1-по pадиотpакту (обычно ПЧ) - тpанзит pадиотpакта;
2-по гpупповому тpакту - тpанзит гpуппового тpакта;
3-по шиpокополосным каналам - тpанзит ШК;
4-по каналам тональной частоты - тpанзит ТЧ, пеpепpием по ТЧ.
Пути пpохождения сигналов между полукомплектами в каждом из указанных pежимов pетpансляции показаны на pис. 2.2. штpиховыми линиями, отмеченными соответствующими цифpами.
Не все из названных pежимов pетpансляции пpедусмат- pиваются в той или иной конкpетной аппаpатуpе, но из числа пpедусмотpенных меньше искажений вызывает pежим с минимальным числом пpеобpазований сигналов.
В этом смысле пpедпочтительность pежимов pетpанс-ляции соответствует поpядку, в котоpом они пеpечислены.
На большинстве подвижных военных PPЛ чаще всего используется pежим pетpансляции по групповому тpакту 2, а на некотоpых многоканальных PPЛ пpименяется также pежим pетpансляции по pадиотpакту пpомежуточной частоты 1. Если пpомежуточная станция линии является узловой, т.е. на ней производится выделение (ответвление) части каналов, то эти каналы должны быть выделены из многоканального сигнала, т.е. демодулиpованы до сигналов ТЧ или ШК. В этом случае pежим pетpансляции по pадиотpакту 1 в принципе не пpименим. В системах с ВPК возможны все остальные pежимы pетpансляции, а в системах ЧPК только pежимы 3 и 4. Pежим pетpансляции (тpанзита) по ТЧ 4 наиболее унивеpсален и всегда в пpинципе возможен, но он, как пpавило, наименее желателен, т.к. каждый новый тpанзит по ТЧ ухудшает сквозные хаpактеpистики ТЧ.
Качественные показатели каналов и трактов военных РРЛ.
Показатели качества и характеристики каналов и трактов РРЛ.
Основным видом каналов современных подвижных военных РРЛ являются стандартные каналы ТЧ с полосой эффективно передаваемых частот 0,3-3,4 кгц., удовлетворяющие действующим нормам и требованиям. предъявляемым к каналам полевых военных средств связи. Качество таких каналов применительно к подвижным РРЛ определяется следующими основными показателями и характеристиками:
- шумовой защищенностью каналов дБ;
- надежностью линии по замираниям Н, %;
- достоверностью передачи дискретных сигналов ;
- характеристиками канала ТЧ: остаточным затуханием, ампли-
тудной, амплитудно-частотной, фазо-частотной;
- стабильностью остаточного затухания aТ .
Для каждого конкретного типа подвижных военных РРЛ нормы на эти показатели и характеристики указываются в тактико-технических данных соответствующих конкретных типов РРС. При этом подразумевается, что линия имеет максимальную (Полную) протяженность при номинальном числе интервалов М и максимально допустимом числе транзитов (переприемов) по ТЧ (обычно не более 2-3).
Шумовая защищенность канала (ШЗК) - Выраженное в логарифмических единицах (децибелах, неперах) отношение мощности измеренного синусоидального сигнала частоты 800 гц на выходе к суммарной мощности шумов в той же точке:
аШ[дБ]=10lg
аШ[нп]=0.5lg
В зависимости от метода измерения различают шумы (и соответственно шумовую защищенность) интегральные и псофометрические.
Псофометрическая мощность шума меньше интегральной и связана с ней псофометрическим коэффициентом
R2ПС=(0,75)2=0,56. Соответственно псофометрическая шумовая защищенность больше интегральной на 2,6 дб. (0,3 нп).
