ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Реферат

«Положение и перспективы развития радиорелейной и тропосферной связи»

студент XXXXXX

Проверил:

преподаватель: XXXXXX

Днепропетровск

Введение в раздел
1.1. Некоторые виды используемых станций и их параметры
Введение в раздел
2. Тропосферная связь. Основные понятия
2.1. Некоторые виды используемых станций и их параметры
2.2. Сверхдальние тропосферные линии передачи
2.3. Повышение частотно-энергетической эффективности тропосферных систем связи
Заключение
Список использованной литературы

Введение в раздел

Развитие современной техники привело к необходимости быстрого и точного решения задач управления и координации с учетом событий, происходящих на больших расстояниях от центров управления. При этом резко возросла роль связи не только в схеме «человек-человек», но и для передачи данных в схеме, соединяющей между собой две электронных машины.

Характер в этом случае обуславливает особые требования к тракту: во-первых, - повышение пропускной способности систем связи, и, во-вторых, - увеличение требований к надежности и качеству передачи.

Особенность использования радиорелейной и тропосферной связи является применение УКВ диапазона, в котором они работают.

Первое преимущество состоит в том, что в диапазоне УКВ имеется возможность применения антенн с большой направленностью при малых габаритах их. Это уменьшает взаимные помехи между станциями и дает возможность использовать передатчики малой мощность.

Второе преимущество – в том, что в диапазоне УКВ может быть передан широкий спектр частот. Это дает возможность передавать на одной несущей частоте сигналы большого числа каналов. Современные линии строятся с расчетом на передачу от одного-двух до тысячи т более телефонных сообщений.

Третьим преимуществом диапазона УКВ является то обстоятельство, что в этом диапазоне весьма мало влияние различного рода помех. На более высокочастотной части диапазона линии меньше подвержены помехам, т.к. с одной стороны, вероятность появления помех в этом диапазоне меньше, а с другой стороны направленность антенн выше а, следовательно, меньше вероятность проникновения помехи в приемник. На более низких частотах в области метровых волн вероятность появления помех от системы зажигания двигателей внутреннего сгорания или индустриальных и атмосферных помех велика, а направленность антенн низка. Поэтому качество каналов таких линий обычно ниже.

1. Радиорелейная связь. Основные понятия.

Под радиорелейной связью понимают радиосвязь, основанную на ретрансляции радиосигналов дециметровых и более коротких волн станциями, расположенными на поверхности Земли. Совокупность технических средств и среды распространения радиоволн для обеспечения радиорелейной связи образует радиорелейную линию связи.

Земной называют радиоволну, распространяющуюся вблизи земной поверхности. Земные радиоволны короче 100 см хорошо распространяются только в пределах прямой видимости. Поэтому радиорелейную линию связи на большие расстояния строят в виде цепочки приемно-передающих радиорелейных станций (РРС), в которой соседние РРС размещают на расстоянии, обеспечивающем радиосвязь прямой видимости, и называют ее радиорелейной линией прямой видимости (РРЛ).

Рисунок 1.1 – К пояснению принципа построения РРЛ

Классификация радиорелейных линий связи.

• В зависимости от первичной сети ЕАСС различают:
• Магистральные РРЛ
• Внутризоновые РРЛ
• Местные РРЛ.
• В зависимости от способа формирования ГС различают аналоговые и цифровые РРЛ. Аналоговые РРЛ в зависимости от способа объединения (разделения) электрических сигналов и метода модуляции несущей различают:
• РРЛ с ЧРК
• ЧМРРЛ с ФИМ-АМ
• В зависимости от числа N организуемых каналов ТЧ:
• Малоканальные - N £ 24
• Со средней пропускной способностью - N = 60 ... 300
• С большой пропускной способностью-N = 600 ... 1920.

• Цифровые РРЛ классифицируют по способу модуляции несущей:
• ИКМ-ЧМ
• ИКМ-ФМ
• и другие
• В зависимости от скорости передачи двоичных символов В :
• с малой пропускной способностью - В<10 Мбит/с
• со средней пропускной способностью - В=10...100 Мбит/с
• с высокой пропускной способностью - В>100 Мбит/с

1.1. Некоторые виды используемых станций и их параметры

Радиорелейная станция Р-415

РРС Р-415 предназначена для создания временных быстроразвертываемых малоканальных радиорелейных линий связи. Радиостанция допускает встречную работу в радиолинии с радиорелейной станцией типа Р-405М. По условиям эксплуатации станция может быть установлена в автомобилях, самолетах, вертолетах. РРС изготавливается в шести вариантах, отличающихся количеством и типом приемопередатчиков (Н, В, НВ) и напряжением питания (27 В, 220 В 50 Гц/27 В).

Рисунок 1.1.1 – Внешний вид станции Р-415

Р-415 обеспечивает следующие режимы работы:

• режим внутреннего уплотнения, при котором обеспечивается одновременная работа по двум телефонным и двум телеграфным каналам;
• режим внешнего уплотнения аппаратурой типа “Азур” по трем оперативным и одному служебному телефонным каналам;
• режим внешнего уплотнения аппаратурой передачи данных со скоростью 12-4 8 кБит/с;
• режим дистанционного управления КВ или УКВ радиостанциями;
• симплексный режим, при котором обеспечивается работа по одному из телефонных каналов с повышенной девиацией частоты;
• режим автоматизированного контроля, обеспечивающий определение неисправного блока.

Технические данные

Диапазон 1(“Н")					Диапазон 2(“В”)
Диапазон частот, МГц
Количество рабочих частот
Дискретность сетки частот, кГц
Минимальный дуплексный разнос, МГц
Мощность передатчиков, Вт:
номинальная
пониженная
Чувствительность приемников при отношении сигнал/шум 35 дБ, мкВ:
в первом канале ТЧ
во втором канале ТЧ
Коэффициент усиления антенн, дБ
Дальность связи:
при работе на направленные антенны при высоте подвеса 16 м, км			не менее 30
при работе на ненаправленные антенны в движении, км
Электропитание станции Р-415 осуществляется. В:
постоянным током
переменным однофазным током 50 Гц
переменным трехфазным током 50 Гц
Максимальная мощность, потребляемая станцией, ВА:
от сети переменного тока
от сети постоянного тока
Масса аппаратуры, кг:
однодиапозонной
двух диапазонной
Относительная влажность при +40 °С,%:

Pадиорелейная станция Р-419С

РСР-419 С предназначена для организации самостоятельных радиорелейных и кабельных линий связи, а также для ответвления каналов от многоканальных радиорелейных, тропосферных и проводных линий связи на стационарных объектах связи. Станция имеет семь вариантов исполнения, отличающихся комплектацией (количество приемопередатчиков, наличие блока сопряжения, типы антенных устройств),

Рисунок 1.1.2 – Внешний вид станции Р-419С

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Основные параметры
Приемопередающая аппаратура станции работает в диапазонах частот:	160...240 МГц (диапазон "2") 240...320 МГц (диапазон "3") 320...480 МГц (диапазон "4") 480...645 МГц (диапазон "5")
РРС обеспечивает в условиях среднепересеченной местности при отношении сигнал/шум в канале ТЧ 35 дБ создание радиорелейных линий следующей протяженности:
диапазоне 160-645 МГц при 6-канальной работе	до 300 км (6-8 интервалов)
диапазоне 240-645 МГц при 12-канальной работе	до 75 км (2 интервала)
диапазоне 480-645 МГц при 24, 60-канальной работе	до 20 км (1 интервал)
в диапазоне 160...480 МГц
в диапазоне 480...645 МГц
в диапазонах "2", "3"
в диапазонах "4", "5"
в диапазонах "2", "3", "4"
в диапазоне "5"
Потребляемая мощность, Вт
Габариты стойки аппаратной, мм
Масса стойки аппаратной, кг
Рабочий диапазон температур, °С
Относительная влажность при +40 °С, %
Пониженное атмосферное давление, гПа

Радиорелейная станция Р-419А

Рисунок 1.1.3 – Внешний вид станции Р-419А

PPC P-419 А предназначена для создания временных быстроразвертываемых малоканальных радиорелейных линий связи, PPC смонтирована на автошасси ЗИЛ-131 в кузове K2-13L

Станция имеет три варианта исполнения, отличающихся используемой транспортной базой:

• Р-419 А - используется новая транспортная база;
• Р-419 АР - используется транспортная база из морально устаревших изделий;
• Р-419 БР - вариант станции без транспортной базы.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Основные параметры
Приемопередающая аппаратура станции работает в диапазонах частот:		160...240 МГц (диапазон "2") 240...320 МГц (диапазон "3") 320...480 МГц (диапазон "4") 480...645 МГц (диапазон "5")
PPC обеспечивает в условиях среднепересеченной местности при отношении сигнал/шум в канале ТЧ 35 дБ создание радиорелейных линий следующей протяженности:
в диапазоне 160-645 МГц при 6-канальной работе	до 300 км (6-8 интервалов)
в диапазоне 240-645 МГц при 12-канальной работе	до 75 км (2 интервала)
в диапазоне 480-645 МГц при 24, 60-канальной работе	до 20 км (1 интервал)
Передаваемый цифровой информационный поток со скоростями, кБит/с:
в диапазонах "2", "3", "4"
в диапазоне "5"
Мощность передатчиков на антенном выходе составляет, Вт:
в диапазонах "2", "3"
в диапазонах "4", "5"
Чувствительность приемников при отношении сигнал/шум 35 дБ в канале ТЧ, мкВ:
в диапазонах "2", "3", "4"
в диапазоне "5"
Потребляемая мощность, кВА
Антенны станции:
две направленные антенны на диапазоны "2"..."5" с коэффициентом усиления, дБ
одна ненаправленная диско-конусная антенна на диапазоны "2"..."5"
Первичное электропитание станции:	от двух (основного и резервного) бензоэлектрических агрегатов типа АБ-4-Т/400-М1; от внешней сети трехфазного тока 380 В, 50 Гц; от аккумуляторов (аварийное электропитание).
Рабочий диапазон температур, °С:
Относительная влажность при +40 °С, "/о
Пониженное атмосферное давление, гПа:

1.2. Надежность работы радиорелейных станций

а) Основные положения

Радиорелейная линия связи содержит цепочку стан­ций, каждая из которых представляет собой сложный комплекс аппаратуры, содержащей большое число элементов: электровакуумных приборов, различных деталей и устройств. Каждый из перечисленных элементов мо­жет выходить из строя, т. е. является элементом ненадежным, что влечет за собой выход из строя радиоре­лейной линии в целом или ухудшение качества ее работы. Поскольку таких ненадежных элементов в линии очень большое число, то и вероятность выхода ее из строя, в том случае, если не приняты соответствующие меры, получается большой.

Насколько велика вероятность выхода из строя ра­диорелейной линии с достаточно большим числом ретрансляций, видно из следующего примера. Можно счи­тать, что сложность (по количеству элементов) совре­менной коротковолновой радиостанции и радиорелей­ной станции примерно одинакова. Если имеется линия связи протяженностью в 1 000 км, то ее работа в слу­чае использования коротковолновых станций обеспечи­вается 2 станциями, а в случае использования радиоре­лейных станций-21 станцией при длине интервала 50 км. Следовательно, количество аппаратуры в послед­нем случае возрастает примерно в 20 раз, а вероятность выхода из строя возрастает еще значительнее.

Для увеличения надежности радиорелейной линии не­обходимо повышать надежность элементов, входящих в нее. Однако на современном уровне техники повысить надежность элементов радиорелейных линии до достаточной величины не всегда удается. Поэтому прибегают к резервированию аппаратуры станций.

В простейшем случае резервирование может осу­ществляться ручной сменой поврежденного узла, блока или элемента на исправный резервный. Однако такое резервирование сопряжено со значительным перерывом связи, достигающим 3-5 мин и более. Для сокращения этих перерывов применяют автоматическое резервиро­вание. Кроме того, вследствие сокращения обслуживаю­щего персонала и из экономических соображений не­которые станции радиорелейных линий могут быть не­обслуживаемыми. На таких станциях введение резерва, очевидно, может производиться только автоматически.

Та или иная степень ненадежности радиорелейной линии в конечном счете для абонентов, обслуживаемых ею, будет характеризоваться средним временем пере­рывов и числом перерывов связи за определенный отре­зок времени (сутки, месяц, год). Эти характеристики линии зависят не только от надежности аппаратуры, о которой говорилось выше, но и от условий распростра­нения радиоволн на интервалах радиорелейной линии, а также от квалификации обслуживающего персонала и организации технической эксплуатации и управления линией.

