РТФ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
РТФ
Радиотехнический институт УГТУ – УПИ
Инновационная образовательная
программа
Основы построения
телекоммуникационных
систем и сетей:
краткий курс лекций
Автор курса лекций:
Удинцев Владимир Николаевич, канд. техн.
кафедры ТСС УГТУ-УПИ
Екатеринбург
наук, доцент
2008
2
Основы построения
телекоммуникационных
систем и сетей:
краткий курс лекций
лекция 14
Радиорелейные линии связи
Цели лекции:



Знакомство с основными видами беспроводных систем передачи сообщений, услугами и службами электросвязи;
Знакомство с основными понятиями и
терминами;
Изучение основных типов радиорелейных линий связи.
4
Основные термины






Сообщение – форма представления информации, удобная для
передачи на расстояние.
Сигнал – физический процесс, отображающий передаваемое
сообщение.
Электрический сигнал – сигнал, отображающий передаваемое сообщение электрическими величинами.
Электромагнитная совместимость –
способность
технической системы выполнять свои функции, не оказывая
вредного или мешающего воздействия на другие технические
системы.
Ретрансляция – получение и передача сообщения без
внесения в него изменений.
Частотный спектр – совокупность ряда гармонических
составляющих (гармоник) сложного сигнала.
5
Основные термины





Аналоговые системы передачи (АСП) – многоканальные
системы передачи с ЧРК (частотным разделением каналов) для
передачи непрерывных (аналоговых) сигналов.
Пропускная способность линии связи – максимальное
количество информации, передаваемое по линии связи за
единицу времени.
Регенерация – восстановление (по заранее заданному образцу
– эталону) амплитуды и формы цифровых сигналов данных
(ЦСД).
Сеть электросвязи – совокупность технических средств,
обеспечивающих передачу и распределение информации.
Цифровые системы передачи (ЦСП) – многоканальные
системы передачи с временным или кодовым разделением
каналов для передачи цифровых потоков информации.
6
Основные термины






Тропосфера – нижняя часть атмосферы нашей планеты.
Радиолинии (беспроводные линии) - тип линий связи, где в
качестве среды распространения используется открытое пространство и комплект из двух радиостанций: передающей и
приемной для передачи сообщений.
Помеха - любое воздействие на полезный сигнал, изменяющее
его информационный параметр и затрудняющее правильный
прием сообщения.
Ионосфера – ионизированная часть атмосферы Земли.
Ионосферные системы передачи на декаметровых волнах
– радиосистемы, в которых используется отражение радиоволн
от ионосферы.
Служба электросвязи – комплекс средств, обеспечивающих
предоставление абонентам (пользователям) услуг связи.
7
Радиорелейные линии связи


Радиорелейные линии связи (РРЛ) представляют собой цепочку
приемопередающих ретрансляционных радиорелейных станций
(РРС). Сигналы от первой РРС принимаются на второй, усиливаются и
передаются далее к третьей (ретранслируются), там вновь принимаются, усиливаются, передаются четвертой и т. д. Различают РРЛ
прямой видимости и тропосферные РРЛ. По пропускной
способности РРЛ подразделяются на: многоканальные с числом
каналов ТЧ более 300, средней емкости – от 60 до 300 каналов ТЧ и
малоканальные – с числом каналов ТЧ менее 60.
В РРЛ прямой видимости используются 9 – 12 диапазоны
радиоволн, часто объединяемые названием "ультракоротковолновой
диапазон радиоволн" (УКВ) с длиной волн от 10 м до 0,3 мм. Исходя из
соотношения
λ∙f = С,
где С – скорость распространения радиоволн (300 000 км/с), можно определить
их рабочие частоты: от 30 МГц до 1 ТГц. Этот диапазон дополнительно делят
на метровые, деци –, санти – и миллиметровые волны (последние принято
называть также диапазоном сверхвысоких частот – СВЧ и крайне высоких
частот – КВЧ).
8
Радиорелейные линии связи


