Радиореле́йная свя́зь - один из видов наземной радиосвязи , основанный на многократной ретрансляции радиосигналов . Радиорелейная связь осуществляется, как правило, между стационарными объектами.
Исторически радиорелейная связь между станциями осуществлялась с использованием цепочки ретрансляционных станций, которые могли быть как активными, так и пассивными.
Отличительной особенностью радиорелейной связи от всех других видов наземной радиосвязи является использование узконаправленных антенн , а также дециметровых , сантиметровых или миллиметровых радиоволн.
История радиорелейной связи берет начало в январе 1898 года с публикации пражского инженера Йоганна Маттауша (Johann Mattausch) в австрийском журнале Zeitschrift für Electrotechnik (v. 16, S. 35 - 36) Однако его идея использования «транслятора» (Translator), по аналогии с трансляторами проводной телеграфии, была довольно примитивной и не могла быть реализована.
Первую реально работающую систему радиорелейной связи изобрел в 1899 году 19-летний бельгийский студент итальянского происхождения Эмиль Гуарини (Гварини) Форесио (Émile Guarini Foresio) . 27 мая 1899 г. по старому стилю, Эмиль Гуарини-Форесио подал заявку на патент на изобретение №142911 в Бельгийское патентное ведомство, впервые описав в ней устройство радиорелейного ретранслятора (répétiteur) . Этот исторический факт является самым ранним документальным свидетельством приоритета Э. Гуарини-Форесио, что позволяет считать указанную дату официальным днем рождения радиорелейной связи. В августе и осенью того же 1899 г. аналогичные заявки были представлены Э. Гуарини-Форесио в Австрии, Великобритании, Дании, Швейцарии .
Особенностью изобретения Гуарини-Форесио явилась комбинация приёмного и передающего устройств в одном ретрансляторе, осуществлявшем приём сигналов, их демодуляцию в когерере и последующее использование для управления реле, обеспечивавшем формирование обновлённых сигналов, которые затем переизлучались через антенну. Для обеспечения электромагнитной совместимости приёмный сегмент ретранслятора окружен защитным экраном, призванным оградить цепи приёма от мощного излучения передатчика.
В 1931 году Андре Клавир, работая во французском исследовательском подразделении LCT компании ITT , показал возможность организации радиосвязи с помощью ультракоротких радиоволн. В ходе предварительных испытаний 31 марта 1931 года Клавир с помощью экспериментальной радиорелейной линии, работающей на частоте 1,67 ГГц, успешно передал и принял телефонные и телеграфные сообщения, разместив две параболические антенны диаметром 3 м на двух противоположных берегах пролива Ла-Манш . Примечательно, что места установки антенн практически совпадали с местами взлёта и посадки исторического перелета через Ла-Манш Луи Блерио . Следствием успешного эксперимента Андре Клавира стала дальнейшая разработка коммерческого радиорелейного оборудования. Первое коммерческое радиорелейное оборудование было выпущено ITT, а точнее её дочерней компанией STC, в 1934 году и использовало амплитудную модуляцию несущего колебания мощностью в 0,5 Ватт на частоте 1,724 и 1,764 ГГц, полученного с помощью клистрона .
Запуск первой коммерческой радиорелейной линии состоялся 26 января 1934 года. Линия имела протяжённость 56 км над проливом Ла-Манш и соединяла аэропорты Лимпн в Англии и Сент-Энглевер во Франции. Построенная радиорелейная линия позволяла одновременно передавать один телефонный и один телеграфный канал и использовалась для координации воздушного сообщения между Лондоном и Парижем. В 1940 году в ходе Второй Мировой Войны линия была демонтирована.
Как правило под радиорелейной связью понимают именно радиорелейную связь прямой видимости.
При построении радиорелейных линий связи антенны соседних радиорелейных станций располагаются в пределах прямой видимости . Требование наличия прямой видимости обусловлено возникновением дифракционных замираний при полном или частичном закрытии трассы распространения радиоволн. Потери при дифракционных замираниях могут вызывать сильное ослабление сигнала, таким образом радиосвязь между соседними радиорелейными станциями станет невозможна. Поэтому для устойчивой радиосвязи антенны соседних радиорелейных станций как правило располагают на естественных возвышенностях или специальных телекоммуникационных башнях или мачтах таким образом, чтобы трасса распространения радиоволн не имела препятствий.
С учётом ограничения на необходимость наличия прямой видимости между соседними станциями дальность радиорелейной связи ограничена как правило 40 - 50 км.
При построении тропосферных радиорелейных линий связи используется эффект отражения дециметровых и сантиметровых радиоволн от турбулентных и слоистых неоднородностей в нижних слоях атмосферы - тропосфере .
Использование эффекта дальнего тропосферного распространения радиоволн УКВ диапазона позволяет организовать связь на расстояние до 300 км при отсутствии прямой видимости между радиорелейными станциями. Дальность связи может быть увеличена до 450 км при расположении радиорелейных станций на естественных возвышенностях.
Для тропосферной радиорелейной связи характерно значительное ослабление сигнала. Ослабление возникает как при распространении сигнала через атмосферу, так и вследствие рассеяния части сигнала при отражении от тропосферы. Поэтому для устойчивой радиосвязи как правило используют передатчики мощностью до 10 кВт, антенны с большой апертурой (до 30 x 30 м), а значит, и большим коэффициентом усиления, а также высокочувствительные приёмники с малошумящими элементами.
Также для тропосферных радиорелейных линий связи характерно постоянное наличие быстрых, медленных и селективных замираний радиосигнала. Уменьшение влияния быстрых замираний на принимаемый сигнал достигается использованием разнесенного частотного и пространственного приёма. Поэтому на большинстве стационарных тропосферных радиорелейных станций расположено несколько приёмных антенн.
Примером наиболее известных и протяжённых тропосферных радиорелейных линий связи являются:
В отличие от радиорелейных станций ретрансляторы не добавляют в радиосигнал дополнительной информации. Ретрансляторы могут быть как пассивными, так и активными.
Пассивные ретрансляторы представляют собой простой отражатель радиосигнала без какого-нибудь приёмопередающего оборудования и, в отличие от активных ретрансляторов, не могут усиливать полезный сигнал или переносить его на другую частоту. Пассивные радиорелейные ретрансляторы применяются в случае отсутствия прямой видимости между радиорелейными станциями; активные - для увеличения дальности связи.
В качестве пассивного ретранслятора могут выступать как плоские отражатели, так и антенны радиорелейной связи, соединённые коаксиальными или волноводными вставками (так называемые антенны, соединённые «спина к спине»).
Плоские отражатели как правило используются при небольших углах отражения и обладают эффективностью близкой к 100 %. Однако с увеличением угла отражения эффективность плоского отражателя уменьшается. Достоинством плоских отражателей является возможность использования для ретрансляции нескольких частотных диапазонов радиорелейной связи.
Антенны, соединённые «спина к спине» как правило используются при углах отражения близких к 180° и обладают эффективностью 50-60 %. Подобные отражатели не могут использоваться для ретрансляции нескольких частотных диапазонов из-за ограниченных возможностей самих антенн.
