Радиорелейная связь это один из видов радиосвязи, образованной цепочкой приёмо-передающих (ретрансляционных) радиостанций. Наземная радиорелейная связь осуществляется обычно на деци- и санти-метровых волнах (от сотен мегагерц до десятков гигагерц).
Достоинства радиорелейной связи:
Возможность организации многоканальной связи и передачи любых сигналов, как узкополосных, так и широкополосных;
Возможность обеспечения двухсторонней связи (дуплексной) связи между потребителями каналов (абонентами);
Возможность создания 2-х проводных и 4-х проводных выходов каналов связи;
Практическое отсутствие атмосферных и промышленных помех;
Узконаправленность излучения антенных устройств;
Сокращение времени организации связи в сравнении с проводной связью.
Недостатки радиорелейной связи:
Необходимость обеспечения прямой геометрической видимости между антеннами соседних станций;
Необходимость использования высокоподнятых антенн;
Использование промежуточных станций для организации связи на большие расстояния, что является причиной снижения надежности и качества связи;
Громоздкость аппаратуры;
Сложность при строительстве радиорелейных линий в труднодоступной местности;/div>
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
Аппаратура РРЛ строится обычно по модульному принципу. Функционально выделяют модуль стандартных интерфейсов, обычно включающих в себя один или несколько интерфейсов PDH (E1, E3), SDH (STM-1), Fast Ethernet или Gigabit Ethernet или сочетание перечисленных интерфейсов, а также интерфейсы управления и мониторинга РРЛ (RS-232 и др.) и интерфейсы синхронизации. Задача модуля стандартных интерфейсов заключается в коммутации интерфейсов между собой и другими модулями РРЛ.
Конструктивно модуль стандартных интерфейсов может представлять собой один блок или состоять из нескольких блоков, устанавливаемых в единое шасси. В технической литературе модуль стандартных интерфейсов обычно называют блоком внутреннего монтажа(IDU) т.к. обычно подобный блок устанавливается в аппаратной РРС или в телекоммуникационном контейнере-аппаратной). Потоки данных от нескольких стандартных интерфейсов объединяются в блоке внутреннего монтажа в единый кадр. Далее к полученному кадру добавляется служебные каналы, необходимые для управления и мониторинга РРЛ. Суммарно все потоки данных образуют радиокадр. Радиокадр от блока внутреннего монтажа как правило на промежуточной частоте передается к другому функциональному блоку РРЛ -радиомодулю(ODU). Радиомодуль выполняет помехоустойчивое кодирование радиокадра, модулирует радиокадр согласно используемому виду модуляции, а также преобразует суммарный поток данных с промежуточной частоты на рабочую частоту РРЛ. Кроме того часто радиомодуль выполняет функцию автоматической регулировки усиления мощности передатчика РРЛ.
Конструктивно радиомодуль представляет собой один герметичный блок, имеющий один интерфейс, соединяющий радиомодуль с блоком внутреннего монтажа. В технической литературе радиомодуль обычно называют блоком наружного монтажа, т.к. в большинстве случаев радиомодуль устанавливается на радиорелейной башне или мачте в непосредственной близости от антенны РРЛ. Расположение радиомодуля в непосредственной близости от антенны РРЛ обычно обусловлено стремлением уменьшить затухание высокочастотного сигнала в различных переходных волноводах (для частот больше 6 - 7 ГГц) или коаксиальных кабелях (для частот меньших 6 ГГц).
Для особо тяжелых условий где затруднено обслуживание средств связи, применяется нижнее расположение радиомодулей. Рабочая частота передается к антенне по волноводу. Данный вариант расположения блоков позволяет обслуживать РРС (производить замену радиомодулей) без выхода персонала на антенно-мачтовые сооружения.
Конфигурации и методы резервирования
Состояние, когда радиорелейная линия не может обеспечить требуемое качество каналов для передачи информации называется неготовностью, а отношение времени неготовности к общему времени функционирования линии называется коэффициентом неготовности.
На наиболее важных направлениях с целью уменьшения неготовности интервалов РРЛ применяют различные методы резервирования оборудования РРЛ. Обычно конфигурации с резервированием оборудования РРЛ обозначают в виде суммы N+M, где N обозначает общее количество стволов РРЛ, а M - количество зарезервированных стволов РРЛ (совокупность оборудования, обеспечивающего связь в каждом направлении по одному радиочастотному каналу, называется стволом РРЛ). После суммы добавляют аббревиатуру HSB, SD ил FD, обозначающую метод резервирования стволов РРЛ.
Уменьшение коэффициента неготовности достигается с помощью дублирования функциональных блоков РРЛ или использованием отдельного резервного ствола РРЛ.
Конфигурация 1+0
Конфигурация оборудования РРЛ с одним стволом без резервирования.
Конфигурация N+0
Конфигурация оборудования РРЛ с N стволами без резервирования.
Конфигурация N+0 представляет собой несколько частотных стволов РРЛ или стволов с разной поляризацией, работающих через одну антенну. В случае использования нескольких частотных стволов разделение стволов осуществляется с помощью делителя мощности и частотных полосовых фильтров. В случае использования стволов РРЛ с разной поляризацией разделение стволов осуществляется применением специальных антенн, поддерживающими прием и передачу сигналов с разными поляризациями (например, кроссполяризационных антенн, имеющих одинаковый коэффициент усиления для сигнала с горизонтальной и вертикальной поляризацией).
