Радиосвязь и радиовещание

1. Радиорелейная связь.

     Радиорелейные линии (РРЛ) представляют собой цепочку  приемопередающих радиостанций (оконечных, промежуточных, узловых), которые осуществляют последовательную многократную ретрансляцию (прием, преобразование, усиление и передачу) передаваемых сигналов.

     В зависимости от используемого вида распространения радиоволн РРЛ  можно разделить на две группы: прямой видимости и тропосферные.

     РРЛ прямой видимости являются одним  из основных наземных средств передачи сигналов телефонной связи, программ звукового и ТВ вещания, цифровых данных и других сообщений на большие расстояния. Ширина полосы частот сигналов многоканальной телефонии и ТВ составляет несколько десятков мегагерц, поэтому для их передачи практически могут быть использованы диапазоны только дециметровых и сантиметровых волн, общая ширина спектра которых составляет 30 ГГц. Кроме того, в этих диапазонах почти полностью отсутствуют атмосферные и промышленные помехи. Расстояние между соседними станциями (протяженность пролета) R зависит от рельефа местности и высоты подъема антенн. Обычно его выбирают близким или равным расстоянию прямой видимости R₀.

     Комплекс  приемопередающей аппаратуры РРЛ для  передачи информации на одной несущей частоте (или на двух несущих частотах при организации дуплексных связей) образует широкополосный канал, называемый стволом (радиостволом). Оборудование, предназначенное для передачи телефонных сообщений и включающее в себя кроме радиоствола модемы и аппаратуру объединения и разъединения каналов, называют телефонным стволом. Соответствующий комплекс аппаратуры для передачи полных ТВ сигналов (вместе с сигналами звукового сопровождения, а часто и звукового вещания) называют ТВ стволом. Большинство современных РРЛ являются многоствольными. При этом, кроме рабочих стволов, могут быть один или два резервных ствола, а иногда и отдельный ствол служебной связи. С увеличением числа стволов возрастает соответственно и объем оборудования (число передатчиков и приемников) на станциях РРЛ.

     На  ОРС производится преобразование сообщений, поступающих по соединительным линиям от междугородных телефонных станций (МТС), междугородных ТВ аппаратных (МТА) и междугородных вещательных аппаратных (МВА), в сигналы, передаваемые по РРЛ, а также обратное преобразование. На ОРС начинается и заканчивается линейный тракт передачи сигналов.

     С помощью УРС разветвляются и  объединяются потоки информации, передаваемые по разным РРЛ, на пересечении которых  и располагается УРС. К УРС  относят также станции РРЛ, на которых осуществляется ввод и вывод  телефонных, ТВ и других сигналов, посредством которых расположенный вблизи от УРС населенный пункт связывается с другими пунктами данной линии.

     На  ОРС или УРС всегда имеется  технический персонал, который обслуживает не только эти станции, но и осуществляет контроль и управление с помощью специальной системы телеобслуживания ближайшими ПРС. Участок РРЛ (300...500 км) между соседними обслуживаемыми станциями делится примерно пополам так что одна часть ПРС входит в зону телеобслуживания одной УРС (ОРС), а другая часть ПРС обслуживается другой УРС (ОРС). 
 

     Рисунок 1.2. структурная схема однополостного ретранслятора.

     ПРС выполняют функции активных ретрансляторов без выделения передаваемых сигналов электросвязи и введения новых и, как правило, работают без постоянного обслуживающего персонала. Структурная схема ретранслятора ПРС приведена на рис. 1.2. При активной ретрансляции сигналов на ПРС используют две антенны, расположенные на одной и той же мачте. В этих условиях трудно предотвратить попадание части мощности усиленного сигнала, излучаемого передающей антенной, на вход приемной антенны. Если не принять специальных мер, то указанная связь выхода и входа усилителя ретранслятора может привести к его самовозбуждению, при котором он перестает выполнять свои функции. Эффективным способом устранения опасности самовозбуждения является разнесение по частоте сигналов на входе и выходе ретранслятора. При этом на ретрансляторе приходится устанавливать приемники и передатчики, работающие на разных частотах. Если на РРЛ предусматривается одновременная связь в прямом и обратном направлениях, то число приемников и передатчиков удваивается, и такой ствол называется дуплексным (см. рис. 1.2). В этом случае каждая антенна на станциях используется как для передачи, так и для приема высокочастотных сигналов на каждом направлении связи.

