Классификация цифровых радиорелейных станций (ЦРРС).

Основными признаками, по которым классифицируется многообразие типов радиорелейных станций, являются диапазон рабочих частот и пропускная способность.

Рекомендациями Международного Союза Электросвязи (МСЭ, IТU), документами Государственной комиссии по радиочастотам (ГКРЧ России) и Государственными стандартами определены полосы радиочастот, в которых могут работать радиорелейные линии связи. Эти полосы (диапазоны) расположены вблизи частот 2, 4, 5, 6, 7, 8, 11, 13, 15, 18, 23, 28, 36 и до 50ГГц.

Пропускная способность ЦРРС тесно связана с цифровыми иерархиями, рекомендованными МСЭ. Сейчас наиболее распространены плезиохронная цифровая иерархия (РDН), основанная на первичном цифровом сигнале со скоростью 2 048 кбит/с (Е1), и синхронная цифровая иерархия (SDН), первичный цифровой сигнал которой имеет скорость 155 520 бит/с (SТМ-1). В плезиохронной иерархии сигналы более высоких уровней иерархии имеют значения 8 448 кбит/с (Е2), 34 368 кбит/с (ЕЗ) и 139 264 кбит/с (Е4). Иногда иерархическим скоростям ставят в соответствие число стандартных телефонных каналов. Один телефонный канал соответствует основному цифровому сигналу со скоростью 64 кбит/с, поэтому первичный цифровой сигнал РDН соответствует 30 телефонным каналам с удвоением их числа на каждом уровне иерархии.

В иерархии SDН кроме первичного сигнала (его называют синхронным транспортным модулем SТМ- 1) предусмотрены транспортные модули более высоких уровней: SТМ-2, SТМ-4 и т.д., а также субпервичный цифровой сигнал со скоростью 51 840 кбит/с (SUВ SТМ-1).

Пропускная способность современных цифровых радиорелейных линий всегда либо совпадает с иерархическими скоростями передачи, либо кратна им. Например, пропускная способность может составлять 34 368 кбит/с или 16х2048 кбит/с.

По пропускной способности радиорелейные линии разделяют на:

• низкоскоростные — до 8 кбит/с;

• среднескоростные — до 52 кбит/с;

• высокоскоростные — свыше 140 кбит/с.

По месту радиорелейных линий (РРЛ) в сетях связи различают магистральные (междугородные, международные), внутризоновые, местные городские и сельские линии, а также технологические линии. Сфера применения радиорелейных линий в значительной мере связана с диапазоном частот и пропускной способностью. Так, магистральные РРЛ должны иметь очень большую пропускную способность (до SТМ-16), многоствольную структуру, пролеты большой дальности, и для их работы выделены оптимальные для этих целей диапазоны частот 4, 5, 6 ГГц.

Для внутризоновой связи предпочтительны средне- и высокоскоростные РРЛ в диапазонах частот 8—15 ГГц. для местной связи применяются все виды радиорелейных станций.

Предварительный выбор оборудования. Сочетание двух рассмотренных технических характеристик определяет предварительный выбор аппаратуры.

Очевидно, что пропускная способность должна быть не менее объема информации, подлежащего передаче, однако завышенные требования к этому параметру приводят к нежелательным последствиям: уменьшается длина пролета радиолинии и увеличивается занимаемая полоса частот.

При выборе диапазона рабочих частот необходимо учитывать уменьшение длины пролета по мере возрастания рабочей частоты и загруженность диапазона в конкретном регионе действующими средствами радиорелейной связи.

Средняя длина пролета радиорелейной линии колеблется от 50, 60 км в диапазонах 2 и 8 ГГц до 5 -10 км в диапазонах свыше 36 ГГц. В основном это обусловлено увеличением затухания радиоволн в свободном пространстве и появлением дополнительных потерь при неблагоприятных метеоусловиях (дождь, снег, туман) по мере повышения частоты.

Загруженность диапазонов частот в значительной степени связана с насыщенностью сетей связи радиорелейной аппаратурой, выпускаемой отечественной промышленностью. В большинстве регионов России наиболее загружены диапазоны 2, 8, 11 и 15 ГГц.