Среди новых направлений в развитии радиорелейной связи, наметившихся в последнее время, заслуживает внимания создание интеллектуальных ретрансляторов (smart relay) Их появление связано с особенностью реализации технологии MIMO , при которой необходимо знать передаточные характеристики радиорелейных каналов. В smart-ретрансляторе осуществляется так называемая "интеллектуальная" обработка сигналов. В отличие от традиционного набора операций "приём – усиление – переизлучение" в простейшем случае она предусматривает дополнительную коррекцию амплитуд и фаз сигналов с учётом характеристик передачи пространственных MIMO -каналов на том или ином интервале радиорелейной линии . В этом случае делается допущение, что все каналы MIMO имеют одинаковые коэффициенты передачи. Оно вполне может быть оправдано с учётом узких лучей диаграмм направленности приёмной и передающей антенн на дальностях связи, при которых расширение диаграмм направленности не приводит к заметному проявлению эффекта многолучевого распространения радиоволн.
Более сложный вариант реализации принципа smart relay предполагает полную демодуляцию принятых сигналов в ретрансляторе с извлечением передаваемой в них информации, её запоминанием и последующим использованием для модуляции переизлучаемых сигналов с учётом характеристик состояния канала MIMO в направлении на следующий ретранслятор сети . Такая обработка, хотя и является более сложной, позволяет максимально учесть искажения, вносимые в полезные сигналы по трассе их распространения.
Для организации радиосвязи используются деци- , санти- и миллиметровые волны .
Для обеспечения дуплексной связи каждый частотный диапазон условно разделяется на две части относительно центральной частоты диапазона. В каждой части диапазона выделяются частотные каналы заданной полосы. Частотным каналам «нижней» части диапазона соответствуют определённые каналы «верхней» части диапазона, причём таким образом, что разница между центральными частотами каналов из «нижней» и «верхней» частей диапазона была всегда одна и та же для любых частотных каналов одного частотного диапазона.
| Диапазон (ГГц) | Границы диапазона (ГГц) | Ширина каналов (МГц) | Рекомнендации ITU-R | Решения ГКРЧ |
|---|---|---|---|---|
| 0,4 | 0,4061 - 0,430 0,41305 - 0,450 |
0,05, 0,1, 0,15, 0,2, 0,25, 0,6 0,25, 0,3, 0,5, 0,6, 0,75, 1, 1,75, 3,5 |
ITU-R F.1567 | |
| 1,4 | 1,350 - 1,530 | 0,25, 0,5, 1, 2, 3,5 | ITU-R F.1242 | |
| 2 | 1,427 - 2,690 | 0,5 | ITU-R F.701 | |
| 1,700 - 2,100 1,900 - 2,300 |
29 | ITU-R F.382 | ||
| 1,900 - 2,300 | 2,5, 3,5, 10, 14 | ITU-R F.1098 | ||
| 2,300 - 2,500 | 1, 2, 4, 14, 28 | ITU-R F.746 | ||
| 2,290 - 2,670 | 0,25, 0,5, 1, 1,75, 2, 2,5 3,5, 7, 14 | ITU-R F.1243 | ||
| 3,6 | 3,400 - 3,800 | 0,25, 25 | ITU-R F.1488 | |
| 4 | 3,800 - 4,200 3,700 - 4,200 |
29 28 |
ITU-R F.382 | Решение ГКРЧ № 09-08-05-1 |
| 3,600 - 4,200 | 10, 30, 40, 60, 80, 90 | ITU-R F.635 | ||
| U4 | 4,400 - 5,000 4,540 - 4,900 |
10, 28, 40, 60, 80 20, 40 |
ITU-R F.1099 | Решение ГКРЧ № 09-08-05-2 |
| L6 | 5,925 - 6,425 5,850 - 6,425 5,925 - 6,425 |
29,65 90 5, 10, 20, 28, 40, 60 |
ITU-R F.383 | Решение ГКРЧ № 10-07-02 |
| U6 | 6,425 - 7,110 | 3,5, 5, 7, 10, 14, 20, 30, 40, 80 | ITU-R F.384 | Решение ГКРЧ № 12-15-05-2 |
| 7 | ITU-R F.385 | |||
| 8 | ITU-R F.386 | |||
| 10 | 10,000 - 10,680 10,150 - 10,650 |
1,25, 3,5, 7, 14, 28 3,5, 7, 14, 28 |
ITU-R F.747 | |
| 10,150 - 10,650 | 28, 30 | ITU-R F.1568 | ||
| 10,500 - 10,680 10,550 - 10,680 |
3,5, 7 1,25, 2,5, 5 |
ITU-R F.747 | ||
| 11 | 10,700 - 11,700 | 5, 7, 10, 14, 20, 28, 40, 60, 80 | ITU-R F.387 | Решение ГКРЧ № 5/1,
Решение ГКРЧ 09-03-04-1 от 28.04.2009 |
| 12 | 11,700 - 12,500 12,200 - 12,700 |
19,18 20 |
ITU-R F.746 | |
| 13 | 12,750 - 13,250 | 3,5, 7, 14, 28 | ITU-R F.497 | Решение ГКРЧ 09-02-08 от 19.03.2009 |
| 12,700 - 13,250 | 12,5, 25 | ITU-R F.746 | ||
| 14 | 14,250 - 14,500 | 3,5, 7, 14, 28 | ITU-R F.746 | |
| 15 | 14,400 - 15,350 14,500 - 15,350 |
3,5, 7, 14, 28, 56 2,5, 5, 10, 20, 30, 40, 50 |
ITU-R F.636 | Решение ГКРЧ № 08-23-09-001 |
| 18 | 17,700 - 19,700 17,700 - 19,700 17,700 - 19,700 18,580 - 19,160 |
7,5, 13,75, 27,5, 55, 110, 220 1,75, 3,5, 7 2,5, 5, 10, 20, 30, 40, 50 60 |
ITU-R F.595 | Решение ГКРЧ № 07-21-02-001 |
| 23 | 21,200 - 23,600 22,000 - 23,600 |
2,5, 3,5 - 112 3,5 - 112 |
ITU-R F.637 | Решение ГКРЧ № 06-16-04-001 |
| 27 | 24,250 - 25,250 25,250 - 27,500 25,270 - 26,980 24,500 - 26,500 27,500 - 29,500 |
2,5, 3,5, 40 2,5, 3,5 60 3,5 - 112 2,5, 3,5 - 112 |
ITU-R F.748 | Решение ГКРЧ № 09-03-04-2 |
| 31 | 31.000 - 31,300 | 3,5, 7, 14, 25, 28, 50 | ITU-R F.746 | |
| 32 | 31,800 - 33,400 | 3,5, 7, 14, 28, 56, 112 | ITU-R F.1520 | |
| 38 | 36,000 - 40,500 36,000 - 37,000 37,000 - 39,500 38,600 - 39,480 38,600 - 40,000 39,500 - 40,500 |
2,5, 3,5 3,5 - 112 3,5, 7, 14, 28, 56, 112 60 50 3,5 - 112 |
ITU-R F.749 | Решение ГКРЧ № 06-14-02-001 |
| 42 | 40,500 - 43,500 | 7, 14, 28, 56, 112 | ITU-R F.2005 | Решение ГКРЧ № 08-23-04-001 |
| 52 | 51,400 - 52,600 | 3,5, 7, 14, 28, 56 | ITU-R F.1496 | |
| 57 | 55,7800 - 57,000 57,000 - 59,000 |
3,5, 7, 14, 28, 56 50, 100 |
ITU-R F.1497 | Решение ГКРЧ № 06-13-04-001 |
| 70/80 | 71,000 - 76,000 / 81,000 - 86,000 | 125, N x 250 | ITU-R F.2006 | Решение ГКРЧ № 10-07-04-1 |
| 94 | 92,000 - 94,000 / 94,100 - 95,000 | 50, 100, N x 100 | ITU-R F.2004 | Решение ГКРЧ № 10-07-04-2 |
Частотные диапазоны от 2 ГГц до 38 ГГц относятся к «классическим» радиорелейным частотным диапазонам. Законы распространения и ослабления радиоволн, а также механизмы появления многолучевого распространения в данных диапазонах хорошо изучены и накоплена большая статистика использования радиорелейных линий связи. Для одного частотного канала «классического» радиорелейного частотного диапазон выделяется полоса частот не более 28 МГц или 56 МГц.
