книги / Устройство, эксплуатационно-техническое обслуживание и ремонт станционного оборудования радиорелейных линий связи

Так как ширина частотного спектра передаваемых сообщений и качество фильтров не позволяют выбирать несущие частоты слишком близко одна от другой, то выбранные частоты (обычно их около ста) отмечают рисками на шкалах и устанавливают (фик­ сируют) с помощью ручек управления и визирных устройств пе­ редатчика и приемника.

Понятие срабочие частоты» используется в процессе эксплуатации РРС: это те из фиксированных частот, которые в определенный период времени выбирают для передачи и приема сообщений.

Очевидно, что не всякая несущая частота может быть рабочей, но всякая рабочая является и фиксированной, и несущей.

Частоты, на которых работают гетеродины передатчиков и приемников, также определяются рабочей частотой. При смене рабочих частот радиосигналов изменяются и частоты гетеродинов.

Выбранные рабочие частоты (стало быть, и частоты гетеродинов) РРС, вхо­ дящих в РРЛ, образуют план частот.

При разработке плана частот необходимо:

стремиться к экономному использованию выделенного диапа­ зона с учетом потребностей других средств связи (например, спут­ никовой, тропосферной);

свести к минимуму взаимные помехивнутри ствола РРЛ, в частности влияние гармонических составляющих передаваемого сигнала на принимаемый сигнал;

свести к минимуму взаимные помехи между стволами.

На рис. 8 показан один из вариантов распределения частот между РРС, образующими РРЛ. Передатчик станции А работает на частоте / 1, а далее частоты /| и /2 чередуются при переизлучении. Передатчик станции Б работает на частоте /2, а далее частоты /2 и /1 чередуются.

На рисунке количество ретрансляционных станций равно двум. Если бы их число было нечетным, то прием в пункте Б осущест­ влялся бы на частоте /2, а передатчик должен был бы работать на частоте f\. Такой план распределения рабочих частот одного ство­ ла (две частоты f\ и /2 ) называется двухчастотным. Его применя­ ют в основном в сантиметровом диапазоне длин волн, для которо­ го можно создать компактные антенны с острой диаграммой на­ правленности излучения.

Что касается антенн дециметрового диапазона, то их направ­ ленность менее выражена, и они с меньшим ослаблением прини­ мают сигналы от нежелательных источников. Так, антенны прием­ ников первой РРС, настроенные на частоту / 1, могут принимать не только сигналы передатчиков, на которые они направлены, но и сигналы передатчиков, расположенных «в тылу» (путь одного из таких сигналов на рисунке показан пунктиром). Есть и другая возможность: в антенну попадает сигнал, отраженный рельефом местности или каким-либо предметом (сплошная линия на рис. 8).

Для снижения взаимных помех в дециметровом диапазоне обычно применяют четырехчастотный план распределения частот

в стволе, при котором сигналы от А к Б передаются и ретранслиру­ ются на чередующихся частотах / 1, /2, а от Б к А — на частотах /з, /ч. Частоты также назначаются поочередно (рис. 9).

Следует отметить, что при особом состоянии атмосферы, ха­ рактеризуемом положительной рефракцией, дециметровые волны распространяются не по прямой линии, а несколько отклоняются в сторону земной поверхности. При этом возможна ситуация, когда сигнал передатчика будет принят антенной через три интервала. Например, сигнал передатчика Б принимается антенной третьей ретрансляционной станции (пунктир на рис. 9), работающей на частоте /3. Устранить ткую помеху можно выбором трассы РРЛ:

она не должна быть строго прямолинейной.

Частотный план многоствольной РРЛ содержит соответствен­ но большее число частот. Если РРЛ имеет три ствола, то при двух­ частотном плане распределения частот необходимо выделить шесть различных частот, например /1 > / 2 > /з > /ч > /:5 >/б. Пер­ вые три частоты f 1, /2, /з можно назначить трем передатчикам пункта Л, а следующие частоты /4, /5 , /б — трем приемникам этого пункта (метод группирования частот приема и передачи). При ретрансляциях частоты чередуются следующим образом: f\->f4-+ -^ /1-^/4 . f2— 5— 2—^ /5 ---, fз 6 3 6*• •

Видно, что при группировании частот приема и передачи чередуются часто­ ты, далеко отстоящие друг от друга, что позволяет снизить требования к частот­ ным фильтрам при работе передатчика и приемника на одну антенну.

