Тропосферные радиорелейные линии

Общие сведения. Открытие эффекта дальнего тропосферного распространения дециметровых и сантиметровых волн позволило существенно расширить инженерные возможности создания многоканаль-ных РРЛ. Созданы тропосферные РРЛ пропускной способностью до 120 каналов ТЧ с расстоянием между соседними станциями 300-400 км, а в отдельных случаях и 600-800 км. Для России с ее огромной территорией тропосферные РРЛ представляют особый интерес, поскольку позволяют обеспечить современными средствами связи отдаленные и труднодос-тупные районы Севера и Дальнего Востока. Для тропосферных РРЛ вы-делены полосы частот в диапазонах 1,0; 2,0 и 4,5 ГГц.

Основные особенности дальнего тропосферного распро-странения радиоволн ультравысоких частот. Во-первых, это очень сильное ослабление сигнала на участке распространения. Затухание сигнала достигает 210-250 дБ в худшие по условию распространения радиоволн зимние месяцы, т.е. превышает затухание на участке РРЛ прямой видимости на 80-120 дБ. Для обеспечения устойчивой связи в условиях большого общего затухания приходится создавать аппаратуру с энергетическими параметрами, значительно лучшими, чем параметры РРЛ прямой видимости. Мощность передатчика достигает 3-10 кВт, а в отдельных случаях – и 100 кВт, размеры антенн могут превышать 1000 м², используются малошумящие входные усилители, специальные устройства понижения порогового уровня ЧМ сигнала.

Во-вторых, при дальнем тропосферном распространении Ра-диоволн сигнал подвержен быстрым, медленным и очень медленным (сезонным) изменениям (флуктуациям).

Быстрые флуктуации сигнала определяются интерференцией волн переизлученных движущимися неоднородностями тропосферы. Перемещение неоднородностей вызывает изменение фаз составляющих приходящей волны, что и приводит к быстрым замираниям. Скорость быстрых замираний характеризуется квазипериодом, т.е. средним за пятиминутный сеанс временем между двумя пересечениями (в одну сторону) сигналом медианного уровня. Квазипериод находится обычно в пределах 0,1-10 с.

Медленные замирания – это изменения во времени усредненных за 4-7 минут значений уровня сигнала. Такой интервал усреднения позволяет отделить быстрые интерференционные замирания от медленных, природа которых связана с изменением интенсивности и количества неоднородностей в объеме рассеяния.

Сезонные изменения сигнала (очень медленное замирание) определяются изменениями метеорологических условий: сигнал летом на 5-14 дБ больше, чем зимой.

Для нормального функционирования участка линии в 99,9 % времени запас уровня сигнала на быстрые замирания должен составлять 28 дБ. В тропосферных РРЛ такой запас энергетики обеспечить трудно или даже практически невозможно. Для борьбы с интерференционными замираниями можно использовать такие методы, как разнесенный прием, оптимальный прием широкополосных сигналов, адаптивные системы с обратной связью. На практике для борьбы с замираниями чаще всего используются системы разнесенного приема, которые рассмотрим более подробно.

Борьба с замиранием на тропосферных РРЛ. Разнесенный прием основан на том, что сигнал на выходе приемного устройства образуется комбинацией нескольких входных сигналов, несущих одну и ту же информацию, но по-разному пораженных замираниями. При этом комбинирование осуществляется так, чтобы выходной сигнал флуктуировал значительно меньше, чем входные.

На тропосферных РРЛ могут быть применены следующие методы разнесения:

- пространственное разнесение антенн (обычно перпендикулярно трассе) на расстояние D 100 X, где X - длина волны;

- частотное разнесение, использующее независимость замирания сигнала на частотах, разнесенных на величину, превышающую радиус частотной корреляции;

- разнесение по углу прихода луча, при котором используютcя одна приемная антенна и несколько облучателей, каждый из которых создает свою диаграмму направленности, сдвинутую относительно соседних по азимуту либо по углу места;

- комбинированное разнесение, например при счетверенном приеме разнесения пар сигналов по частоте и в пространстве или по частоте и углу.

Рис. 11.15. Структурная схема устройства сдвоенного приема.

1, 13 – приемные антенны; 2, 10 – усилители высокой частоты; 3, 11 – смесители; 4, 12 – усилители промежуточной частоты; 7 – суммирующее устройство.