Диапазоны от 38 ГГц до 92 ГГц для радиорелейной связи стали выделяться недавно и являются более новыми. Несмотря на это данные диапазоны считаются перспективными с точки зрения увеличения пропускной способности радиорелейных линий связи, так как в данных диапазонах возможно выделение более широких частотных каналов.
Одними из особенностей использования радиорелейных линий связи является:
С целью уменьшения неготовности интервалов РРЛ применяют различные методы резервирования. Обычно конфигурации с резервированием обозначают в виде суммы "N+M", где N обозначает общее количество стволов РРЛ, а M - количество зарезервированных стволов РРЛ. Иногда после суммы добавляют аббревиатуру HSB (Hot StandBy, "горячий" резерв), SD (Space Diversity, пространственный разнесённый приём) ил FD (Frequency Diversity, частотный разнесённый приём), обозначающую метод резервирования стволов РРЛ.
Методы резервирования радиорелейной связи можно разделить
Конфигурация оборудования РРЛ с N стволами и M резервным стволом, находящимся в "горячем" резерве. Резервирование достигается путём дублирования всех (части) функциональных блоков РРЛ. В случае выхода одного из блоков РРЛ из строя, блоки, находящиеся в "горячем" резерве замещают неработоспособные блоки.
Метод частотного разнесенного приёма направлен на устранение частотно-селективых замираний в канале связи.
Метод пространственного разнесения применяется для устранения замираний, возникающих вследствие многолучевого распространения радиоволн в канале связи. Метод пространственного разнесения чаще всего используется при строительстве радиорелейных линий связи, проходящими над поверхностями с коэффициентом отражения близким к 1 (водная поверхность, болота, сельскохозяйственные поля).
Одним из недостатков поляризационного разнесённого приёма является необходимость использования более дорогостоящих двухполяризационных антенн.
Наиболее надёжным методом резервирования является построения радиорелейных линий связи по кольцевой топологии.
Из всех видов радиосвязи радиорелейная связь обеспечивает наибольшее отношение сигнал/шум на входе приёмника при заданной вероятности ошибки. Именно поэтому при необходимости организации надёжной радиосвязи между двумя объектами чаще всего используются радиорелейные линии связи.
Исторически радиорелейные линии связи использовались для организации каналов связи телевизионного и радиовещания, а также для связи телеграфных и телефонных станций на территории со слабо развитой инфраструктурой.
Радиорелейные линии связи применяются при строительстве и обслуживании нефте- и газопроводов в качестве основных или резервных оптическому кабелю линий связи для передачи телеметрической информации.
Радиорелейная связь находит применение в организации каналов связи между различными элементами сотовой сети, особенно в местах со слабо развитой инфраструктурой.
Современные радиорелейные линии связи способны обеспечить передачу больших объёмов информации от базовых станций 2G, 3G и 4G к основным элементам опорной сети сотовой связи.
Главная Радиорелейная связь РАДИОРЕЛЕЙНая СВЯЗь
1.1. ПРИНЦИПЫ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ СВЯЗИ. КЛАССИФИКАЦИЯ РАДИОРЕЛЕЙНЫХ СИСТЕМ
В самом общем виде радиорелейную линию (РРЛ) связи можно определить как цепочку приемопередающих радиостанций. Приемник каждой станции принимает сигнал, посылаемый передатчиком предыдущей станции, и усилива-ет его. Усиленный сигнал поступает на передатчик данной станции и далее излучается в направлении следующей станции. Построенная таким образом цепочка станций обеспечивает высококачественную и надежную передачу различных сообщений па больщие расстояния.
В зависимости от используемого вида распространения радиоволи РРЛ можно разделить иа два класса: радиорелейные линии прямой видимости, в которых существует прямая видимость между антеннами соседних станций, и тропосферные радиорелейные линии, в которых нет прямой видимости между антеннами соседних станций.
Наиболее распространены РРЛ прямой видимости, которые работают в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн. В этих диапазонах возможно построение щирокополосных приемников и передатчиков. Поэтому РРЛ обеспечивают передачу широкополосных сигналов и, в первую очередь, сигналов многоканальной телефонии и телевидения. В диапазонах дециметровых и особенно сантиметровых воли возможно применение остронаправлеиных антенн, так как благодаря малой длине волиы оказывается возможным построение таких антенн приемлемых габаритных размеров. Использование остронаправлеиных антенн, имеющих больщой коэффициент усиления (1000-10 000 и более по мощности) позволяет обходиться небольщимн мощностями передатчиков (от долей ватт до 10-20 Вт) и, следовательно, иметь компактную и экономичную аппаратуру. Для линий этого класса выделены соответствующие полосы частот в диапазонах 2, 4, 6, 8, 11 и 13 ГГц и в более высокочастотных диапазонах.
Необходимость прямой видимости между антеннами соседних станций требует поднятия антенн над уровнем земли и, следовательно, строительства соответствующих антенных опор - бащеи или мачт. Высота подвеса антеии определяется расстоянием между соседними станциями, а также характером рельефа местности между ними. В зависимости от этих факторов высота оцор может доходить до 100 м, а иногда и более. В ряде случаев, при благопринтном рельефе местности, антенны могут располагаться на небольщой высоте, например иа крыще здания, в котором установлена аппаратура.
Расстояние между соседними станциями обычно находится в пределах 40-70 км. В отдельных случаях эти интервалы сокращаются до 20-30 км из-за необходимости подведения линии в конкретно заданный пункт, а также в случае особо неблагоприятного рельефа местности.
По пропускной способности радиорелейные системы прямой видимости разделяются на три основных вида:
Радиорелейные системы больщой емкости. Емкость радиоствола таких систем составляет 600-2700 иногда и более каналов ТЧ или канал передачи сигналов изображения телевидения с одним или несколькими каналами передачи звуковых сигналов телевидения и звукового вещания. Эти системы используются для организации магистральных радиорелейных линий большой протиженности.
Построение радиорелейной линии. Система резервироеания
Радиорелейные системы средней емкости. Емкость радиоствола этих систем составляет 60-600 каналов ТЧ или канал передачи сигналов изображения телевидения с одним или несколькими каналами передачи звуковых сигналов телевидения и звукового вещания. В отдельных случаях системы этого класса не рассчитаны иа передачу сигналов изображения телевидения. Такие системы используются для организации внутризоновых соединительных линий.
Малоканальные радиорелейные системы с числом каналов ТЧ в радиостволе от 6 до 60. Эти системы не рассчитаны на передачу телевизионных сигналов, они используются для организации местных соединительных линий.
Приведенная классификация радиорелейных систем иосит условный характер: она отражает в основном то положение, которое имеет место на стационарных радиорелейных линиях Министерства связи СССР и министерств связи союзных республик. Радиорелейные системы для технологических связей (иа железнодорожном транспорте, газопроводах, линиях электропередач и т. п.) имеют свою специфику и не всегда укладываются в выще приведенную классификацию. То же относится и к радиорелейным телевизионным системам для репортажных целей.
При передаче сигналов многоканальной телефонии в радиорелейных системах больщой и средней емкостей применяется, как правило, аппаратура кабельных систем передачи с частотным разделением каналов.
В малоканальных радиорелейных системах применяется как аппаратура с частотным, так и с временным разделением каналов.
