Для обеспечения высокой надежности в системе «Восход» было предусмотрено применение разнесенного по высоте приёма с быстродействующей системой автоматического выбора и параллельная работа передатчиков. Система разнесенного приёма, весьма эффективно решая задачу борьбы с замиранием сигналов на интервалах РРЛ, одновременно позволяла автоматически резервировать приёмники станции. Параллельная работа передатчиков обеспечивала их автоматическое резервирование и удвоение выходной мощности передатчиков, которая в аппаратуре «Восход» составляла 10 Вт. Вся система автоматического резервирования приёмопередающего оборудования замыкалась в пределах каждой станции, поэтому в «Восходе» не было необходимости передавать по служебным каналам какие-либо сигналы для управления работой системы резервирования (как это имеет место в радиорелейных системах с поучастковой системой резервирования стволов). Таким образом, особенностью системы «Восход» являлось отсутствие специального резервного ствола, что позволяло сделать все радиостволы рабочими и, следовательно, лучше использовать отведенную для системы полосу радиочастот.
В системе «Восход» было предусмотрено 8 широкополосных рабочих стволов, из которых 4 предназначались для работы на основном магистральном_ направлении и 4 - на ответвлениях или пересекающих магистралях. Все стволы универсальны, одинаково пригодны как для передачи сигналов многоканальной телефонии, так и для передачи сигналов телевизионных программ.
Телефонный ствол системы обеспечивал передачу сигналов 1920 каналов ТЧ в случае, когда аппаратура промежуточных станций размещалась в кабинах наверху башни (т. е. при коротких волноводах), а аппаратура узловых и оконечных станций - в наземных помещениях. Пропускная способность телефонного ствола при размещении аппаратуры в наземных помещениях на всех станциях составляла 1020 каналов ТЧ. В нижней части группового спектра телефонного ствола обеспечивалась передача сигналов служебной связи и дистанционного обслуживания (телеобслуживания). Система телеобслуживания позволяла иметь до 16 автоматизированных промежуточных станций между соседними узловыми станциями.
Телевизионный ствол системы давал возможность передавать видеосигнал и четыре канала тональных (звуковых) частот, организованных на поднесущих частотах и расположенных выше спектра видеосигнала. Эти тональные звуковые каналы использовались как для передач сигналов звукового сопровождения телевидения, так и радиовещания.
Следующим важным этапом в развитии техники радиорелейной связи стала разработка в 1970 году комплекса унифицированных радиорелейных систем связи «КУРС». Комплекс охватывал четыре системы связи, работающие в диапазонах 2, 4, 6 и 8 ГГц. Аппаратура в диапазонах 4 и 6 ГГц предназначалась для магистральных радиорелейных линий (РРЛ), а в диапазонах 2 и 8 ГГц - для зоновых РРЛ.
В приёмопередающей аппаратуре различных диапазонов частот широко использовались унифицированные узлы и блоки (УПЧ, умножители частоты и т. п.). Все они были выполнены на наиболее совершенных для того времени полупроводниковых приборах и других комплектующих изделиях отечественного производства.
Аппаратура КУРС-4 и КУРС-6 отличалась от предыдущих разработок и своей компактностью. Например, в системе КУРС-4 в одной стойке шириной 600 мм размещалось 4 приёмника или 4 передатчика. В табл. 6.2 приведены основные технические характеристики магистральных систем КУРС-4 и КУРС-6.
К середине 70-х годов в стране была построена уникальная радиорелейная линия, протяженность которой составляла около 10 тыс. км, емкостью каждого ствола, равной 14 400 каналов тональной частоты. В эти годы суммарная протяженность радиорелейных линий в СССР превысила 100 тыс. км.
Последней разработкой в СССР для магистральной радиорелейной связи было создание нового поколения оборудования «Радуга». В его состав вошли: приёмопередающее оборудование, работающее в диапазоне 4 ГГц - «Радуга- 4»; приёмопередающее оборудование, работающее в диапазоне 6 ГГц - «Радуга- 6»; оборудование резервирования «Радуга».
Для «Радуги» было разработано новое поколение унифицированного оборудования «Рапира-М», включающего: оконечную аппаратуру телефонных и телевизионных стволов; ЧМ-модемы; аппаратуру служебной связи и телеобслуживания.