     Одновременная работа нескольких радиосредств на станциях и на РРЛ в целом возможна лишь при устранении взаимовлияния между ними. С этой целью создаются частотные планы, т.е. планы распределения частот передачи, приема и гетеродинов на РРЛ.

     Классификация радиорелейных линий.

     РРЛ прямой видимости можно классифицировать по различным признакам и характеристикам. Рассмотрим классификацию РРЛ по наиболее важным из них.

1. По назначению различают: междугородные магистральные, внутризоновые, местные РРЛ.
2. По диапазону рабочих (несущих) частот РРЛ подразделяются на линии дециметрового и сантиметрового диапазонов. В этих диапазонах в соответствии с Регламентом радиосвязи для организации РРЛ выделены полосы частот, расположенные в области 2, 4, 6, 8, 11 и 13 ГГц. В настоящее время ведется исследование условий создания радиорелейной связи на частотах порядка 18 ГГц и выше. Переход на более высокие частоты позволил бы увеличить пропускную способность систем передачи. Однако использование столь высоких частот затруднено из-за сильного ослабления энергии радиоволн во время атмосферных осадков.
3. По способу уплотнения каналов и виду модуляции несущей можно выделить:

     а) РРЛ с частотным уплотнением (разделением) каналов (ЧРК) и ЧМ гармонической несущей;

     б) РРЛ с временным уплотнением (разделением) каналов (ВРК) и аналоговой модуляцией импульсов, которые затем модулируют несущую;

     в) цифровые РРЛ, в которых отсчеты сообщений квантуются по уровням и кодируются.

2. По принятой в настоящее время классификации РРЛ разделяют на системы большой, средней и малой емкости.

     К РРЛ большой емкости принято  относить системы, позволяющие организовать в одном стволе 600 и более каналов тональной частоты (ТЧ), что соответствует пропускной способности более 100 Мбит/с. Если РРЛ позволяет организовать 60-600 или менее 60 каналов ТЧ, то эти системы относятся к линиям связи средней и малой емкости. Пропускная способность таких РРЛ равна соответственно 10-100 и менее 10 Мбит/с.

     В нашей стране в основном используются комплексы аналоговых унифицированных  радиорелейных систем («КУРС»), к  особенностям которых можно отнести  применение унифицированных блоков, экономичность, надежность, возможность создания цифровых трактов. Причем аппаратура «КУРС-4», «КУРС-6» относится к РРЛ большой емкости, а «КУРС 2», «КУРС-8» - к аппаратуре средней емкости. Более новыми РРЛ большой емкости является аппаратура «Радуга-4», «Радуга-6». В данных системах используются полупроводниковые приборы СВЧ в усилителях мощности передатчика, транзисторные малошумящие усилители, интегральные микросхемы, малогабаритные волноводы с диэлектрическим заполнением и микрополосковые линии, блоки модульного исполнения.

     К современным РРЛ малой и средней  емкости относятся отечественная  цифровая аппаратура «Пихта-2», «Радан», «Радан-МГ», а также аналоговая аппаратура «Ракита-8».

     В современных телекоммуникационных системах РРЛ используются для создания стационарных, магистральных линий связи в несколько тысяч километров для передачи больших потоков информации. В этих случаях применяют системы большой емкости. Магистральные РРЛ обычно являются многоствольными.

     Стационарные  РРЛ средней емкости используются для организации зоновой связи. Это линии протяженностью до 500-1500 км. Подобные РРЛ в большинстве случаев рассчитаны на передачу ТВ сигналов и сигналов радиовещания. Часто эти линии являются многоствольными и ответвляются от магистральных РРЛ.

     РРЛ малой емкости применяются в местной сети связи. Кроме того, малоканальные РРЛ обеспечивают служебной связью железнодорожный транспорт, газопроводы, нефтепроводы, линии энергоснабжения.

     Пропускная  способность РРЛ может быть в  несколько раз увеличена за счет образования новых стволов. Для этого на РРЛ станциях устанавливаются дополнительные комплексы приемопередающего оборудования, с помощью которых создаются новые высокочастотные тракты. Для сигналов разных стволов используются различные несущие частоты. Все системы многоствольной РРЛ организуются таким образом, чтобы все стволы работали независимо один от другого, были взаимозаменяемыми. Такой принцип повышает надежность всей линии в целом.