Конфигурация N+0 не обеспечивает резервирования РРЛ, каждый ствол представляет собой отдельный физический канал передачи данных. Данная конфигурация обычно используется для увеличения пропускной способности РРЛ. В оборудовании РРЛ отельные физические каналы передачи данных могут быть объединены в один логический канал.
Конфигурация N+1 HSB (Горячий резерв Hot StandBy)
Конфигурация оборудования РРЛ с N стволами и одним резервным стволом, находящимся в горячем резерве. Фактически резервирование достигается путем дублирования всех или части функциональных блоков РРЛ. В случае выхода одного из блоков РРЛ из строя, блоки, находящиеся в горячем резерве замещают неработоспособные блоки.
Конфигурация N+M HSB (Горячий резерв Hot StandBy)
Особенности применения радиорелейных станций для решения задач абонентского доступа
Среди технических средств, применяемых при построении телекоммуникационных сетей, радиорелейные станции (РРС) занимают особое место. Довольно часто их применение остается единственным средством, обеспечивающим передачу трафика там, где прокладка кабеля невозможна или нецелесообразна по экономическим соображениям. Основными типовыми задачами, решаемыми с помощью этого вида оборудования, являются организация межсайтовых соединений, абонентских выносов, привязка к транспортным магистралям, построение технологических линий связи большой протяженности. В последнее время востребована реализация задач «последней мили», предоставление абонентам услуг голосовой телефонной связи, Internet, кабельного телевидения. В пригородных и сельских районах с недостаточной степенью проникновения современной телекоммуникационной инфраструктуры применение радиорелейных станций решает такую проблему в силу таких характеристик этого оборудования, как быстрота развертывания, относительно быстрая окупаемость, высокая пропускная способность, интеграция в PDH-сети, трансляция необходимых абонентских интерфейсов в составе группового цифрового потока. В зависимости от конкретной ситуации, РРС могут применяться для решения задач «последней мили»:
Основными параметрами, определяющими выбор РРС для конкретной ситуации, чаще всего являются:
Технический обзор решений отечественных и зарубежных изготовителей радиорелейной аппаратуры PDH – иерархии в диапазоне частот 1,4…38 ГГц
В настоящей статье кратко рассмотрены возможности среднескоростных радиорелейных станций отечественных и зарубежных производителей, реализующие интерфейсы от Е1 до Е3.
НПФ «МИКРАН»
В комплектации с терминальными мультиплексорами абонентских интерфейсов среднескоростные радиорелейные станции МИК-РЛ , выпускаемые предприятием НПФ «МИКРАН» , позволяют решать широкий перечень задач по предоставлению пользователям аналоговых и цифровых каналов. МИК-РЛ предназначены для организации связи в 14 частотных диапазонах со скоростями передачи Е1, Е2, Е3. В семейство входят радиорелейные станции со средними и низкими скоростями передачи иерархии PDH (7…40 ГГц), а также малоканальные РРС, работающие в низкочастотных диапазонах (150 / 400 МГц). Приемопередающие устройства (выносное оборудование) для всех частотных диапазонов выполнены по унифицированной структурной схеме с цифровой модуляцией QPSK, 16/64/128QAM. В диапазоне 23…40 ГГц приемопередающее устройство интегрировано с антенной, что облегчает операции монтажа. Стволы могут работать с разной поляризацией. Модули доступа (внутреннее оборудование) обеспечивают функции управления и коммутации основных и дополнительных цифровых каналов, контроля параметров работы МИК-РЛ , служебной связи. Аппаратура первого уровня обладает наиболее полным набором функциональных возможностей, системой ТУ-ТС с программной поддержкой 128 станций. Аппаратура второго уровня имеет локальную систему ТУ-ТС. В МИК-РЛ предусмотрена организация дополнительных цифровых каналов n*64 кбит/с. Часть дополнительных каналов используется для внутрисистемных целей (служебной связи, конференцсвязи с селективным и групповым вызовом, мониторинга и управления), остальные каналы с интерфейсами RS-232/422/485, V.35, телефонные окончания E&M предоставляются пользователям. Низкоскоростные каналы сигнализации обеспечивают подключение внешних устройств пожарно-охранной сигнализации и т.п. В состав РРС также могут входить выпускаемые предприятием отдельный модуль дополнительных каналов nx64 кбит/с, модули доступа с интерфейсами Ethernet +n*Е1 (n=0…4), Ethernet + n*4E1 (n=0…4), мультиплексоры вторичных МЦП-12-хх (Е2) и третичных МЦП-13-хх (Е3) цифровых потоков с функциями передачи интерфейсов Ethernet + n*E1 (n-0…4). Мультиплексоры и источники питания включаются в единую систему управления по интерфейсу CAN.
СЕТЬ+СЕРВИС
РРС ФЛОКС является примером отечественного оборудования, завоевавшего популярность при создании корпоративных технологических систем связи и систем связи общего пользования, как в России, так и в странах СНГ. Базовая модель РРС ФЛОКС в частотном диапазоне 1,427 .. 2,690 МГц была разработана в 1995 году в рамках конверсии и в полном объеме использует все современные достижения микроволновых технологий: цифровые методы передачи данных, эффективное использование частотного ресурса, компактное исполнение. Частично (около 30%) используется импортная элементная база. Серийное производство организовано на заводе Аппаратуры наземной и космической связи (АНИКС) с жестким контролем качества.