Магистральная радиорелейная система «Радуга-Рапира-М» позволяла создавать магистральные РРЛ в двух диапазонах частот: 4 ГГц (в полосе частот 3400-3900 МГц) и 6 ГГц (в полосе частот 5670-6170 МГц). В каждом диапазоне возможна организация до семи рабочих стволов и одного резервного ствола. По каждому из рабочих стволов обеспечивалась:
• в режиме передачи многоканальной (аналоговой) телефонии - передача сигналов 1920 каналов ТЧ и при необходимости дополнительно - 48 каналов ТЧ в спектре 60-252 кГц, а также передача в одном из телефонных стволов сигналов служебной связи в спектре 0,3-52 кГц, которые необходимы для нормальной работы РРЛ;
• в режиме передачи телевидения - передача видеосигнала и сигналов 4 каналов звукового сопровождения и вещания. Технические параметры оборудования системы «Радуга-Рапира-М» обеспечивали высокие качественные показатели и надежность работы каналов и трактов РРЛ, оснащенных этим оборудованием.
Таким образом, в России со времен СССР существует широко развитая сеть аналоговых магистральных и внутризоновых радиорелейных линий, что делает экономически целесообразным использование существующих радиорелейных станций для организации цифровых трактов. В настоящее время процесс модернизации аналоговых радиорелейных линий в цифровые называют цифровизацией.
К числу радиорелейных станций (РРС) цифровизация которых возможна, относятся: «Восход-М», «Курс-4», «Курс-6», «Курс-4М», «ГТТ-70/4000», «ГТТ-70/8000», «Ракита-8», «Радуга-4», «Радуга-6», «Радуга-АЦ», «Комплекс» и др. При цифровизации указанных РРС используется оборудование, обычно подключаемое по промежуточной частоте 70 МГц. Кроме того, возможен вариант дополнительной передачи цифрового сигнала Е1 (2048 кбит/с) без нарушения работы аналоговой РРЛ.
В конце прошлого века были разработаны различные варианты цифровых модемов на скорости от 2 до 34 Мбит/с. В результате, было создано семейство цифровых модемов для аналоговых РРЛ на скоростях: 2,048 Мбит/с, 8,448 Мбит/с, 17 Мбит/с и 34,368 Мбит/с.
Для организации передачи различной цифровой информации со скоростями 8,448 Мбит/с, 17 Мбит/с или 34,368 Мбит/с использовались свободные от аналоговой информации стволы. Модемы на эти скорости могут комплектоваться мультиплексной аппаратурой и, таким образом, обеспечивать передачу соответственно 4, 8 или 16 цифровых потоков по 2,048 Мбит/с, что хорошо согласуется с принципами построения синхронной цифровой иерархии (SDH).
Во всех типах цифровых модемов обеспечивался контроль входного и выходного сигналов, обнаружение и генерация сигналов индикации аварийного состояния (СИАС) и контроль коэффициента ошибок без перерыва и с перерывом связи. Было организовано производство всех названных цифровых модемов, и они нашли свое применение на действующей сети РРЛ [5].
Радиорелейная связь - это вид дуплексной радиосвязи на ультракоротких волнах с многократным переприемом сигналов. Термин «relay» означает восстановление (смену бегунов в эстафете, смену лошадей и т.д.). Применительно к радиорелейной связи этот термин означает восстановление сигналов на каждой промежуточной станции, замену слабого сигнала сильным.
Радиорелейные станции делятся на два типа - радиорелейные станции прямой видимости и радиорелейные станции тропосферного рассеяния.
В первом случае трасса выбирается так, чтобы между антеннами соседних станций имелась прямая видимость, и связь осуществляется за счет радиоволн, распространяющихся вдоль поверхности земли.
Во втором случае радиоволны достигают точки приема за счет рассеяния на неоднородностях тропосферы.
Радиорелейная связь - род связи, сочетающий в себе ряд положительных качеств многоканальной проводной электросвязи и радиосвязи на ультракоротких волнах (УКВ).
Радиорелейная связь обеспечивает:
- многоканальность, высокую пропускную способность;
- большую дальность связи;
- дуплексность каналов и трактов;
-строгую нормированность качественных показателей и электрических характеристик каналов и трактов, низкий уровень в них шумов и помех.
Характерными особенностями радиорелейной связи является:
- применение метода радиосвязи на УКВ земной волной, дальность которой резко ограничена;
- использование принципа ретрансляции сигналов для обеспечения требуемой дальности связи;
- применение, как правило, остронаправленных антенн.
Радиорелейные средства связи применяются для развертывания (cтроительства) полевых и стационарных многоканальных линий между узлами связи. Они используются, как правило, самостоятельно для строительства радиорелейных линий, а также для наращивания линий радио- и проводной связи, для дистанционного управления радиостанциями средней и большой мощности.
Радиорелейные средства позволяют осуществлять дуплексную, многоканальную телефонную, телеграфную, факсимильную и видеотелефонную связи при высоком их качестве и малой зависимости от времени года и суток, от атмосферных и местных электрических помех.
Каналы связи, образованные радиорелейными средствами связи используются, как правило, в комплексе с аппаратурой автоматического засекречивания.
Связь между двумя удаленными пунктами образуется путем использования ряда приемо-передающих радиорелейных станций, отстоящих друг от друга на расстоянии прямой геометрической видимости между их антеннами.
Для улучшения условий прохождения УКВ на интервалах и увеличения их длины РРС, как правило, развертывают на вершинах и скатах высот местности так, чтобы на интервалах между антеннами обеспечивалась «прямая видимость», а точнее «радиовидимость», под которой понимается отсутствие экранирования рельефом местности или массивами местных предметов (лес, строения) траекторий радиоволн, распространяющихся между антеннами РРС данного интервала в условиях нормальной рефракции радиоволн.
Для увеличения протяженности интервалов на равнинной и малопересеченной местности, а также для обеспечения возможности организации радиорелейной связи в условиях лесистой местности применяют сравнительно высокие (до 20-30 м) антенные опоры (мачты). В условиях равнинной местности предельная дальность прямой видимости определяется приближенной формулой
Rkm=3.57(Цh1(m)+Цh2(m)); (8.1)
где h1 и h2 - высоты антенных опор.
Нормальная рефракция радиоволн искривляет их траекторию в сторону поверхности земли (выпуклостью вверх), благодаря чему радиовидимость возрастает. Предельная дальность радиовидимость при нормальной рефракции радиоволн определяется выражением
Rkm=4,12(Цh1(m)+Цh2(m)). (8.2)
При высоте антенных опор до 20-30 м дальность связи составляет 35-40 км.
Необходимость применения для радиорелейной связи УКВ обусловлена рядом причин и прежде всего широкополостностью радиосигналов РРС. Эта причина, а также дуплексность связи, удваивающая требуемый расход полосы частот, приводят к необходимости использовать диапазоны частот, обладающие большой частотной емкостью, к каковым относится диапазон УКВ.
Широкополосность радиосигналов РРС в свою очередь обусловленна двумя причинами: применяемыми методами модуляции и требованием многоканальности, т.е. большой пропускной способностью РРС. Дело в том, что для радиорелейной связи пригодны не всякие методы модуляции, а только частотная модуляция (ЧМ) и импульсные методы модуляции (ИМ), из которых наиболее часто используется фазоимпульсная модуляция (ФИМ), реже кодо-импульсная модуляция (КИМ) и дельта-модуляция.
Пригодность ЧМ и ИМ для радиорелейной связи объясняется тем, что при этих видах модуляции уровень полезного сигнала на выходе радиоприемных устройств, а следовательно, и в каналах, не зависит от уровня радиосигнала на входе соответствующего радиоприемного устройства. Благодаря этому в условиях замирания радиосигналов на интервалах РРЛ остаточное затухание каналов и трактов РРЛ сохраняется постоянным, т.е. выполняется важное требование, предъявляемое к любым каналам дальней связи и, в частности, к каналам РРЛ. При таких видах модуляции, как, например, амплитудная (АМ) и однополосная (ОПМ), эти требования выполняться не будут, причем вследствие значительной глубины и «быстроты» замираний радиосигналов на интервале РРЛ необходимую стабильность ос-таточного затухания обеспечивать оказывается затруднительным, даже при использовании сложных систем АРУ в радиоприемных устройствах.
Однако, как известно ЧМ и ИМ характеризуются большой широкополостностью радиосигналов, требующей соответственно большего расхода полосы частот.
Фактор многоканальности (высокой пропускной способности) РРЛ в свою очередь так же требует соответствующего увеличения расхода полосы частот, занимаемой радиосигналами РРС при ЧМ и ИМ. Взятые в совокупности эти две причины приводит к тому, что радиосигналы РРС нередко охватывают полосы частот в сотни и тысячи килогерц, а иногда и в единицы и десятки мегагерц.
Второй важной причиной наряду с широкополосностью сигналов обуславливающей необходимость применения для радиорелейной связи УКВ, является почти полное отсутствие в этих диапазонах атмосферных и промышленных помех от источников радиоизлучения, находящихся за горизонтом. Низкий уровень внешних помех наряду с высокой помехоустойчивостью ЧМ и ИМ позволяет получить требуемый нижний уровень шумов в каналах и трактах РРЛ, т.е. обеспечить их высокую шумовую защищенность.
В настоящее время системы радиорелейной и тропосферной связи продолжают совершенствоваться в различных направлениях, увеличиваются пропускная способность и помехоустойчивость, разрабатываются новые системы связи, радиорелейные линии в миллиметровом диапазоне волн и волноводные линии связи, обладающей огромной пропускной способностью. Наряду с этим происходит переход аналоговой формы сообщений к передаче сообщений в дискретной (цифровой) форме, что дает возможность не только увеличить помехоустойчивость систем связи, но и удешевить производство и эксплуатацию аппаратуры. Последнее объясняется тем, что дискретные элементы радиоэлектроники, используемые в многоканальных дискретных системах связи, могут изготовляться с применением методов автоматизации, позволяющих стандартизировать все конструктивные элементы аппаратуры. Именно в этом направлении сконцентрированы усилия ученных нашей страны.
