных пунктах или в точках пересечения (ответвления) РРЛ. На УРС принятый сигнал демодулируется, часть ТФ каналов ответвляется, на освободившие полосы звуковых частот вводятся новые каналы, полученный спектр в модуляторе передатчика накладывается на сигнал высокой (несущей) частоты, усиливается и излучается в сторону следующей РРС. Упрощенная структурная схема УРС представлена рис. 2.6.

ОРС, УРС и часть ПРС, которые обслуживаются дежурными по смене, называются обслуживающими. В основном ПРС работают в автономном режиме и являются необслуживаемыми. Их работа контролируется с обслуживаемых станций с помощью систем дистанционного управления и контроля (телеуправления и сигнализации). Плановый осмотр, регламентные работы и ремонт необслуживаемых РРС осуществляются особыми линейными подразделениями, которые оснащены специальной аппаратурой и транспортными средствами.

Расстояние между ближайшими станциями называется пролетом (или интервалом) РРЛ. Длина пролета зависит от многих причин и, в среднем, достигает 50-60 км в диапазонах частот от 6 до 8 ГГц и нескольких км в диапазонах 30-50 ГГц.

Для удобства управления и эксплуатации РРЛ условно разбивают на участки (или секции). Участок – это промежуток между ОРС и ближайшей УРС или между узловыми станциями. В участок может входить до десятка и более интервалов, а соответственно и ПРС.

Совокупность приемопередающего оборудования, устанавливаемого на всех типах РРС, образует ствол РРЛ. Различают однонаправленные стволы для симплексной связи (когда передача или прием осуществляется в одном направлении, например, при обмене ТВ программами) и двунаправленные, для дуплексной связи (радиосигналы передаются и принимаются одновременно, и абоненты могут разговаривать, не производя переключения аппаратуры с передачи на прием и обратно).

Сегодня РРЛ ПВ – это важная составная часть сетей электросвязи – ведомственных, корпоративных, региональных, национальных и даже международных. В первую очередь, это связано с их неоспоримыми достоинствами

Достоинства РРЛ ПВ:

- возможность быстрого развертывания линий связи с небольшими капитальными затратами;

- удобство организации связи между многими объектами, расположенными на относительно небольших расстояниях, например, на нефтепроводах, газопроводах, железных дорогах;

- способностью организации связи в горных районах и других трудно­дос­­туп­ных местах;

- невысокие эксплуатационные расходы.

Планы частот для РРЛ. Работа РРЛ строго регламентирована и производится в соответствии с установленными планами распределения частот (ПРЧ). При передаче сигналов в прямом и обратном направлениях применяются 2-х частотные и 4-х частотные системы (или планы частот).

При 2-х частотном плане (ПРЧ-2) задействованы две частоты для передачи сигнала в прямом и обратном направлении – частота приема (F₁) и частота передачи (F₂), которые чередуются при переизлучении от станции к станции. Между собой частоты F₁ и F₂ разнесены на частоту сдвига (F_СД), F_СД = F₁ - F₂. Для аналоговых РРСП F_СД имеет два фиксированных значения – 213 и 266 МГц. При 2-х частотном плане различают два типа станций (оборудования): НВ и ВН. Станция типа НВ – прием на нижней частоте, передача на верхней (F₁ < F₂). Станция типа ВН – наоборот (F₁ > F₂).

ПРЧ-4 - 4-х частотный план предполагает работу станции на четырех частотах - частоте приема (F₁) и частоте передачи (F₂) в одном направлении и частоте приема (F₃) и частоте передачи (F₄) – обратном. На станции частоты также назначаются поочередно.

ПРЧ-2 экономичнее с точки зрения использования полосы частот, выделенной для организации РРС, но требует применения антенн с хорошими защитными свойствами от приема и передачи сигналов с боковых и обратных направлений; применяется преимущественно в диапазоне СВЧ (смВ), для которого можно создать компактные антенны с острой диаграммой направленности ЭМИ.

ПРЧ-4 допускает применение более простых и дешевых антенн, но является менее экономичным; применяется для работы РРЛ в диапазоне УВЧ (дцВ).

Следует отметить, что при особом состоянии атмосферы, характеризуемом положительной рефракцией (g>0), дцВ распространяются не прямолинейно, а несколько отклоняются в сторону земной поверхности. При этом возможна ситуация, когда сигнал передатчика будет принят через три интервала. Устранить такую ситуацию можно выбором трассы РРЛ: она не должна быть строго прямолинейной. При построении РРЛ следует учитывать принцип зигзагообразности.

В своем большинстве РРЛ многоствольны. Как уже упоминалось, многоствольность повышает пропускную способность линий, делает их экономичнее и надежнее. Многоствольную РРЛ можно рассматривать как несколько одноствольных линий, работающих параллельно, где на ОРС устанавливается каналообразующая аппаратура, приемопередатчики СВЧ, антенно-фидерные устройства, а на ПРС - только комплекты приемопередатчиков СВЧ. При организации РРЛ следует учитывать, что прием и передача радиосигналов производится на одну антенну. Для уменьшения взаимных помех, создаваемых не полностью подавляемыми гармониками, в многоствольных РРСП используют прием и передачу радиосигналов поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях (обычно, горизонтальной и вертикальной). Для передачи и одновременного приема радиосигналов на одну антенну на выходе передатчика и входе приемника устанавливают разделительные фильтры (РФ), настроенные на рабочие частоты соответственно передатчика и приемника. Функцию разделения трактов приема и передачи выполняют устройства согласования (УС), представляющие собой ФЦ или ПС. Структурная схема ПРС, оснащенной трехствольной РРСП представлена на рис. 1.3.