При таких значениях шумовой защищенности каналы ТЧ обеспечивают многоцелевое предназначение. Они пригодны для передачи телефонных сигналов, сигналов аппаратуры тонального телеграфирования (аппаратуры вторичного уплотнения), фототелеграфа, аппаратуры передачи бинарной информации. Передача телефонных сообщений по каналам с хорошим качеством обеспечивается смысловой разборчивостью 97-98%, по удовлетворительным каналам - с разборчивостью 95-97% при затухании проводных линий, соединяющих РРС с узлами связи, до 10 дб.
Надежность по замираниям - надежность, с которой на РРЛ полной протяженности обеспечивается номинальная шумовая защищенность каналов а при условии полной исправности и абсолютной надежности аппаратуры всех РРС линий
Н%=100-Т%; (8.10)
где Т%= 100%.
Величина Т% является потерей надежности линии по замираниям, равной выраженному в процентах отношению суммы отрезков времени t в течение которых аШРа*Ш, ко времени наблюдения tН.
Для подвижных военных РРЛ временем наблюдения являются сутки.
В соответствии с нормами требуется, чтобы для так называемых наихудших суток года, когда замирания радиоволн наиболее интенсивны, на РРЛ полной протяженности обеспечивалась надежность по замираниям Н%=95-97%.
Потеря надежности замирания Т% обусловлена главным образом медленными замираниями рефракционного происхождения. При норме Т*%=5% (т.е.Н%=95%) ухудшение качества связи до значений допускается в течение не более, чем 72 мин. наихудших суток года. Показатели качества каналов аШ и Н% непосредственно зависят от качества планирования РРЛ и правильности выбора мест развертывания РРС, чем достигаются требуемые величины запасов уровней ВЧ радиосигналов на интервалах РРЛ. Именно этим и обеспечивается выполнение условия надёжности по замираниям: Н% іН*% при аШіа*Ш .
Достоверность передачи дискретных сигналов по каналам ТЧ Q определяется отношением числа правильно принятых символов (как правило, элементарных посылок) к общему числу символов переданных за определенный (обычно нормируемый) промежуток времени (сеанс связи).
Потери достоверности pОШ=1-Q при передаче бинарной информации по каналам ТЧ с установленной скоростью (например, 1200 Бод) не должны превышать нормированное значение (например,10-4) в течение H*% (например, 95%) сеансов передачи. В таком случае обеспечивается передача дискретной информации с достоверностью Q с надежностью по замираниям H*%.
Показатель качества каналов Q (или рОШ) существенно зависит
не только от шумовой защищенности аШ, но и от электрических характеристик канала: остаточного затухания, амплитудной, частотной и особенно фазочастотной характеристик.
Остаточное затухание канала на практике определяют как разность уровней синусоидального сигнала определенной частоты на входе и выходе канала ( для канала ТЧ - сигнала частоты 800Гц).
аR=РВХ-РВЫХ, (8.11)
где РВХ[дБ]=10lg;
РВЫХ[дБ]=10lg
Амплитудная характеристика канала ТЧ(АХ) определяет динамический диапазон амплитуд, уровней, при котором линейность зависимости величины выходного сигнала от входного сохраняются в пределах требуемых норм. Обычно используется амплитудная характеристика в виде зависимости остаточного затухания канала от уровня входного сигнала, в качестве которого используется синусоидальный сигнал частоты 800 Гц.
Амплитудная характеристика (АХ) (рис. 4.1.) записывается в виде
DаR(F)=LR(F)-aR(800Гц) при РВХ=Р*ВХ=const. (8.12)
Для каналов подвижных РРЛ амплитудная характеристика должна быть линейна и с точностью до DаRЈ1Нп при превышении номинального входного уровня на величину + DРВХЈ0,4 Нп (хороший канал),+ DРВХЈ0,3 Нп (удовл.канал).
Амплитудно-частотная характеристика канала ТЧ (АХЧ) (рисунок 4.2). обычно используется в виде зависимости величины отклонения остаточного затухания канала на данной частоте относительно остаточного затухания на частоте 800 Гц. Нормы на допустимые отклонения задаются для всех частот в пределах полосы эффективно передаваемых частот от 0,3 до 3,4 кГц. АЧХ записывается в виде
DаR(F)=LR(F)-aR(800Гц) при РВХ=Р*ВХ=const. (8.13)
При максимально допустимом числе транзитов по тональной частоте МТЧ АЧХ должна удовлетворять нормам.