В настоящем Справочнике рассматриваются радиорелейные системы, в которых используются аппаратура кабельных систем передачи с частотным разделением каналов и частотная модуляция радиосигнала.
1.2. ПОСТРОЕНИЕ РАДИОРЕЛЕЙНОЙ ЛИНИИ. СИСТЕМА РЕЗЕРВИРОВАНИЯ
Стои.мость бащеи или,мачт, аитеиио-фидериых сооружений, технических зданий и систем электроснабжения значительно превыщает стоимость приемопередатчиков. Поэтому для повыщення экономической эффективности п пропускной способности радиорелейные системы, как правило, делают многоствольны-
"с. 1.1. Структурная схема станций многоканальной радиорелейной линии
МИ, в которых на каждой станции работают на различных частотах несколько приемо-передатчиков на общую антенно-фндерную систему, используя одну в ту же антенную опору, техническое здание и систему энергоснабжения.
Упрощенная структурная схема многоствольной радиорелейной линии приведена на рис. 1.1. Работа нескольких приемопередатчиков Пм-Пд на общую антенную систему осуществляется с помощью систем СВЧ уплотнения (разделительных фильтров н устройств сложения сигналов приема и передачи).
Для обеспечения высокой надежности работы на РРЛ применяетси резервирование оборудования. Различают две основные системы резервирования: постанциоиную и поучастковую.
Постанционнаи система резервирования (рис. 1.2) предусматривает на каждый рабочий приемопередатчик наличие резервного, имеющего те же ра- бочие частоты. При аварии рабочего приемопередатчика происходит автоматическая замена его резервным. Система, управляющая автоматическим резервированием (СУР), работает самостоятельно на каждой станции..
Недостатки систем: большой объем приемопередающего оборудования (100-процентный резерв); отсутствие какой-либо защиты от замираний сигналов; сложность устройств СВЧ коммутации и большое времи коммутации в случае использования механических переключателей. В современных радиорелейных системах постанционное резервирование не применяется.
При поучастковой системе резервирования каждое направление между двумя узловыми (или узловой и оконечной) станциями свизываются в единую
систему (рис. 1.3). Дли целей ре-
зрвироваипя выделяется отдельный резервный ствол, работающий на своих частотах. Аппаратура резервного ствола постоянно включена. При отсутствии аварии в рабочих стволах резервный ствол не загружен передачей. Для коитроли за качеством работы стволов по ним непрерывно передаются спе-:и:алы1ые пилот-сигналы.
Пплот-сигпал вводится в ствол через модулятор первой станции участка резервирования, а выделя-
Рис. 1.2. Структурная схема постапцпонного ре- ется специальным демОДуЛЯТО-
зсрвироваипя ром ИЗ последней станцип этого
участка. Выделенный пилот-сигнал сравнивается с величиной шума в специальном измерительном канале. Если отношение шума к пилот-сигналу превышает заданную величину или уровень пилот-сигнала падает ниже нормы, то начинается проиесс переключения на резервный ствол. Для этого на станции, находящейся на конце участка, включается генератор обратных аварийных сигналов (ГОАС). Для каждого рабочего ствола имеется отдельный ГОАС, работающий на своей частоте. Обратный аварийный сигнал по специальному каналу в системе служебной связи подается на первую станцию участка резервирования, где он воздействует на переключающее устройство, которое производит подключение резервного ствола параллельно поврежденному. В результате этого сообщение н пилот-сигнал начинают передаваться также и по резервному стволу. Выделенный на выходе резервного ствола (на последней станции участка резервирования) пилот-сигнал преобразуется в сигнал команды, который производит дальнейшее переключение тракта передачи с выхода поврежденного рабочего ствола на выход резервного ствола. Время перерыва связи при поучастковом резервировании определяется параметрами аппаратуры резервирования п характером аварии.
При так называемой «мгновенно")» аварии (например, нарушении контакта или замыкании в приемопередающем тракте какой-либо станции участка резервирования) время перерыва связи слагается из времени пробега обратного
Построеиие радиореяейиой линии. Система резервирования
аварийного сигнала от приемного конца до передающего конца участка, времена пробега полезного сообщения по резервному стволу от передающего конца участка до приемного, времени пробега управляющих сигналов в аппаратуре
Пилош-сигиал
РаЪочий стШ
пилот-Г*1 сигнала. Анализ.
Пшт-сигиал
Радот cmSon
Резервный стВол
сл1/шонШ~ с Вязи
Рис. 1.3. Структурная схема поучасткового резервирования
резервирования и времени срабатывания переключающих устройств. Время перерыва связи при «мгновенной» аварии обычно находится в пределах 10- 40 мс.
При так называемой «медленной» аварии (например, глубоком замирании сигнала), когда параметр, по которому определяется состояние аварии (отношение уровня шума к пилот-сигналу), изменяется со скоростью, не превышающей 100 дБ/с, время перерыва связи определяется только временем, необходимым для срабатывания переключающего устройства на премном конце участка резервированпя. Это время при современном уровне техники может быть сведено к единицам микросекунд.
Достоинство поучастковой системы резервирования - меньший, чем при по-стаиционной системе резервирования, объем приемопередающего оборудования (один резервный ствол на несколько рабочих стволов); малое времи переключения на резерв; определения защита от глубоких замирений сигнала интерференционного характера из-за слабой корреляции глубоких замираний сигнала в стволах, работающих на различных частотах. Эта защита тем эффективнее, чем больше разница между частотами, на которых работают рабочий н резервный стволы. Но эта разница иногда может быть недостаточной, так как для работы радиорелейной системы выделены конкретные полосы частот, выходить за пределы которых недопустимо.
Следует также иметь в виду, что система поучасткового резервирования дает определенную защиту от замираний сигнала только в то время, когда резервный ствол не используется для резервирования вышедшего из строи оборудования рабочего ствола.
Систему поучасткового резервирования радиорелейных систем принято сокращенно обозначать суммой двух цифр, из которых первая обозначает число рабочих стволов, а вторая - число резервных стволов. Так, система 3-1-1 означает радиорелейную систему, имеющую три рабочих ствола и одни резервный ствол.
1.3. ПЛАНЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТ
В РАДИОРЕЛЕЙНЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ ПРЯМОЙ
ВИДИМОСТИ
Двухчастотная система (рис. 1.4) экономична с точки зрения использования полосы частот, выделенной для радиорелейной связи в данном диапазоне, но требует высоких защитных свойств антенн от приема сигналов с обратного направления. При двух частотной системе используются рупорно-параболиче-ские, высококачественные осесимметричные антенны и другие типы антенн, имеющие защитное действие -60-70 дБ.
Четырехчастотная система (рис. 1.5) допускает использование более простых и дешевых антенных систем. Однако количество дуплексных радиостволов, которое может быть образовано в данной полосе частот при четырехчастотной системе, в 2 раза меньше, чем при двухчастотной системе. Как правило, в современной радиорелейной аппаратуре применяется двухчастотная система. Четырехчастотная система обычно использовалась на РРЛ с перископическими антеннами в диапазоне 2 ГГц.
Частоты приема и передачи в одном радиостволе РРЛ чередуются от станции к станции. Станции, на которых прием осуществляется на более низкой частоте, а передача на более высокой частоте, обозначаются символом «НВ>, а
Передача
Передача
Передача
Рис. 1.4. Двухчастотная система
Рис. 1.5. Четырехчастотная система
Планы распределения частот для многоствольных РРЛ разработаны таким образом, чтобы свести к минимуму интерференционные помехи, возникающие при одновременной работе нескольких приемников и передатчиков на общий антенио-фидериый тракт.