Опыт эксплуатации радиорелейных линий показы­вает, что упомянутые выше характеристики зависят в основном от надежности аппаратуры.

б) Некоторые понятия теории надежности

Надежность есть свойство устройства или системы (элемента), обусловленное главным образом ее безотказностью и ремонтопригодностью и обеспечивающее выполнение задания в установленном для системы объ­еме.

Вероятность безотказной работы обозначается через P(t) и обладает следующими очевидным свойством:

Ясно, что:

Р(0) = 1, Р(¥) = 0

Типичное изменение вероятности безотказной работы представлено на рисунке 1.2.1.

Рисунок 1.2.1 – График изменение вероятности безотказной работы в течении времени

Видно, что с течением времени она уменьшается. Для большинства элементов и, в частности, для электровакуумных приборов в большинстве случаев полагают, что P(t) изменяется по экспоненциальному закону.

Надежность можно оценивать по вероятности отказа. Так как отказ и безотказная работа – события противоположные, то

q(t) = 1 – p(t),

где q(t) – вероятность отказа.

Интенсивность отказов – отношение частоты отказов к вероятности безотказной работы не восстанавливаемой при работе системы (элемента). Определяется по формуле:

Типичная кривая интенсивности отказов для устройств, содержащих большое число приборов приведена на рисунке 1.2.2.

Рисунок 1.2.2 – Типичная кривая изменения интенсивности отказов аппаратуры во времени

Видно, что на участке 0 – t 1 интенсивность отказов резко уменьшается, что объясняется выходом из строя элементов, имеющих внутренние дефекты. Если элементы проходит предварительную тренировку, то этот участок отсутствует.

На участке t 1 – t 2 интенсивность отказов примерно одинакова. Рост ее на участке t > t 2 объясняется износом элементов.

1.3. Использование луны в качестве пассивного ретранслятора

а) Основные сведения

Стремление получить большие дальности связи при минимальном количестве ретрансляций заставило обратиться к такому «пассивному ретранслятору», как Луна.

Рисунок 1.3.1. Схематическое представление линии связи, использующей Луну в ка­честве пассивного ретранслятора.

Возможность использования Луны для этой цели стала ясной, когда вначале теоретически в 1943 г. Л. И. Мендельштамом и Н. Д. Папелекси, а затем в 1946 г. экспериментально венграми и американцами была до­казана возможность отражения электромагнитной энер­гии от поверхности Луны. В 1948 г.были проведены первые опыты по радиосвязи с использованием Луны в качестве пассивного ретранслятора.

Линия связи с использованием Луны схематически представлена на рис. 1.3.1. При падении электромагнит­ной энергии, излучаемой антенной пункта А на поверх­ность Луны, последняя становится источником вторич­ного излучения, которое принимается антенной, распо­ложенной во втоpoм пункте связи Б.

Характерной чертой такой ретрансляционной линии является большое расстояние R от пунктов связки А и Б до пассивного ретранслятора - Луны, по сравнению с дальностью связи r. Так, среднее расстояние Земля- Луна, измеренное астрономическими способами, состав­ляет 3844*10 5 км (Луна движется вокруг Земли приблизительно по эллиптической орбите, и расстояние R изменяется от 3,54*10 5 до 4,06*10 5 км). Максимальная же дальность связи r может составлять не более 10 000 км.

б) Энергетические соотношения

По существу в линии связи Земля-Луна-Земля Луна является пассивным ретранслятором второго типа. Особенность такой линии в том, что здесь R1»R2=R , в энергетическом отношении для пассивной ретрансля­ции это наихудший случай. Кроме того, следует учи­тывать отражающие свойства Луны.

Поскольку в данном случае распространение проис­ходит в свободном пространстве (V1==V2==l), потери в тракте распро­странения такой линии связи с учетом усиления прием­ной и передающей антенн будут:

(1.3.1)

В эту формулу входит эффективная поверхность Луны Q Э Л которую необходимо определить.

Рисунок 1.3.2. К определению мнимого фокуса отражающей поверхности Луны.

Сферическая поверхность Луны сильно изрезана и, по мнению советские ученых, состоит из пород, близких к горным туфам и вулканическим шлакам. Однако для радиоволн, длина ко­торых значительно боль­ше этих неоднородностей, можно считать, что лун­ная поверхность пред­ставляет собой идеаль­ный отражатель. Эффек­тивную поверхность тако­го отражателя можно найти следующим обра­зом.

Для «центральных лу­чей», падающих под очень малым углом da к радиусу (рис. 1.3.2), можно най­ти так называемый мни­мый фокус F , из которого как бы исходят отражен­ные лучи. Так как для от­раженных лучей угол к на­правлению падения равен 2dа, то мнимый радиус лежит на расстоянии от центра, равном половине радиуса.

Плотность потока мощности «центральных лучей» Р2 отраженных от Луны на расстоянии R от фокуса, будет меньше плотности потока мощности на поверхности Луны во столько раз, во сколько R 2 больше квадрата фокусного расстояния , т.е.

Подставив это в выражение для эффективной поверхности отражателя, получим

тогда выражение (1.3.1) примет вид

(1.3.2)

где а Л = 1б738*10 3 км – радиус Луны.

Если считать, что поверхность Луны идеально диф­фузная, то она будет создавать максимальное излу­чение в направлении нормали и совсем не давать излу­чения в касательном направлении. Тогда эффективная поверхность Луны будет

а. выражение (1.3.2) примет вид

(1.3.3)

Проведенные за последние годы эксперименты пока­зали, что поверхность Луны не является идеально гладкой и идеально диффузной, а занимает какое-то промежуточное положение. Если бы поверхность Луны была бы идеально гладкой, то при отражении импуль­сов электромагнитной энергии достаточно малой дли­тельности они бы практически не искажались. Если считать, что поверхность Луны идеально диффузная, то отраженный импульс создается по принципу сложе­ния мощностей, создаваемых отдельными элементами лунной поверхности.

На рисунке 1.3.3 приведена схема про­хождения короткого импульса мимо поверхности Луны.

Рисунок 1.3.3 - Схема прохождения короткого импульса мимо Луны.

Из рисунка следует, что самый короткий импульс будет создавать вторичное излучение за время прохождения его вдоль всей видимой поверхности Луны, т. е. от точ­ки А до точки Б. Иными словами, импульс будет ра­стянут на время

Эксперименты же показали, что удлинение импуль­сов имеет место, но значительно меньше и составляет 0,3 мсек, причем 70% энергии импульса заключено в первой десятой миллисекунды. Это означает, что диск Луны имеет «темный нимб» и отражение происходит только в небольшой области, находящейся в центре видимого диска. Определено, что на частоте 120 Мгц эффективная по­верхность Луны имеет радиус 1/3 а Л.

М. П. Долухановым высказано предположение, что отражение импульсов от Луны происходит в основ­ном в пределах первой по­лузоны Френеля и носит не зеркальный, а частично диф­фузный характер ввиду на­личия на поверхности Лу­ны неровностей. Удлинение

импульсов до 0,3 мсек получается из-за отражения от соответствующим образом ориентировочных неровностей на глубине D< а Л = 45 км . На рисунке 1.3.4 показано, что соответствует радиусу отражающей части поверхности Луны около 400 км. Последнее подтверждается тем, что при корот­ких импульсах основное отражение отделено от по­следующих более или менее явно выраженными им­пульсами. Этим объясняется явление так называемых «модуляционных потерь» - уменьшение интенсивности отражения по мере укорочения длительности импульса. При увеличении длительности импульса дополнитель­ные отражения накладываются на основные и интенсивность отражения возрастает.

Рисунок 1.3.4. Отражающая часть поверхности Луны.

Зависимость потерь в тракте распространения от длины волны, учитываемая формулой 1.3.3. Сравнение принятых сигна­лов на волнах 15 и 76 см показало, что мощность шумов в канале на волне 15 см больше примерно на 14 дб, чем на волне 75 см.

Taк как отражение от лунной поверхности проис­ходит в основном в пределах первой полузоны Френеля и носит частично диффузный, то этим объясняется уменьшение эффективного значения коэффициента отражения против теретического значения совершенно гладкой поверхности. Коэффициент отражения по данным экспериментов для длины волны 10 см составляет 0,27±0,1.

Из первой фазы, когда происходит наиболее интенсивное отражение, следует, что длительность переднего фронта отраженного импульса будет равна длительности посланного импульса. Из второй фазы, когда площадь отражающей поверхности уменьшается, следует, что интенсивность отраженной энергии резко падает. Длительность заднего фронта отраженного импульса определяется временем прохождения электромагнитной энергией расстояния, равного глубине отражающей поверхности (если бы Луна представляла собой идеально гладкий отражатель, эта длительность равнялась бы 11,6 мсек). Форма отраженного импульса u(t) приведена на рисунке 1.3.5.

Рисунок 1.3.5. Форма отраженного от Луны импульса.

Задний фронт импульса можно аппроксимировать выражением:

где n(t) – некоторая функция от t, приведенная на рисунке 1.3.5 пунктиром.

Введение в раздел

Первая тропосферная радиорелейная линия была сооружена в США в 1955г. и работала в диапазоне частот 500-700 Мгц с рас­стоянием между соседними станциями около 250 км. В последую­щие годы наметился переход к более высоким частотам (до 5000-6000 Мгц), Дальность связи вследствие большего затухания при распространении радиоволн в этом случае уменьшается, од­нако возрастает пропускная способность системы связи и уменьшаются искажения передаваемой информации. Для повышения на­дежности стали использовать счетверенный прием с пространственным и частотным разнесениями, а также прием более высокой кратности с угловым разнесением. Появились мобильные системы военной радиосвязи. Ведутся интенсивные работы по использова­нию линии ДТР для связи Земля-самолет и Земля-корабль. Раз­витие радиотехники и электроники позволило в последние годы построить линии тропосферной связи на частотах 500-1000 Мгц, с расстоянием между соседними станциями до 800, а в отдельных, благоприятных по условиям распространения радиоволн случаях, и до 1000 км. Для этого потребовалось создать радиопередающие устройства с мощностью до 100 кВт, антенные системы, площадь которых приближается к 2000 м 2 приемные устройства с шумо­вой температурой 70 - 150°К и специальные устройства, улучшаю­щие пороговые свойства ЧМ. Обычно ширина полосы передавае­мых сигналов на линиях сверхдальнего тропосферного распростра­нения (СТР) не превышает 100-200 кГц. Это позволяет переда­вать по ним 12-24 телефонных канала.

Дальнейшим возможным аспектом использования линии СТР является создание одноканальных линий внутриобластной связи с малыми энергетическими параметрами. Расчеты показывают, что такие линии могут быть весьма экономичными.

Наряду с увеличением длины участков линии развитие систем связи, использующих ДТР, идет по пути расширения полосы пе­редаваемых сигналов. Это достигается, в частности, использованием узконаправленных антенн; хотя увеличения энергетических параметров аппаратуры почти не происходит, так как возрастают по­тери усиления антенн, узкий пучок электромагнитной энергии обе­спечивает малые запаздывания между отдельными компонентами многолучевого сигнала в месте приема и, вследствие этого, малые искажения. Расширение полосы передачи позволило передать по линиям ДТР телевизионные сигналы совместно со звуковым сопровождением. Имеются сообщения о применении на линиях ДТР импульсно-кодовой модуляции. Для расширения полосы частот и уменьшения искажений при использовании дальнего тропосферного распространения УКВ находят применение новейшие методы борь­бы с многолучевостью путем использования сигналов с широкой базой.

2. Тропосферная связь. Основные понятия

Тропосферная радиоволна распространяется между точками земной поверхности по траектории, лежащей в тропосфере. Энергия тропосферной радиоволны короче 100 см рассеивается на неоднородностях тропосферы. При этом часть энергии попадает на приемную антенну РРС, расположенной за пределами прямой видимости на расстоянии 250 ...350 км. Цепочка таких РРС образует тропосферную радиорелейную линию (ТРЛ) (рис. 2.1).На любой РРС устанавливают антенны, приемно-передающую аппаратуру и вспомогательные устройства (аппаратуру телеобслуживания, служебной связи, гарантированного электропитания и др.). Комплекс аппаратуры, обеспечивающий нормальную работу РРЛ (или ТРЛ), называют радиорелейной системой .

Рисунок 2.1 – К пояснению принципа работы ТРЛ

Механизм проведения дальнего распространения радиоволн на УКВ может быть обусловлен многими факторами. Наиболее часто возможно дальнее прохождение с рассеянием радиоволн на неоднородностях тропосферы. Регулярная дальняя связь с использованием рассеяния волн на неоднородностях тропосферы требует высокого энергетического потенциала радиостанций. В любительских условиях при ограниченных размерах антенн и мощности передатчиков регулярная дальняя связь возможна при усилении антенны 10-16 dBd и мощности передатчика 10 Вт на расстояниях до 300-500 км. Сила сигналов невелика и они имеют характерные временные замирания (фединги) Наиболее удачное время для таких тропосферных связей - время после захода солнца. При повышении энергетического потенциала станций (усиление антенн 16-20 dBd pwr 1 KW) радиус подобных связей возрастает до 600-800 км.

В летний период на 2 метровом диапазоне учащается возникновение положительной рефракции. Наиболее часто оно наблюдается в утренние часы, возникая в ясную погоду, после прохладной ночи, при высоком атмосферном давлении, через 20-30 мин после восхода солнца и продолжаясь, порой, до нескольких часов. Сила сигналов существенно выше (на 10-20 dB), чем при тропосферном рассеянии.

Летом, а особенно осенью, возникает канальное тропосферное прохождение. Характерным признаками являются высокое атмосферное давление, начинающее понижаться, наличие атмосферных фронтов. Данное прохождение позволяет проводить связи на расстояния до 1000-2000 км при умеренной мощности, порядка 100 Вт, и антенне с усилением 10-15 dBd.

2.1. Некоторые виды используемых станций и их параметры

Станция Р-423-1

Рисунок 2.1.1 – Внешний вид станции Р-423-1 Станция тропосферной связи Р-423-1 является мобильной радиостанцией, разработанной для обеспечения радиосвязи. Станция Р-423-1 может использоваться для приема/передачи цифровой информации, которая поступает в мультиплексную систему «Импульс». ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОСВЯЗИ Дальность действия во время передачи цифровой информации на скорости 48 кБит/с при 9 интервалах 480 кБит/с при 11 интервалах 2х480 кБит/с при 13 интервалах 2048 кБит/с при 22 интервалах Умножение приема Количество релейных станций Максимальный коэффициент потери достоверности во время передачи: Цифровой информации с мультиканала По радиосвязи (95% сеансов) ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ СТАНЦИИ Р-423-1 Диапазон рабочих частот, Гц Количество фиксированных частот Тип модуляции во время передачи на скорости: 48, 480 кБит/с Фазовое деление модуляции 2x480, 2048 кБит/с Двойное деление модуляции Температура, К Мощность передатчика, кВт Количество передающих устройств Ширина спектра передаваемого сигнала, МГц Тип поляризации горизонтальный Диаметр параболоидного отражателя антенны, м Количество телефонных каналов Скорость передачи информации в цифровом режиме кБит/с Количество технических каналов: Телефонных Дистанционного управления и телесигнала Расстояние от мультиплексной системы, км трехфохное 380 В + 3% (50+ 2) Гц Максимальное потребление электроэнергии, кВт

2.2. Сверхдальние тропосферные линии передачи

Исследования распространения волн дециметрового диапазона показали возможность увеличения расстояния между ретрансля­ционными станциями тропосферных линий до 800-1000 км. При этом объем рассеяния находится в стратосфере. Механизм распро­странения радиоволн на такие расстояния еще недостаточно изу­чен, однако эксперименты показали, что распределение амплитуды сигнала при быстрых замираниях также подчиняется закону Рэлея, распределение сигнала при медленных замираниях подчиняет­ся нормально логарифмическому закону, однако дисперсия распре­деления уменьшается до 2-2,5 дБ. Это означает, что диапазон мед­ленных флуктуаций сигнала значительно меньше, чем на обычных линиях ДТР; сезонный ход множителя ослабления также значительно меньше, чем на обычных линиях ДТР. Оказалось, что трассы, проходящие над морем, значительно лучше по условиям распространения, чем трассы такой же длины над сушей (сигнал выше на 10-20 дБ ). Линии СТР приближаются по расстоянию между соседними участками к линиям ионосферного рассеяния, однако вследствие значительно большей широкополосности канала километр линии сверхдальнего тропосферного распростране­ния обходится примерно в 10 раз дешевле, чем на линиях ионо­сферного рассеяния.

Расчеты для линий СТР показывают, что три надежности свя­зи, равной 99,95%, можно получить мощность шумов в канале, не выходящую за пределы норм (с применением компан­деров, дающих 8-10 дБ выигрыша в средне минутной мощности шумов в телефонном канале). Дальнейшее повышение надежности линии может быть получено использованием слежения по частоте. Линия СТР должна иметь для слежения цепь обратной связи, по которой на передаю­щий конец подается информация о состоянии тракта. В соответ­ствии с этой информацией, частота передатчика плавно изменяется, оставаясь, все время на максимуме коэффициента передачи тропосферы. Приемное устройство непрерывно подстраивается. Выиг­рыш от применения такой системы слежения равен 9-10 дБ. Од­нако применение ее затруднено необходимостью использования очень широкой полосы.

Увеличение запаздывания между компонентами многолучевого сигнала при СТР резко увеличивает мультипликативные помехи и, следовательно, кроме ухудшения энергетики приема, вызывает увеличение переходных помех при многоканальной телефонии. При передаче дискретной информации «память» канала ограничивает скорость передачи, поскольку появляются межсимвольные искаже­ния. Однако пропускная способность многолучевого канала падает незначительно (на 17%); более того, она может быть восстановле­на оптимальными методами передачи информации. Все существую­щие методы борьбы с мультипликативной помехой могут быть, -в принципе, разделены на следующие группы:

1. Метод накопления, при котором образуются несколько ко­пий принимаемого сигнала, по-разному пораженного мультипли­кативной помехой. Эти копии комбинируются.

2. Метод адаптивного приема, при котором производится не­прерывное или периодическое измерение характеристик среды рас­пространения. Данные этих измерений используются для оптими­зации выбора сигналов на передаче путем использования инфор­мационной обратной связи и оптимальной обработки сигналов на приеме.

3. Метод использования исправляющих кодов и обратной свя­зи после решений (postdecision feedback).

Применение того или иного метода определяется, с одной сто­роны, характеристиками канала связи, а с другой-передаваемой информацией и допустимыми искажениями. На многоканальных тропосферных РРЛ наибольшее распространение нашел первый.

При передаче дискретной информации вместо методов разне­сения, применяются методы, основанные на возможности разделения лучей в месте приема. Следует отметить, что представление принимаемого сигнала в виде конечной суммы лучей с амплитудами Ui , фазами f i и задержками t i полностью согласуется с физической природой распространения только на коротких волнах. В канале ДТР не представляется возможным вы­делить один сильный луч, однако, тем не менее, представление сиг­нала в виде конечной суммы лучей правомочно. Если, например, полоса передаваемого сигнала Df c , то сигнал может быть пред­ставлен суперпозицией лучей с задержками друг относительно дру­га, равными (по Котельникову); тогда число разделяемых лучей равно 2t К Dfс. Используя сигналы с широкой базой и корре­ляционный прием или прием на согласованный фильтр, можно разделить лучи во времени прихода. При этом запаздывание в каж­дом луче будет значительно меньше t К и, следовательно, уменьшатся искажения сигнала и мультипликативные помехи. При этом в зависимости от методов приема возможно либо выделение одного сильнейшего луча, либо использование нескольких лучей путем когерентного приема и суммирования всех лучей по напря­жению.

Разделимость лучей связана с наличием у широкобазного сиг­нала весьма быстро спадающей автокорреляционной функции. Если ширина пика автокорреляционной функции специально сконструи­рованного сигнала меньше минимального запаздывания между лу­чами и если каким-либо способом в точке приема был определен наиболее сильный луч (или группа лучей), то простой автокорре­ляционный приемник подавит все остальные лучи, как опережаю­щие, так и запаздывающие, в соответствии со значениями функции автокорреляции для времени, равного величине задержки этих лучей.

Выделение сильнейшего луча, а также и всех других, может быть осуществлено путем синхронизации местных сигналов каж­дым из лучей. После разделения лучей можно использовать всю энергию, сложив их. Основными недостатками таких систем яв­ляются значительное усложнение приемного оборудования и рас­ширение занимаемой полосы частот.

По методу приема сигналов с широкой базой различают кор­реляционный прием с помощью многоканального коррелятора с линией задержки с отводами и прием на согласованные фильтры. В первом случае в качестве опорного широкополос­ного сигнала используется бинарная псевдослучайная последова­тельность типа М-последовательности с последующей фильтрацией. Возможно применение также других псевдослучайных последова­тельностей (многофазные коды Фрэнка и др.). Основные их свойства - равномерность спектра в широкой полосе, острый пик автокорреляционной функции и малый пикфатор. Переход к М-позиционному кодированию позволяет в той же полосе увеличить ско­рость передачи в log 2 M раз по сравнению с бинарным кодирова­нием. При этом аппаратура усложняется (в » М раз). В качестве опорных сигналов могут быть использованы разные М-последовательности, а также многочастотная и многофазная манипуляции. Для передачи аналоговой информации может быть использована относительно узкополосная частотная модуляция. При этом ЧМ сигнал на передаче (а затем и на приеме) перемножается с опорным псевдослучайным сигналом. Однако передача с помощью КИМ и D-модуляции считается более эффективной.

Серьезной проблемой считается синхронизация как тактовая, так и внутрибодная. Хотя сами широкополосные сигналы обла­дают хорошей разрешающей способностью по времени, но реали­зация этих свойств для разрешения многолучевости требует и соответствующей точности синхронизации. Имеются также большие трудности при конкретной реализации широкополосной линии задержки и схемы поиска при вхождении в связь.

При приеме на согласованные фильтры обычно используют внутриимпульсную линейную частотную модуляцию, например, с по­мощью дисперсионной ультразвуковой линии задержки. Используя линейную ЧМ с противоположным наклоном, можно переда­вать бинарные сигналы. На приеме согласованный фильтр предо­ставляет собой аналогичную передаче линию задержки.

Системы с широкобазными сигналами разрешают многолучевость на основе анализа импульсной реакции канала связи, т. е. используют эквивалентную модель канала, основанную на выбо­рочных значениях его импульсной реакции. Однако можно исполь­зовать эквивалентную модель канала, основанную на выборочных значениях передаточной функции канала (в таком случае удобно говорить не о многолучевости, а о селективных затираниях). Фор­мируя на передаче многочастотный сигнал, составленный из отрез­ков синусоид, и измеряя на приеме амплитуды и фазы этих частот, а затем, когерентно складывая их, получим оптимальную систему, производящую на приеме адаптацию или измерение и учет реаль­ных характеристик. Для измерения характеристик тракта распро­странения могут использоваться либо специальные сигналы, как, например, в системе с испытательным импульсом, либо ин­формационные сигналы. В качестве испытательного импульса удобно использовать импульс с ЛЧМ.

В целом оптимальный приемник оценивает состояние канала и оптимизирует свои характеристики (опорные сигналы). Такую оптимизацию возможно производить не только на приемном кон­це, но и на передающем, используя обратный канал. На многих линиях связи организовать такой канал несложно. Анализируя принимаемый сигнал, можно, например, просто изменять мощность передатчика в такт с федингом.