Фазочастотная характеристика канала ТЧ (ФЧХ) представляет собой зависимость от частоты величины сдвига между фазами синусоидального колебания на входе и выходе канала при постоянном уровне входного сигнала (рис. 4.3)
Ф(F)=jВЫХ-jВХ при РВХ=Р*ВХ=const. (8.14)
Стабильность остаточного затухания канала ТЧ - постоянстве во времени величины остаточного затухания канала на частоте 800 Гц, характеризуемое допустимыми значениями отклонений остаточного затухания от номинала.
Нормы на эти характеристики задаются для РРЛ полной протяженности L при максимально допустимом числе транзитов (переприемов) по ТЧ.
При соответствии характеристик нормам величины искажений сигналов, передаваемых по каналам ТЧ, не превышают допустимых. Так, например, несоответствие нормам ФЧХ приводит к снижению достоверности передачи информации по каналу ТЧ с установленными скоростями, несоответствие нормам стабильности остаточного затухания канала может привести к нарушению нормальной работы аппаратуры тонального телеграфирования и аппаратуры фототелеграфа, в каналах, включенных в режимы с двухпроводным выходом, может возникнуть самовозбуждение.
Широкополосные каналы и групповые тракты РРЛ характеризуются аналогичными и некоторыми специфическими показателями качества.
Эксплуатационные показатели качества каналов ТЧ РРЛ.
В нормально функционирующих каналах РРЛ величина аШ, определяемая выражением (4.1) или (4.2), как отмечалось, может быть допущена хуже значения аШ только в малом проценте времени Т%=3-5%, т.е. не более 72 мин, в сутки. При этом, поскольку в каналах обеспечивается требуемая стабильность остаточного затухания и величина мощности измерительного сигнала Р800 во времени практически постоянна, изменения величины аШ обусловлены соответствующими изменениями величины мощности шумов на выходе канала РШ , которая в течение Т% времени может превышать допустимую величину РШ . Следовательно, величина РШ в каналах РРЛ не постоянна во времени и изменяется, возрастая практически пропорционально глубине замирании радиосигналов на интервалах.
Значения средней мощности шумов соответственно меньше допустимой величины РШ (соответствующей а*Ш) т.е. РШ<Р*Ш.
В связи с этим по измеренным значениям РШ (или соответствующим уровню рШ, или эффективному напряжению шумов UШ) можно судить о шумовой защищенности (т.е. о качестве канала) лишь приближенно, причем более точно можно судить лишь по серии измерений величины РШ(или рШ или UШ). Обычно для каждого типа РРЛ в технических характеристиках указывают нормируемые значения величины рШ или UШ в зависимости от числа интервалов линии.
Существенное отличие значений средней мощности в каналах ТЧ от пиковой мощности РШ (соответствующее вероятности Т*% и нормируемой шумовой защищенности аШ) является характерной особенностью каналов РРЛ, отличающей их от каналов проводной многоканальной электросвязи, где значение РШ мало отличается от Р*Ш и шумовая защищенность может достаточно оцениваться по измерениям мощности шумов в каналах с помощью псофометров.
Следует также заметить, что чем больше интервалов на РРЛ, тем ближе величина РШ приближается к пиковой величине Р*Ш, так как пик-фактор при этом снижается.
Величина а*Ш не зависит от числа интервалов, а лишь выполняется на линии полной протяженности с заданной надежностью Н%, а на каждом отдельном интервале с большей надежностью.
Влияние среды распространения радиосигналов на качество связи и построение РРЛ.
Распределение уровня радиосигнала на интервале РРЛ.