Ультракороткие волны не отражаются от ионосферы и почти не поглощаются ею. В земной атмосфере существует всего два прозрачных
для электромагнитного излучения "окна", одно – в области видимого
света и второе – в области УКВ. Это обстоятельство используется для
организации спутниковых РРЛ связи. Как и видимый свет, УКВ –
радиоволны распространяются прямолинейно и только в пределах
прямой видимости. Если на их пути встречается радионепрозрачное
препятствие (дом, гора, лесной массив), то связь прерывается.
Именно это их свойство отражено в названии РРЛ, их использующих:
РРЛ прямой видимости.
Стоимость строительства и эксплуатации РРЛ прямой видимости в
значительной мере зависит от правильного выбора трассы и учета
препятствий распространению радиолуча от одной РРС к другой.
Поскольку при дуплексной связи необходимо иметь два частотных
канала, то, для экономии частотного ресурса РРЛ и устранения
взаимного влияния РРС, на соседних РРС происходит чередование
частот передатчиков и приемников.
9
Построение РРЛ прямой видимости: а) – общий вид,
б) – план на местности, f1 – частота 1, f2 – частота 2
10
Построение РРЛ прямой видимости


Горизонтальная проекция трассы РРЛ строится таким образом, чтобы
соседние РРС, работающие на одном частотном канале, не оказывали
друг на друга негативного влияния (на каждой станции возможен
прием радиосигнала от первой РРС, так как при двухчастотном
плане частота передатчика первой станции совпадает с частотой
передатчика третьей). Это достигается использованием антенн с узкой
диаграммой направленности и малым уровнем ее боковых лепестков,
а также зигзагообразным построением трассы РРЛ. В ряде случаев,
например, при значительном мешающем влиянии соседних РРС
приходиться использовать три (трехчастотный план) или более
(четырехчастотный план) частот для снижения этого влияния.
При выборе трассы РРЛ необходимо также выполнять условия расположения РРС на доминирующих высотах местности и максимального приближения их к населенным пунктам и транспортным
магистралям для обеспечения транспортировки материалов при
строительстве и удобства передвижения обслуживающего персонала
при эксплуатации.
11
Построение РРЛ прямой видимости


Различают оконечные (ОРС), промежуточные (ПРС) и
узловые (УРС) РРС. В оконечных станциях осуществляется
ввод и вывод передаваемых сообщений (сигналов). В промежуточных станциях – только их ретрансляция, т.е. прием,
усиление и передача сигналов без изменения их числа и
формы. В узловых станциях траектория РРЛ может разветвляться или осуществляется ввод или вывод отдельных
сигналов для передачи их потребителям.
Расстояние между любыми двумя соседними станциями
называется пролетом РРЛ. Расстояние между оконечной РРС
и узловой станцией или между двумя УРС называется
участком РРЛ. В случае, если РРЛ предназначена для
передачи большого числа сигналов, она образуется из нескольких отдельных приемопередающих комплексов, работающих в
одном направлении и, как правило, на одну антенную систему,
но на разных частотах. Каждый их таких приемопередатчиков
принято называть стволом РРЛ.
12
Применение РРЛ
прямой видимости


С помощью РРЛ прямой видимости передают сигналы многоканальных
телефонных сообщений, представленных в аналоговой и цифровой форме
(АМТС и ЦМТС), телевизионные сигналы и сигналы звукового сопровождения
(ТВС) или звукового вещания (ЗВ), а также сигналы телеметрии, данных в
цифровой форме, телеграфные и факсимильные сообщения. Кроме того, РРЛ
широко используются для систем технологической связи нефте- и газопроводов, в энергосистемах, на железнодорожном транспорте, для организации внутриобластных и межрайонных систем связи, резервирования проводных систем связи и т. п. Широкое использование РРЛ в современных системах
связи объясняется их относительно малой стоимостью и быстротой развертывания по сравнению со строительством кабельных линий связи.
Типовая аппаратура РРЛ прямой видимости состоит из каналообразующей
аппаратуры КОА, радиопередатчиков РПер, радиопремников РПр и антенно –
фидерных трактов АФТ с узконаправленными антеннами и разделительными
полосовыми фильтрами РПФ. На ОРС с помощью КОА формируется групповой
сигнал, состоящий из нескольких исходных сигналов, приходящих от источников сообщений. Групповой сигнал поступает на вход модулятора радиопередатчика РПер. С выхода передатчика через разделительно – полосовой фильтр
РПФ и антенно – фидерную систему модулированный радиосигнал из-лучается
в сторону ПРС. РПФ служит для развязки радиопередатчиков различ-ных
стволов РРС, так как передатчики работают, как правило, на одну антенну.
13
Структурная схема РРЛ прямой видимости
14
Типовая структура
РРЛ прямой видимости


