Построение спутниковых и радиорелейных систем передачи

Радиолиния передачи, в которой сигналы электросвязи переда­ются с помощью наземных ретрансляционных станций, называется радиорелейной линией связи. Радиорелейная линия связи представляет собой цепочку приемопередающих радио­станций (оконечных, промежуточных, узловых), которые осуществ­ляют последовательную многократную ретрансляцию (прием, пре­образование, усиление и передачу) передаваемых сигналов.

Радиорелейная линия связи, соседние станции которой раз­мещаются одна от другой на расстоянии прямой видимости между антеннами этих станций, называется радиорелейной линией связи прямой видимости (рисунок 1). На рисунке 1 приняты следующие обозначения: ОРС - оконечная радиорелейная станция, обеспечивающая преобразование отдельных подлежащих передаче сигналов в диа­пазоне частот радиосигнала, объединения их в общий радиосигнал и передачу его в среду распространения, а также прием встречного радиосигнала, разделение его на отдельные принимаемые сигналы, их преобразования и выдачу потребителю; ПРС - промежуточная радиорелейная станция, обеспечивающая прием, преобразование, усиление или регенерацию и последующую передачу радиосигнала; УРС - узловая радиорелейная станция, обеспечивающая разветв­ление и объединение потоков сообщений, передаваемых по разным радиорелейным линиям связи, на пересечении которых и располагаются УРС. К УРС отно­сятся также станции, где осуществляется ввод и вывод теле­фонных и других сигналов.

На ОРС и УРС всегда имеется технический персонал, который обслуживает не только эти станции, но и осуществляет контроль и управление с помощью специальной системы телеобслуживания ближайшими ПРС.

Рисунок 1. Радиорелейная линия связи прямой видимости

Участок радиорелейной линии связи (300...500 км) между ОРС (УРС) делится примерно пополам так, что одна часть ПРС входит в зону телеобслуживания одной ОРС (УPC), а другая часть ПРС обслужи­вается другой УРС (ОРС).

Радиорелейная линия связи, в которой используется рассея­ние и отражение радиоволн в нижней области тропосферы при взаимном расположении соседних станций, называется тропо­сферной радиорелейной линией связи (рисунок 2).

Рисунок 2. Тропосферная радиорелейная линия связи

Радиолиния связи, в которой используются космические станции, пассивные спутники или иные космические объекты, назы­вается космической линией связи.

Космическая линия связи, осуществляющая электросвязь между земными станциями с помощью установленных на искусственных спутниках Земли ретрансляционных станций или пассивных спутников, называется спутниковой линией связи (СЛС) (рисунок 3). На рисунке 3 приняты обозначения: ЗС - земная станция, т.е. станция спутниковой линии связи, расположенная на земной поверхности и предназначенная для космической линии передачи; КС - космическая станция, расположенная на объекте, который находится за пределами основной части земной атмосферы; ИСЗ - искусственный спутник Земли.

Рисунок 3. Спутниковая линия связи

Под космической линией связи понимается радиолиния, в ко­торой используются космические станции, пассивные спутники или иные космические объекты.

При использовании одного ИСЗ, расположенного на геостацио­нарной или вытянутой орбите, максимальная дальность радиосвязи СЛС около 15 000 км.

Радиорелейные линии прямой видимости, тропосферные радио­релейные линии и спутниковые линии связи в большинстве своем работают в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн.

Имеются малоканальные радиорелейные системы связи, работающие в диапазоне метровых волн (на ОВЧ). Использование этих диапазонов обусловлено, главным образом, возможностью передачи широкополосных сигналов (теле­видения, первичных, вторичных, третичных широкополосных кана­лов и трактов, первичных, вторичных, третичных, четверичных потоков и потоков синхронной цифровой иерархии).

Совокупная ширина полосы частот дециметрового и сантимет­рового диапазонов в сотни раз превышает ширину полосы частот всех более длинноволновых диапазонов, вместе взятых. Это позво­ляет организовать совместную работу большого числа широкопо­лосных радиорелейных систем связи, передавать любые виды сообщений, а также стро­ить многоканальные системы связи с высокой пропускной способностью (до нескольких тысяч каналов тональной частоты или основных цифро­вых каналов с эквивалентной скоростью передачи, соответствую­щей нескольким сотням мегабит в секунду).

Широкополосность систем позволяет применять эффективные помехоустойчивые методы передачи сигналов такие, как частотная модуляция, импульсно-кодовая модуляция, дельта-модуляция и их разновидности, а также использовать эффективные методы коди­рования. Кроме того, в диапазонах УВЧ и СВЧ довольно просто создать антенны с узконаправленным излучением и приемом радиоволн.

Применение таких антенн, имеющих относительно небольшие габариты, позволяет получить энергетический выигрыш по сравне­нию с ненаправленным излучением (приемом) примерно 30...50 дБ. Это недостижимо для антенн более длинноволновых диапазонов и дает возможность упростить приемо-передающую аппаратуру (уменьшить необходимые мощности передатчиков и чувствитель­ность приемников), а также облегчить электромагнитную совмести­мость различных систем радиосвязи. В этих диапазонах влияние промышленных и атмосферных помех незначительно.

Для повышения пропускной способности, надежности и эконо­мичности при построении радиорелейных и спутниковых систем связи широко используется принцип многоствольной передачи. При этом на каждой станции устанавливается несколько комплектов оборудования ствола - линейного тракта.

На рисунке 4 приведена структурная схема четырех ствольной ра­диолинии связи, содержащей три радиосистемы передачи: аналоговую телефонную, цифровую, аналоговую телевизионную и отдельный резервный ствол.