     Повышение пропускной способности РРЛ за счет многоствольной работы не приводит к  пропорциональному росту стоимости линии, так как многие ее элементы (антенны, станционные сооружения, опоры для подвеса антенн, источники электроснабжения) являются общими для всех стволов.

     В настоящее время в наземной распределительной  телекоммуникационной сети России ведется интенсивное строительство цифровых РРЛ с большой пропускной способностью. Особо следует отметить уже введенную в эксплуатацию цифровую РРЛ Москва-Хабаровск с пропускной способностью одного ствола 140 Мбит/с.

     Спутниковая радиосвязь. Искусственные спутники земли (ИСЗ) связного назначения широко используются для передачи различных сообщений, организации ТВ, телефонных, телеграфных и других каналов связи.

     Основной  принцип создания спутниковых систем связи заключается в размещении ретрансляторов на ИСЗ. Следовательно, спутниковая система связи представляет собой РРЛ с одной промежуточной станцией, размещенной на ИСЗ. При построении спутниковых систем связи используются идеи и принципы, реализуемые в РРЛ.

     По  способу ретрансляции сигнала спутниковые системы делят на системы с пассивной и активной ретрансляцией.

     Система, которая работает без бортовой аппаратуры, называется системой связи с пассивным  спутником, или системой с пассивной  ретрансляцией. В этом случае сигналы, посланные с Земли, отражаются поверхностью ИСЗ обратно без предварительного усиления. В качестве пассивных спутников могут использоваться как специальные отражатели различной формы (в виде сферических баллонов, объемных многогранников и др.), так и естественный спутник Земли - Луна. При достаточном усилении земных антенн и высокой чувствительности приемника земной станции (ЗС) этот метод радиосвязи может найти применение в системах с малой пропускной способностью. Пропускная способность подобных систем связи при современном уровне техники не превышает двух - трех телефонных сообщений.

     Система радиосвязи при наличии бортовой аппаратуры называется системой с активной ретрансляцией сигнала, или системой с активным спутником. При этом энергоснабжение  бортового ретранслятора осуществляется от солнечных батарей, находящихся на ИСЗ. Активная ретрансляция является основной в современных системах передачи. Для примера рассмотрим структурную схему дуплексной связи между двумя ЗС при активной ретрансляции сигнала (рис.1.3). В данном случае передаваемый в одном направлении сигнал С, подводится к модулятору 9 ЗС 8, в результате чего осуществляется модуляция колебаний с несущей частотой f,. Эти колебания от передатчика 10 подводятся к антенне 11 и излучаются в сторону ИСЗ, где принимаются бортовой антенной 7 ретранслятора 1. Далее колебания с частотой и поступают на разделительный фильтр 6, усиливаются приемником 2, преобразуются в частоту f₂ и поступают к передатчику 3 бортового ретранслятора. С выхода передатчика 3 колебания с частотой U через РФ подводятся к бортовой антенне и излучаются в сторону Земли. Эти колебания принимаются антенной 19 ЗС 1&, подводятся к приемнику 20 и детектору 21, на выходе которого выделяется сигнал С,. Передача от ЗС 15 к ЗС 8 сигнала U₂ происходит на частоте U аналогичным образом, причем на бортовом ретрансляторе осуществляется преобразование колебаний с несущей частотой f₃. в колебания с частотой f₄.

Рисунок 1.3. – Структурная схема радиосвязи через ИСЗ.

     ЗС  соединяются с узлами коммутации сети связи (например, с междугородной телефонной станцией - МТС), с источниками и потребителями программ телевидения, звукового вещания с помощью наземных соединительных линий.

     Очень распространенным и экономически выгодным является использование связных ИСЗ для организации ТВ и радиовещания.

     В настоящее время под спутниковым ТВ и радиовещанием понимается как передача ТВ сигналов (со звуковым сопровождением), так и радиовещательных звуковых сигналов от одного или нескольких земных передатчиков, связанных с центрами формирования ТВ и радиопрограмм, через ИСЗ на сеть земных приемных установок и рас пределение этих программ с целью доведения их до абонентов (телезрителей или радиослушателей) с помощью наземных средств связи (ретрансляторов различной мощности, СКТВ, средств коллективного и индивидуального приема). Как правило, в зоне обслуживания связным ИСЗ располагается сеть приемных ЗС различных типов. Для обеспечения высокого качества принимаемых ТВ и звуковых сигналов в спутниковых системах связи из-за очень больших расстоянии между ЗС и ИСЗ принимают следующие меры: