|
|
  |
Главная страница / Архитектура отрасли РАДИОРЕЛЕЙНАЯ СВЯЗЬ В СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХНемного истории Радиорелейная связь первоначально применялась для организации многоканальных линий телефонной связи, линий, в которых сообщения передавались с помощью аналогового электрического сигнала. Первая такая линия с 5 телефонными каналами появилась в США в 1935 году. Она соединяла города Нью-Йорк и Филадельфию и имела протяженность 200 км. Благодаря научным достижениям стало возможным создание в 50-х годах комплексов унифицированной приемо-передающей аппаратуры, использующих диапазон сверхвысоких частот и методы частотного и/или временного разделения каналов – многоканальные радиорелейные станции (РРС). К началу 70-х годов во всех развитых странах была создана густая сеть многоканальных линий радиорелейной связи с несколькими тысячами типовых каналов в каждой линии. Появляются РРС на автомобильной платформе (в основном военного назначения), обеспечивающие оперативное развертывание сети радиорелейной связи в районах боевых действий или в районах стихийных бедствий. В России начало развитию радиорелейной промышленности положено в середине 50-х годов, когда были созданы СКБ, НИИ и группа заводов, затем последовал выпуск нескольких поколений радиорелейных станций (РРС). Первая магистральная радиорелейная система Р-600 (Р-600М, Р-600-МВ, «Рассвет-2») была создана в 1958 году. В 1970 году появился комплекс унифицированных радиорелейных систем «КУРС». Все это позволило в 60–70-е годы развить сеть связи страны, обеспечить качественную телефонию и наладить передачу программ центрального телевидения. К середине 70-х годов в стране была построена уникальная радиорелейная линия, протяженность которой составляла около 10 тыс. км, емкостью каждого ствола, равной 14400 каналов тональной частоты. Суммарная протяженность РРЛ в СССР превысила к середине 70-х годов 100 тыс. км. Опыт применения радиорелейных линий выявил ряд достоинств этого рода связи, которые значительно расширяли возможности связи вообще. Это: • быстрота и экономичность развертывания (по сравнению с проводной связью) линий связи; • экономически выгодная, а в ряде случаев и единственно возможная организация многоканальной связи на территориях, имеющих сложный рельеф (лес, горы, болота и пр.), а также в тех местах, где прокладка кабеля нецелесообразна; • возможность аварийного восстановления связи магистралей проводной связи путем замены ее поврежденных участков; • качество связи, не уступающее проводной связи. Необходимость передавать данные – информацию, представленную в дискретном цифровом виде, подтолкнула к созданию цифровых систем передачи, ускорила разработку современных методов преобразования дискретной информации в аналоговую и обратно (методы модуляции и демодуляции), а также методов ее кодирования. Появились системы, способные обмениваться цифровой информацией – системы передачи данных (СПД). Появились цифровые РРС. Немного «теории» Вопросы, затрагиваемые в этом разделе, специалистам хорошо известны, и они анный на тех, кому неизвестно, а их, как правило, больше. Кроме того, как показала практика, многие из тех, «кто очень хорошо понимает» и имеет устоявшиеся представления, по-разному толкуют значение некоторых терминов. Что же означает термин «радиорелейная связь»? Заглянем в «святцы», виноват, в энциклопедии и словари, в которых, как известно, аккумулируются знания, накопленнае человечеством. Итак, в энциклопедии [1] читаем: «Радиорелейная связь (от радио и франц. relais – промежуточная станция), радиосвязь, осуществляемая при помощи цепочки приемо-передающих радиостанций, как правило, отстоящих друг от друга на расстоянии прямой видимости их антенн». В энциклопедическом словаре [2] дана следующая формулировка: «Радиорелейная связь, радиосвязь по линии, образованной цепочкой приемо-передающих (ретрансляторов) радиостанций. Осуществляется обычно на деци- и сантиметровых волнах». Все вроде бы понятно, однако что, например, значит «прямая видимость», много это или мало? И почему «...