Планы распределеиня частот
Во всех современных радиорелейных системах применяются планы радиочастот, в которых частоты приема размещаются в одной половине отведенной полосы частот, а частоты передачи - в другой половине.
Станция N-
Станция N°3
Рис. 1.6. Схема участка т;)ассы РРЛ
Puc. 1.7. Система с разнесенными частотами приема и передачи
Структурная схема радиорелейной станции, использующей данный принцип приведена на рис. 1.7. Для приема и передачи сигналов используется одна общая антенна. Система разделительных фильтров рассчитана на работу только в половине полосы частот, отведенной для радиорелейной системы. Тракты приема и передачи объединяются в общий тракт с помощью поляризационного фильтра или ферритового циркулятора (УС) (см. рис 17)
План распределения частот радиорелейной системы кУРС-2М в диапазоне Иц приведен на рис. 1.8. Он соответствует Рекомендации 382-2МККР и ооеспечивает оганизацию шести дуплексных стволов по двухчастотной системе зЛ\ дуплексных стволов по четырехчастотной системе). Номинальные по формуле нижней половине диапазона определяются
/» = /, -208 + 29 п,
а в верхней половине диапазона f„ - no формуле /„«/,+ 5+29 п
Радиорелейные линии связи являются одной из наиболее масштабных и прогрессивных сетей передачи, приема и обработки данных во всем мире. Сам принцип передачи сообщений основан на распространении радиоволн в атмосфере. Для того, чтобы сигнал смог преодолевать большие расстояния, необходимо использовать специальное оборудование радиорелейной связи - цепочку ретрансляторов, благодаря которым и будет осуществляться распространение радиоволн определенной частоты.
Чтобы понять природу распространения радиоволн, необходимо изучить физику, механику и динамику этих явлений, которые непосредственно связаны с атмосферными свойствами и электромагнитным полем. Исходя из множества факторов, и производится расчет радиорелейных линий связи. Если не вдаваться в подробности, то принцип функционирования всей системы выглядит следующим образом:
Радиорелейные и спутниковые линии связи - это комплекс оборудования, которое сочетает наземные и орбитальные ретрансляторы, которые дают возможность транслировать сигнал практически в любую точку на поверхности планеты.
Существует два типа основных способа передачи радиосигнала:
В первом случае передача сигнала происходит по стандартному алгоритму - от источника (передатчика) через систему наземных ретрансляционных сетей непосредственно к приемнику. Одна из особенностей заключается в том, что ретрансляторы располагаются фактически в зоне непосредственной видимости, на естественных возвышенностях (горы, холмы). В случае отсутствия прямого прохождения сигнала между антеннами возникают помехи и искажения благодаря дифракционным замираниям, что может привести к существенному ослаблению сигнала и обрыву связи. Использование этого типа коммуникаций ограничено в местах с отсутствием необходимой инфраструктуры и нецелесообразны в малонаселенных районах нашей страны преимущественно в северной ее части.
Решением указанных выше проблем стала новая технология - тропосферная радиорелейная линия связи. Принцип распространения сигнала остался прежним, изменился его способ, который в своей основе содержит физические процессы отражения радиоволн различных диапазонов от нижних слоев атмосферы. Многочисленные испытания показали, что наибольший эффект дает применение волн диапазона УКВ. Благодаря правильным расчетам, трансляцию радиосигнала удалось произвести на 300 км.
Одна из основных проблем, с которыми столкнулись ученые, заключается в сильном эффекте затухания колебаний при трансляции радиоволн. Вопрос был решен благодаря использованию активного ретрансляторного оборудования, которое позволяет не только принимать и передавать радиоволну, но и стабилизировать уровень сигнала, усиливать его и отфильтровывать помехи. Современная радиорелейная военная связь функционирует на основе технологии распространения сигнала в тропосфере, которая дополнена другими инновационными решениями.
Разделение (уплотнение) каналов.
Виды радиосвязи
Лекция 4. Радиорелейные и тропосферные линии связи.
Радиосвязь по длинам волн разделяют на радиосвязь c применением ретрансляторов :
Радиорелейная связь,
Спутниковая связь,
без применения ретрансляторов :
СДВ-связь,
ДВ-связь,
СВ-связь,
КВ-связь земной (поверхностной) волной,
КВ-связь ионосферной (пространственной) волной,
УКВ-связь,
Тропосферная связь.
Канал связи может быть:
симплексный - то есть допускающей передачу данных только в одном направлении(радиотрансляция, телевидение);
полудуплексный - поочерёдно ;
дуплексным - то есть допускающей передачу данных в обоих направлениях одновременно(телефон).
Создание нескольких каналов на одной линии связи обеспечивается с помощью разнесения их по частоте, времени, кодам, адресу, длине волны.
- частотное разделение каналов (ЧРК, FDM) - разделение каналов по частоте, каждому каналу выделяется определённый диапазон частот;
- временное разделение каналов (ВРК, TDM) - разделение каналов во времени, каждому каналу выделяется квант времени;
- кодовое разделение каналов (КРК, CDMA) - разделение каналов по кодам, каждый канал имеет свой код наложение которого на групповой сигнал позволяет выделить информацию конкретного канала;
- спектральное разделение каналов (СРК, WDM) - разделение каналов по длине волны.
Возможно комбинировать методы: ЧРК+ВРК.
Радиорелейная связь - радиосвязь по линии (радиорелейная линия, РРЛ), образованной цепочкой приёмо-передающих (ретрансляционных) радиостанций. Наземная радиорелейная связь осуществляется обычно на деци - и сантиметровых волнах (от сотен мегагерц до десятков гигагерц).
РРЛ стали важной составной частью сетей электросвязи – ведомственных, корпоративных, региональных, национальных и даже международных, поскольку имеют ряд достоинств:
Возможность быстрой установки оборудования при небольших капитальных затратах;
Экономически выгодная, а иногда и единственная, возможность организации многоканальной связи на участках местности со сложным рельефом;
Возможность применения для аварийного восстановления связи в случае бедствий, при спасательных операциях;
Эффективность развертывания разветвленных цифровых сетей в больших городах и индустриальных зонах, где прокладка новых кабелей слишком дорога или невозможна;
Высокое качество передачи информации по РРЛ, практически не уступающие ВОЛС и другим кабельным линиям.
РРЛ связи позволяют передавать телевизионные программы и одновременно сотни и тысячи телефонных сообщений. Для таких потоков информации требуются полосы частот до нескольких десятков, а иногда и сотен мегагерц и соответственно несущие не менее нескольких гигагерц. Радиосигналы на этих частотах эффективно передаются лишь в пределах прямой видимости . Поэтому для связи на большие расстояния в земных условиях приходится использовать ретрансляцию радиосигналов. На радиорелейных линиях прямой видимости в основном применяют активную ретрансляцию , в процессе которой сигналы усиливаются.
Протяженность пролетов R между соседними станциями зависит от профиля рельефа местности и высот установки антенн. Обычно ее выбирают близкой к расстоянию прямой видимости R 0 , км. Для гладкой сферической поверхности Земли и без учета атмосферной рефракции:
где h 1 и h 2 – высоты подвеса передающей и приемной антенн (в метрах). В реальных условиях, в случае мало пересеченной местности R 0 = 40…70 км, а h 1 и h 2 составляют 50…80 м.
В зависимости от используемого механизма распространения радиоволн различают:
- радиорелейную линию прямой видимости РРЛ (за счет земной радиоволны);
- тропосферную радиорелейную линию ТРЛ (за счет тропосферной радиоволны).