Как упоминалось, на одну антенну могут работать не только пе­ редатчик и приемник одного ствола, но передатчики и приемники нескольких стволов, так как рабочие частоты их различны. Однако возможности использования одной антенны все-таки ограничены вследствие взаимных влияний приемников и передатчиков, а так­ же повышения уровня помех. Поэтому более трех стволов к одной антенне не присоединяют.

Если число стволов превышает три, то используют две антенны: одну — для четных стволов, другую — для нечетных.

уУ/ ///

Рис. 9. Четырехчастотный план распределения частот одноствольной РРЛ

§ 5. Структура дальней тропосферной РРЛ

Дальние тропосферные радиорелейные линии (ДТРРЛ) строят с небольшим количеством РРС. Это объясняется более заметными, чем в PPJ1I1B, искажениями сигнала при каждой ретрансля­ ции.

Помимо помех, характерных для РРЛПВ, в ДТРРЛ возникает помеха, вызванная специфическими свойствами ретранслятора. В качестве ретранслятора (см. рис. 2) используется высоко располо­ женная область тропосферы, в которой пересекались бы пучки радиоволн, если бы обе антенны (передающая и приемная) рабо­ тали на излучение. В верхних слоях тропосферы постоянно возни­ кает турбулентное движение нагретого и холодного воздуха. При этом в различных объемах плотность, влажность, а следователь­ но, и диэлектрическая проницаемость воздуха становятся разли­ чными. Это вызывает рассеяние части электромагнитной энергии, приходящей от излучающей станции. Незначительная часть от­ раженной и рассеянной энергий возвращается к земной поверх­ ности и может быть уловлена антенной приемника другой стан­ ции.

Поскольку рассеяние и отражение энергии происходит в зна­ чительном объеме, радиоволны от различных его участков прихо­ дят к приемной антенне с разной интенсивностью и неодинаковым запаздыванием, а следовательно, сдвинутыми по фазе на раз­ личные углы.

Складываясь во входных цепях приемника, такие волны то уси­ ливают, то гасят друг друга. Возникает явление интерференцион­ ных замираний сигнала. Кроме того, меняющиеся условия распро­ странения радиоволн в тропосфере могут непосредственно изме­ нять амплитуду принимаемого сигнала. Все это приводит к неус­ тойчивой работе каналов связи, например к снижению или потере слышимости.

Для устранения этих явлений в дальних тропосферных РРЛ используют раз­ личные методы: прием Иа разнесенные антенны; работу на разнесенных частотах; применение широкополосных радиосигналов с информативной избыточностью; адаптацию к условиям распространения радиоволн.

Прием на разнесенные антенны основан на том, что замирания сигналов, принимаемых в различных точках, неодинаковы. Веро­ ятность совпадение замираний в двух отдаленных точках сравни­ тельно невелика. Этот метод эффективен, если антенны разнесены на расстояние в Несколько десятков раз превышающее длину рабочей волны. Эффективность повышается, если антенны разно­ сят по вертикали Или в направлении, перпендикулярном направле­ нию на передающую станцию.

Нестабильность условий распространения и рассеяния радио­ волн в тропосфере приводит к тому, что оптимальная частота непрерывно изменяется —«плавает». При передаче и приеме од­ ной и той же информации на двух различных (разнесенных) час­

туды и несколько сдвинуты по фазе один относительно другого (вследствие того, что выделены они из радиосигналов, принятых в разных точках пространства и на разных несущих частотах).

Выходы приемников подсоединены к системе комбинирования разнесенных сигналов. Комбинирование начинается с того, что фа­ зы сигналов выравниваются, затем четыре сигнала, каждый из ко­ торых содержит один и тот же групповой спектр, складываются (алгебраически). Получаемый суммарный сигнал содержит все тот же групповой спектр всех телефонных каналов (или спектр видеосигнала и др.). Однако теперь его амплитуда мало зависит от изменяющихся условий распространения, отражения и рассея­ ния радиоволн в тропосфере, так как эти изменения усредняются по четырем значениям.

Усредненный групповой сигнал подается в каналообразую­ щую аппаратуру, где с помощью генераторов поднесущих частот и фильтров из него выделяются сигналы (токи) тональных час­ тот, которые и поступают в телефоны соответствующих абонентов.

Итак, цепь преобразований, принятых разнесенными антенна­ ми групповых сигналов, начинается с выравнивания их фаз. Этой операции можно избежать, если использовать групповой спектр на выходе только одного приемника, но именно того, у которого в данный момент времени затухания минимальны. Переключение цепей с одного приемника на другой автоматическое.

Принимаемые сигналы можно комбинировать не только на частотах групповых спектров, но и на промежуточной, и на несу­ щей частотах.

При встречной передаче информации, из пункта Б в пункт Л, используют частоты /3 и /4, а преобразования сигналов идентичны рассмотренным.

Все антенны, изображенные на рис. 10, работают в режиме одновременной передачи и приема радиосигналов и, хотя частоты различны, возникает повышенная вероятность помех приему сиг­ налов вследствие работы мощных собственных передатчиков.

Для снижения этих помех передача и прием радиосигналов ве­ дутся во взаимно перпендикулярных поляризационных плоско­

стях.

В мощных тропосферных РРС с остронаправленными антенна­ ми можно использовать метод углового разнесения с помощью

(рис. 11,6).

Необходимость сдвоенного приема и повышенный уровень по­ мех приводят к тому, что в общем случае ДТРРЛ обеспечивают меньшее количество каналов связи, чем РРЛ прямой видимости. Они сложнее, мощнее и дороже, чем РРСПВ. Тем не менее ДТРРЛ находят широкое применение, так как во многих случаях они не только незаменимы, но и экономически выгоднее, чем РРЛПВ (при

Рис. 11. К методу углового разнесения

расчете на 1 км длины линии передачи). ДТРРЛ целесообразно применять в труднопроходимой местности (обширные водные преграды, тайга и т. п.).

Особенностью дальних тропосферных радиорелейных станций является то, что их практически не изготовляют как чисто ретран­ сляционные. Большая дальность связи на одном интервале позво­ ляет размещать их всегда вблизи крупных населенных пунктов, что облегчает обслуживание станций и их эксплуатацию. Но в этих условиях целесообразно использовать РРС как узловую (с демодуляцией радиосигнала и выделением каналов связи для на­ селенного пункта).

§ 6. Структура радиорелейной линии спутниковой связи

Спутниковую, или космическую, радиосвязь осуществляют на основе различных систем. Система «Земля — космический ко­ рабль» обеспечивает связь наземных пунктов управления с пило­ тируемыми и беспилотными космическими кораблями, система «космический корабль — космический корабль» — ретрансляцию каналов связи с одного ИСЗ на другой, в частности при организа­ ции глобальной связи; система спутниковой радиорелейной свя­ зи — связь между наземными пунктами через промежуточные ретрансляционные станции, установленные на искусственных спут­ никах Земли.

Для спутниковых радиорелейных линий используют полосы частот в диапа­ зоне от 3 до. 9 ГГц.

Эти частоты рекомендованы Международной комиссией и наи­ более полно удовлетворяют требованиям спутниковой радиосвя­ зи, так как:

обеспечивают прохождение электромагнитной энергии через толщу земной атмосферы с малыми потерями;

имеют минимальный уровень внутренних шумов приемной ап­ паратуры;

имеют минимальный уровень шумов космического происхож­ дения;

могут работать с остронаправленными антеннами сравнитель­ но небольших размеров;

допускают методы модуляции, обеспечивающие наибольшую помехозащищенность;

позволяют получать большое количество каналов связи при частотном и временном уплотнении.

Для организации спутниковой РРЛ необходимо точно знать орбиту ИСЗ — спутника связи; точно ориентировать антенну на него и обеспечить слежение антенны за ИСЗ, а также одновремен­ ную видимость ИСЗ с наземных станций РРЛ; точно синхронизи­ ровать работу наземных и бортовых аппаратных средств.

При этом существенное значение приобретают методы измере­ ния, хранения и распространения точного времени. Так, радио обеспечивает информацию о времени с точностью до ±100 мкс (в зависимости от расстояния и условий распространения радио­ волн в атмосфере), атомные часы (в рамках Всемирной системы единого времени) позволяют получить точность отсчета времени на два порядка выше — ± 1 мкс.

Спутниковая РРЛ может функционировать только в системе спутниковой связи, которая включает оконечные земные станции, спутники связи с ретрансля­ торами, комплекс устройств для выведения на орбиты основных и резервных спут­ ников связи, радиотехнической командно-измерительный комплекс.