Радиосигнал, принятый антенной ПРС через РПФ поступает на приемник РПр, где восстанавливается, усиливается и поступает на модулятор РПер и излучается в сторону следующей РРС. При этом, для того, чтобы исключить влияние соседних РРС передача производится на
другой несущей частоте. На УРС сигналы с выхода приемника
подаются КОА, где осуществляется вывод части группового сигнала и
передача ее потребителям, либо по другому направлению. С помощью
КОА также может быть осуществлен ввод каких – либо дру-гих
сигналов.
При высоте подвеса антенн в 40 – 50 м расстояния между соседними
УКВ РРС, при котором сохраняются условия прямой видимости,
составляет 40 – 60 км. Это не следует рассматривать как отрицательный фактор, поскольку именно невозможность распространения
УКВ радиоизлучения на большие расстояния устраняет взаимные
помехи между соседними РРС и РРЛ внутри одной страны или разных
стран.
15
Цифровые РРЛ
прямой видимости

В последнее время много внимания уделяется созданию цифровых
РРЛ в СВЧ диапазонах 8, 11, 13 и 15 ГГц. Дело в том, что для каждого
вида сообщений существуют нормы на допустимые искажения при их
передаче, которые при подписании договоров на предоставление
услуг связи, становятся обязательными для всех операторов связи.
Аналоговые сигналы же на пути от передатчика одной РРС к
приемнику другой претерпевают значительные изменения. МСЭ – Р
и МСЭ – Т в своих рекомендациях определяют нормы на допустимые
иска-жения сигналов, обычно устанавливаемые отраслевыми и
государственными стандартами в качестве обязательных.

Радиорелейная цифровая аппаратура может использоваться как на магистральных, так и на небольших, местных и локальных сетях связи. Например,
для местных сетей наиболее пригодны радиорелейные станции работающие в
диапазонах 15, 23, 26 и 38 ГГц. Выгодно и использование цифровых РРЛ для
передачи информационных потоков на большие расстояния. Например, самая
длинная в мире радиорелейная линия (около 8 тыс. км) Москва - Хабаровск. На
этой магистрали смонтированы 162 радиорелейные станции и образованы 8
каналов по 155 Мбит/с с использованием технологии SDH в трех диапазонах
СВЧ: 3,4 – 3,9; 4 – 5; 5,7 – 6,2 ГГц.
16
Цифровые РРЛ
прямой видимости









Цифровая форма сигналов характеризуется высокой помехоустойчивостью и
верностью передачи. Кроме того, при цифровой передаче
сигналов
достигается:
удешевление систем передачи;
возможность передачи всех сигналов в единой цифровой форме по
универсальному линейному тракту;
снижение эксплуатационных расходов (около 25 %);
значительное снижение требований к качеству трактов передачи сигналов
(линейности, форме фазо-частотных и амплитудно-частотных характеристик),
а, следовательно, их удешевлению;
почти полное исключение эффекта накопления искажений при многократной
ретрансляции за счет применения регенерации (восстановления) формы
сигналов;
упрощение и удешевление каналообразующей аппаратуры;
простое и высоконадежное обеспечение скрытности связи;
повышение качества связи при наличии замираний сигналов на пролетах РРЛ
(при использовании специальных способов кодирования сигналов).
17
Зависимость поглощения радиоволн в тумане и дожде от частоты
18
Тропосферные РРЛ

Тропосфера – это нижняя часть атмосферы нашей планеты. Верхняя граница тропосферы находится на высоте
10 – 12 км. Различные физические процессы, непрерывно происходящие в тропосфере, вызывают появление в ней диэлектрических неоднородностей, на которых рассеиваются радиоволны дециметрового диапазона. Поскольку эти неоднородности находятся на значительной высоте, то рассеянные ими радиоволны способны распространяться на сотни километров. Это дает
возможность при построении РРЛ расположить соседние
РРС не через 40 – 60 км, как в случае РРЛ прямой
видимости, а на расстоянии 200 – 400 км друг от друга.
19
Принцип тропосферной связи
20
Тропосферные РРЛ