Выше уже говорилось, что при обратной связи, периодически исследуя большой диапазон частот и выбирая оптимальную часто­ту передачи, можно получить значительный выигрыш. Этот выиг­рыш зависит от полосы, занимаемой информационным сигналом, и от точности разрешения сигнала зондирования по частоте. Такой метод эквивалентен разнесению по частоте с автовыбором, однако порядок разнесения определяется как интервалом корреляции по частоте, так и точностью разрешения или числом исследуемых ча­стот в измерительном сигнале (следует, правда, отметить, что при автовыборе с увеличением порядка разнесения выигрыш растет мед­ленно, а кроме того, при увеличении полосы информационного со­общения выигрыш от работы на оптимальной частоте быстро па­дает). Основная трудность - обеспечить свипирование такой большом полосы частот. На участках СТР с большим запаздыванием лучей t К, вероятно, окажется достаточным исследовать канал свя­зи в полосе частот 20 Мгц. При этом возможна одновременная передача измерительного и информационного сигналов, причем для. передачи информации можно использовать аналоговые мето­ды модуляции, например, частотную, а в качестве опорного шумоподобный сигнал с равномерным спектром в полосе 20 Мгц . В процессе работы на приемном -конце в результате обра­ботки измерительного сигнала оценивается состояние канала во всем диапазоне п выбирается оптимальная частота, значение кото­рой кодируется и передается по каналу обратной связи. В прин­ципе, разрешающая способность измерительного сигнала может быть сделана очень большой, однако выигрыш такого метода це­ликом зависит от статистических свойств канала СТР.

В системах с обратным каналом связи можно менять не только частоту передатчика, но и девиацию (в случае ЧМ), число кана­лов, мощность передатчика или все одновременно. Основная осо­бенность-возможность передачи аналоговой информации, в от­личие от предыдущих систем, "передающих только дискретную информацию.

Применение дискретизации и квантования аналоговой инфор­мации, т. е. переход к дискретной информации, дает возможность согласовать скорость передачи информации с полосой пропускания тракта при использовании обычных узкополосных методов моду­ляции. Это возможно, например, путем разбиения канала с высо­кой скоростью на п параллельных каналов (с разнесением их по (Времени и частоте) со скоростью передачи, в п раз меньшей. Воз­можно использование и многопозиционного кодирования. Перспективно использовать многоканальную систему, где в субканалах ис­пользуются многопозиционные 1коды. При этом аппаратура обла­дает большой гибкостью, так как при плохих условиях распро­странения легко увеличить порядок разнесенного приема за счет уменьшения скорости передачи.

2.3. Повышение частотно-энергетической эффективности тропосферных систем связи

Тропосферные линии связи занимают особое место среди различных видов связи, применяющихся на практике. Эти линии обеспечивают передачу дискретной информации со скоростями до 2 - 8 Мбит/с на интервалах связи 100-500 км в диапазоне частот до 8 ГГц при общей протяженности линий до 1000-2000 км. Средства связи этого типа превосходят другие в условиях организации связи в труднодоступных и малонаселенных районах, особенно расположенных в высокоширотных областях земного шара, а также при создании линий связи в чрезвычайных условиях, когда другие виды связи не эффективны.

Среди всех видов связи тропосферные линии являются одним из наиболее сложных в техническом отношении устройств. Эта сложность обусловлена характером распространения волн, который характеризуется как своими случайными параметрами, так и большими энергетическими потерями на трассе распространения. Поэтому вопросы, связанные с совершенствованием принципов построения таких систем всегда являются актуальными.

К таким вопросам относятся проблемы увеличения помехоустойчивости системы связи, которая напрямую связана с ее стоимостью. В условиях напряженной энергетики любое снижение требуемой мощности излучения приводит к существенному снижению массо-габаритных характеристик, а значит и стоимости станции. Увеличение помехоустойчивости должно производиться при минимизации занимаемой полосы частот. Проведем анализ эффективности различных вариантов построения тропосферных станций с учетом этих параметров: помехоустойчивости и частотной эффективности.

Традиционным способом повышения помехоустойчивости систем связи по каналам с переменными параметрами является разнесенный прием, который реализуется путем дублирования передаваемой информации по нескольким трактам передачи с независимыми замираниями уровня сигнала. Одновременно с этим большое развитие получила теория помехоустойчивого кодирования, которое является единственным средством повышения достоверности передачи информации без изменения энергетического потенциала радиолинии.

В последнее время в мировой литературе много внимания уделяется методам кодирования с хорошей частотно-энергетической эффективностью, при которой заданная помехоустойчивость достигается при минимально возможной полосе частот. Построение таких кодов возможно на базе ансамбля сигналов с основанием больше 2, в частности, когда элементами кода являются многофазные сигналы. Частотно-энергетически эффективные коды получили наименование сигнально-кодовых конструкций (СКК). Большой интерес представляет собой исследование целесообразности использования СКК в каналах с переменными параметрами вместо традиционного разнесенного приема. В системах с разнесенным приемом с ограниченным числом параллельных каналов наиболее подходящими являются блочные СКК.

Приведем результаты исследования частотно-эффективных методов построения систем связи по трактам с переменными параметрами и, в частности, тропосферных систем связи. В число этих результатов входит методика расчета вероятности ошибочного приема информации в каналах с замираниями при использовании блочных многофазных сигнально-кодовых конструкций (СКК), которая позволяет проводить анализ помехоустойчивости при коррелированных и некоррелированных замираниях в символах СКК.

Помехоустойчивость систем с СКК в канале с независимыми релеевскими замираниями

Исследуем помехоустойчивость систем когерентного приема в канале с независимыми релеевскими замираниями различных способов передачи информации, среди которых рассматриваются методы многократной фазовой манипуляции с использованием кода Грея, двоичные коды с фазовой манипуляцией, блочные сигнально-кодовые конструкции.

В качестве параметра частотно-энергетической эффективности возьмем зависимость отношения "сигнал/шум" - h20 =f(g), необходимого для получения заданной вероятности ошибки p, где g=Ts/To=k/n - частотная эффективность, Ts - длительность тактового интервала СКК, To - длительность тактового интервала в информационной последовательности, k-число информационных символов, n - число символов кода, h20 =s2T0/n2ш -отношение "сигнал/шум" в полосе некодированной передачи, s2 -дисперсия сигнала, n2ш -спектральная плотнсть шума.

Рассмотрим СКК, построенные на основе хэммингового расстояния 2-го порядка, которое обозначим через М(n1,k). Здесь k - число информационных символов, n -число элементов в СКК 2-го типа, n1 =2n -число элементов в исходном двоичном коде. Перечень СКК, рассмотренных в данной статье, приведен в табл. 1.

Таблица 1

Для исследования помехоустойчивости четырехфазных сигнально-кодовых конструкций из табл. 1 методом перебора на ПЭВМ были получены спектры эквивалентных кодовых слов и спектры условных вероятностей ошибки приема одного символа df. Эти СКК обладают одинаковой частотной эффективностью g=1 такой же, как и у некодированной однократной фазовой манипуляции (ФМ2).

Зависимости вероятности ошибки от отношения "сигнал/шум",требуемого для достижения вероятности ошибки p=104, для этих СКК приведены на рис. 1 (номер кривой соответствует порядковому номеру СКК из табл. 1).

Рисунок 2.4.1 – График вероятности ошибок

На этом же рисунке для сравнения нанесены зависимости для ФМ4 с двумя повторениями символов (m=2) и ФМ4 с m=4, которые обладают той же избыточностью. Из рис 1. следует, что без расширения полосы частот можно получить существенный выигрыш в энергетике за счет использования СКК по сравнению с некодированной ФМ2, или по сравнению с системами с фазовой модуляцией большей кратности. Наилучшей помехоустойчивостью из рассмотренных обладает СКК М(24,12) на основе кода Голея, для которой вероятность ошибки p=104 обеспечивается при отношении "сигнал/шум" h=10,5 дБ. В этом случае выигрыш в помехоустойчивости по сравнению с ФМ4 составит около 10 дБ.

Оценивая полученные данные, можно сделать следующие выводы:

1. традиционные методы передачи информации по каналу с замираниями, в которых используется только разнесенный прием (простое повторение сигналов), не являются частотно-энергетически эффективными методами;

2. высокой эффективностью обладают четырехфазные сигнально-кодовые конструкции, среди которых следует выделить четырехэлементную СКК на основе кода Хэмминга (кривая 1), восьмиэлементную СКК на основе кода Нордстрома-Робинсона (кривая 2) и 12-элементную СКК на основе кода Голея (кривая 3).

Пространственно-частотные сигнально-кодовые конструкции

При построении систем тропосферной связи приходиться учитывать тот факт, что декорреляция символов методом временного перемежения не всегда приемлема. Это связано с тем, что для передачи речевого сообщения существует ограничение на допустимую задержку сообщения, а при перемежении такая задержка принципиально присутствует и существенно зависит от длины кодового слова и числа интервалов в многоинтервальной тропосферной радиолинии.

Учитывая это обстоятельство и тот факт, что основными видами информации в тропосферных системах связи как аналоговых, так и цифровых, являются многоканальные сообщения, включающие в себя и телефонные каналы, при построении тропосферных средств связи нашли применение в основном методы декорреляции сигналов по пространственно-частотным разнесенным трактам передачи.

В реальных системах связи, например, тропосферных, число каналов разнесения обычно ограничено (2,4,8,16). Наряду с простым повторением одного и того же сигнала по параллельным каналам, как это делается при разнесенном приеме, можно преобразовать входную информацию в комбинации сигналов, используя идеи совмещения модуляции и кодирования без расширения суммарной полосы частот и с выигрышем по помехоустойчивости. В случае указанных выше систем этот метод приводит к пространстенно-частотным сигнально-кодовым конструкциям (ПЧСКК).

Был проведен анализ помехоустойчивости различных вариантов сигналообразования в системе связи с ПЧСКК. Отличительной особенностью ПЧСКК по сравнению с рассмотренными СКК, является необходимость обязательного учета повторений элементов СКК, дублированных в ветвях разнесения, а также рассмотрение вариантов, где символы СКК коррелированы.

В табл. 2 приведены параметры помехоустойчивости СКК из табл. 1, т.е. отношение "сигнал/шум", требуемое для достижения вероятности ошибки p=10-4 при различном числе разнесений m.

Таблица 2

Число разнесений, м	Отношение "сигнал-шум" для СКК, дБ
бесконечн.

Примечание. В числителе - при коррелированных замираниях в элементах СКК; в знаменателе - при некоррелированных замираниях

Рассмотрим два варианта сигналообразования.

В первом варианте замирания в элементах кодового слова полностью коррелированы, а сигналы разнесения некоррелированы. Блок-схема такой системы связи приведена на рисунке 2.4.2.

Рисунок 2.4.2 – Блок-схема системы связи

Во втором варианте сигналообразования замирания в элементах кодового слова некоррелированы и сигналы разнесения некоррелированы. Блок-схема такой системы связи приведена на рисунке 2.4.3.

Рисунок 2.4.3 – Блок схема системы связи

Для сравительного рассмотрения взяты: двухантенная система связи (Q=2 антенн на передающей стороне, q=2 антенн на приемной стороне) и четырехантенная система связи (Q=4 антенн на передающей стороне, q=4 антенн на приемной стороне).

Сравнительные характеристики вариантов приведены в табл. 3 (двухантенная система) и 4 (четырехантенная система).

Таблица 3

Примечание. Значения для М(8,4) приведены соответственно для ПЧСКК1 (корр.)/ПЧСКК2 (некорр.)/ПЧСКК3 (некорр.)

Таблица 4

Примечание. М(8,4): в числителе - ПЧСКК4 (корр.),в знаменателе для ПЧСКК5 (некорр.); М(16,8) - ПЧСКК6 (корр.)/ПЧСКК7 (некорр.); М(24,12)-ПЧСКК8 (корр.)/ПЧСКК9 (некорр.)

В табл. 3 собраны данные для следующих вариантов построения двухантенной системы:

ФМ44 - четырехфазная манипуляция (одна антенна излучает символ информации на частоте f1, а вторая антенна дублирует его на частоте f2). При этом обеспечивается четырехкратный разнесенный прием;

ФМ416 - четырехфазная манипуляция (одна антенна повторяет один символ информации на четырех не перекрывающихся по времени частотах, а вторая антенна повторяет его на тех же частотах следующих друг за другом так, чтобы можно было различать повторяющиеся элементы на приемной стороне. При этом обеспечивается шестнадцатикратный разнесенный прием;

М(8,4) кор.(ПЧСКК1) - сигнально-кодовая конструкция на основе расширенного кода Хэмминга, образованная в системе по рисунку 2.4.2.