Рассмотрим распределение уровня мощности радиосигнала на интервале РРЛ между выходом радиопередающего устройства одной РРС и входом радиоприёмного устройства другой РРС данного интервала РРЛ.
На рисунок 4.4 схематично изображен интервал N-канальной радиорелейной линии (при связи в одну сторону). Мощность радиопередающего устройства равна РПЕР, КПД передающего фидера -hФПЕР, коэффициент усиления передающей антенны GА ПЕР. На приемной стороне мощность радиосигнала на входе радиоприёмного устройства составляет величину РПР , коэффициент усиления приемной антенны и КПД приемного фидера равны соответственно GА ПР и hФПР . Связь осуществляется на частоте f, длина l, протяженность интервала R. На выходе К канала линии при отрегулированном остаточном затухании aR=РК ВХ-РК ВЫХ мощность шумов составляет величину РШК. Величина aR стабильна благодаря применению частотной или импульсной модуляции.
Затухание радиосигнала на интервале, определяемое как затухание между входом и выходом передающей и выходом приемной антенн при условии, что GА пер = GА пр =1, состоит из трех слагаемых
где WСВ- так называемое затухание радиосигнала в свободном пространстве;
WР- дополнительное (к условиям свободного пространства) затухание, вызываемое влиянием рельефа местности при нормальной рефракции волн;
DWЗ(T%)- приращение затухания W относительно медианного значения W50%, возникающее вследствие замираний напряженности электромагнитного поля при изменении условий распространения радиоволн. Индекс Т1% указывает, что глубина замираний DWЗ соответствует определенной вероятности Т1% (определенному проценту времени так называемых наихудших суток года, в течение которых наблюдаются наиболее интенсивные замирания).
причем затухание в свободном пространстве представляет собой затухание радиосигнала между входом передающей и выходом приемной антенн при условии, что GА ПЕР=GА ПР=1 и связь проходит в условиях свободного пространства. Зависимостьвеличины WСВ от длины волны l, объясняется тем, что от l2 в прямой пропорции зависит эффективная площадь приемной антенны.
Если мощности РПЕР и РПР выражены в децибелах относительно одного ватта, а остальные (безразмерные) величины - в децибелах, то зависимость между РПЕР и РПР выражается следующим уравнением передачи радиосигнала :
Эта зависимость с учетом выражения (1.13) графически отображается диаграммой распределения уровня радиосигнала на интервале, представленной на рисунке 2.1. Сплошной линией показана диаграмма для случая, когда замирания отсутствуют:
Штриховой линией изображена диаграмма для некоторого момента времени, которому соответствует замирание глубиной DWЗ(T%). Глубина замираний в малом проценте времени ТЈ1% (с малой вероятностью), как показывает статистика, может достигать 20-30 дБ и более.
Из диаграммы видно, что уровень радиосигнала на интервале с увеличением расстояния быстро снижается главным образом за счет возрастания величины затухания в свободном пространстве WСВ, соответствующего для интервалов протяженностью 30-40 км. в диапазонах волн 7-20 см. величинам порядка 125-135 дБ. К этому добавляется затухание WР, величина которого на правильно выбранных интервалах не превышает 6-10 дБ, и затухание в фидерах, в сумме составляющее величины, как правило, также не более 6-10дБ. Столь существенные потери в фидерах объясняются достаточно большой их длиной: при мачтах высотой 20 и 30 м. типовые фидеры имеют длину соответственно 40 и 50 м.
Хотя антенны и являются пассивными элементами, они эквивалентны весьма эффективным усилителям, повышающим в сотни и тысячи раз мощность сигнала, так как резко концентрируют поток энергии радиоволн в направлении своего максимального излучения. ориентированного на корреспондента. Например, одна антенна с коэфициентом усиления GA=24 дБ эквивалентна уси-лителю, повышающему мощность передатчика в 250 раз. Так как антенн на интервале две, то усиление составит 48 дБ,т.е. 62500 раз!