Общие характеристики ЦРРС. К общим характеристикам радиорелейных станций (кроме уже рассмотренных диапазона частот и скорости передачи) относится конфигурация системы. Различают режим работы без резервирования (1 + 0) - одноствольный - и режим работы с резервированием стволов (1 + 1), при котором по двум стволам одновременно передаются одни и те же цифровые сигналы. При этом используются варианты горячего резервирования, разнесения по частоте и разнесения по пространству. Применение конфигурации (1 + 1) значительно повышает надежность связи по радиорелейной линии. Переключение на резервный ствол происходит автоматически: либо при внезапных отказах аппаратуры основного ствола, либо при снижении качества передачи цифрового сигнала, например, при глубоких замираниях радиосигнала. Переключение стволов производится так называемым «безобрывным» способом, предусматривающим предварительное выравнивание времени задержки цифровых сигналов в двух стволах. Это сохраняет внутреннюю структуру цифровых сигналов и предотвращает нарушение нормальной работы аппаратуры цифрового группообразования. Применяется также конфигурация (2 + 0), когда по стволам могут передаваться либо одинаковые сигналы, и тогда функции переключения принимает на себя аппаратура потребителя, либо разные сигналы для удвоения пропускной способности радиолинии.

Еще одна важная техническая характеристика радиорелейной станции - способность работать в составе длинной (многопролетной) радиолинии. При этом необходимо обеспечить низкий уровень фазовых дрожаний сигнала на каждом пролете, возможность ответвления и вставления основных и сервисных каналов, управление и контроль на длинной линии.

Основные технические характеристики ЦРРС. Соединение радиорелейной станции с потребителем (каналообразующая аппаратура, коммутационные станции, мультиплексоры и т.п.) происходит по стандартным цифровым стыкам. Требования к цифровым стыкам определены рекомендациями G-703, G-708, G-823 МСЭ и учитывающим эти рекомендации ГОСТ Р50765-95. Эти требования определяют форму, уровни, нагрузки, стабильность частоты, фазовые движения и другие параметры цифровых сигналов, строгое соблюдение которых гарантирует высокое качество передачи.

Цифровые сигналы передаются между радиорелейными станциями с помощью модулированной радиочастотной несущей. Чем меньше занимаемая полоса частот, тем выше эффективность использования выделенных диапазонов частот. Эта эффективность определяется такими характеристиками, как стабильность несущей частоты и модуляция радиосигнала.

Требования к стабильности частоты постоянно повышаются и выполняются за счет применения высокостабильных опорных кварцевых генераторов и синтезаторов частот.

Усложняются и методы модуляции. При низких и средних скоростях передачи используется квадратурная относительная фазовая модуляция (QРSК), а при высоких скоростях обязательно применение многоуровневых квадратурных амплитудных видов модуляции (QАМ, ТСМ), когда число уровней достигает 128. Наблюдается тенденция применения квадратурной модуляции с небольшим числом уровней (4-16) в среднескоростных и даже низкоскоростных станциях. При всех видах модуляции предусматривается жесткая фильтрация модулированного сигнала для уменьшения занимаемой полосы частот.

Средняя длина РРЛ в значительной мере определяется энергетическими характеристиками радиорелейной станции: мощностью передатчика и чувствительностью приемника. Под чувствительностью понимается минимальная мощность сигнала на входе приемника, при которой коэффициент ошибок ВЕR принимаемого цифрового сигнала равен определенной величине: ВЕR=103 или ВЕR=106. Часто используется обобщенная безразмерная энергетическая характеристика - коэффициент системы, представляющий собой отношение мощности передатчика к чувствительности приемника.

Устойчивость работы радиорелейной линии при наличии излучения другими радиоэлектронными средствами в близких диапазонах частот характеризуется степенью подавления побочных каналов приема, а влияние РРС на другие средства - степенью подавления побочных излучений передатчика.