Радиорелейная связи сочетает в себе достоинства как радиосвязи, так и проводной многоканальной связи и занимает промежуточное положение: многоканальные сигналы передаются и принимаются средствами радиосвязи, но формируются, особенно при частотном уплотнении,средствами проводной связи. При этом радиорелейные линии обеспечивают такое же качество связи и достоверность передачи информации, как и линии проводной дальней связи.
Радиорелейная связь получила широкое распространение во всех областях народного хозяйства, а также в вооруженных силах для управления войсками.
Радиорелейные линии широко используются для комерческой связи и для обмена программ вещания и телевидения между различными странами всех континентов.
Достоинство 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;
- громозкость аппаратуры;
- сложность в строительстве радиорелейных линий в труднодоступной местности.
Для радиорелейной связи используется диапазон УКВ, указанный в таблице: Разделение радиоволн на диапазоны в первую очередь диктуется особенностями их распространения.
Специально для радиолюбителей связи и экспериментов радиолюбителя отведены следующие участки УКВ:
144-146 МГц; 430-440 МГц; 1215-1300 МГц; 5650-5670 МГц; 10-10,5 ГГц; 21-22 ГГц.
В настоящее время наиболее широко для радиорелейной связи принимаются диапазоны дециметровых и сантиметровых волн. Диапазоны метровых волн (короче 5м) используются только для малоканальной радиорелейной связи.
Диапазоны миллиметровых волн и сантиметровые волны короче 3-х см считаются перспективными для некоторых видов РРЛ, но применение этих волн в настоящее время ограничено недостаточной их освоенностью и проблемами, связанными сильным поглощением этих волн гидрометеорами (дождь, снег, туман и т.д.). На практике для радиорелейной связи в указанных диапазонах т.е. УВЧ; ОВЧ; СВЧ; КВЧ выделяются лишь отдельные участки, так как в этих диапазонах функционируют и другие радиоэлектронные средства.
Свойства УКВ диапазона
- большая частотная емкость;
- практическое отсутствие атмосферных и промышленных помех;
- малая дифракционная (огибающая) способность;
- возможность создания антенных устройств узконаправленного излучения и приема электромагнитных колебаний.
Первая способность УКВ диапазона - большая частотная емкость.
Для радиорелейной связи могут быть использованы любые частоты УКВ диапазона. В этом диапазоне для передач сообщений можно задействовать широкие полосы частот (до нескольких МГц) и обеспечивать многоканальную связь (поскольку для передачи информации от наиболее распространеных источников требуется полоса в несколько КГц) или передавать широкополосные сигналы. Большая частотная емкость позволяет для связи на каждом интервале радиорелейной линии выделить две частоты одну для передачи, другую для приема сигналов и организовать благодаря этому дуплексная связь.
Вместе с тем большая частотная емкость дает возможность для передачи информации использовать разнообразные методы модуляции, и в частности такие, которые обеспечивают как высокую помехоустойчивость, так и постоянство остаточного затухания (аr) каналов связи. Последнее означает, что разность уровней сигналов на входе и выходе каналов оконечных станций-величина постоянная, независящая от условий связи
Pc вх - Рс вых = аr =const. (8.3)
Уровнем принято называть значение величины сигналов, выраженное в относительных (безразмерных) единицах - децибелах
Р = 10 lg(R1 /Po) = 20 lg(U1 /Uo); (8.4)
где Р1 и U1 - мощность и напряжение на выходе канала связи;
Ро и Uo - мощность и напряжение на входе канала связи.
Необходимость обеспечения постоянства остаточного затухания каналов диктуется рядом факторов. Во-первых, при этом может быть улучшено качество связи, поскольку в канале связи случайными величинами являются величина шума и передаваемых сигналов, а параметры каналов остаются неизменными. Во-вторых, появляется возможность включения на выходе каналов дифференциальных систем, что обеспечивает двухпроводные выходы каналов связи. В этом случае сопряжение каналов радиорелейных линий с каналами линий дальней связи осуществляется не только при четырехпроводных, но и при двухпроводных выходах. В-третьих, некоторые виды оконечной аппаратуры работают эффективно при неизменном коэффициенте передачи сигналов.
Постоянство остаточного затухания каналов радиорелейных линий достигается при использовании таких методов модуляции, при которых уровень полезного сигнала на выходе приемника станции не зависит от величины высокочастотного сигнала на его входе, если последний больше определенной пороговой, для данного приемника величины. Это обеспечивается при передачи информации с помощью частотной и различных методов импульсной модуляции (кроме амплитудно-импульсной), которые требуют, как правило, широкой полосы частот тракта связи.