После того как получено N копий флуктуирующего радиосигнала, необходимо их наиболее рационально использовать, т.е. получить такую их комбинацию, при которой потери передаваемой информации будут минимальными. Применяются три способа комбинирования разнесенных сигналов:

1. Автовыбор, при котором к выходу устройства комбинирования подключается всегда тот из N сигналов, уровень которого максимален.

2. Линейное сложение, при котором все N разнесенных сигналов складываются с одинаковым весом. Это означает, что усиление всех разнесенных приемников должно быть одинаковым.

3. Оптимальное сложение, использование которого обеспечивает максимальное отношение сигнал-шум на выходе приемного устройства. При оптимальном сложении усиление в каждой ветви разнесения непрерывно должно поддерживаться пропорциональным отношению напряжения сигнала к среднеквадратичному значению шума.

Технически реализация систем сложения может осуществляться как до детектора, так и после (в тракте низкой частоты). При сложении сигналов до детектора необходимо предварительно фазировать радиосигналы отдельных ветвей разнесения. Структурная схема приемника с линейным сложением двух пространственно разнесенных сигналов представлена на рис. 11.15 [1]. В нем имеются устройства автоподстройки фазы одного из гетеродинов 8, состоящее из фазового дискриминатора 6, цепи управления фазой (фазовращателя) 5 и общей для двух трактов системой параллельной АРУ 9, обеспечивающей идентичность коэффициентов передачи.

Рис. 11.16. Структурная схема приемного устройства с оптимальным сложением.

1, 11 – приемные антенны; 2, 12 – высокочастотные части приемников; 5,10 – ФВЧ;
7 – устройство сравнения; 8 – устройство сложения.

Упрощенная структурная схема приемного устройства с опти-мальным сложением после детектора представлена на рис. 11.16 [1]. В данном случае сигналы с выходов частотных детекторов 3, 13 поступают одновременно на управляемые усилители 4, 14 и фильтры шумов. Полоса пропускания фильтров располагается выше верхней частоты передава-емого полезного сообщения. Шумы детектируются в детекторах 6, 9 и подаются на устройство сравнения, которое управляет уровнем складываемых сигналов.

Потенциальные возможности разнесенного приема ограничены, поскольку увеличение кратности разнесения связано почти пропорциональ-но с ростом объема оборудования. Поэтому дальнейшее улучшение качества и надежности тропосферных РРЛ потребовало разработки новых методов борьбы с замираниями. Такими способами являются использование оптимального приема широкополосных сигналов и адаптивный прием.

На отечественных линиях связи широко применяется аппаратура тропосферной радиорелейной связи типа "ТР-120", "Горизонт", "Тропа-2,4". Последний тип аппаратуры является цифровым, работающим в диапазоне 4,4-4,7 ГГц, который рассчитан на передачу до 60 каналов ТЧ.

Контрольные вопросы

1. Объясните принципы организации связи с помощью РРЛ прямой видимости.

2. Каково назначение оконечных, промежуточных и узловых радиорелейных станций?

3. Назовите типы и дайте общую характеристику РРЛ прямой видимости.

4. Какие виды модуляции применяются в современных РРЛ?

5. Дайте общую характеристику аппаратуре РРЛ прямой видимости.

6. Каким способом формируется цифровой ствол РРЛ?

7. В чем заключаются особенности передачи ТВ сигналов по РРЛ?

8. Нарисуйте структурную схему передающей аппаратуры ТВ ствола РРЛ.

9. Каким способом осуществляется передача сигналов звукового сопровождения ТВ программ по РРЛ?

10. Объясните принципы организации связи с помощью тропосферных радиорелейных систем передачи.

11. Перечислите конструктивные особенности тропосферных РРЛ связи.

12. Как осуществляется борьба с замираниями на тропосферных РРЛ?

Список литературы

1. Системы радиосвязи / Под ред. Н.И. Калашникова. - М.: Радио и связь, 1988. - 352 с.

2. Радиорелейные и спутниковые системы передачи / Под ред. А.С. Немировского. - М.: Радио и связь, 1986. - 392 с.

3. Сманцер А.Н., Шендерович Н.М., Стрижевский Н.З. Передача сигналов телевидения по радиорелейным линиям. - М.: Радио и связь, 1983. - 216 с.