Конструкция и электропитание ЦРРС. Особенностью конструктивного использования радиорелейных станций является необходимость размещения антенного устройства на достаточно высокой мачте или башне (до 100 м) для обеспечения прямой видимости между антеннами соседних станций радиолинии. Остальную аппаратуру целесообразно устанавливать в помещении, где располагается каналообразующая аппаратура. При этом возникает проблема передачи радиосигналов сверхвысокой частоты с минимальными энергетическими потерями в фидерном тракте.

Попытки решить эту проблему привели к трем основным вариантам конструкции РРС.

1. Вся аппаратура, кроме антенного устройства, размещается в помещении. Снижение энергетических потерь достигается применением волноводов или специальных кабелей с малыми потерями. Используется в нижней части диапазонов частот, выделенных для радиорелейной связи.

2. Все оборудование радиорелейной станции размещается непосредственно у антенны в контейнере, защищенном от воздействия атмосферных осадков. Используется редко, в основном для аппаратуры, работающей в верхней части диапазонов частот.

3. Аппаратура состоит из двух частей: радиочастотного блока, установленного непосредственно у антенны, и остального оборудования, расположенного в помещении. Эти части соединяются по обычным коаксиальным кабелям на промежуточных частотах. Типовая длина кабелей до 300 м. Этот вариант широко используется для всех диапазонов частот и удобен для унификации станций разных диапазонов с одной и той же пропускной способностью, так как для перехода в другой диапазон достаточно заменить только выносимые модули с антенным устройством.

Конструкция радиочастотных модулей обязательно предусматривает защиту от попадания внутрь пыли и влаги и не регламентируется стандартами. Аппаратура, устанавливаемая в помещении, как правило, выполняется в конструкции международных стандартов IЕС-297, IЕС-917, ЕТS-300.

Антенные устройства радиорелейных станций чаще всего выполняются на основе параболических зеркал, диаметр которых равен 0,3; 0,6; 0,9 или 1,2 м. Антенны работают одновременно на двух поляризациях радио- сигнала - горизонтальной и вертикальной. Антенные устройства снабжаются приспособлениями для точной (до долей градуса) юстировки при развертывании радиолинии.

Электропитание РРС осуществляется от сети постоянного тока с номинальным напряжением 24, 48 и 60 В. для питания от сети переменного тока необходимы дополнительные преобразователи.

Сервисные услуги. В современных РРС предусматривается широкий набор дополнительных каналов, которые используются одновременно с основными цифровыми каналами и облегчают наладку радиорелейной линии, ее эксплуатацию и ремонт.

В первую очередь - это служебные каналы для телефонной связи между операторами на станциях радиолинии. Функционально служебные каналы могут быть двух типов: с возможностью телефонного разговора между двумя любыми станциями радиолинии (типа «омнибус») или для организации телефонной связи только между оконечными станциями радиолинии или на ее участке (типа «экспресс»).

Для организации автоматизированного контроля за техническим состоянием аппаратуры станции, за качеством передачи на интервалах радиолинии, а в ряде случаев для управления режимами работы станции предусматривается канал телесигнализации и телеуправления; он должен быть доступен на любой станции радиолинии.

Система контроля радиорелейной станции обеспечивает:

• контроль исправности всех основных устройств станции;

• контроль качества передачи цифрового сигнала;

• автоматическое резервирование аппаратуры;

• идентификацию радиостволов;

• отображение состояния станции;

• сопряжение с системой контроля более высокого уровня.

Если перечисленные выше каналы тесно связаны с обеспечением контроля и управления собственно радиорелейной линии, то другая группа дополнительных каналов предоставляется потребителю для организации своих подсистем служебной связи, передачи данных, контроля более высокого уровня и т.д. К этой группе относятся стандартные цифровые каналы со скоростью передачи 64 кбит/с, дополнительный цифровой сигнал первичной группы со скоростью 2048 кбит/с (для средне- и высокоскоростных систем), каналы передачи сигналов внешних датчиков потребителя. Эти каналы должны иметь управляемый потребителем доступ на каждой станции.