М(8,4) некор. (ПЧСКК2) - сигнально-кодовая конструкция на основе расширенного кода Хэмминга, образованная в системе по рисунку 2.4.3. Здесь первые два элемента СКК на передаче излучаются первой антенной на отдельных частотах без их временного перекрытия, а другие два элемента СКК - другой антенной на тех же частотах, следующих в другой последовательности для того, чтобы уметь различать все элементы на приеме;

М(8,4) некор. (ПЧСКК3) - сигнально-кодовая конструкция на основе расширенного кода Хэмминга, образованная в системе по рисунку 2.4.3. Здесь каждый элемент СКК на передаче излучается одной антенной на отдельной частоте без их временного перекрытия и дублируется второй антенной на тех же частотах, следующих в другой последовательности для того, чтобы уметь различать все элементы на приеме.

В табл. 4 приведены данные для следующих вариантов построения двухантенной системы.

ФМ4- четырехфазная манипуляция (одна антенна излучает символ информации на частоте f1, вторая антенна дублирует его на частоте f2, третья антенна дублируется на частоте f3, а четвертая антенна - на частоте f4). При этом обеспечивается шестнадцатикратный разнесенный прием;

М(8,4) кор.(ПЧСКК4)-сигнально-кодовая конструкция на основе расширенного кода Хэмминга, образованная в системе по рисунку 2.4.2;

М(8,4) некор. (ПЧСКК5) - сигнально-кодовая конструкция на основе расширенного кода Хэмминга, образованная в системе по рисунку 2.4.3. Здесь каждый элемент СКК на передаче излучается одной антенной на отдельной частоте без их временного перекрытия и дублируется второй, третьей и четвертой антенной на тех же частотах, следующих в другой последовательности для того, чтобы различать все элементы на прием;

М(16,8) кор. (ПЧСКК6) - сигнально-кодовая конструкция на основе расширенного кода Хэмминга образованная в системе по рисунку 2.4.2;

М(16,8) некор.(ПЧСКК7) - сигнально-кодовая конструкция на основе расширенного кода Хэмминга образованная в системе по рисунку 2.4.3. Здесь первые четыре элемента СКК на передаче излучаются первой антенной на отдельной частоте без их временного перекрытия и дублируются второй антенной на тех же частотах, а последние четыре элемента излучаются третьей антенной на тех же частотах и дублируются четвертой антенной. На всех антеннах выбран различный порядок следущих друг за другом частот для того, чтобы в один и тот же момент времени всеми антеннами излучались различные частоты и тем самым различались все элементы на прием;

М(24,12) кор.(ПЧСКК8) - сигнально-кодовая конструкция на основе расширенного кода Хэмминга, образованная в системе по рисунку 2.4.2;

М(24,12) некор.(ПЧСКК9) - сигнально-кодовая конструкция на основе расширенного кода Хэмминга, образованная в системе по рисунку 2.4.3. Здесь каждый элемент СКК на передаче излучается одной антенной на отдельной частоте без их временного перекрытия и дублируется второй, третьей и четвертой антенной на тех же частотах, следующих в другой последовательности для того, чтобы различать все элементы на прием.

В табл. 3 и 4 для каждого варианта приведены сравниваемые параметры: число информационных символов - k, число символов СКК - n, число пространственно-частотных разнесений - m, коэффициент частотной эффективности - g=k/nW, число частотных подканалов - W, на которых продублированы символы СКК, среднее отношение "сигнал/шум" h2 в полосе частот передаваемой информации на входе одной ветви разнесения, необходимое для достижения вероятности ошибки p=10-4 одного символа информации. На основе анализа данных из табл. 3 и 4 можно сделать следующие выводы. В системе, где используются две антенны без расширения полосы частот, применение четырехэлементных СКК при независимых замираниях в элементах (ПЧСКК2) позволяет получить выигрыш в отношении "сигнал/шум" по сравнению со счетверенным разнесенным приемом ФМ44 в 2,8 дБ. При увеличении полосы частот в 4 раза путем четырехкратного повторения сигнального символа кратность разнесения может быть увеличена до 16 (обозначим четырехфазную систему манипуляции с 16-кратным приемом ФМ416). За счет этого выигрыш в отношении "сигнал/шум" увеличится на 3,6 дБ, в то время как при использовании ПЧСКК3, построеноой на основе СКК М(8,4) этот выигрыш составит 4,85 дБ.

При коррелированных символах ПЧСКК 1 дает незначительное уменьшение требуемого отношения "сигнал/шум" до 0,5 дБ. В системе, где используются четыре антенны без расширения полосы частот, применение четырехэлементных СКК при независимых замираниях в элементах (ПЧСКК 5) позволяют получить выигрыш в отношении "сигнал/шум" по сравнению с шестнадцатикратным разнесенным приемом ФМ416 в 2,6 дБ. При коррелированных символах ПЧСКК4 дает уменьшение требуемого отношения "сигнал/шум" до 1,8 дБ.

При использовании ПЧСКК больших размерностей разница в помехоустойчивости между вариантами с коррелированными и некоррелированными замираниями элементов сигнала становиться незначительной (не более 1 дБ). По сравнению с 16-кратным приемом ФМ416 этот выигрыш для разных вариантов колеблется в пределах от 2,5 до 3,5 дБ.

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать общий вывод, что применение ПЧСКК в системах с разнесенным приемом и, в частности, в тропосферных системах связи, позволит получить дополнительные выигрыши в помехоустойчивости без существенного увеличения полосы частот.

заключение

Проблема электромагнитной совместимости (ЭМС). РРЛ, ТРЛ и спутниковые линии связи работают в общем диапазоне частот. При этом между ними могут возникать взаимные помехи. С целью уменьшения взаимных помех радиопередатчики формируют радиосигнал с минимальной полосой частот, достаточной для передачи информации с заданной скоростью и качеством, которая называется необходимая ширина полосы частот (НШЧ), а радиосигнал с такой полосой частот - основное излучение радиопередатчика. Любое излучение радиопередатчика за пределами НШЧ называют нежелательным радиоизлучением. При работе нескольких линий радиосвязи в общих полосах частот, прием полезного сигнала каждой радиостанцией возможен при распределении диапазона частот между передающими радиостанциями по определенному плану; ограничении мощности передатчиков; координации взаимной ориентации антенн и расположения станций на местности. При выполнении этих условий обеспечивается ЭМС между РРС.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.В. Серов «Оценка частотно-энергетической эффективности двоичных кодов и сигнально-кодовых конструкций при идеальном когерентном приеме в каналах с релеевскими замираниями», «Радиотехника и электроника», 1992, N 8.

1. В.В. Серов «Помехоустойчивость пространственно-частотных кодовых конструкций в каналах с релеевскими замираниями», «Радиотехника», N9, 1995.
2. А.И. Раков «Надежность РРС связи», «Связь», М., 1971.
3. М.М. Маковеева «РРЛ связи» М., 1988-312с., «Радио и связь».
4. В.В. Марков «Малоканальные РРЛ связи», «Сов. Радио», М., 1963.
5. И.А. Гусятинский и др. «Дальнее тропосферное рассеивание», «Связь», М., 1968.

Недалеко от города Анадырь, примерно в 10 км, на вершине сопки Святого Михаила функционировала узловая станция тропосферной связи «Юкон» (8/104(21/103). В/ч - 74239) , входящая в систему линии связи «Север», а также местный гражданский телецентр. В связи с развитием сотовой и спутниковой связи, надобность содержания такого дорогостоящего объекта отпала сама собой, и в 2003 году станция была окончательно закрыта. Телецентру повезло больше, он просуществовал на десять лет дольше. Былой роскоши уже давно нет, а вот остатки ещё пока виднеются далеко-далеко, притягивая как местных, так и туристов. Вот и мы не удержались и взяли туда курс.

2. Вот так, например, наша станция выглядела в 1975 году. Фото взято отсюда . Её географические координаты: 64,733 сш 177,383 вд.

3. А это фото я сделал в прошлом году, когда мы искали самый страшный ГУЛАГ Чукотки http://zavodfoto.livejournal.com/4541290.html под Певеком. Аналогичная тропосферная радиорелейная станция "Гранат"

4. Изначально планировалось, что обслуживанием станций такого типа займутся гражданские связисты, но реальность оказалась другой. Сложные бытовые, климатические и природные условия, в которых были расположены объекты, да и определённая секретность, в итоге это добро передали военным. Наша тропосферная радиорелейная станция 8/104, позывной «Юкон», обслуживалась военной частью № 74239. Её в 1993 году расформировали, и станция «Юкон» вошла в штат в/ч № 51470 («Юкон-1») как её эксплуатационное отделение. Но как я уже сказал выше, актуальность её работы отпала, и она была в 2003 году закрыта. Людей-то отпустили, а оборудование бросили, как это часто было в похожих ситуациях, вот она и разрушается сама-собой. Например, два года назад основная конструкция ещё стояла и в любой момент могла рухнуть, а теперь эти горы металлолома хоть лежат. Но колючки тут до сих пор полно.

Страна у нас большая, а необходимость в быстрой доставке информацию была всегда актуальна, тем более стратегического назначения. На севере и климат суровый, да и вечная мерзлота, а расстояния какие, всё это не способствовало к прокладке обычных кабельных линий. А о спутнике тогда могли только мечтать, и вот учёные разработали систему тропосферную радиорелейную линию связи «Север» (ТРРЛ «Север»).

Итак, что же из себя представляла ТРРЛ «Север». Во-первых, она состояла из 46 тропосферных радиорелейных станций (ТРРС) подобного типа, расположенных большей частью вдоль побережья Северного Ледовитого и Тихого океанов, а также вдоль крупнейших сибирских рек: Обь, Енисей и Лена. Вся линия имела протяжённость 13 200 километров. Её построили в конце 60-х годов, и она должна была обеспечивать связью воинские части и население Крайнего Севера и Дальнего Востока, а это немало, почти 60% площади всей страны. Система состояла из 7 линий и имела 2 узла, в подчинении у которых находились остальные центры и станции. Это была сеть радиорелейных станций, расположенных друг от друга на расстоянии 120-450 км и представляющих собой автономные военные городки, которые сами себя обеспечивали энергией, теплом, другими необходимыми условиями эксплуатации, а также жизнеобеспечением и доставкой необходимых грузов.

Сам принцип функционирования тропосферной радиорелейной системы заключается в том, что радиоволны отражаются от верхних слоев атмосферы (на высоте 10-12 километров). Это даёт возможность создавать радиорелейные линии с расстоянием между станциями до 250 - 300 км, а если эти станции базируются высоко, то и до 400 - 450 км.

Западный узел системы до 1977 года назывался «Вираж», а в последующем был переименован на «Патриот-2». Изначально его разместили в Воркуте, но после 2001 года, когда были закрыты некоторые станции, перевели в Норильск. В узел входили 3 центра: «Луч-1» (в прошлом - «Нева»), «Патриот-1» и «Канва-1» (бывшая «Обь», отдел эксплуатации), в подчинении которых находились 20 станций.

Восточный узел «Дракон-2» первое время базировался на Колымской трассе (4 километр), а потом был перенесен в Магадан. Состоял из трех центров и насчитывал 26 станций в своем подчинении. Центры «Амур-1», «Юкон-1» и «Дракон-1».

Семь линий имели свои обозначения и связывали основные стратегические пункты:

ТРРЛ-60 Серов - Воркута (6 станций);
ТРРЛ-101 Красноярск - Норильск (6 станций);
ТРРЛ-102 Якутск - Тикси (5 станций);
ТРРЛ-103 Воркута - Анадырь (19 станций);
ТРРЛ-104А Магадан - Якутск (5 станций);
ТРРЛ-104 Магадан - Анадырь (8 станций);
ТРРЛ-3500 Архангельск - Оленегорск (3 станции).

Наша тропосферка входила в Анадырский центр «Юкон-1», в подчинении которого было ещё 8 станций: «Янтарь», «Хрусталь», «Гранат», «Редуктор», «Агат», «Казань», «Орёл» и «Горький».

9. Станция «Юкон» являлась узловой и соединяла сразу три направления - на Магадан, на Берингов пролив и к побережью моря Лаптевых. Т.е. работала по следующим направлениям: пос. Рассвет на западе «Горький» - 246 км, с. Уэлькаль на севере «Казань» и село Сиреники на востоке «Орёл» - 414 км. Две круглые антенны - это тропосферная линия «Юкон» - поселок Беринговский.

10. А в этом здании находился телецентр

11. Остатки более поздней тропосферной радиорелейной станции типа Р-410 «Атлет».

12. Как мы видим, здесь, как Мамай прошёл, всё разбито и навалено

15. Самое ценное уже местные разобрали, а весь остальной хлам ждёт перемен.