На рисунке 4 приняты следующие обозначения: АКГ_пер(пр) - аналого­вое каналообразующее оборудование и оборудование формирова­ния типовых групп каналов (обычно оборудование систем передачи с частотным разделением) тракта передачи (приема); ЦКГ_пер(пр) - цифровое каналообразующее оборудование и оборудование фор­мирования типовых цифровых потоков (обычно оборудование цифровых систем передачи на основе импульсно-кодовой модуля­ции с временным разделением каналов) трактов передачи (приема); СЛ _пер(пр) - соединительные линии; ОТФ_пер(пр), ОЦ_пер(пр) и ОТВ_пер(пр) - оконечное оборудование, соответственно, телефонного, цифрового и телевизионного стволов передачи (приема); каналы ТЧ, ТВ, ЗС, ЗВ - каналы тональной частоты, телевидения, сигналов звукового сопровождения телевидения и сигналов звукового вещания; R (R'), Т (Т’) точки подключения к соединительным линиям различного оборудования.

Рисунок 4. Структурная схема четырехствольной радиолинии связи

Совокупность нескольких однотипных или разнотипных радиорелейных систем связи и от­дельных стволов, имеющих общие тракты распространения радио­волн, оконечные и ретрансляционные станции, а также устройства их обслуживания, образуют многоствольную радиолинию связи(РЛС), а совокупность стволов, входящих в состав радиолинии связи, образу­ет многоствольную радиолинию связи. В многоствольных линиях связи с резервированием каждый из стволов включает в себя радио­ствол, оконечное оборудование и аппаратуру резервирования, обес­печивающую переключение на резервный ствол при выходе из строя основного радиоствола. В некоторых радиолиниях связи предусмотрен отдельный ствол служебной связи, содержащий упрощенное оборудование. Использование общих антенн, фидерных трактов, источников электро­снабжения, систем служебной связи, сооружений для размещения оборудования значительно повышает экономичность многоствольных радиолиний связи.

Совместная работа нескольких стволов в одной радиолинии связи обеспечи­вается путем их частотного разделения. При многоствольной рабо­те частоты передачи и приема стволов должны быть выбраны таким образом, чтобы свести к минимуму влияние трактов передачи на тракты приема в отдельных стволах и взаимные помехи между ними. Для этого в многоствольных радиолиниях связи применяется группирование частот передачи и приема, в соответствии с которым частоты пере­дачи всех стволов размещаются в одной половине отведенной полосы частот, а частоты приема - в другой. В стволах радиолиний связи могут использоваться двух- и четырехчастотные планы. Нарисунке 5 а и б изображены, соответственно, двухчастотный и четырехчастотный планы для трехствольной радиолинии связи. Двухчастотные планы обычно применяются на радиорелейных линиях и спутнико­вых линиях передачи, работающих в сантиметровом диапа­зоне. На радиорелейных линиях дециметрового диапазона, мобильных, а также на тропосферных радиорелейных линиях применяются четырехчастотные планы. При этом тропосферные линии связи содержит не более двух стволов. Для сигналов разных стволов используются различные несущие частоты.

Все системы многоствольной радиолинии связи организуются таким образом, чтобы все стволы работали независимо один от другого, были бы взаимозаменяемы. По назначению различают: междугородные магистральные внутризоновые и местные радиорелейные линии связи. Магистральные линии обычно явля­ются многоствольными.

По диапазону рабочих (несущих) частот радиорелейные линии связи подразделяются на линии дециметрового и сантиметрового диапазонов. В этих диапазонах в соответствии с Регламентом радиосвязи выделены полосы частот, расположенные в области 2, 4, 6, 8, 11 и 13 ГГц.

В настоящее время осваивается область частот 18 ГГц и выше. Однако использование столь высоких частот за­труднено из-за сильного ослабления энергии радиоволн во время атмосферных осадков.

Рисунок 5. Двух- и четырехчастотные планы для трехствольной

радиорелейной линии связи

По способу разделения каналов и виду модуляции несущей можно выделить:

- радиорелейной линии связи с частотным разделением каналов (ЧРК) и частотной модуляцией (ЧМ) гармонической несущей;

- радиорелейной линии связи с временным разделением каналов (ВРК) и аналоговой модуляцией периодической последовательности импульсов, которые затем модулируют несущую ствола;

- цифровые радиорелейной линии связи на основе импульсно-кодовой или дельта-модуляции и их разновидностей, цифровые сигналы которых затем модулируют несущую ствола.

Радиорелейные линии связи разделяют на системы большой, средней и малой емкости.

К радиорелейным линиям связи большой емкости принято относить линии, позволяю­щие организовать в одном стволе 600 и более каналов тональной частоты, что соответствует пропускной способности более 100 Мбит. Стационарные радиорелейные линии связи большой емкости используются для организации магистральных связей. Если линия позволяет организо­вать 60...600 КТЧ, то такие системы относятся к радиорелейной линии связи средней емко­сти, а если менее 60 КТЧ - радиорелейной линии связи малой емкости. Пропускная спо­собность линий средней и малой емкости равна соответственно 10... 100 Мбит/с и менее 10 Мбит/с.

Стационарные радиорелейные линии связи средней емкости используются для органи­зации зоновой связи. Это линии протяженностью до 500...1500 км. Подобные линии связи рассчитаны на передачу телевизи­онных сигналов и сигналов звукового вещания. Часто эти линии являются многоствольными и ответвляются от магистральных.

Радиорелейные линии связи малой емкости применяются на местных сетях связи и, кро­ме того, широко используются для организации технологических линий передачи на железнодорожном транспорте, в системе энер­госнабжения, в газо- и нефтепроводах. В настоящее время на телекоммуникационных сетях все боль­шее распространение получают цифровые радиорелейные линии связи с большой пропуск­ной способностью на основе синхронной цифровой иерархии.