Подобно РРЛ прямой видимости тропосферные РРЛ также состоят из
оконечных, промежуточных и узловых РРС. Такие линии создаются в
труднодоступных и удаленных районах, где сложно создать РРЛ
прямой видимости. Значительные расстояния между РРС требуют
меньшего их числа, что выгодно сказывается на экономических
показателях, особенно при больших протяженностях РРЛ. Но, вопервых, радиосигнал в точке приема имеет ничтожно малую мощность, а, во-вторых, в процессе распространения радиоволн возникают значительные колебания его мгновенной мощности во
времени, что объясняется неустойчивостью пространственно-временной структуры тропосферы и многолучевым распространением радиоволн. В точку приема приходят радиолучи отраженные различными
неоднородностями и по различным путям. Это вызывает интерференционные явления и, как следствие, глубокие провалы мгновенной
мощности – "замирания" радиосигнала.
21
Тропосферные РРЛ


Ослабление сигналов компенсируется применением передатчиков
повышенной мощности и высокочувствительных приемников.
Глубокие замирания устраняют путем разнесенного приема
радиосигналов. При пространственном разнесении прием ведут
на две (или более) антенны, установленные на расстоянии (обычно
более 100 длин волн) друг от друга. При частотном разнесении
прием и передачу ведут одновременно на двух (или более) различных
частотах.
Одновременная реализация этих двух принципов: частотного и
пространственного разнесения получила название счетверенного
приема. Сигналы, принимаемые по различным каналам приема, затем складываются. Поскольку характер замираний на разных частотах
и в различных точках пространства неодинаков, то суммарный сигнал
получается значительно менее подверженным глубоким замираниям.
Несмотря на это, полностью избавиться от замираний и искажений,
особенно при передаче широкополосных (например, телевизионных)
сигналов, не удается, поэтому последнее время совместно с
разнесенным приемом используют цифровые сигналы и
специальные методы их обработки.
22
Основные данные тропосферных
радиорелейных станций
Тип РРС
Диапазон
частот,
ГГц
Среднее расстояние
между станциями,
км
Число
каналов ТЧ
"Горизонт – М"
ТР – 120
ДТР – 12
0,8 – 1
0,8 – 1
0,8 – 1
300
300
600
60
120
12
23
Контрольные вопросы









Как строится двухчастотный план РРЛ прямой видимости?
Что такое «разнесенный прием»?
Что такое «счетверенный прием» и зачем он применяется?
Поясните почему происходит многолучевое распростра-нение
радиоволн и к чему оно приводит?
Поясните строение атмосферы Земли.
Что такое «замирания» сигнала РРС?
Чем отличаются друг от друга оконечные (ОРС), промежуточные (ПРС) и узловые (УРС) РРС?
Какой элемент радиорелейной линии называется участком РРЛ?
Почему в последнее время применяют преимущественно
цифровые РРС?
24
Информационное обеспечение
лекции
Список литературы

Телекоммуникационные системы и сети: Учебное пособие. В 3
томах. Том 1 - Современные технологии / Б. И. Крук, В. Н.
Попантонопуло, В. П. Шувалов; под ред. профессора В. П.
Шувалова. – Изд. 3-е, испр. и доп. – М.: Горячая линия-Телеком,
2003. – 647 с.: ил.

Телекоммуникационные системы и сети. Том 2. Радиосвязь,
радиовещание, телевидение. Учебное пособие. В. П. Шувалов.– М.:
Радио и связь, 2003.

Столлингс В. Беспроводные линии связи и сети : Пер. с англ. – М.:
Издательский дом "Вильямс", 2003. – 640 с.: ил.

Гаранин М.В. и др. Системы и сети передачи информации: Учеб.
пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 2001. – 336 с.:ил.

Додд Аннабел 3. Мир телекоммуникаций. Обзор технологий и
отрасли. Пер. с англ. – М.: ЗАО «Олимп—Бизнес», 2002. – 400 с.: ил.
25
Конец фильма
Спасибо за внимание!