обычно на деци- и сантиметровых волнах»? Оказывается, это и определяет основные свойства радиорелейной связи. Дальность прямой видимости зависит от высоты приемо-передающих антенн двух РРС и может быть вычислена по простой формуле: D=3,557(ѕЈЈ+ѕЈЈ ), H1 H2 где D – дальность прямой связи, выраженная в километрах; H1 и H2 , – высоты приемо-передающих антенн радиостанций. Радиоволны дециметрового (ДЦВ) и сантиметрового диапазонов (СВ) (табл. 1) распространяются в основном за счет поверхностной волны прямолинейно (для тех, «кто знает» – потому что дифракция радиоволн этого диапазона выражена слабо). Поэтому связь с ее помощью может быть организована только на дальности прямой видимости. Для того чтобы максимально увеличить расстояние прямой видимости между РРС, их антенны устанавливают на мачтах или башнях высотой 70–100 м и по возможности – на возвышенных местах (рис. 1). Максимальная дальность радиорелейной связи определяется не только физической прямой видимостью, но и радиовидимостью (для высоких частот критично, чтобы 1-я зона Френеля не касалась поверхности), которая зависит от частотного диапазона используемых РРС, емкости ствола (скорость потока), диаметра антенн и может незначительно отличаться от вычисленной по приведенной формуле. На равнинной местности расстояние между РРС обычно составляет 40–70 км, в горах и на пересеченной местности оно может быть увеличено за счет установки РРС на возвышенностях или вершинах гор. Если расстояние между РРС превышает пределы прямой видимости, то устанавливают промежуточные (ретрансляционные) РРС (рис. 2). Применение (в отдельных звеньях цепочки) станций тропосферной радиосвязи, которые используют эффект рассеяния радиоволн СВЧ на неоднородностях тропосферы, позволяет увеличить это расстояние до 250–300 км (рис. 2). Теперь следует сказать о том, почему выбраны диапазоны ДЦВ и СВ. Оказывается, ширина подновременно многим широкополосным радиопередатчикам с шириной спектра сигналов до нескольких десятков МГц. В этих диапазонах низок уровень атмосферных и индустриальных помех радиоприему, а также возможно применение остронаправленных (с малым углом излучения) малогабаритных антенн. Максимальная эффективность связи между двумя РРС достигается в том случае, если размеры антенны соизмеримы с четвертью длины волны. Например, если длина волны равна 100 см, то диаметр антенны должен быть равен 25 см. Современные цифровые линии связи Цифровые магистрали, на основе которых строятся современные сети передачи данных, должны соответствовать стандарту SDH (Synchronous Digital Hierarchy – синхронная дискретная иерархия), определяющему основные характеристики линий для цифровой сети передачи данных (табл. 2). Такие линии обеспечивают передачу любых видов данных: текста, звука, речи, изображений и видеофильмов с помощью дискретных электрических сигналов. Цифровые радиорелейные станции Современная цифровая РРС - сложный технический комплекс, в который входит приемопередатчик, модем, мультиплексор, приемопередающие антенны, система автоматического резервирования, система телеуправления и телесигнализации, контрольно-измерительная аппаратура, устройства служебной связи, система электропитания. Рассмотрим функции основных устройств: приемопередатчика, модема и мультиплексора (рис. 3). Приемопередатчик РРС – устройство, которое выполняет функции приема и передачи модулированных электрических колебаний заданных частот. Приемник выделяет электрический сигнал заданной частоты из сигналов, принятых приемной антенной. С выхода приемника сигнал поступает на модулятор. Передатчик вырабатывает модулированный электрический сигнал заданной частоты для последующего его излучения передающей антенной. На вход передатчика сигнал поступает из модулятора. Один комплект приемопередающей аппаратуры, установленный на РРС, образует ствол. Для увеличения пропускной способности на РРС устанавливают несколько комплектов такой аппаратуры – создают несколько стволов. Модем РРС – оконечное устройство, служащее для модуляции/демодуляции сигнала. Поступающий из мультиплексора дискретный сигнал модем преобразует в аналоговый (непрерывный) сигнал некоторой промежуточной частоты и передает его в приемопередатчик, а при приеме поступающий из приемопередатчика аналоговый сигнал преобразуется в дискретный. Таким образом, в составе цифрового радиорелейного тракта модем выполняет функции цифрового стыка, который должен соответствовать рекомендациям G.703 MKKTT. Как правило, в модеме РРС дополнительно создаются: • речевой канал, позволяющий организовывать служебную телефонную связь; • канал RS-232 (9600 Бит/с), который может быть использован как дополнительный сервисный канал связи, так и для дистанционного контроля параметров. В многопролетных системах связи программное обеспечение позволяет проводить дистанционное управленмодемах РPС чаще всего применяются следующие методы модуляции: • FSK (Frequency Shift