Проектировка таких тропосферных линий связи имело ряд сильных качеств. Во-первых, расстояние между станциями могло доходить до 400-600 километров и при этом была необязательна их прямая видимость. Во-вторых, для построения подобных линий не требовалась прокладка кабелей и прочих коммуникативных конструкций между станциями. В-третьих, связь являлась многоканальной (в частности, «Горизонт-М», который был разработан в 50-х годах, насчитывал 60 каналов). Но были, конечно, и минусы. Тропосферная связь не могла быть такой же надёжной, так как было существенное ослабление сигнала в несколько сотен раз. Кроме этого было непросто и настроить правильное позиционирования приёмных антенн, а в результате этого в зависимости от состояния тропосферы передаваемый сигнал мог существенно смещаться.

21. В зимнее время тут пытаются замутить горнолыжную тему

23. В последнее время возводить подобные кресты на самых высоких точках и в самых удаленных уголках нашей страны стало трендом, вот и тут он недавно появился. Очень надеюсь это послужит не только украшением, а станет сигналом к новым добрым переменам и тогда заживём.

26. А вот там, вдалеке, виднеется Анадырь. Ну, собственно, нам пора дальше, продолжение следует...

Успешное развитие радиосвязи сопровождается увеличением скоростей и объемов передаваемой информации. Для передачи возрастающих потоков информации с малыми потерями используют сигналы с более широкой полосой (шириной спектра), что требует расширения диапазона частот , занимаемого системой связи. В свою очередь, передача сигналов с более широкой полосой требует перехода на более высокие несущие частоты (более короткие волны) . Тем более что расширять полосу рабочих частот систем связи в уже освоенных диапазонах волн становится невозможным из-за тесноты в эфире. Исторически сложилось так, что в первую очередь были освоены длинноволновые участки радиодиапазона, а для перспективных радиотехнических систем, как международными соглашениями, так и национальными стандартами, резервировались области более высокочастотных сигналов.

В результате, современные системы связи осваивают диапазоны все более коротких волн (все более высокой частоты). К достоинствам диапазонов ультракоротких волн относится также несущественный уровень атмосферных и индустриальных помех. Кроме того, широкополосные сигналы позволяют использовать прогрессивные виды модуляции и методы обработки сигналов, обеспечивающие лучшие характеристики помехоустойчивости приема .

В то же время нужно помнить, что радиоволны с длиной волны короче 10 метров можно эффективно использовать лишь в пределах границ прямой видимости.

Компромиссным решением при построении широкополосных систем связи, предназначенных для работы на больших дальностях, является применение радиорелейных линий связи (РРЛ).

Радиорелейные линии представляют собой цепочку ретрансляторов, обеспечивающих поочередную передачу радиосигналов между оконечными станциями. Различают два вида радиорелейных систем передачи (РРСП) - РРСП прямой видимости , станции которых размещаются на расстоянии прямой видимости, и тропосферные РРСП , использующие рассеяние и отражение радиоволн в нижних областях атмосферы при взаимном расположении станций далеко за пределами прямой видимости .

Так например на частотах ОВЧ- и СВЧ-диапазона надежная связь с низким уровнем помех может быть получена только в условиях прямой видимости между антеннами, излучающими радиоволны. Расстояние между антеннами радиорелейных систем зависит от структуры земной поверхности и высоты антенн над ней.

Типичные расстояния составляют 40 - 50 км при высотах башен и мачт, на которых устанавливаются антенны, около 100 м. Ограниченность расстояния прямой видимости не следует рассматривать как недостаток. Именно за счет невозможности свободного распространения радиоволн на большие расстояния устраняются взаимные помехи между радиорелейными системами передачи внутри одной страны и разных стран. Кроме того, в указанных диапазонах практически отсутствуют атмосферные и промышленные помехи.

Рисунок 2.9 - Принцип радиорелейной связи прямой видимости

Радиорелейная линия передачи, в которой используется рассеяние и отражение радиоволн в нижней области тропосферы при взаимном расположении соседних станций, называется тропосферной радиорелейной линией передачи. Радиолиния передачи, в которой используются космические станции, пассивные спутники или иные космические объекты, называется космической линией передачи .

Рисунок 2. 10 - Схема тропосферной радиосвязи: 1 - передатчик; 2 - луч передатчика; 3 – слои атмосферы, рассеивающие радиоволны; 4 - луч приёмника; 5 – приёмник

Рисунок 2.11 - Схема радиорелейной линии тропосферной связи: О и П - оконечная и промежуточная приёмо-передающие радиостанции; R - расстояние между станциями (по дуге земной поверхности); 1, 3 - радиопередатчики и радиоприемники оконечных и промежуточных станций; 2, 4 - приемо-передающие антенны оконечных и промежуточных станций; 5 - переизлучающие области тропосферы.

Рисунок 2. 12 - Схема радиорелейной линии связи с искусственным спутником Земли (ИСЗ):

1 – оконечные пункты линии; 2 – промежуточный пункт; 3 – земная станция радиосвязи с ИСЗ; 4 – ИСЗ с активным ретранслятором

Радиорелейные линии заняли прочное место в сети связи России. Они широко используются для передачи сигналов многоканальной телефонии, телевидения, звукового вещания, телеграфа, фототелеграфа, изображений газетных полос и т. и. Они также широко используются для технологических нужд при обслуживании газо- и нефтепроводов, на железнодорожном транспорте и т. д.

Наземные радиорелейные линии связи строят с пролётами между ретрансляторами 30–50 км, возможно увеличение этого расстояния до 100–120 км за счёт увеличения высоты подвеса антенн и усложнения оборудования.

Рисунок 2.13 - Башня радиорелейной связи

В городах расстояние между станциями значительно меньше – 4–7 км. Межстанционные пролёты тропосферных линий связи (использующих эффект отражения от тропосферных неоднородностей) могут превышать 400 км. Такие линии связи использовались в основном в приполярных областях до появления систем спутниковой связи, которые также являются одним из видов радиорелейных линий. В городах при ремонте кабельных линий связи, при обходе каких-либо препятствий или водных преград часто применяют однопролётные радиорелейные вставки.

Наземные радиорелейные линии устанавливают так, чтобы излучение антенн каждого пункта не могли принимать остальные пункты связи , кроме ближайших, для которых оно предназначено. Работа промежуточных пунктов радиорелейных линий связи управляется и контролируется дистанционно, без присутствия эксплуатационного персонала; особенно сложно обеспечить непрерывное энергоснабжение (при перерывах в подаче электроэнергии автоматически включаются внутренние источники: аккумуляторы, электрогенераторы с дизельными или бензиновыми двигателями, атомные батареи). По возможности места промежуточных пунктов выбирают с хорошими подъездами для удобства проведения ремонтных и профилактических работ. Как уже говорилось, антенны радиорелейных станций устанавливают на крышах высоких домов в городах, а на открытых местностях – на специально построенных мачтах высотой 40-100 м.

В СССР исследования тропосферного распространения радиоволн с целью создания аппаратуры связи начались в середине 1950-х годов.

Идея создания линий тропосферной связи с расстояниями между пунктами в сотни километров принадлежала советскому ученому В. А. Смирнову. Как уже сказано, особенность этих линий заключается в использовании эффекта рассеяния радиоволн на неоднородностях (спорадических слоях) атмосферы. Для дальней тропосферной связи требовались мощные передающие устройства, антенны с большим усилением, высокочувствительные приемники многократного приема с порогопонижающими системами (системами, обеспечивающими хороший прием сигналов при уменьшении отношении сигнал/шум).

Наиболее подходящим для тропосферных систем с расстояниями между пунктами 200–300 км являлся диапазон 700–1000 МГц. На основании теоретических исследований, анализа отечественной и зарубежной литературы, сравнения различных систем многократного приема была выработана структура построения, как отдельных станций, так и всей линии

дальней тропосферной связи. Первая отечественная тропосферная станция ТР-60/120 была построена в 60-х годах прошлого века.

На аппаратуре ТР-60/120 в 60-70-х годах была построена сеть тропосферных линий протяженностью более 15 000 км, содержащая 55 промежуточных станций. Была построена линия тропосферной связи между СССР и Индией длиной 700 км (между городами Душанбе и Сринагар), которая в 1981 г. связала две крупнейшие столицы мира – Москву и Дели.

Попытка осуществить передачу черно-белого телевидения в диапазоне 700–1000 МГц успеха не имела, а вот в диапазоне 5000 МГц это стало возможным. Появление в конце 1960-х – начале 70-х средств спутниковой связи и широкое их применение начиная с 1980-х годов значительно сократили область использования ТРРС.

Тем не менее, несмотря на широкое (и все более растущее) применение спутниковых средств в сетях и системах связи и развитие проводных сетей, можно полагать, что средства тропосферной загоризонтной связи перспективны для использования как в сетях специального, так и коммерческого назначения особенно в трудно доступной местности, горных и малонаселенных районах.

В сетях специального назначения преимуществом тропосферных средств перед спутниковыми, является более высокая живучесть в условиях вооруженных конфликтов и/или антитеррористических мероприятий.

В коммерческих сетях применение тропосферных средств в некоторых случаях может быть экономически целесообразнее, чем применение спутниковых. Использование тропосферных станций возможно также при развертывании линий связи в высоких северных широтах, где применение спутниковой связи через геостационарные спутники принципиально невозможно. Об этом мы будем говорить на следующей лекции.

В табл. 2.3 приведены параметры отечественных тропосферных радиорелейных систем передачи.

Таблица 2.3 – Тропосферные системы передачи

Классификация . По назначению радиорелейные системы связи делятся на три категории , каждой из которых на территории России выделены свои диапазоны частот:

Местные линии связи от 0,39 ГГц до 40,5 ГГц

Внутризоновые линии от 1,85 ГГц до 15,35 ГГц

Магистральные линии от 3,4 ГГц до 11,7 ГГц

Данное деление связано с влиянием среды распространения на обеспечение надёжности радиорелейной связи. До частоты 12ГГц

атмосферные явления оказывают слабое влияние на качество радиосвязи, на частотах выше 15ГГц это влияние становится заметным, а выше 40ГГц определяющим, кроме того, на частотах выше 40ГГц значительное влияние на качество связи оказывает затухание в атмосфере Земли.

Кроме того по назначению различают международные, военные, технологические РСП (для обслуживания объектов железнодорожного транспорта, линий электропередачи, нефте - и газопроводов и т.д.), космические РСП (обеспечивающие связь между космическими аппаратами или между космическими аппаратами и земными пунктами наблюдения и управления).

Еще важные признаки классификации: принадлежность к различным службам в соответствии с Регламентом радиосвязи (фиксированной службы, радиовещательной службы, подвижной службы); диапазон используемых радиочастот ; способ разделения каналов .

В зависимости от способа , принятого для формирования сигнала , различают еще аналоговые и цифровые РРЛ (или ТРЛ).

В свою очередь аналоговые радиорелейные линии связи классифицируют в зависимости от способа , принятого для объединения (разделения) первичных электрических сигналов и метода модуляции несущей : РРЛ (или ТРЛ) с ЧРК и ЧМ и РРЛ с ФИМ-АМ; в зависимости от числа N организуемых каналов : малоканальные - N 24; со средней пропускной способностью - N=60...300; с большой пропускной способностью - N=600...1920.

Цифровые РРЛ классифицируют в зависимости от способа модуляции несущей : ИКМ-ЧМ, ИКМ-ФМ и другие; в зависимости от скорости передачи двоичных символов В: с малой - В <10 Мбит/с, средней - 5=10…100 Мбит/с и высокой - В>100 Мбит/с пропускной способностью.

Аналоговые РРС предназначены в основном для передачи многоканальных телефонных сигналов в аналоговой форме и сигналов данных с низкой и средней скоростью по каналам ТЧ, а также сигналов телевидения. Цифровые РРС используются для организации цифровых трактов со скоростями от 2 до 140 Мбит/с.

Как уже сказано, радиорелейные линии (РРЛ) занимают диапазоны ОВЧ и СВЧ, причем граница между аналоговыми и цифровыми радиорелейными системами (РРС) лежит вблизи частоты 11 ГГц.

Принцип действия. Принципиальным отличием радиорелейной станции от иных радиостанций является преимущественно дуплексный режим работы, то есть приём и передача происходят одновременно (на разных несущих частотах).