В 2003-2004 гг завершены разработки, существенно расширившие использование частотного диапазона: ФЛОКС-4 (3 600 .. 4 200 МГц), ФЛОКС-7 (7 250 .. 7 550 МГц), ФЛОКС-23 (21 200 .. 23 600 МГц). Весь модельный ряд РРС ФЛОКС сохраняет завоевавшие популярность основные преимущества: надежность эксплуатации в любом регионе России и СНГ, работу на максимально возможных для диапазона интервалах, неприхотливое обслуживание, сравнительно невысокую цену. Гибкое конструктивное исполнение позволяет удобно и естественно разместить оборудование на узле связи. Поддерживаются уровни резервирования: 1+0, 1+1, 2+0, n+1.
Выпускается 2 типа аппаратуры ФЛОКС: низко- и среднескоростные уровня PDH поддерживают цифровые каналы емкостью 2-, 8- и 34-Мбит/с и предназначены для организация цифровых телефонных каналов связи на местном и зональном уровне и высокоскоростные уровня SDH поддерживают цифровые каналы емкостью 51- и 155-Мбит/с (STM-0 и STM-1) и предназначены для организации как телефонии, так и систем передачи данных в магистральных мультисервисных сетях связи. Для использования в системах сельской связи разработана и выпускается экономичная интегрированная модель ФЛОКС-лайт емкостью 2-Мбит/с. В настоящее время ведется НИОКР по созданию РРС с модуляцией COFDM, которая эффективно использует отраженный сигнал и позволяет строить радиорелейные линии связи в акватории портов, на шельфе и на отраженных сигналах в условиях отсутствия прямой радиовидимости: в городской застройке, в скалистых ущельях рек, в лесистых сопках и горах.
Все модели РРЛ ФЛОКС обеспечиваются единой системой оперативного контроля, поддерживающей любую топологию сети связи и схему резервирования.
РРС ФЛОКС эксплуатируются практически во всех регионах России, в республиках Казахстан, Таджикистан, Узбекистан. Они реально стабильно работают, например, в условиях низких температур Якутии (до -60?С), высоких температур Ставрополья (до +50?С), резко континентального климата Бурятии и Казахстана (суточный перепад температуры до 20?С), субтропического климата Абхазии и морского климата Архангельска, Владивостока и Петропавловска-Камчатского. РРС ФЛОКС внедрены в системах связи МЧС, МВД и МО России, региональных отделениях ОАО Ростелеком (Читателеком, Электросвязь республики Бурятия, Электросвязь Республики Карелия), предприятиях связи в составе Комитета по рыболовству (Архангельск, Владивосток, Красноярск, Мурманск, Петропавловск-Камчатский), Минтранса (Махачкала, Карелия и Архангельская область), рядом операторов сотовой связи: Саратов-GSM, Чувашия-Мобайл, Астрахань-GSM, СтавТелеСот, в странах СНГ (КРИС-Сервис/Казахстан; СОМОНКОМ/Таджикистан, МО республики Узбекистан). Все пользователи дают высокую оценку работе оборудования.
РАДИАН
ЗАО "Радиан" производит радиорелейные станции диапазонов 4…23 ГГц. Передаются цифровые потоки Е1, Е2 и Е3 и аналоговые телевизионные/радиопрограммы, аналоговая телефония, данные от 9,6 кбит/с до 10 Мбит/с. Модемное оборудование обеспечивает современные методы модуляции OQPSK и 64/128QAM с цифровой фильтрацией и адаптивным эквалайзером.
В зависимости от типа оконечного оборудования обеспечивается ввод/вывод пользовательских сигналов: потоков Е1, Е2, Е3 (оборудование МД-8, МД-34, АСТ-155), сигналы аналогового телевидения (КТВМ-200 и ДТВМ-200) для передачи их через цифровую систему с одним или двумя стереоканалами звукового сопровождения. ТВ-сигнал передается в стандарте MPEG-2 в 3-х или 4-х потоках Е1. Качество ТВ-сигнала поддерживает Российский стандарт цветного ТВ SECAM, а также PAL и соответствует телецентрам 2 группы качества. Оборудование обеспечивает два канала служебной связи, в том числе конференц-связь с адресным вызовом и дополнительные пользовательские каналы передачи данных со скоростями от 9,6 до 115 кбит/с.
В случае комплектования радиорелейной станции гибким мультиплексором MF-20 разработки ЗАО «Радиан» обеспечивается 2-х проводная аналоговая телефонная связь как в режиме «абонентского удлинителя», так и в режиме прямого телефона, 4-х и 6-ти проводные межстанционные соединительные линии, последовательные синхронные и асинхронные каналы передачи данных по стандартам V.35/V.36/RS-422/RS-232/RS-485 со скоростями от 9,6 кбит/с до 10 Мбит/с, сигналов звукового вещания высшего качества со сжатием MUSICAM как по аналоговым интерфейсам так и по цифровому интерфейсу AES/EBU.
Возможно подключение пожарной, охранной и другой аварийной сигнализации от внешних датчиков, при установке дополнительного интерфейсного устройства, подключаемого к оборудованию РРС по стыку RS-485. Оборудование имеет развитую автоматизированную систему управления (АСУ), обеспечивающее управление параметрами станции.