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 приемо-передающих радиорелейных станций (РРС ), в которой соседние РРС размещают на расстоянии, обеспечивающем радиосвязь прямой видимости (радиорелейной линией прямой видимости (РРЛ )).
Тропосферная радиоволна распространяется между точками земной поверхности по траектории, лежащей целиком в тропосфере. (Тропосфера (др.-греч. Τροπή - «поворот», «изменение» и σφαῖρα - «шар») - нижний слой атмосферы, высотой в полярных областях 8-10 км, в умеренных широтах до 10-12 км, на экваторе - 16-18 км. В тропосфере сосредоточено более 80% всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, формируются и атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. При подъёме через каждые 100 м температура в тропосфере понижается в среднем на 0,65° и достигает 220 К (-53° C) в верхней части).
Энергия тропосферной радиоволны короче 100 см рассеивается на неоднородностях тропосферы. При этом часть передаваемой энергии попадает на приемную антенну РРС, расположенной за пределами прямой видимости на расстоянии 250...350 км . Цепочка таких РРС образует тропосферную радиорелейную линию (ТРЛ).
По назначению радиорелейные системы связи делятся на три категории:
- местные линии связи от 0,39ГГц до 40,5ГГц,
- внутризоновые линии от 1,85ГГц до 15,35ГГц,
- магистральные линии от 3,4ГГц до 11,7ГГц.
(По диапазону рабочих частот РРЛ подразделяют на линии дециметрового диапазона и сантиметрового диапазонов. В этих диапазонах, решением ГКРЧ от апреля 1996 года для новых РРЛ определены диапазоны 8 (7.9-8.4); 11 (10.7-11.7); 13 (12.75-13.25); 15 (14.4-15.35); 18 (17.7-19.7); 23 (21.2-23.6); 38 (36.0-40.50) ГГц. Однако в России еще длительное время будут использоваться ранее построенные линии в диапазонах 1.5-2.1; 3.4-3.9; 5.6-6.4 ГГц. Новые РРС используются также в диапазоне 2.3-2.5 ГГц. Прорабатывается возможность использования диапазонов 2.5-2.7 и 7.25-7.55 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 (потери в атомах кислорода и в молекулах воды).
Практически полная непрозрачность атмосферы для радиоволн наблюдается на частоте 118.74 ГГц (резонансное поглощение в атомах кислорода), а на частотах больше 60 ГГц погонное затухание превышает 15 дБ/км. Ослабление в водяных парах атмосферы зависит от их концентрации и весьма велико во влажном теплом климате.
Отрицательно на радиосвязь влияют гидрометеоры , к которым относятся капли дождя, снег, град, туман. Влияние гидрометеоров заметно уже при частотах больше 6 ГГц, а в неблагоприятных экологических условиях (при наличии в атмосферных осадках металлизированной пыли, смога, кислот или щелочей) и на значительно более низких частотах.
Чем ниже диапазон, тем большую дальность связи можно обеспечить при тех же энергетических характеристиках оборудования, но переход на высокие диапазоны позволяет повысить пропускную способность систем.
Антенны соседних станций располагают в пределах прямой видимости (за исключением тропосферных станций). Для увеличения длины интервала между станциями антенны устанавливают как можно выше - на мачтах (башнях) высотой 10-100 м (радиус видимости - 40-50 км ) и на высоких зданиях. Станции могут быть как стационарными, так и подвижными (на автомобилях).
В зависимости от способа , принятого для формирования сигнала, различают:
Аналоговые РРЛ(ТРЛ);
Цифровые РРЛ(ТРЛ).
АналоговыеРРЛ связи в зависимости от метода модуляции несущей:
РРЛ с частотным разделением каналов (ЧРК) и частотной модуляцией (ЧМ) гармонической несущей,
РРЛ с временным разделением каналов (ВРК) и аналоговой модуляцией импульсов, которые затем модулируют несущую частоту.
В зависимости от числа организуемых каналов (N):
Малоканальные - N =24;
Со средней пропускной способностью - N=60...300;
С большой пропускной способностью - N=600...1920.
Цифровые радиорелейные линии (ЦРРЛ), импульсы (отсчеты сообщения) квантуются по уровням и кодируются.
Цифровые РРЛ классифицируют по способу модуляции несущей:
В зависимости от скорости передачи двоичных символов В:
С малой - В <10 Мбит/с,
Средней - В=10…100 Мбит/с,
Высокой- В>100 Мбит/с пропускной способностью.
Высокоскоростные РРС создаются практически только на основе SDH-технологии и имеют скорость передачи в одном стволе 155.52 Мбит/с (STM-1 ) и 622.08 Мбит/с в одном стволе (STM-4 ). Применяются для построения магистральных и зоновых линий, в качестве радиовставок в ВОЛС на участках со сложным рельефом, для сопряжения ВОЛС (STM-4 или STM-16) с сопутствующими локальными цифровыми сетями, а также для резервирования ВОЛС.
(Синхронная Цифровая Иерархия (англ. SDH - Synchronous Digital Hierarchy) - это технология транспортных телекоммуникационных сетей. Стандарты СЦИ определяют характеристики цифровых сигналов, включая структуру фреймов (циклов), метод мультиплексирования, иерархию цифровых скоростей и кодовые шаблоны интерфейсов.
Стандартизация интерфейсов определяет возможность соединения различного оборудования от разных производителей. Система SDH обеспечивает стандартные уровни информационных структур, то есть набор стандартных скоростей. Базовый уровень скорости - STM-1 155,52 Mбит/с. Цифровые скорости более высоких уровней определяются умножением скорости потока STM-1, соответственно, на 4, 16, 64 и т. д.: 622 Мбит/с (STM-4),2,5 Гбит/с (STM-16), 10 Гбит/с (STM-64) и 40 Гбит/с (STM-256)).
Принципиальным отличием радиорелейной станции от иных радиостанций является дуплексный режим работы, то есть приём и передача происходят одновременно (на разных несущих частотах).
Протяженность наземной линии радиорелейной связи - до 10000 км, ёмкость - до нескольких тысяч каналов тональной частоты в аналоговых линиях связи, и до 622 мегабит в цифровых линиях связи. В общем случае, протяжённость и ёмкость (скорость передачи данных) находятся в обратно пропорциональной зависимости друг от друга: как правило, чем больше расстояние, тем ниже скорость.
В Российской Федерации для вновь вводимых магистральных радиорелейных линий связи определены скорости передачи, равные 155 Мбит/с (поток STM-1 синхронной цифровой иерархии, SDH) или 140 Мбит/с (поток Е4 плезиохронной цифровой иерархии, PDH, передаваемый в составе сигнала STM-1).
В СССР начало развитию радиорелейной промышленности было положено в середине 50-х годов . Причина - дешевизна радиорелейной связи по сравнению с кабельными линиями, особенно в условиях огромных пространств с неразвитой инфраструктурой и сложной геологической структурой местности. Первая магистральная радиорелейная система Р-600 создана в 1958 году. В 1970 году появился комплекс унифицированных радиорелейных систем «КУРС» . Все это позволило в 60-70-е годы развить сеть связи страны, обеспечить качественную телефонию и наладить передачу программ центрального телевидения. К середине 70-х годов в стране была построена уникальная радиорелейная линия, протяжённость которой составляла около 10 тыс. км , емкостью каждого ствола равной 14400 каналов тональной частоты. Суммарная протяженность РРЛ в СССР превысила к середине 70-х годов 100 тыс. км .