Используется несколько способов ретрансляции сигналов:

активная мгновенная, активная задержанная и пассивная.

При активной мгновенной ретрансляции (рис. 12) принятый приемником 1 спутника сигнал земной станции после преобразова­ ния и усиления немедленно передается передатчиком 2 на другую земную станцию. Корреспондент А работает на частотах /?, /з, корреспондент Б — на частотах / 1, /4.

При активной задержанной ретрансляции информация запи­ сывается в память ретранслятора в тот момент, когда ИСЗ про­ летает над одной станцией и передается тогда, когда он прибли­ жается к другой станции. Скорость доставки информации опре­ деляется скоростью спутника-ретранслятора.

При активной ретрансляции радиосигналов необходима стро­ гая ориентация в пространстве спутника и бортовых антенн, что связано с дополнительным расходом топлива, запасы которого на борту ИСЗ ограничены.

При пассивной ретрансляции используют нестабилизированные спутники — сферы-отражатели. Их выводят на орбиты в виде компактно сложенных оболочек, а затем в космическом простран­ стве придают им заданную форму под воздействием небольшого количества газа, выделяемого внутрь оболочки. При пассивной ретрансляции радиосигналов мощность электромагнитного излу­ чения передатчиков оконечных наземных станций составляет десятки киловатт, а диаметры параболических антенн — десятки метров. Это связано с тем, что только небольшая часть излу-

(рис. 13).

Спутниковые РРЛ обеспечивают высокое качество телефон­ ных, телеграфных, телевизионных каналов, а также связь на лю­ бые расстояния, в том числе, в труднодоступных районах (океаны, пустыни, приполярные области); их функционирование не зависит от времени года и суток; их можно быстро ввести в эксплуатацию путем доставки самолетом оконечной земной станции в нужный район.

Недостатки СРРЛ связаны с необходимостью запуска и экс­ плуатации ИСЗ, а также сложностью и высокой стоимостью назем­ ных средств системы.

Структурная схема радиорелейной линии спутниковой связи изображена на рис. 14. Тональные частоты в полосах шириной 300—3400 Гц от абонентов пункта А поступают в каналообразую­ щую аппаратуру, где с помощью генераторов поднесущих частот формируется широкополосный групповой спектр. В модуляторе Мд и передатчике Пд этот спектр накладывается на электромаг­ нитные колебания несущей частоты f\. Полученный мощный ра­ диосигнал с помощью остронаправленной антенны излучается в сторону спутника-ретранслятора.

В каждом стволе спутника-ретранслятора принятый радио­ сигнал усиливается, из него выделяется широкополосный спектр, который накладывается на его несущую частоту /V Усиленный радиосигнал с частотой /4 излучается антенной спутника и прини­ мается остронаправленной антенной земной станции в пункте Б. Через полосовой фильтр ПФ этот сигнал поступает в приемник Пм\ и демодулятор Дм, где после усиления и детектирования из него выделяются электромагнитные колебания широкополосного группового спектра. Наконец, в каналообразующей аппаратуре из группового спектра выделяются спектры тональных частот

отдельных корреспондентов, и токи тональных частот поступают в соответствующие абонёнтские аппараты.

При дуплексной связи в пункте Б формируется радиосигнал на частоте /з и через спутник ретранслируется в пункт А на частоте /2 .

Стволы № 1 и № 2 на спутнике-ретрансляторе взаимозаменяе­ мы, что обеспечивает устойчивость связи при неисправности каж­ дого из стволов. Переключение ретрансляции с одного ствола на другой производится коммутаторами /С, установленными на входе и выходе стволов. Оно может быть как автономным (с неисправ­ ного ствола на исправный), так и по команде с Земли. В послед­ нем случае командный сигнал на частоте f\ или /з поступает в специальное приемное устройство Пм спутника-ретранслятора и через схему управления У воздействует на коммутаторы.

На спутнике-ретрансляторе устанавливают передатчик М, работающий на специально выделенной для него частоте (на ри­ сунке частота /5 ). Передатчик М играет роль «маяка», по которо­ му ориентируются антенны наземных станций. Сигнал маяка на частоте / 5 поступает через полосовой фильтр на вход специаль­ ного приемника Пм2, демодулируется, обрабатывается в вычисли­ тельном устройстве ВУ и с помощью аппаратуры наведения АН поворачивает антенну на нужные углы в горизонтальной и вертикальной плоскостях.