ПКП «БИСТ»
ПКП «БИСТ» более десяти лет производит радиорелейное оборудование различных модификаций с пропускной способностью от 2 до 34 Мбит/с. Предприятие стремится активно внедрять свою продукцию на другие сегменты рынка, в том числе в качестве средства решения проблем «расширенной последней мили».
Исходя из современных тенденций развития субрегиональной цифровой инфраструктуры, были определены основные требования к оборудованию, способному формировать оптимальную транспортную среду для небольших местных сетей доступа, в том числе сетей сельской и технологической связи. Для операторов таких сетей жизненно важной становится проблема минимизации как затрат на внедрение, так и эксплуатационных расходов. Она решается путем использования недорогого оборудования, повышением отказоустойчивости транспортной среды, охватом сети эффективной системой мониторинга.
Концепция РРС для субрегиональных сетей с отечественной спецификой получила поддержку НИИР, и в 2002г.-2003г. ФГУ «Российский фонд технологического развития» было осуществлено финансирование НИОКР «Разработка низкоскоростной радиорелейной станции для сетей с низкоскоростной плотностью абонентов, в том числе сельских». В рамках НИОКР были разработаны на основе единого подхода недорогие РРС как с пропускной способностью до 2 Мбит/с, так и РРС 8 и 34 Мбит/с.
Сетевые мультиплексоры из состава РРС семейства БИСТ нового поколения позволяют оборудованию эффективно работать в сетях различной топологии, в том числе кольцевой с использованием технологии маршрутного резервирования. Оборудование имеет встроенную систему мониторинга, по эффективности не уступающую АСКУ базовых модификаций. Реализованные проекты использования РРС семейства «БИСТ» на участках «расширенной последней мили», как правило, представляют собой 3-4 пролетные РРЛ, объединяющие территориально разнесенные емкости местных ЭАТС, базовых станций DECT, либо позволяющие осуществлять доступ удаленных прямых абонентов (ПА) к информационным полям узловых ЦАТС. Типичными примерами являются линии «Кулебаки-Ломовка-Теплово-Гремячево» (ОАО «Волга Телеком», г. Нижний Новгород) и транспортная сеть, построенная в республике Узбекистан по заказу «K.D.M. Enteprises, LLS».
В обоих случаях РРС использовались в качестве транспортной среды для подключения распределенных абонентских емкостей (в первом случае – проводные ПА подключались к ЦАТС, во втором случае – БС стандарта MPT 1327 к коммутационному центру «Actionet»). Дополнительно, в качестве сопутствующей, с помощью аппаратуры гибкого мультиплексирования решалась задача предоставления арендуемых каналов обмена данными внутри ЛВС сторонним организациям. Для решения подобных задач, в частности, в сетевых мультиплексорах из состава РРС семейства «БИСТ» может быть предусмотрено до 2-х портов Ethernet 10 BaseT и порты V.24 для подключения территориально разнесенных абонентов и участков ЛВС.
В комплекте с соответствующими цифровыми кодеками радиорелейное оборудование производства ПКП «БИСТ» используется для раздачи телевизионного и аудио сигналов абонентам в гг. Саратов, Самара, Казань, Приморском крае, в том числе совместно с сигналами цифровой телефонии.
ALCATEL
Alcatel 9400AWY представляет собой семейство цифровых радиорелейных систем, предназначенных для организации связи в диапазонах 7…38 ГГц с конфигурацией 1+0 или 1+1 и пропускной способностью 4…34 Мбит/с. РРЛ Alcatel 9400AWY принадлежит к классу систем раздельного монтажа, что обеспечивает гибкость в выборе необходимой пропускной способности и частотного диапазона. Многие параметры настраиваются программно и не требуют замены оборудования: перестройка частоты, перестройка модуляции, перестройка пропускной способности. Радиорелейная станция имеет функцию автоматического управления выходной мощностью приемопередатчика во всех диапазонах. Один внешний блок может использоваться для работы на любой частоте внутри четверти частотного диапазона. При этом номенклатура ЗИП сокращается до 4 типов ODU для всего частотного диапазона. Внешний блок 9400AWY при необходимости может быть быстро перестроен для работы на другой частоте. Внутренний блок оснащен сменными модулями интерфейсов. Благодаря этому РРЛ 9400AWY находит свое применение не только в сетях передачи голоса (до 16 портов E1 или 1 порт E3 на 1 IDU), но и в сетях передачи данных и в мультисервисных сетях, для чего предусмотрен комбинированный модуль 2х10BaseT+8xE1. В последнем случае пользователь системы имеет возможность перераспределять пропускную способность для пакетного и голосового трафика. Наличие сменных интерфейсных модулей реализует концепцию «платы по мере роста», когда соответствующий интерфейс может быть добавлен к системе по мере необходимости. Другим примером реализации той же концепции в оборудовании Alcatel 9400AWY является наличие программных ключей. Информация на программном ключе определяет набор функций, доступных пользователю. Для добавления новых интерфейсов или увеличения доступной пропускной способности, достаточно поставить новый программный ключ или добавить соответствующий модуль.
В РРЛ Alcatel 9400AWY используются современные функции мониторинга и управления, оптимизированные для эксплуатации и технического обслуживания. Это позволяют создавать масштабируемые решения как для местного управления одним каналом (для сетей размерами от 128 элементов радиооборудования), так и глобальные решения для сложных транспортных сетей (на основе централизованной сетевой системы управления Alcatel 1353NM), обеспечивающие выявление неисправностей, измерение рабочих параметров, конфигурирование и управление защитой.
ERICSSON
Микроволновые системы Ericsson средней пропускной способности для связи "точка-точка" MINI-LINK E пригодны для сетей любого типа. MINI-LINK Е может иметь конфигурацию, удовлетворяющую требованиям любых сетей по дальности и скорости передачи данных. Эта аппаратура работает в частотных диапазонах 7…38 ГГц и имеет скорость передачи данных от 2 до 2х17 Мбит/с. Терминалы MINI-LINK Е могут использоваться в сетях любой конфигурации - в виде звезды, дерева, или кольца. Для повышения надежности могут быть использованы резервируемые системы типа 1+1 или сети с кольцевой структурой. Продукция MINI-LINK E подразделяется на две ветви для лучшего удовлетворения требований по экономичности сетей с высокой плотностью: автономная, полностью наружная аппаратура MINI-LINK E для обеспечения минимальной стоимости сайта и гибкая сплит-система MINI-LINK E для оптимальной компоновки многотерминальных сайтов. Выпускаются конфигурации, поддерживающие до четырех радиомодулей. Программное управление скоростью трафика облегчает возможность расширения сети без замены аппаратуры. Программное управление конфигурацией сайта и взаимными связями позволяет минимизировать количество кабельных соединений, обеспечить высокую надежность и сократить время установки. Полностью наружная аппаратура MINI-LINK E Micro содержит все необходимые компоненты передачи, что устраняет необходимость централизованной инфраструктуре внутри помещения. Это особенно важно, когда необходимы особенно важны быстрый ввод в строй и минимальная стоимость сайта.
Блок интерфейсов Ethernet (ETU) обеспечивает беспроводную связь между сетями LAN по пролетам MINI-LINK E. ETU имеет один интерфейс для подключения LAN. Он может быть гибко сконфигурирован для любой пропускной способности, удовлетворяющей нормативами G.703, 2, 8 или 34 Мбит/с.
Блоки кросс-коннекторов MINI-LINK (MXU) поддерживает резервирующие переключения в сетях кольцевой конфигурации, уплотнение данных на уровне 64 кбит/с и встроенное управление. Они полностью совместимы с обширным семейством аппаратуры Ericsson DXX.
Для централизованного управления и эксплуатации всего оборудования MINI-LINK используется система MINI-LINK Netman. Она может использоваться, как изолированная система или быть интегрирована в Систему Управления Сетью (NMS) более высокого порядка с помощью стандартизованного SNMP интерфейса.
NEC
Корпорация NEC поставляет на российский рынок радиорелейные станции семейства Pasolink для диапазона частот от 4 до 38 ГГц. Системы связи, построенные на этом оборудовании, отличает высокая надежность (наработка на отказ - до 400000 часов), легкость и простота развертывания и технического обслуживания. Оборудование конструктивно состоит из компактного наружного радиочастотного блока (ODU, вес около 3 кг) и каналообразующего внутреннего блока модулятора-демодулятора (IDU, размер 1U), соединенных одним коаксиальным кабелем. Модульное исполнение предусматривает простой переход от схемы резервирования 1+0 к 1+1 или 2+0 и позволяет экономично наращивать пропускную способность. Использование автоматической регулировки мощности передатчика снижает уровень помех, уменьшает коэффициент остаточных ошибок и, в сочетании с трансверсальным адаптивным эквалайзером, облегчает решение проблемы замираний. Применение режима ортогональной поляризации позволяет удваивать пропускную способность системы на одном интервале РРЛ, а современного кодирования Рида–Соломона улучшает характеристики BER (вероятность ошибок на бит информации). Программируемая схема модуляции: PSK/QPSK/16-QAM в системах PHD и 16-QAM/128-QAM в системах SHD, позволяет достичь высокой эффективности использования спектра частот или коэффициента усиления системы. Обеспечивается гибкая комбинация интерфейсов Ethernet и E1. Все оборудование семейства Pasolink+ работает с единой централизованной системой управления PNMS (PASOLINK Network Management System), в операционной среде Windows’NT или Unix, поддерживает до 100 РРС станций в одной сети и использует протокол сетевого управления SNMP. Оборудование Pasolink сертифицировано в России. Проводится полный цикл тестовых испытаний при ±50°С, включая «холодный старт». Модельный ряд уровня PDH включает РРС Pasolink c интерфейсом Ethernet для систем связи или передачи данных с малой и средней пропускной способностью (до 16хЕ1 или 2х10/100Base-TX) и РРС Pasolink Mx с повышенной пропускной способностью от 5xE1 до 40xE1. Программируемая схема модуляции QPSK/16-QAM дает увеличение емкости от 16хE1 до 40хE1 в той же полосе (28 МГц). Ориентирована для использования на сетях операторов мобильной связи, на корпоративных сетях IP, а также в сетях интернет-провайдеров.
Наиболее известное внедрение в России – в составе транссибирской магистральной РРЛ «Москва-Хабаровск» протяженностью 8300 км. На оборудовании Pasolink построены опорные сети связи ведущих отечественных сотовых компаний: Вымпелком, МЕГАФОН и МТС.
NERA
Семейство CompactLink представляет собой экономичную цифровую радиорелейную систему "от точки к точке" с высокими техническими характеристиками, разработанную для систем связи с короткими пролетами. Диапазон частот составляет от 7 до 23 ГГц при пропускной способности как ANSI, так и ETSI от 4-16 DS1/E1. Суммарная скорость передачи составляет 9,2 Мбит/с для 4хЕ1, 18,4 Мбит/с для 8хЕ1, 36,9 Мбит/с для 16хЕ1, 39 Мбит/с для Е3+Е1. CompactLink обеспечивает резервирование стволов 1+0 либо 1+1 с аппаратурным резервом (Hot-Standby). Система обеспечивает автоматическую регулировку мощности передатчика с диапазоном 20 dB. Интерфейс пользователя и цифровая электроника размещаются во внутреннем модуле высотой 1U в стойке 19" . Он выполняет все функции цифровой обработки и контроля системы и не требует регулировки или настройки во время, и после установки. Персональный компьютер используется в качестве интерфейса для контроля и управления, интерфейсы SNMP-Ethernet, SNMP-PPP, CIT. Для систем с горячим резервом требуется два кабеля. Конфигурация с горячим резервом (1+1) имеет два внешних модуля, подключенных к смонтированной на раме системе объединения и разделения стволов. Входные/выходные порты компонентных сигналов – это стандартные симметричные порты 120 Ом для ETSI и 100 Ом для ANSI. CompactLink имеет опционную панель линейного интерфейса, которая обеспечивает индивидуальное подключение 4-16 каналов E1 с несимметричным интерфейсом 75 Ом и разъемом BNC. Блоки интерфейса смонтированы на панели шириной 19" и высотой 2U. Реализованы 2 служебных канала до 9,6 кбит/с (RS-422, RS-485).
NOKIA
FlexiHopper производства фирмы Nokia перекрывает диапазон 7… 38 ГГц, поддерживает одним внутренним блоком до 3-х направлений передачи (один из «пролётов» можно зарезервировать).
Внутренний блок FIU19(Е) предоставляет стандартные телекоммуникационные интерфейсы с помощью трёх устанавливаемых plug-in модулей. Доступные интерфейсы: 12 E1; для обеспечения ёмкости 16 Е1 используется дополнительный расширительный блок EXU; 2 интерфейса Ethernet 10/100Base-T; 2 дополнительных Flexbus-интерфейса для связи с внешними блоками и внутренних блоков между собой; дополнительные (AUX) интерфейсы EIA-232 или V.11 со скоростью 4,8 или 9,6 кбит/c; интерфейс V.11 со скоростью от 9,6…64 кбит/с или интерфейс G.703 кбит/с). Скорость дополнительных цифровых каналов зависит от загрузки трафика каналами Е1. Так, например, при 2-х используемых каналах Е1 возможно передать «медленный» интерфейс V.11 со скоростью 4,8 кбит/c + «быстрый» интерфейс G.703 со скоростью 64 кбит/с, а при загрузке всех возможных 16 Е1 - EIA-232 со скоростью 9,600 бит/c + V.11 cо скоростью 64 кбит/с. Для подключения внешних устройств применяются 4 программируемых TTL-канала ввода/вывода и/или 4 контроллера реле. Вся радиочасть сконцентрирована в наружном радио-модуле (21 х 23 х (12 - 21) см3 / 4,0 – 6 кг).
Радиорелейная станция оснащается интегрированной низкопрофильной параболической или квадратной антенной диаметром 20, 30, 60, 90, 120, или 180см, а так же 240 и 300 см. Применяется горячее резервирование, частотное, пространственное и поляризационное разнесение. Поляризация может меняться поворотом облучателей, которые интегрированы в антенный блок. Возможно использование антенн с двойной поляризацией.
Для повышения качества сигнала в радиорелейном оборудовании Nokia FlexiHopper используются функции прямого исправления ошибок (FEC, кодирование Рида-Саломона) и двух- или четырехглубинный интерливинг. Метод автоматического управления мощностью передачи ALCQ позволяет повышать и снижать мощность излучения автоматически в соответствии с ответом, полученным от другого конца участка радиорелейной линии. В оборудовании реализовано автоматическое измерение предельных показателей замирания, а качество передачи контролируется с помощью встроенной функции измерения коэффициента битовых ошибок (BER) (G.826 МСЭ-Т).
Примерами эффективной работы оборудования FlexiHopper могут служить реализованные московской компанией «РК-Телеком» схемы связи базовых станций стандарта GSM для ОАО «МСС-Поволжье», ЗАО «Пенза-GSM» и других операторов связи. В настоящее время ведется работа по организации пропуска трафика Ethernet в интересах корпоративных заказчиков.
Особенности технических решений РРС для работы в частотном диапазоне 150/ 400 МГц
Для решения задач абонентского доступа в малонаселенных, удаленных и труднодоступных районах применяются малоканальные радиорелейные станции метрового и дециметрового диапазонов. Они предназначены для организации местной связи на большие расстояния, в том числе и на полузакрытых трассах. Хотя скорость цифрового сигнала в радиоканалах, образованных такими РРС, невелика (до 2,048 Мбит/с), в районах с низкой плотностью населения пропускная способность не играет ключевой роли. Гораздо важнее длина интервала радиорелейной линии, а она ввиду физических свойств радиоволн этого участка спектра, может достигать 70 км.
НПФ «МИКРАН»
Радиорелейные станции для этих приложений, выпускаемые предприятием НПФ «МИКРАН» , выполнены в диапазонах частот 150 МГц (МИК-РЛ 150М) и 400 МГц (МИК-РЛ 400М). Эта платформа реализует принцип: подключение линии радиосвязи на любом уровне – от цифровой магистрали до сельского абонента. В аппаратуре МИК-РЛ 150М функции терминала абонентского доступа и модема радиорелейной станции реализованы в модуле доступа МД1-2-В256. Модуль предоставляет абонентам 4-х или 2-х проводные телефонные окончания, а также каналы данных с интерфейсами RS-232, RS-422, RS-485, V.35. Передача группового потока осуществляется на скорости 256 кбит/с. В аппаратуре МИК-РЛ 400М применяется модуль доступа МД1-1-В2. Выделение канальных интервалов из группового потока 2,048 Мбит/с осуществляется с помощью первичных мультиплексоров. Дополнительно к основным цифровым потокам реализуются низкоскоростные цифровые каналы, позволяющие включать системы телеметрии и прочие периферийные устройства. Аппаратура МИК-РЛ 150М / 400М имеет возможность управления параметрами станций с помощью системы ТУ-ТС. Возможно построение территориально-распределенных сетей интегрированного доступа при общем количестве станций до 64. Конфигурирование и управление сетью обеспечивается программно.
НПФ СЕЛЬСОФТ
В частотном диапазоне 150 /400 МГц НПФ «Сельсофт» выпускаются радиорелейные станции Р-150 (f = 150 МГц, 512 кбит/с) и Р6 (f = 400 МГц, 512…2048 Мбит/с). Они состоят из радиоблока в корпусе 19” и антенны типа «волновой канал». Кнопки, расположенные на передней панели, позволяют устанавливать необходимую (или максимально возможную по условиям радиовидимости) групповую скорость передачи в радиоканале с шагом 64 кбит/с. Выбор количества передаваемых каналов (тайм-слотов) из потока Е1 осуществляется программно. Маломощная версия Р6-мини предназначена для организации радиоканала на небольшие расстояния - до 20 км (P= 1Вт). Для объединения аналоговых и цифровых абонентских окончаний в поток Е1, поступающих в радиоблок, используются выпускаемые НПФ «Сельсофт» мультиплексоры. Например, с помощью терминального оборудования МЦ-115Т происходит вставка/выделение в точке доступа и предоставление пользователям Ethernet до 2,048 Мбит/с, до 27 абонентских телефонных каналов, а также передачу данных (RS-232), что обеспечивает доступ к ТфОП, а также коллективный или абонентский доступ к Интернет-ресурсам. Длина радиотрассы при трехпролетном варианте построения РРЛ достигает 150 км.
Заключение
На сегодняшний день рынок радиорелейного оборудования динамично развивается, о чем свидетельствует увеличивающийся спрос на РРС. Этому способствуют такие факторы, как необходимость обеспечения связью месторождений находящейся на подъеме нефтегазовой отрасли, возросшая потребность населения к получению интегрированного доступа к голосовой связи и Интернет, предоставление универсальной услуги связи в новых жилых массивах. Возможность передачи речи, данных, видео, построения сетей различной топологии, быстрота развертывания линий, приемлемая стоимость делают цифровые радиорелейные станции привлекательными по доведению цифровых услуг до абонентов в различных регионах Российской Федерации и стран ближнего зарубежья.
Автор выражает благодарность за предоставление информации по продуктам: «МИК-РЛ » - С. Волк (НПФ «МИКРАН»), «Флокс» – Л. Брусиловскому (Сеть+Сервис), «Радиан» – М. Махк (Радиан), «БИСТ» – Т.Гогоберидзе (ПКП БИСТ), «Р-150» и «Р6»- С. Стригину (НПФ Сельсофт), «Alcatel 9400AWY» - Г. Муратову (Alcatel) , «Ericsson MiniLink» – А. Изюмову (Ланит), «NEC Pasolink»– А.Овсянникову (Сеть+Сервис), «NERA CompactLink» – Д. Мермельштейн (NERA), «Nokia FlexiHopper» – А. Кузнецову (РК-Телеком).
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,
Сотовая 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 .
Для современного состояния общества характерна непрерывно увеличивающаяся потребность в использовании систем передачи информации. Несмотря на огромный прогресс в сфере телекоммуникаций - как по развитию новых технологий в области связи, так и по объему связных систем, возросли и объективные препятствия для дальнейшего развития. Теснота как в частных диапазонах, гак и в пространстве привела к росту взаимных помех между функционирующими радиосистемами. Для решения проблемы электромагнитной совместимости осуществляется международное и внутригосударственное регулирование радиосвязи. Решение идет, в том числе, по пути сужения диаграмм направленности антенных систем, ограничения излучаемой мощности. Это позволяет осуществить пространственное разнесение радиосистем, ограничить их использование локальными территориями. Однако этот ресурс не беспределен.
Регламентация временных режимов работы радиосистем позволяет использовать их на ограниченной территории в одном частотном промежутке. Но при этом накладывается ограничение на информационные возможности радиосисгем.