ЦРРС зарубежного производства. Зарубежные производители выпускают разные типы цифровых радиорелейных станций в любом разрешенном диапазоне частот, с любой пропускной способностью (табл. 3.6). Производством РРС занимаются во всех промышленно развитых странах такие крупнейшие фирмы в области телекоммуникаций, как Siеmеns, А1саtеl, NЕС, Воsсh Теlеcоm, Егiсssоn, Наrris и многие другие.

По своим техническим характеристикам зарубежные ЦРРС соответствуют основным международным стандартам и рекомендациям ITU.

Отечественные ЦРРС. Типичными представителями российских цифровых радиорелейных станций являются:

• в диапазоне 2 ГТц - «Символ-2», «Пихта-2», «Эриком-2»;

• в диапазоне 11 ГГц - «Радан-МС, МГ», «Комплекс», «Эриком- 11»;

• в диапазоне 15 ГГц - «Радиус-15», «Исеть»;

• в диапазоне 36-43 ГГц - «Перевал-1, 2», «Эриком-43».

К достоинствам отечественной техники радиорелейной связи следует отнести более низкую стоимость и возможность работы в условиях низких температур до -50 °С (зарубежная аппаратура, как правило, рассчитана на работу до -40 °С), что является очень важным для многих регионов России.

В последние годы российские предприятия проводят разработку новых образцов или модернизацию выпускаемых радиорелейных станций для обеспечения конкурентоспособности отечественной аппаратуры.

Роуминг. В настоящее время в России широко развернуто предоставление услуг персональной связи с помощью глобальных систем слутниковой связи Иридиум и Глобалстар, организуемых на базе низкоорбитальных спутников. В рамках этих систем планируется предоставлять услуги соответственно 140 и 260 тыс. абонентов. Роуминг - это специфическая услуга, свойственная только системам подвижной связи, которая позволит абонентам осуществлять связь с другими регионами страны, мира, морскими объектами. Остальные предоставляемые услуги аналогичны тем, которые доступны в любой сети общего пользования. Отличие касается возможностей охвата этими услугами той или иной территории: в системе Иридиум роуминг носит глобальный характер (практически весь земной шар), в системе Глобалстар - в пределах зоны действия системы. С точки зрения абонента, взаимодействие двух систем по предоставлению услуг роуминга позволяет ему отправить или принять вызов, перемещаясь в пределах зон действия «чужих» сетей. В идеальном случае такая возможность обеспечит абоненту один телефонный номер, по которому его можно найти в любой из взаимодействующих сетей, и получение единого телефонного счета для оплаты услуг любой из сетей.

Технически такая возможность может быть обеспечена в двух случаях, если:

• абонент владеет двухрежимным терминалом (оконечнsм оборудованием пользователя - трубкой);

• абонент владеет двумя терминалами, один из которых работает в сети Иридиум, другой - в сети GSM.

Для оказания услуги роуминга при перемещении абонента из зоны действия одной сети в другую необходимо организовать обмен информацией между двумя системами о передвижениях абонента, чтобы определить его местонахождение, провести идентификацию и послать вызов на мобильный аппарат того абонента, которому предоставляется роуминговая услуга. Такой обмен информацией осуществляется через интерфейс GSМ МАР-D работа которого основывается на системе передачи сигналов ОКС-7. Этот интерфейс обеспечивает обмен информацией между «своим» и «чужим» регистрами (соответственно НLR и VLR). Для идентификации мобильных абонентов и направления к ним вызовов в зоне действия сетей, связанных взаимным роумингом, каждому абоненту должен присваиваться единый международный идентификационный номер мобильного абонента МИМА, а также один или более номеров мобильного абонента (МSISDN). МИМА идентифицирует абонента и его «домашнюю» сеть, чтобы обеспечить регистрацию и выполнение других функций сети. Номер МSISDN - это номер набора, присвоенный каждому абоненту для маршрутизации вызовов, принимаемого на мобильном телефоне. Основные характеристики стандартов и систем транкинговой связи представлены в табл. 3.7.