Лекция 3. Общие принципы построения РРЛ
Цель лекции: Изучить вид станций РРЛ, частотные планы.
Виды станций РРЛ, сдвиг по частоте, многоствольная работа, пролет и участок
Радиорелейные линии занимают диапазоны ОВЧ и СВЧ, причем граница между аналоговыми и цифровыми радиорелейными системами (РРС) лежит вблизи частоты 11 ГГц.
Аналоговые РРС предназначены в основном для передачи многоканальных телефонных сигналов в аналоговой форме и сигналов данных с низкой и средней скоростью по каналам тональной частоты (ТЧ), а также сигналов телевидения. Цифровые РРС используются для организации цифровых трактов со скоростями от 2 до 140 Мбит/с.
Радиорелейные линии связи основываются на принципах многократной ретрансляции сигнала (упрощенная структурная схема показана на рисунке 3.1). Различаются оконечные, промежуточные и узловые станции.
Станции располагают зигзагообразно – это позволяет исключить помехи от станций, расположенных через три – пять пролетов при существующих планах распределения радиочастот.
Оконечные станции устанавливаются в крайних пунктах линии связи и содержат модуляторы и передатчики в направлении передачи сигналов и приемники с демодуляторами в направлении приема – смотри рисунок 3.2. Для приема и передачи применяется одна антенна, соединенная с трактами приема и передачи при помощи антенного разветвителя (дуплексера).
Рисунок 3.1 – Принцип радиорелейной связи
Модуляция и демодуляция сигналов проводится на одной из стандартных промежуточных частот (70 - 1000 МГц). Модемы могут работать с приемопередатчиками, использующими различные частотные диапазоны. Передатчики предназначены для преобразования сигналов промежуточной частоты в рабочий диапазон СВЧ, а приемники – для обратного преобразования и усиления сигналов промежуточной частоты.
Рисунок 3.2 – Структурная схема оконечной станции
Промежуточные станции располагаются на расстоянии прямой видимости и предназначаются для приема сигналов, усиления их и дальнейшей передаче по линии связи. Прием и передача сигналов на промежуточных станциях должна проводиться на разных частотах для устранения паразитных связей в приемопередатчиках. Разница между частотами приема и передачи называется частотой сдвига (fсдв).
. (3.1)
На рисунке 3.3 показана структурная схема промежуточной станции.
Рисунок 3.3 – Структурная схема промежуточной станции
Узловые станции (рисунок 3.4) выполняют как функции промежуточных станций, так и функции ввода и вывода информации. Поэтому они устанавливаются в крупных населенных пунктах или в точках пересечения (ответвления) линий связи.
Промежуток между ближайшими станциями называется пролетом РРЛ. Это расстояние между соседними РРС можно определить по приближенной формуле для случая гладкой сферической земной поверхности
(3.2)
где h1 и h2 – высоты подвеса антенн в метрах.
Типичные расстояния R0 – 40 - 50 км.
Наиболее распространенные значения h – 20…80м.
Промежуток между оконечной станцией и ближайшей узловой или между узловыми станциями называется участком или секцией РРЛ, а совокупность приемопередающего оборудования образует ствол РРЛ.
Рисунок 3.4 – Структурная схема узловой станции
Различаются однонаправленные стволы и двунаправленные (для дуплексной связи).
Планы частот для РРЛ
При передачи сигналов в прямом и обратном направлениях применяются 2-частотные и 4-частотные системы.
Рисунок 3.5 Рисунок 3.6
2-частотная система (рисунок 3.5) экономична с точки зрения использования полосы частот, но требует применения антенн с хорошими защитными свойствами (на частотах выше 10 ГГц применяются параболические антенны с дополнительными экранами – воротниками).
При этом, если станция принимает сигнал на частоте f1 и передает на частоте f2, то соседние с ней станции принимают на частоте f2, а передают на частоте f1. Эта пара частот, соответствующая двухчастотному плану частот МСЭ-Р, образует радиочастотный ствол.
4-частотная система (рисунок 3.6) допускает более простые и дешевые антенны, но используется редко, при очень сложной электромагнитной обстановке.