Антенны РРЛ могут работать в режиме передачи и приема для одновременной передачи в противоположных направлениях с использованием двух частот: f 1 и f 2 . При этом если станция передает сигнал на частоте f 1 и принимает на частоте f 2 , то соседние с ней станции передают на частоте f 2 , а принимают на частоте f 1 . Эта пара частот, соответствующая двухчастотному плану частот МСЭ-Р, образует радиочастотный ствол .

При этом одна цепочка приемопередатчиков РРЛ образует СВЧ симплексный (т.е. предназначенный для передачи сигналов в одном направлении) ствол. Структура симплексного ствола с учетом плана распределения частот приведена на рисунке 2.14.

Рисунок 2.14 - Распределение частот в символьном стволе

радиорелейной линии

Два симплексных ствола, работающие во встречных направлениях, образуют дуплексный СВЧ ствол . Для передачи сигналов в обратном направлении может быть использована та же пара частот, что и в прямом направлении (двухчастотная система), либо другая пара частот (четырехчастотная система). Структурная схема одноствольной дуплексной промежуточной радиорелейной станции (ПРС) приведена на рисунке 2.15.

Рисунок 2.15 - Структурная схема дуплексной ПРС

Для увеличения пропускной способности радиорелейной линии на каждой радиорелейной станции устанавливают несколько комплектов приемопередающей аппаратуры, подключенных к общей антенне. Магистральные радиорелейные линии связи могут иметь до восьми дуплексных СВЧ стволов (из них 6…7 рабочих и 1…2 резервных).

Кроме оконечных радиостанций (ОРС) и промежуточных (ПРС) для ввода в радиорелейную линию дополнительных потоков информации и вывода из РРЛ части передаваемой информации используют узловые радиорелейные станции. В узловых радиорелейных станциях, как и в ОРС, имеется аппаратура преобразования телефонных, радио и телевизионных сигналов в сигналы, передаваемые по РРЛ, и аппаратура обратного преобразования. Кроме того, от узловых радиорелейных станций могут начинаться новые радиорелейные линии (ответвления), как это показано на рис. 2.9.

Рисунок 2.16 - Схема расположения ретрансляторов на трассе радиорелейной линии связи

Для устранения подобных явлений ретрансляторы радиорелейной линии связи располагают не по прямой линии, а зигзагом , так, чтобы не совпадали главные направления соседних участков трассы, использующих одинаковые частоты. При этом используют направленные свойства антенн. Радиорелейные станции разносят от генерального направления радиорелейной линии связи таким образом, чтобы направлению на станцию, отстоящую через три пролета, соответствовали минимальные уровни диаграммы направленности антенны. На рисунке 2.16 показаны три пролета участка трассы РРЛ. На крайних пролетах используются одинаковые частоты. На такой трассе даже при сильной рефракции радиоволн сигналы от станций с номерами ПРСi и ПРСi+2 практически не влияют друг на друга. На рисунке заметно, что антенны практически не воспринимают радиоволны, приходящие с направления, лежащего на прямой, связывающей эти станции.

В силу нерегулярной структуры неоднородностей тропосферы сигналы тропосферных линий подвержены глубоким замираниям. Это затрудняет передачу больших объемов информации с хорошим качеством. С учетом изложенных обстоятельств, тропосферные радиорелейные линии связи оказывается выгодным строить в труднодоступных и удаленных районах при не слишком больших объемах передаваемой информации. При этом расстояния между станциями можно выбирать до нескольких сотен километров, а емкость систем связи может составлять десятки телефонных каналов.

Обязательными компонентами любой системы связи независимо от вида передаваемых сообщений являются передающее устройство, линия связи и приемное устройство. Сообщение a(t) от источника ИС сообщений поступает на передающее устройство, состоящее из первичного преобразователя ПСС1 сообщения в первичный электрический сигнал b(t) , и модулятора МД, обеспечивающего вторичное преобразование этого сигнала в сигнал s(t) для наилучшей его передачи по линии связи.

Рисунок 2.17 - Обобщенная структурная схема системы связи

Приемное устройство производит обратное преобразование принятого сигнала в сообщение и состоит из демодулятора ДМ и преобразователя ПСС сигнала в сообщение. Отличия параметров системы связи от желаемых характеристик приводят к искажениям передаваемого сигнала. Кроме того, в любом узле системы передачи, но главным образом на линии связи, присутствуют помехи, поэтому сигнал на входе приемника s 1 (t) отличается от переданного сигнала на выходе передатчика. Приемное устройство обрабатывает принятое колебание и восстанавливает по нему электрический сигнал b 1 (t) , а следовательно, и сообщение а 1 (t) , которое реставрируется с некоторой погрешностью.

Как вы уже знаете, система связи называется многоканальной, если она обеспечивает передачу нескольких сообщений по одной общей линии связи (рисунок 2.18). Каждое из передаваемых сообщений с помощью преобразователей ПСС преобразуется в отдельные электрические сигналы, которые затем смешиваются в аппаратуре уплотнения (АУ). Сформированный таким путем групповой сигнал и обработанный дополнительно в передающем устройстве МД передается по линии связи. Приемник осуществляет обратное преобразование принятого колебания в исходный групповой сигнал, из которого затем с помощью устройства разделения (УР) выделяются индивидуальные сигналы (преобразуемые в соответствующие сообщения в преобразователях ПСС).

Рисунок 2.18 - Структурная схема многоканальной системы связи

Для того чтобы разделить передаваемые сигналы на приемном конце, необходимо, чтобы они различались между собой по некоторому признаку. В практике многоканальной связи преимущественно применяют частотный и временной способы разделения сигналов. При частотном разделении каналов каждому из индивидуальных сигналов выделяется отдельный диапазон частот в общей полосе частот. При временном разделении каналов каждому из каналов связи выделяется определенный интервал времени в каждом цикле передачи коллективного сигнала. В последнее время все более широкое распространение получает способ кодового разделения каналов. При таком разделении каналов все каналы могут занимать одновременно общие и частотный и временной ресурс системы связи. Для разделения каналов в этом случае используется разделение каналов по форме сигналов (в цифровых системах связи - по коду сигналов).

Большинство станций РРЛ составляют промежуточные радиостанции (ПРС), играющие роль активных ретрансляторов. На всех станциях РРЛ целесообразно иметь однотипную, унифицированную приемопередающую аппаратуру (ППА), удовлетворяющую требованиям заданного частотного плана. Перспективным вариантом построения приемо-передающей аппаратуры (ППА) является вариант с усилением на СВЧ и преобразованием частоты (рис.2.19). Недостатком подобной схемы является необходимость обработки сигнала на СВЧ.

Рисунок 2.19 - Приемопередающая аппаратура с усилением на СВЧ и преобразованием частоты

Наиболее часто используются ППА, в которой обработка сигналов производится на промежуточной частоте f ПЧ (рис. 2.20). Номинальное значение f ПЧ выбирается в соответствии с рекомендациями МСЭ-Р и обычно составляет 70 МГц.

Применение промежуточной частоты для обработки сигнала позволяет унифицировать аппаратуру усиления сигнала, а также ввода и вывода информационных сигналов на промежуточных, узловых и оконечных станциях.

Рисунок 2.20 - Приемопередающая аппаратура с обработкой на промежуточной частоте

ЛИТЕРАТУРА

1. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и перспективы. Под редакцией Дмитриева С. А., Слепова Н. Н. - М.: ООО "Волоконно-оптическая техника", 2005.- 576 с.

2. Системы мобильной связи: Учебное пособие для вузов/В. П. Ипатов, В. И. Орлов, И. М. Самойлов, В. Н. Смирнов; под. ред. В. П. Ипатова. - М.: Горячая линия – Телеком, 2003, -272с.

3. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для вузов/ В.В. Крухмалев, В.Н.Гордиенко, А.Д. Моченов и др.; Под ред. В.Н. Гордиенко и В.В. Крухмалева. - М.: Горячая линия – Телеком, 2004

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Приведите классификацию радиочастот. Дальность обеспечиваемой радиосвязи

2. Требования к линиям связи

3. Пояснить условия распространения радиоволн (рис.2.2 – 2.6)

4. В чем отличие радиорелейной и тропосферной системы радиосвязи. В чем их связь

5. Принцип радиорелейной связи. Особенности расположения ретрансляторов на трассе связи

6. Классификация радиорелейных систем

7. Принцип действия радиорелейной системы связи

8. Пояснить рис.2.19, 2.20

ПРИЛОЖЕНИЕ (только для ознакомления)

11 января 2017 в 11:30

Волна уходит за горизонт: советская тропосферная радиорелейная линия связи «Север»

Недавно мы писали о европейских радиорелейных линиях связи , используемых, в основном, для нужд биржевой торговли. Их протяжённость - несколько сотен километров. Но сегодня мало кто знает о том, что в Советском Союзе была построена тропосферная радиорелейная линия протяжённостью больше 13 000 км, охватившая наши северное и тихоокеанское побережья, а также протянувшаяся вдоль рек Обь, Енисей и Лена.

Что такое тропосферная радиосвязь?

В 1940-50-х годах учёные обосновали и изучили возможность загоризонтного распространения радиосигнала: когда приёмник и передатчик находятся так далеко друг от друга, что не могут общаться по прямой из-за искривления планеты и сложного рельефа. Вместо этого сигнал направляется не в сторону приёмника, а под углом в небо, и радиоволны на высоте 10-15 км отражаются (переизлучаются) от верхней границы (условно) тропосферы и попадают в приёмник. Благодаря этому расстояние между приёмником и передатчиком может достигать 400-600 км.

Конечно, описание очень упрощённое, и в жизни всё гораздо сложнее: граница проходит на разных высотах в зависимости от географической широты, высота «отражающего слоя» постоянно колеблется, сигнал переизлучается в широком диапазоне и сильно ослабляется, что требует мощных передатчиков и антенн большого размера, и так далее.

Военное и мирное строительство

Как и все наиболее передовые технологии, тропосферная радиорелейная связь возникла в военной среде. В 1950-х годах Пентагон был озабочен возросшей дальностью действия советской бомбардировочной авиации, которая уже могла нанести бомбовый удар по США через Северный Полюс. Однако узнать о подлёте бомбардировщиков американцы не могли - их просто нечем было засечь. И поэтому в 1954 году началось строительство линии DEW - сети РЛС раннего предупреждения. И для обеспечения связи между радарными станциями и командным центром началось развёртывание тропосферных радиорелейных линий.

В СССР, с его гигантскими труднодоступными регионами, колоссальным северным побережьем, почти целиком находящимся за Полярным кругом, всегда остро стояла проблема транспорта и связи. После войны началось активное освоение Крайнего Севера и Дальнего Востока, и потребность в надёжной связи стала ещё острее. Поэтому в 1950-х у нас разработали оборудование станций радиорелейной связи «Горизонт». В 1961 году была испытана первая улучшенная версия станции «Горизонт-М» (60-канальной). После успешных испытаний началось проектирование линии связи, которая должна была в первую очередь связать территории Крайнего Севера с европейской частью страны.

ТРРЛ «Север»

С 1966 года, в тяжелейших условиях - экстремальные холода, вечная мерзлота, бездорожье, сложный рельеф, глубокий снежный покров, непроходимая тайга - началось возведение сети станций стратегической тропосферной радиорелейной линии связи (ТРРЛ) «Север ». Строительство продолжалось до 1970 года, всего было возведено 46 станций.

Что представляла собой типичная станция «Горизонт-М»?

Во-первых, это антенный комплекс, состоящий из огромных параболических антенн размером 20х20 или 30х30 метров. Рабочий диапазон - 700-1000 МГц. Огромный размер антенн был обусловлен очень сильным затуханием сигнала в дециметровом и сантиметровом диапазонах. На момент своего создания, ТРРЛ «Север» была настоящим достижением инженерной мысли.

Рядом находились технические здания с аппаратурой, склады, дизельная электростанция и казармы. Как правило, станции строились у чёрта на рогах - в безлюдных местностях, вдалеке от дорог и вообще какой-либо цивилизации. Каждый объект был полностью автономен и зависел только от периодических поставок дизельного топлива и продуктов.