Определение радиорелейной связи противопоставляют прямой радиосвязи. Сообщение абонента многократно передаётся промежуточными звеньями цепи, образующими радиорелейную линию (РРЛ). Название заложено англичанами: relay - смена. Физические особенности распространения заставили инженеров применять ультракороткие волны (УКВ): дециметровые, сантиметровые, реже, метровые. Потому что длинные самостоятельно способны обогнуть Земной шар. Причина применения радиорелейных линий объясняется необходимостью заложить большой объем информации, невозможный на низких частотах. Ограничения объясняет теорема Котельникова.
Примечание. Тропосферную связь считают подвидом радиорелейной.
Указанные преимущества уже в начале второй половины XX века позволяли экономистам сопоставлять экономическую эффективность цепочки с кабелем. Допускалась возможность передачи аналоговых телевизионных каналов. Оборудование вышек значительно сложнее регенераторов. Однако кабелю восполнять сигнал приходится каждые 6 км. Вышки обычно разделены дистанциями 50-150 км, расстояние (км) ограничено величиной, равной квадратному корню из высоты вышки (м), умноженному на 7,2. Наконец, вечная мерзлота сильно усложняет прокладку кабельных линий, лепту вносят болота, скалы, реки.
Эксперты отмечают простоту развёртывания системы, экономию цветных металлов:
Отмечается малая эффективность автономных вышек. Неизбежно требуется обслуживающий персонал. Необходимо людей расквартировать, назначить несение вахты.
Линия обычно реализует дуплексный (двунаправленный) режим передачи информации. Чаще применяли частотное деление каналов. Первыми европейскими соглашениями установили участки спектра:
Метровые волны способны огибать препятствия, допускается использование ввиду отсутствия непосредственной видимости. Частоты выше 10 ГГц невыгодны, поскольку превосходно поглощаются осадками. Послевоенные конструкции компании Белла (11 ГГц) оказались неконкурентоспособными. Участок спектра чаще выбирают сообразно получению необходимого числа каналов.
Цифровой набор предложили раньше импульсного. Однако реализация идеи запоздала на 60 лет. Судьбу антибиотиков повторяет радиорелейная связь.
Историки единогласно отдают приоритет открытия Иоганну Маттаушу, написавшему (1898) в журнале Заметки электротехника (том 16, 35-36) соответствующую публикацию. Критики отмечают несостоятельность теоретической части, предлагавшей создать телеграфные ретрансляторы. Однако год спустя Эмилем Гуарини-Форестио построен первый работоспособный экземпляр. Уроженец итальянской общины Фазано (Апулия), будучи студентом, 27 мая 1899 года запатентовал в бельгийском подразделении радио-репитер. Дату считают официальным днём рождения радиорелейной связи.
Устройство представлено комбинацией приёмопередающей аппаратуры. Конструкция производила демодуляцию принятого сигнала, последующее формирование, излучение ненаправленной антенной, формируя широковещательный канал. Фильтр защищал приёмный тракт от мощного излучения передатчика.
Ощущая недостатки представленной конструкции, Гуарини-Форезио (декабрь 1899) патентует (Швейцария, №21413) конструкцию направленной спиральной антенны (круговая поляризация), снабжённой металлическим рефлектором. Устройство исключало взаимный перехват вышками чужих сообщений. Дальнейшее усовершенствование произведено тесным сотрудничеством с Фернандо Понтселе. Вместе изобретатели провели попытку установить связь меж Брюсселем и Антверпеном, используя Малины промежуточным пунктом, местом базирования ретранслятора.
Конструкцию снабдили цилиндрическими антеннами диаметром 50 см, снабдив аппаратурой высотное здание. Отталкиваясь от результатов, полученных жарким июнем 1901 года, началась подготовка линии Париж – Брюссель дальностью 275 км. Шаг установки ретрансляторов составил 27 км. Декабрь принёс задумке успех, обеспечив время задержки сообщения 3..5 секунд.
Завидя радужные перспективы, Гуарини витал в облаках, предвкушая коммерческий успех (эквивалентный прибылям компании Белла) радиорелейной связи, устраняющей проблемы дальности. Реальность внесла коррективы. Потребовался широкий ассортимент решений:
Лишь 30 лет спустя изобретение подходящих электронных высокочастотных ламп позволило идее выплыть на поверхность. Изобретатель удостоился ордена Короны Италии.
В 1931 году англо-французский консорциум (Компания международного телефона и телеграфа, Англия; Лаборатория телефонного оборудования, Франция), возглавляемый Андрэ Клавиром, покорил Ла-Манш (Дувр-Кале). Событие осветил журнал Radio News (август, 1931 г, стр. 107). Напомним суть проблемы: прокладка подводного кабеля обходится дорого, разрыв линии означает необходимость тратить значительные средства на ремонт. Инженеры двух стран решили преодолеть водное пространство (40 км) семидюймовыми (18 см) волнами. Экспериментаторы передали:
Система параболических антенн диаметром 10 футов (19-20 длин волн) давала два параллельных луча, конфигурация автоматически блокировала явление интерференции. Мощность потребления передатчика составила 25 Вт, КПД – 50%. Положительные результаты заставили предполагать возможность генерации более высоких частот, включая оптические. Сегодня очевидна нецелесообразность подобных замашек. Технические характеристики используемых вакуумных ламп замалчивались организаторами, упоминался лишь общий принцип действия, изобретённый Хайнрихом Баркхаузеном (Университет Дрездена), усовершенствованный французским экспериментатором Пирье. Затейники выражали благодарность учёным-предшественникам:
Ключом стала идея Баркхаузена получать колебания прямо внутри лампы (принцип действия современных магнетронов). Наблюдатели сразу отметили возможность закладки множества каналов. Дециметровое вещание тогда полностью отсутствовало. Диапазон на четыре порядка шире волн, широко используемых тогда телевидением. Резкий рост числа каналов вещания становился настоящей проблемой. Открываемые дециметровым спектром возможности явно превышали потребности.
Уже тогда заметка предполагала использование атомных переходов для генерации волн высокой частоты. Обсуждалось рентгеновское излучение. Журналисты окончили всеобщим призывом инженеров осваивать открывающиеся перспективы.
Несколькими годами позже опыты возобновились. Линия длиной 56 км соединила берега пролива:
Создатели линии рассчитывали серьёзно устроиться, поставив две стальные вышки, украшенные параболическими антеннами диаметром 9,75 фута. Генератор спрятался позади рефлектора, тонкое жало волновода пробивало тарелку, облучатель сформирован шаровидным зеркалом. Оператору построили наземный пункт управления, оборудовав необходимыми панелями, включая регулятор напряжения. Функциональный набор предполагал использование азбуки Морзе, факса, телерадиовещания.
Супергетеродинный приёмник с кварцевой стабилизацией понижал входной сигнал до 300 кГц, декодируя амплитудную модуляцию. Согласно заявлениям организаторов, оснастка призвана заменить морские телефонные, телеграфные кабели. Американская компания Белла построила аналогичную систему, форсировав залив Кейп-Код.
Начавшаяся Вторая мировая война подстегнула развитие микроволновых генераторов. Помогли начинаниям американские (Стэнфорд) изобретатели клистрона (1937) Рассел и Зигмунд Варианы. Новые лампы помогли создать усилители, генераторы СВЧ диапазона. Ранее повально применяли трубки Баркхаузена-Курца, магнетроны с расщепленным анодом, выдающие слишком малую мощность. Демонстрация прототипа успешно прошла 30 августа 1937 года. Западные разработчики немедля занялись построением станций воздушного обзора.