Для повышения экономической эффективности и пропускной способности радиорелейные системы часто делают многоствольными, в которых на каждой станции работают с различными частотами несколько приемопередатчиков через общие антенно-фидерные устройства.
Приведем пример списка несущих частот для стволов РРЛ в соответствии с Рекомендацией ITU-R, например, в диапазоне 7 ГГц – таблица 3.1.
ITU-RRecommendationF385
- дуплексный разнос частот (Tx-Rx) 161МГц;
- разнос между стволами 7МГц.
Т а б л и ц а 3.1
| Ствол | f н, МГц | f в, МГц |
| … | … | … |
Каждый ствол станции имеет стандартное обозначение, например: 2ВН, где 2- номер ствола, В- означает прием на верхней частоте, Н- передача (излучение) на нижней частоте. Комплект оборудования на другой стороне пролета будет иметь соответственно обозначение 2НВ.
На рисунке 3.7 показан пример плана распределения рабочих частот для системы РРЛ, работающей в диапазоне 11 ГГц в соответствии с Рекомендациями 387-2 МСЭ-Р.
Рисунок 3.7 – Пример плана распределения рабочих частот
В более высокочастотных диапазонах волн применяются гибкие частотные планы. Разнос частотных каналов в таких случаях определяется пропускной способностью (скоростью работы ЦРРЛ) и видом модуляции. Чаще всего применяется шаг разноса рабочих частот равный 3.5 МГц. Тогда, к примеру, при скорости работы 4 Мбит/с и 4-уровневой модуляции разнос частот можно выбрать равным шагу разноса, а при кратном увеличении скорости разнос также кратно увеличивается и может равняться
7, 14 или 28 МГц.
В последние годы разработаны новые частотные планы с использованием двойной поляризации радиоволн, позволяющие существенно повысить эффективность использования частотного спектра.
Для работы РРЛ в соответствии с рекомендациями ITU-R серии F выделены полосы частот в диапазонах: 1,4; 2; 4; 5; 6; 7; 8; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 18; 23; 27; 31; 38; 55 ГГц.
С целью увеличения надежности работы линии связи применяются различные способы резервирования. В диапазонах частот выше 10 ГГц в ЦРРЛ наибольшее распространение получают системы резервирования 1 + 1, когда на один рабочий ствол приходится один резервный. В сложных условиях распространения радиоволн, оба ствола могут быть использованы для организации разнесенного приема, существенно улучшающего устойчивость работы системы связи. Зачастую строятся простые одноствольные системы связи без резервирования, учитывая высокую надежность современной аппаратуры. К примеру, время наработки на отказ аппаратуры ЦРРЛ типа MINI - LINK E шведской фирмы ERICSSON достигает (согласно рекламе) 20 - 30 лет.
Современная аппаратура радиорелейных систем для диапазонов частот выше 10 ГГц имеет определенные особенности в конструктивном выполнении, по сравнению с более низкочастотной аппаратурой. Она имеет небольшие габариты и располагается на вершине антенной опоры, объединенная в единый блок с антенной.
На рисунке 3.8 показанорадиорелейное оборудование Mini-Link (Ericsson). Здесь параболическая антенна имеет диаметр 30 см и соединяется с приемопередающим блоком непосредственно без волновода. Элементы для крепления всего модуля к антенной опоре располагаются на антенном блоке и имеют устройства для юстировки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Приемопередающий блок можно легко отсоединить от антенного блока для замены, настройки и профилактики. В таком исполнении вес блока составляет 11-12 кг. Аппаратура позволяет использовать антенны и большего диаметра (0.6 и 1.2 м).
Пример расположения модулей аппаратуры на антенной опоре показан на рисунке 3.9.
Рисунок 3.9 – Расположение модулей аппаратуры на антенной опоре
Компактная аппаратура с небольшими габаритами и весом, которая применяется в диапазонах частот выше 10 ГГц, допускает использование облегченных антенных мачт, выполненных в виде ферм треугольного сечения или трубчатых конструкций, которые можно установить на высоких зданиях, дымовых трубах или возвышенных местах. Приемопередающие блоки соединяются коаксиальными кабелями с модемным оборудованием, располагающимся в помещении. Современное модемное оборудование – это легко трансформирующийся комплекс, функционирующий под управлением центрального или местного компьютера.