Keying) – частотная модуляция (ЧМ), сущность которой заключается в том, что дискретные сигналы 0, 1 передаются гармоническими сигналами (синусоидами), имеющими различные частоты; • PSK (Phase Shift Keying) – фазовая модуляция, при которой дискретные сигналы 1 и 0 передаются путем переключения двух несущих, сдвинутых на полпериода относительно друг друга. Другой вариант PSK – изменение фазы на 900 в каждом такте при передаче нуля и на 2700 при передаче единицы. Основные технические характеристики модемов: скорость передачи цифрового потока, вид модуляции модемов некоторых отечественных РРС представлены в табл. 3. Мультиплексор РРС предназначен для асинхронного объединения нескольких цифровых потоков в один, например Е1 (2048 Мбит/с), E2 (8448 Мбит/с) в сигнал Е2 (8448 Мбит/с) или сигнал E3 (34368 Мбит/с) в соответствии с рекомендацией G.742 (G.751) МККТТ. Основные характеристики мультиплексоров некоторых отечественных РРС представлены в табл.4. В зависимости от места, которое занимает РРС в радиорелейной линии, различают оконечные, промежуточные и узловые РРС. Оконечными называют РРС, расположенные на концах радиорелейной линии; размещенные между оконечными РРС носят название промежуточных. Промежуточные станции, на которых предусмотрено выделение каналов, называют главными. Если на главной станции предусмотрено ответвление на другую радиорелейную линию, то такую РРС называют узловой. Главные и узловые РРС имеют специальное оборудование выделения каналов или ответвления (см. рис. 4). Как правило, оконечные и главные станции обслуживаются специалистами, а обычные промежуточные – дистанционно контролируются с оконечных и/или главных станций и персонала не имеют. Наличие этих, так называемых необслуживаемых РРС, позволяет строить не только радиорелейные линии большой протяженности, но и разветвленные радиорелейные сети. Основные характеристики некоторых отечественных РРС представлены в табл. 5 [3, 4, 5]. Цифровые радиорелейные линии Радиорелейные линии на основе цифровых РРС стали важной составной частью цифровых сетей электросвязи – ведомственных, корпоративных, региональных, национальных и даже международных. РРЛ классифицируют по следующим взаимосвязанным признакам [3, 4, 5]: • скорость передачи данных (цифрового потока) – пропускная способность, в зависимости от которой различают РРЛ: • высокоскоростные (скорость передачи свыше 140 Мбит/с); • среднескоростные (до 52 Мбит/с); • низкоскоростные (до 8 Мбит/с); • емкость радиорелейной линии (количество стволов и каналов в них), в зависимости от которой различают РРЛ: • большой емкости; • средней емкости; • малоканальные. • количество пролетов в радиорелейной линии, по которому различаются РРЛ: • однопролетные; • многопролетные. Высокоскоростные большой емкости радедней емкости радиорелейные линии – для создания региональных, зоновых сетей передачи данных и называются зоновыми. Наконец, малоканальные широко используются для организации связи на железнодорожном транспорте, газопроводах, нефтепроводах, линиях электропередачи и т. п. Малоканальные радиорелейные линии с подвижными РРС применяются в военных целях. Полосы радиочастот РРЛ расположены в диапазоне от 2 до 50 ГГц и жестко регламентируются внутри каждой полосы как рекомендациями ITU (Международного союза электросвязи), так и Радиорегламентом Российской Федерации. При организации связи по цифровой радиорелейной линии должна быть решена проблема выделения частот приема и передачи. Ее решение относится к компетенции ГКРЧ России, и для РЭС всех назначений эта процедура осуществляется в соответствии с «Положением о порядке выделения полос (номиналов) радиочастот...» и результатами рассмотрения в установленном порядке радиочастотных заявок, поступающих от заявителей. В ряде случаев, например в условиях больших городов, получение свободных радиочастот на некоторых направлениях затруднительно, что связано с проблемой электромагнитной совместимости с другими радиотехническими системами (РТС). Решение этих проблем – тема отдельного разговора. Построение цифровых радиорелейных линий Спектр применения современных цифровых радиолиний достаточно широк, это объясняется тем, что они позволяют: • оперативно наращивать возможности системы связи путем установки оборудования РРС в помещениях узлов связи, используя антенно-мачтовые устройства и другие сооружения, что уменьшает капитальные затраты на создание радиорелейных линий связи; • организовать многоканальную связь в регионах со слабо развитой (или с