Братья создали организацию, занимающуюся коммерциализацией изобретения. Линейный ускоритель протонов помогал медикам лечить некоторые заболевания (рак). Принцип действия использует концепцию модуляции скорости (1935) Оскара Хайля и его жены. Хотя эксперты предполагают полную неосведомлённость Варианов относительно существования сего научного труда.
Работы американского физика Хансена (1939) по ускорению частиц могли быть использованы с целью замедления электронов, передающих энергию выходному тракту радиочастоты. Резонатор Хансена иногда называют румбатроном. Клистроны использовались преимущественно фашистами, станции союзников начинялись магнетронами. Армия США построила мобильные системы связи на базе грузовых машин, переплывшие океан помогать союзникам. Армейцам понравилась идея быстро налаживать связь на дальние дистанции. После войны компания AT&T применяла 4-ваттные клистроны, создавая радиорелейную сеть, покрывающую Северную Америку. Собственную инфраструктуру, благодаря 2К25, построил Вестерн Юнион.
Главным двигателем бурного прогресса считают идею резкого расширения объёма каналов, покупаемого низкой стоимость возведения вышек. Релейные сети (РРЛС) окутали три линии обороны Северной Америки времён Холодной войны. Прототип TDX разработали (1946) Лаборатории Белла. Система быстро совершенствовалась, обновляя вакуумные лампы:
Послевоенные попытки организовать связь наталкивались на необходимость выбора элементной базы. Эксперты всерьёз обсуждали конструкции ламп, клистронов, жаловались на влияние дождя. Типичные проблемы незащищённой аналоговой связи. Первые линии (включая оборонные сети ПВО США) питались дизельным топливом. Башня непременно вмещала нижний этаж-хранилище горюче-смазочных материалов, чаще ядовитых.
Переход на сантиметровый диапазон требует упразднить металлокерамические, маячковые триоды. Взамен вводят клистроны, лампы бегущей волны. Антенные устройства, наоборот, выходят миниатюрнее. Сантиметровый диапазон сильно увеличивает потери родных спектру ДМВ коаксиальных соединений. Взамен решили ставить волноводы. Третье поколение TDX перешло на твердотельную электронику. Мобильные варианты передавали 24 канала с частотным делением. Каждый вмещал 18 телетайпных линий. Аналогичные системы разрабатывались повсеместно. Лишь в 1980-е пользу технологии подвергли сомнению, ввиду внедрения спутниковой связи. Оптический кабель перекрыл возможности радиолиний.
Это интересно! Группа спутников Риолит занималась перехватом советской радиорелейной связи.
Ныне идея повсеместно применяется мобильными сетями наземного базирования. Учёные чаще рассматривают возможность переноса энергии. Источником идеи следует считать Николу Теслу, задумавшего ещё в начале XX века покрыть территорию США сетью передатчиков. Изобретатель демонстрировал полную безопасность высокочастотных разрядов. Сегодня эксперты подразумевают перенос действа в открытый космос.
Открытие электромагнетизма заставило учёных ломать голову, осмысливая способы передачи энергии. Первым реализованным методом назовём тороидальный трансформатор Майка Фарадея (1831). Рассмотрев уравнения Максвела, Джон Генри Пойнтинг создал теорему (1884), описывающую процесс переноса мощности электромагнитной волной. Четыре года спустя Хайнрих Рудольф Герц подтвердил теорию практикой, наблюдая искровой разряд приёмного вибратора. Проблемой занимались Вильям Генри Вэрд (1871), Махлон Лумис (1872), оба желали использовать потенциал атмосферы Земли.
«Секретные» книги полны проектами Теслы победить фашистскую авиацию беспроводными излучателями. Факты упоминают посмертное тотальное изъятие бумаг изобретателя американскими спецслужбами. Катушки Теслы шутя позволяли получить высокочастотные разряды молнии. Башня Ворденклиф (1899) серьёзно пугала округу, производителей меди наводнила ужасом мысль беспроводной передачи. Тесла дистанционно поджигал трубки Гисслера (1891), лампочки накала.
Сербский изобретатель распространил методику генерации колебаний резонансными контурами LC. Методика гениального Теслы предусматривала запуск воздушных шаров на высоты 9,1 км. Пониженное давление облегчало передачу мегавольтных напряжений. Второй идеей изобретатель задумал заставить электрический потенциал Земного шара вибрировать, снабжая станции планеты энергией. Задуманная Мировая Беспроводная система могла также передавать информацию. Неудивителен испуг инвесторов, набивавших карман производством меди.
Метод питания поездов напряжением частотой 3 кГц запатентован Морисом Хатином и Морисом Лебланком (1892). В 1964 году Вильям Браун создал модель игрушечного вертолёта, питаемого энергией электромагнитной волны. Технологии RFID (например, ключ домофона) изобретены в середине 70-х:
Позже появились карты доступа. Сегодня технологию заездили мобильные гаджеты, подзаряжающиеся беспроводным путём. Аналогичная технология используется индукционными варочными панелями, плавильными печами. Инженеры активно реализуют идеи компьютерных игр начала второго тысячелетия, планируя создать орбитальные солнечные электростанции, обороняемые боевыми дронами, питаемыми энергией электромагнитных волн. Большинству известен лазерный скальпель, использующий принцип передачи мощности коже пациента.
Это интересно! Концепцию беспроводных дронов (1959) выдвинула фирма Радеон, выполняя проект Министерства обороны. Канадский Исследовательский центр связи (1987) создал первый прототип, месяцами исполнявший возложенные функции.
17 декабря 2008 года сформирована организация, призванная рекламировать стандарт беспроводной зарядки устройств Qi. Свыше 250 мировых компаний поддержали идею. Позже проект одобрили Нокиа, Хуавей, Вистеон. Заранее стали известны планы оснастить технологией мобильные устройства. В октябре 2016 обнародовали намерение создать зарядные точки доступа.
24 компании составили «стальной стержень» группы лоббистов. 2017 год пополнил список маркетинговыми менеджерами Apple. Касательно безопасности методики мнения учёных разделились. Эксперты сошлись в одном: вскорости методика индуктивной подзарядки станет общепринятой.
Подобно тому, как первые экспериментаторы преодолели Ла-Манш, ранние орбитальные солнечные электростанции станут питать спутники, продляя кардинально срок службы оборудования. Затем передача энергии станет глобальной, охватив все человеческие устройства. Технологию проще всего именовать релейной. Энергия станет приниматься, усиливаться, передаваться далее.
Это интересно! Питер Гласер первым (1968) предложил фармить энергию Солнца орбитальными заводами, передавая луч наземным станциям.
Лазерный луч эффективно переносит энергию. Мощность 475 Вт настигла мишень, преодолев многие мили свободного пространства. Система показала КПД 54%. Лаборатории НАСА передали 30 кВт, применив частоту 2,38 ГГц (спектр микроволновой печи) тарелкой диаметром 26 метров. Итоговый КПД достиг 80%. Япония (1983) затеяла исследования передачи энергии слоем ионосферы, полной свободных носителей заряда.
Прототип создан командой Марина Соляшича (Массачусетский технологический университет). Резонансный передатчик отправил 60 Вт энергии на частоте 10 МГц, преодолев дистанцию 2 метра, достигнув КПД 40%. Год спустя группа Грега Лея и Майка Кеннана (Невада), используя частоту 60 кГц, покорила дальность 12 метров. Полагаем, новейшие разработки быстро засекретят.
Обнародованную историю завершает создание НАСА летательного аппарата (2003), питаемого излучением лазера. Анонсированный 12 марта 2015 года проект JAXA призван реализовать идеи Николы Тесла.