Применяя направленные антенны, можно существенно снизить мощность радиопередающего устройства, необходимую для надежной работы РРЛ в условиях замираний радиосигналов при использовании сравнительно простых. достаточно экономичных радиоприемных устройств, имеющих коэффициент шума порядка КШ=8-12 дБ.
Влияние среды распространения радиосигналов на построение РРЛ.
Из рассмотренного уравнения передачи (4.3), а также из выражения (4.10) видно, что среда распространения радиосигнала на интервале РРЛ влияет на величину затухания W двояким образом. Во-первых, от рельефа местности зависит дополнительное затухание WP. На распространяющиеся вдоль поверхности земли радиоволны неровности рельефа местности массивы леса и строений оказывают экранирующее действие, ослабляющее напряженность электромагнитного поля. На интервалах, где антенны расположены на достаточно больших высотах, возникают отраженные от поверхности земли волны, которые в случае сложения их в противофазе с прямой волной могут существенно ослаблять уровень радиосигнала у приемной антенны.
Фактор влияния рельефа местности (поверхности земли) оказывает влияние на построение РРЛ следующим образом.
На этапе проектирования нового средства радиорелейной связи учитывают, что при эксплуатации полевых средств невозможно оптимально выбрать все интервалы РРЛ, сводя значения WP к нулю. По этому при расчёте и выборе энергетических параметров РРС (РПЕР; GАПЕР; GАПР; hФПЕР; UШ) на основе уравнения (4.13) задаются некоторым значением, исходя из опыта полевой эксплуатации радиорелейных средств связи. Обычно вводится энергетический запас на рельеф, как указывалось, порядка 6-10 дБ. Чем больше такой запас введен: на этапе проектирования средства радиорелейной связи, тем легче будет эксплуатировать это средство в полевых условиях, что, однако, удорожает РРС.
На этапе эксплуатации средства радиорелейной связи рассматриваемый фактор требует тщательного планирования трасс РРЛ, выбора по топографическим картам точек развертывания РРС с учетом рельефа местности. При неудачном выборе мест развертывания РРС величина WP на данном интервале может оказаться значительно больше допустимой величины, обусловленной энергетическим запасом на рельеф, и связь на данном интервале, а следовательно, и на всей линии может оказаться по качеству неудовлетворительной. Необходимость тщательного планирования РРЛ и их расчета с помощью топографических карт и специальной методики до развертывания - важнейшая особенность, вытекающая из влияния среды распространения радиосигналов на интервалах РРЛ на качество связи.
Во-вторых, так как распространение радиоволн на интервалах
РРЛ происходит в приземных слоях тропосферы, примыкающих к поверхности земли, то имеет место фактор, вызывающий непостоянство во времени величины W. Физических причин, приводящих к случайному изменению величины W имеется две. Первая причина - рефракция волн, т.е. искривление их траекторий в воздушной среде, имеющей высотный градиент диэлектрической проницаемости. Поскольку величина градиента медленно изменяется случайным образом при изменении температуры, давления и влажности воздуха, соответственно изменяется и степень рефракции. Это приводит к медленному изменению кривизны траектории волн и к непостоянству степени экранирования местностью потока энергии радиоволн. Кроме того, изменяются значения фаз отраженных от поверхности земли волн относительно фазы прямой волны. Уровень сигнала на интервале медленно изменяется с квазипериодом, составляющим минуты, десятки минут и даже часы.
Вторая причина - отражения волн диэлектрическими неодноредностями тропосферы, например низко расположенными (на высотах до 100-200 м.) инверсионными слоями воздуха, в которых наблюдается положительный высотный температурный градиент вместо нормального отрицательного. Отражений может возникать несколько, от ряда слоев. Интерференция отраженных волн у приемной антенны приводит к быстрым замираниям напряженности поля с квазипериодом порядка единиц секунд - десятков секунд .