отсутствующей) инфраструктурой связи, а также на участках местности со сложным рельефом; • развертывать разветвленные цифровые сети в регионах, больших городах и индустриальных зонах, где прокладка новых кабелей слишком дорога или невозможна; • восстанавливать связь в районах стихийных бедствий или при спасательных операциях и др. Сеть РРС может строиться как однопролетная линия, многопролетная линия и радиорелейная сеть. Однопролетная РРЛ состоит из двух территориально разнесенных РРС (рис. 4). Такие радиолинии могут создаваться для соединения базовых центров сотовой связи, АТС и других аналогичных объектов. Примерами такой структуры могут служить радиолинии, разработанные фирмой Nera (Норвегия). Радиолиния с пропускной способностью 140 Мбит/с для российского телевидения соединила телецентр на Ямском поле с земной станцией спутниковой связи в Клину, обеспечив одновременную передачу 17 телевизионных каналов. РРЛ с пропускной способностью 155 Мбит/с и емкостью 1920 цифровых каналов РФ связала Центробанк с его подразделением, удаленным на 140 км. Примером радиорелейной сети может служить создаваемая в Киргизской Республике в качестве первичной сети цифровая радиорелейная магистраль из 16 РРС, зри радиолинии с семью другими РТС. Горный рельеф позволил увеличить некоторые пролеты между РРС до 165 км. Сеть охватывает все регионы республики и имеет выходы на наземную станцию спутниковой связи COMSTAT (США) с антенной, направленной на искусственный спутник Intelsat 630, что обеспечивает прямой выход сети связи республики на национальные сети связи многих стран Азии и Европы. Широкое применение получили малогабаритные, быстро разворачиваемые РРС диапазонов 18, 23 и 36 ГГц, которые способны передавать на расстояние до 25 км как аналоговую (телевизионную), так и цифровую информацию (со скоростью до 34 Мбит/с). Типичное применение цифровых РРС данных диапазонов – организация сетей местной связи, сетей сотовой и транковой связи. В последнем случае, как правило, применяются однопролетные РРЛ «базовая станция» – «базовая станция» и «базовая станция» – «коммуникационная станция». РТС могут быть использованы также вместо широкополосных оптоволоконных линий, создаваемых в городских условиях для связи между узловыми АТС и другими объектами связи. Такие РРС могут быть встроены в телекоммуникационные сети, отвечающие стандартам SDH/SONET. Основными направлениями применения радиолиний в этом случае могут быть: • магистраль. РРЛ вписывается в городские сети SDH/SONET и служит для замыкания колец, для соединения между кольцами и для подключения удаленных узлов доступа. Линия может использоваться как транспортная альтернатива оптоволокну или для его резервирования; • организация доступа к сети АТМ. РРЛ соединяется с оконечным сетевым устройством АТМ и концентратором доступа АТМ; • сопряжение между собой сетей АТМ, FAST ETHERNET и других. В настоящее время появилось большое количество РТС этих диапазонов, которые выпускаются зарубежными и отечественными производителями. На мировом рынке представлены РТС около 15 фирм, в том числе Microwave Network (США), Ceragon Networks. Предлагают свои малогабаритные РТС и отечественные производители. С 1993–1994 гг. начали выпускаться РРС серии «Радан-МС», «Радан-МГ», семейство станций «Эриком», «Пихта-2», «Радиус-15», «Комплекс-15» и ряд других. В тот период эти РРС по техническому уровню и надежности не могли сравниться с зарубежными аналогами. В дальнейшем положение изменилось, и были разработаны РТС нового поколения – серия станций «Просвет», станции «Радиус-ДС», «Радиус-15М», «Звезда-11», «Радиус-18» и ряд других. Вывод Инфраструктура мировой и национальных сетей цифровой связи, которая развивается как интегрированная первичная транспортная сеть, обеспечивающая передачу любого вида информации, базируется на комплексном использовании проводной, радио, радиорелейной и спутниковой (космической) связи. Радиорелейная связь занимает в этой структуре свое достойное место. Вопрос о применении того или иного рода связи или их комбинации в сетевой инфраструктуре диктуется конкретными географическими условиями, а также экономическими, социности страны. Технические средства связи и методы их применения должны быть увязаны в единую систему. Этим обусловливается возрастающее внимание к решению вопросов связи и необходимость дальнейшего развития технических средств и методов эффективного применения всех родов связи, в том числе и радиорелейной. Главная страница / Архитектура отрасли |