Многоствольные РРЛ используют те же планы распределения частот, что и одноствольные. Однако для организации работы многоствольных РРЛ требуется большее количество частот. Например, если РРЛ имеет три ствола, то при ПРЧ-2 необходимо выделить шесть различных частот, где F₁> F₂> F₃> F₄> F₅> F₆. Первые три частоты F₁; F₂; F₃ – это частоты приемника, а F₄; F₅; F₆ – частоты передатчика. При ретрансляциях частоты чередуются следующим образом: F₁→ F₄→ F₁→ F₄; F₂→ F₅→ F₂→ F₅; F₃→ F₆→ F₃→ F₆. Применение данного способа группирования частот приема и передачи, далеко отстоящих друг от друга, позволяет снизить требования к РФ при работе приемопередатчика на одну антенну. При этом следует учитывать, что технические возможности антенн ограничены, вследствие взаимных влияний приемников и передатчиков. Поэтому более трех стволов к одной антенне не присоединяют. Если число стволов превышает три, то используют две антенны: одну – для четных стволов, другую - для нечетных.

Сформулируем общие требования к разработке ПРЧ:

- при разработке ПРЧ следует стремиться к экономному использованию выделенного диапазона частот с учетом потребности других РЭС, работающих в этом и соседних диапазонах;

- свести к минимуму взаимные помехи внутри ствола РРЛ, в частности влияние гармонических составляющих передаваемого сигнала на принимаемый сигнал;

- свести к минимуму взаимные помехи между стволами.

Широкое развитие информационных радиосетей заставляет строго регламентировать использование рабочих частот в выделенных диапазонах частот. На рис. 2.7 приведен пример ПРЧ для системы РРЛ, работающей в диапазоне 11 ГГц в соответствии с Рекомендациями 387-2 МСЭ-Р.

В более высокочастотных диапазонах волн применяются гибкие частотные планы. Разнос частотных каналов в таких случаях определяется пропускной способностью (скоростью работы ЦРРЛ) и видом модуляции. Чаще всего применяется шаг разноса рабочих частот 3,5 МГц. Тогда, к примеру, при скорости работы 4 МБит/с и 4-уровневой модуляции разнос частот можно выбрать равным шагу разноса, а при кратном увеличении скорости разнос также кратно увеличивается и может равняться 7,14 или 28 МГц.

Нужно сделать рис. 2.1 и 2.2

Дисциплина: Радиорелейные и спутниковые системы передачи (РР и ССП).

Вид занятия: Лекция № 2.

Отводимое время: 2 часа.

Тема: Радиорелейная связь (РРС) как вид радиосвязи

План:

2.1. РРС – развитие, особенности и назначение.

2.2. Структура построения и классификация ррл. Планы частот для ррл.

2.1. РРС – развитие, особенности и назначение. РРС это вид радиосвязи, работа которого организована в спектре частот от 300 МГц до 300 ГГц.

Таблица 2.1

Классификация диапазонов РРС

Номер диапазона	Диапазоны частот	Наименование диапазонов
		Частотное	Метрическое
9	300 – 3000 МГц	Ультравысокие частоты (УВЧ)	Дециметровые волны
10	3 – 30 ГГц	Сверхвысокие частоты (СВЧ)	Сантиметровые волны
11	30 – 300 ГГц	Крайне высокие частоты (КВЧ)	Миллиметровые волны

В таблице 2.2 приведены разрешенные в РФ диапазоны частот с указанием рекомендаций МСЭ-Р по планам частот для РРС [1].

Таблица 2.2

Диапазоны частот РРС, разрешенные в РФ

Диапазон частот, МГц	Дуплексный разнос, МГц	Рекомендация МСЭ
392-410; 434-450	42,325	-
1427-1530	65,5	№746 (Б.2)
1700-2100	213	№382-6
2300-2500	94	№746 (Б.4)
3400-3900	266	№497-4
5670-6170	266	№497-4
7900-8400	266	№497-4
12750-13250	266	№497-4
4400-5000	300	№F.1099(Б.9)
7250-7550	161	№385-5
10700-11700	530	№387-6 (Б.11)
14400-15350	490	№636-2
17700-19700	100	№595-3
21200-23600	1232	№637-1
25200-27500	-	-
36000-37000	-	-
37000-39500	-	-
39500-40500	-	-

СХЕМА ОРГАНИЗАЦИИ РРС ПВ

Рис.2.3.

АП – аппаратура передачи (каналообразующее и групповое оборудование).

АВ – аппаратура выделения.

АЛТ – аппаратура линейного тракта.

Планы распределения частот (прч)

ПРЧ-2 ПРЧ-4

Задействованы две частоты Задействованы четыре частоты

для двух направлений сигнала для двух направлений сигнала

F₁ – частота приема F₁; F₃ – частоты приема

F₂ – частота передачи F₂; F₄ – частоты передачи

Для одноствольных ррл

F_сдв = F_пм – F_пд = (266; 213 МГц для АРРСП)

Для многоствольных ррл

Используют те же ПРЧ, но с большим количеством частот. Например, при ПРЧ-2 для 3-х ствольной РРЛ требуется шесть частот F₁> F₂> F₃> F₄> F₅> F₆. Первые три частоты F₁; F₂; F₃ – это частоты приемника, а F₄; F₅; F₆ – частоты передатчика. При ретрансляциях частоты чередуются следующим образом: F₁→ F₄→ F₁→ F₄; F₂→ F₅→ F₂→ F₅; F₃→ F₆→ F₃→ F₆.