При росте числа пользователей растет необходимая полоса частот, которая достигает десятка мегагерц. Даже в ВЧ-диапазонс его общая полоса составляет 27 МГц. Наличие звукового вещания в этих диапазонах делает нереальным развитие радиосвязи с использованием этих частот. Использование этих диапазонов для обмена телевизионными программами, каждой из которых требуется полоса в 6,5 МГц (и это без учета защитного интервала), также нереально. Следовательно, переход в УВЧ-, СВЧ- и КВЧ-диапазоны вызван объективными потребностями в обмене информацией.
Однако, как отмечалось в подразд. 6.1.1, электромагнитные колебания этих частот распространяются только по прямой и, следовательно, приемная и передающие антенны должны находиться в пределах геометрической видимости, без учета дифракции, увеличивающей радиогоризонт по сравнению с видимым на 14%. Естественно решение увеличивать дальность передачи информации последовательной ретрансляцией передаваемых сигналов - этот способ связи носит название «радиорелейная связь» (рис. 11.12).
Рис. 6.12.
Оконечные (ОС) и промежуточные (ПС) радиостанции находятся в пределах прямой видимости. В линии осуществляется, как правило, дуплексная (двухсторонняя) радиосвязь. Видно, что ограничение дальности распространения радиоволн, начиная с УВЧ-диапазона и выше, прямой видимостью, с одной стороны, недостаток - необходимо использовать дополнительную ретрансляционную аппаратуру, а, с другой стороны, достоинство - с учетом направленного излучения можно на ограниченной территории использовать одинаковые частоты.
Радиорелейные линии используются там, где это экономически оправдано, например, для организации связи на ограниченное время или в сложных условиях - рельеф, болотистая местность и т.п.
Упрощенная функциональная схема радиорелейной линии представлена на рис. 6.13.
Рис. 6.13.
Оконечные радиостанции включают в себя передающую и приемную части. Источники информации (ИИ) объединены схемой уплотнения информации (СУИ), формирующей групповой сигнал, поступающий на вход передатчика (ИД). Промежуточные радиостанции принимают и передают далее радиосигнал, который подвергается восстановлению с целью сохранения необходимого качества связи. Таких промежуточных радиостанций может быть несколько, в зависимости от рельефа местности и протяженности радиорелейной линии. На промежуточной станции может быть предусмотрен отбор и добавление информации, гем самым линия преобразуется в сегь и место расположения промежуточной станции привязывается к источникам и получателям информации. На оконечной радиостанции, кроме приема, осуществляется разделение группового сигнала на составляющие схемой разделения информации (СРИ) и передача соответствующим получателям информации (ПИ).
Абсолютно аналогично выглядит и образ ный канал. Упомянутое здесь формирование группового сигнала и его последующее разделение далее будет рассмотрено в отдельном разделе. Этот метод общий и применяется с целью более рационального использования передающих, приемных и антенных устройств, а также конструкций - вышек, зданий, входящих в систему.
Отдельно стоит вопрос снижения уровня внутрисистемных помех. Для решения этой проблемы и принимается ряд мер (рис. 6.14).
Рис. 6.14.
Работа на прием и передачу ведется на разных частотах и поляризациях. Это позволяет исключить в пределах ОС и ПС попадание излучаемого сигнала на вход приемника. Кроме того, осуществляется смена несущих частот по линии. Дополнительно предусмотрено, чтобы станции нс располагались по прямой с целью предотвращения попадания сигнала передатчика, расположенного через одну станцию, на вход приемника одновременно с сигналом соседней станции. Информационные потоки группируются в радиочастотные каналы и образуют стволы радиорелейной линии (РРЛ) и их может быть несколько, поэтому изображенные на рис. 6.13 и 6.14 схемы являются упрощенными, поясняющими только принцип построения РРЛ.
Расстояние между станциями определяется прямой видимостью. Будем для простоты считать рельеф местности ровным, без возвышенностей и впадин.
На рис. 6. 15 обозначено: - радиус Земли (R y = 6370км); /;,и h 2 - высота подъема антенн Л, и А 2 над Землей. Линия прямой видимости, равная Л, + d 2 , почти касается поверхности Земли. Учтем малость /?, и h 2 по сравнению с /? 3 и определим расстояние между антеннами Д равное d } + d 2
Рис. 6.15.
Так как f2R = 3500 м, примем с учетом некоторого огибания поверхности Земли радиоволнами:
(D измеряется в километрах, А,и /г, - в метрах). Если считать /г, « /г, «25, то D = 40 км. Как правило, величину подъема антенн с целью уменьшения стоимости мачт не делают более 40 м и D = 40 - 60 км. При проектировании учитывают рельеф и по возможности антенные мачты устанавливают на возвышениях.
В PPJI используют частоты в области 4 и 6 ГГц. Это позволяет получить достаточно широкую полосу частот и, следовательно, обеспечить высокую пропускную способность. В то же время влияние осадков на т рассе несущественно воздействует на поглощение электромагнитных волн в атмосфере.
На практике в диапазоне 6 ГГц выделяют полосу частот в 500 МГц, в которой формируют 16 каналов - по 8 в каждом направлении, т.е. 8 стволов. Использование вертикальной и горизонтальной поляризаций позволяет одной антенной осуществлять прием и передачу радиосигналов. Но это возможно при небольшом числе стволов.
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.