За таким большим, достаточно сложным и хрупким хозяйством нужно постоянно присматривать, но гражданские специалисты вовсе не горели желанием не то что жить, но даже периодически добираться в эти забытые места. Поэтому обслуживание ТРРЛ «Север» было возложено на армию: каждая станция была закреплена за какой-либо воинской частью . Это имело смысл и потому, что магистральная линия решала нужды как народного хозяйства, так и военных.

В течение всего времени эксплуатации линии её аппаратура постоянно модернизировалось, повышалась надёжность. К 1977 году удалось добиться коэффициента исправного действия «Севера» 99,99%: несмотря на все сложности обеспечения тропосферной связи, пропадание сигнала даже на одну минуту уже считалось ЧП. На наиболее нагруженных направлениях количество каналов было увеличено до 72-84.

ТРРЛ «Север» исправно служила вплоть до 1990-х. Однако развитие спутниковой связи и развал СССР привели к тому, что станции начали одну за другой консервировать - по сути, закрывать. Последняя из «Горизонт-М» прекратила свою работу в 2003 году.

Станция «Ока» (в правом нижнем углу) возле посёлка Гыда в 2012 году:

Сегодня большинство станций заброшено и разграблено. На некоторых станциях, расположенных неподалёку от населённых пунктах, постройки приспособлены под склады. По слухам, на самых отдалённых объектах инфраструктура сохранилась почти не тронутой.

Такая участь постигла не только российский «Север», но и многие американские станции тропосферной радиорелейной связи. Например,

В последние 10 лет во многих странах мира широкое распространение получила.радиосвязь, основанная на дальнем тропосферном распространении дециметровых и сантиметровых волн. Возможность устойчивого приема радиосигналов на значительном удалении от линии горизонта основана на отражении и рассеянии радиоволн на диэлектрических неоднородностях тропосферы. При этом, однако, затухание радиосигналов резко возрастает. Кроме того, сигнал на приемном конце линии имеет многолучевую структуру и поэтому подвержен интерференционным замираниям.

Для обеспечения устойчивой радиосвязи на тропосферных радиорелейных линиях применяют антенны с большим коэффициентом усиления (40…50 дБ), мощные передатчики (1…10 кВт) и высокочувствительные приемники (шумовая температура / ш- = 100…200 К), а также специальную аппаратуру для борьбы с интерференционными замираниями сигнала.

Обычно тропосферные радиорелейные линии используют там, где невозможно либо очень дорого построить радиорелейные линии прямой видимости: в малонаселенной и труднодоступной местности, горных районах и т. п.

Первая отечественная тропосферная радиорелейная аппаратура «Горизонт-М», разработанная в 1963 г., позволила создать сеть «Север» общей протяженностью 14 тыс. км. Расстояние между ретрансляторами от 100 до 420 км, мощность передатчиков 2,5 кВт. Для борьбы с замираниями сигнала применен четырехкратный разнесенный по частоте и в пространстве прием. Пропускная способность системы 60 телефонных каналов. Эксплуатация сети «Север» показала ее высокую эффективность для малонаселенных районов СССР. Около пяти лет понадобилось для того, чтобы обеспечить устойчивой связью десятки пунктов, расположенных в районах Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока. В результате эксплуатации сети был получен огромный экспериментальный материал об условиях дальнего тропосферного распространения радиоволн в разных зонах Сибири и Крайнего Севера. Эти данные легли в основу методики расчета трасс тропосферных радиолиний, которая позволяет с высокой степенью достоверности оценивать качественные показатели каналов.

Аппаратура «Горизонт-М» постоянно модернизировалась с учетом эксплуатации сети «Север». Для борьбы с интерференционными замираниями была разработана система «Аккорд», в которой наряду с разнесенным приемом использовался автокорреляционный црием составных сигналов. Велись работы по повышению надежности оборудования. В результате в 1977 г. коэффициент исправного действия сети «Север» составил 99,99%. На ряде направлений была повышена пропускная способность линии до 72…84 каналов. На рис. 1 показан промежуточный пункт тропосферной радиорелейной линии сети «Север».

Быстрые темпы промышленного развития районов Сибири и Крайнего Севера требуют опережающего и комплексного развития различных видов связи. В частности, от тропосферной радиолинии требуется не только увеличение пропускной способности магистралей, но и улучшение качества каналов. С этой целью принято решение о реконструкции сети «Север». Для повышения экономической эффективности реконструкции решено было использовать существующие капитальные сооружения, включая антенны и источники электропитания. С учетом этих решений в 1980 г. закончена разработка 120-канального комплекса тропосферной радиорелейной аппаратуры нового поколения ТР-120.

Для этого комплекса создана новая аппаратура для борьбы с замираниями сигнала «Сатурн», в которой параллельный составной сигнал подвергается автокорреляционной обработке. Для повышения помехозащищенности коррелятора опорное колебание проходит через гребенчатый узкополосный фильтр. Основной за-

Рис. 1. Промежуточный пункт тропосферной радиорелейной линии сети <гС?вер»

дачей при разработке аппаратуры- «Сатурн» было устранение эффекта перемножения шумов, который наблюдался в аппаратуре «Аккорд», используемой в комплексе «Горизонт-М». Решение этой задачи позволило улучшить пороговый уровень ЧМ приемника и обеспечить оптимальное сложение элементов составного сигнала.

Аппаратура «Сатурн» является своеобразным регенеративным устройством (рис. 2), колебания на выходе которого появляются только при подаче на его вход сигнала и зависят от вида входного сигнала. Цепь обратной связи состоит из полосового (ПФ) и режекторного (РФ) фильтров, ограничителя (Огр), смесителя (См1) и гребенчатого фильтра (ГФ), которые служат для формирования опорного сигнала. В цепи прямой связи включена линия задержки (JI3). Смеситель (См2) представляет собой коррелятор, в котором обрабатывается составной сигнал. Порогопо- нижающее устройство - следящий гетеродин (СГ)-служит для снижения порогового уровня ЧМ приемника и одновременно является интегратором для коррелятора.

В состав аппаратуры TP-120 входят два передающих устройства, выполненных на клистронах с воздушным охлаждением, приемные антенны и контрольно-измерительное оборудование. Мощный усилитель выполнен на прямопролетном четырехрезона- торном клистроне с воздушным охлаждением. Система управления блокировки и сигнализации обеспечивает дистанционное управление передатчиком и отображение его состояния на контрольном табло и пульте.

В каждом передатчике формируется сигнал, состоящий из трех эквидистантно разнесенных по частоте на F Kop поднесущих, модулированных по частоте одним сообщением. Центральные поднесу- щие передатчиков имеют расстройку AF=3F KO p. Сигнал от каждого передатчика поступает в свой волноводный тракт и излучается антенной. Формирование составного сигнала путем сложения сигналов от двух передатчиков в свободном пространстве позволяет экономичнее использовать полосу частот, выделенную для системы связи, а также принимать сигналы двух передатчиков одним приемником и обрабатывать их в одном корреляторе «Сатурн». Для согласования выхода передатчика со входом волноводного тракта служит развязывающее устройство. Антенны аппаратуры TP-120 имеют площадь 400 и 900 м 2 и коэффициенты усиления 43 и 47 дБ соответственно. Предварительная развязка приемного и передающего сигналов осуществляется в селекторе поляризации. Уровень ослабления - около 20 дБ.

Принятый составной сигнал от антенны по волноводным трактам поступает на входы двух малошумящих приемников, представляющих собой двухкаскадные усилители СВЧ. Первый каскад, работающий на «отражение», - параметрический усилитель с генератором накачки на диоде Ганна, второй - транзисторный усилитель СВЧ. Шумовая температура приемника 200 К.

После автокорреляционной обработки сигнал демодулируется, групповой сигнал поступает на пульт, где происходит разделение многоканального сообщения и сигналов служебных каналов. Аппаратура ТР-120 обеспечивает эквивалентную кратность разнесенного приема не менее 10 на трассе 300…350 км, что не только гарантирует выполнение норм, установленных ЕАСС для телефонных каналов, но и позволяет передавать по этим каналам телеграфные сигналы с высокой достоверностью. Введение в состав станции вспомогательных устройств существенно упрощает ее эксплуатацию, позволяет вести дистанционный контроль с документальной фиксацией на главной станции.

Установка аппаратуры ТР-120 на сети «Север» повысит ее пропускную способность до 120 каналов и обеспечит 800 тысяч дополнительных каналокилометров линий связи. Для однопролет- ных линий с длиной участка 600…700 км разработан 12-каналь- ный вариант аппаратуры ДТР-12. Эта аппаратура была использована в 1981 г. для создания линии прямой тропосферной связи между СССР и Индией. Отличительной особенностью этой линии явдяется не только большое расстояние между пунктами Санглок (СССР) и Чарар-и-Шариф (Индия) - 699 км, но и расположенная между ними горная гряда Гиндукуш, создающая значительную зону закрытия на трассе (эквивалентное расстояние участка чисто тропосферного рассеяния около 1000 км). Для обеспечения надежной работы пришлось использовать отдельные вершины этой гряды в качестве естественных клиновидных дифрагирующих препятствий, что привело к увеличению сигнала на трассе на 6… 10 дБ по сравнению с тропосферным сигналом, ослабление которого на трассе превышает 280 дБ. На каждой станции установлены две разнесенные в пространстве антенны индийского производства с площадью 900 м 2 и коэффициентом усиления 48 дБ. Линия работает в диапазоне 800… 1000 МГц и обеспечивает организацию 12 стандартных каналов тональной частоты (предусмотрена возможность увеличения их числа до 24), каждый из которых может быть использован для передачи бинарной информации со скоростью 2400 бит/с или для организации 17 каналов тонального телеграфирования.

В аппаратуре ДТР-12 применяется частотная модуляция сигнала с эффективной девиацией частоты 150 кГц на канал и частотное разделение каналов. Спектр 12 каналов тональной частоты расположен в полосе частот 12…60 кГц. На частоте 84 кГц организован канал служебной связи. Мощность на выходе передающего устройства, равная 10 кВт, создается суммированием мощностей двух 5-кВт передатчиков. В каждом направлении связи работают два передающих устройства на разнесенных частотах. Сигналы двух передающих устройств принимаются двумя пространственно-разнесенными антеннами, подключенными к двум приемным устройствам. В приемном устройстве используется ма- лошумящий транзисторный усилитель с Г Ш =ЮО К. Медианная мощность шести копий составного сигнала на входе каждого приемного устройства составляет -138 дБВт. При приеме столь слабого, подверженного интерференционным замираниям сигнала особое значение приобретает эффективность обработки принятых копий сигнала. С выходов двух приемных устройств 12 копий сигнала поступают в аппаратуру «Сатурн», где автоматически приводятся к одной частоте, фазируются и суммируются, причем вклад каждой копии в суммарный сигнал пропорционален ее амплитуде.

Система «Сатурн» позволяет эффективно бороться с замираниями сигнала на этой сверхдальней тропосферной линии. Аппаратура ДТР-12 имеет высокую надежность - выход из строя любого полукомплекта не приводит к прерыванию связи, а лишь уменьшает вдвое кратность разнесенного приема.

В последние годы во всех развитых странах мира пересматривается роль тропосферных средств связи в общей системе связи. Если ранее тропосферные радиолинии использовались в основном как магистральные средства связи, то в настоящее время при наличии развитых спутниковых систем с большой пропускной способностью они выступают в качестве резервных линий, а также средств внутризоновой и местной связи. Большой интерес проявляется к различным модификациям мобильных тропосферных средств, используемым для ведомственной связи. В СССР разработан и находится в эксплуатации целый ряд таких средств. В настоящее время заканчивается разработка аппаратуры контейнерного типа для внутризоновой связи. Эта аналого-цифровая аппаратура обеспечит на расстоянии 150…200 км передачу в аналоговом режиме 12 стандартных каналов тональной частоты, в цифровом - бинарного потока со скоростью 512 кбит/с. Передача информации в цифровой форме позволяет повысить эффективность тропосферных линий при использовании помехоустойчивого кодирования в сочетании с декорреляцией ошибок.

Расчеты показывают, что в районах Крайнего Севера затраты на сооружение внутризоновых тропосферных линий на аналого- цифровой аппаратуре в несколько раз ниже, чем при использовании оборудования радиорелейных линий прямой видимости. И, что особенно важно, время, необходимое для сооружения тропосферных радиорелейных линий контейнерного типа, значительно меньше времени, требуемого для реализации других видов многоканальной связи.