Лекция 15. РРЛ связи 2

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 15
Радиорелейные линии связи
Цели лекции:



Знакомство с основными видами радиорелейных линий, 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






Тропосфера – нижняя часть атмосферы нашей планеты.
Радиолинии (беспроводные линии) - тип линий связи, где в
качестве среды распространения используется открытое
пространство.
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.
6
Ионосферные системы передачи на
декаметровых волнах

Радиосистемы, в которых используется отражение радиоволн от ионосферы,
называются ионосферными системами передачи на декаметровых волнах.
Ионосферой называют ионизированную часть атмосферы Земли, расположенную на расстоянии более 50 км от ее поверхности. При длине радиоволн
10 – 100 м (декаметровый диапазон) происходит их отражение от одного из
ионизированных слоев ионосферы, получивших условное название D, E и F.
Строго говоря, происходит не отражение, а поворот траектории распространения радиоволн за счет неоднородности диэлектрических свойств
вертикального профиля атмосферы. Обычно максимальную неоднородность
имеет слой F, поэтому его и можно считать "отражающим". Траектория
распространения радиоволн от одной точки поверхности Земли до другой с
одним таким "отражением" называется ионосферным скачком. Расстояние по
поверхности Земли одного такого "скачка" составляет около 2000 км.
Траектория распространения радиоволн может быть образована и несколькими
ионосферными скачками. Тогда расстояние между передающей и приемной
станцией может составить несколько десятков тысяч километров. В зоне 100 –
2000 км имеется зона молчания, где приема нет. Ионизацию ионосферы можно
создать и искусственно, например, с помощью лазерного излучения (система
RIAR). Это позволяет уменьшить размеры зоны молчания, увеличив угол
возвышения антенн.
7
F
D
E
Строение атмосферы Земли
8
Принцип радиосвязи на декаметровых волнах
9
Ионосферные системы передачи на
декаметровых волнах

Условия распространения радиоволн (и качество связи)
зависят от состояния ионосферы, определяемой солнечной
активностью и временем года. Относительно "длинные" волны
не позволяют передавать достаточно широкополосные сигналы, но, для организации одного – двух телефонных или
нескольких телеграфных каналов, дальняя радиолиния декаметрового
диапазона
является
самой
простой
и
экономичной. Это обьясняет широкое распространение
декаметровых (ДКМ) радиосистем в автоматизированных
системах связи с надводными кораблями и самолетами, в том
числе военными, для передачи текстовых, телефонных и
телеграфных сообщений. В таких системах широко применяется адаптация скорости передачи информации и управление выходной мощностью и рабочей частотой передатчика
для поддержания требуемого качества канала передачи.
10
Типичное вертикальное распределение
концентрации электронов в ионосфере
для дневных и ночных условий
Оборудование
для ДКМ систем радиосвязи
выпускают фирмы различных стран, но,
несмотря на то, что большая часть этого
оборудования предназначена для специальных
систем связи (морских, военных и т.п.), на него
разработаны
международные
стандарты.
Например, фирма "Маркони" (Великобритания) выпускает унифицированную систему
MFT – 2 с передатчиками Н1051 и Н1151
мощностью 1 и 10 кВт соответственно и
устройством
сложения
мощности,
что
позволяет получить в антенне мощность до 20
кВт. Диапазон рабочих частот 0,28 – 28 МГц.
Система комплектуется широкополосной логопериодической антенной и может работать с
автоматической перестройкой частоты и мощности передатчика для обеспечения требуемого качества канала. Скорость передачи в
канале также может адаптивно изменяться от
50 до 2400 Бод.
11
Ионосферые системы передачи на
метровых волнах

Радиосистемы, в которых используется рассеяние
метровых радиоволн на неоднородностях ионосферы,
называются ионосферными системами передачи на
метровых волнах. Принцип их действия схож с
тропосферными
радиосистемами
связи.
Различие
заключается лишь в том, что рассеяние происходит не в
тропосфере, а в ионосфере на высотах 75 – 95 км.
Предельная их дальность составляет 2000 – 3000 км,
наиболее подходящие частоты от 40 до 70 МГц.
Поскольку рассеяние радиоволн дает в пункте приема
очень малую напряженность поля, используются мощные
передатчики и антенные системы с большим усилением.
12
Метеорные радиосистемы

Разновидностью ионосферных систем передачи на метровых
волнах являются метеорные радиосистемы. В атмосферу
Земли постоянно проникают потоки мелких частиц – метеоров и
космической пыли (метеорные дожди). Сгорая на высоте 80 –
120 км от поверхности, они образуют ионизированные следы с
протяженностью 10 – 25 км и временем существования от 5 мс
до 20 с. Особенность такой радиосвязи состоит в том, что
передача сигналов возможна только при появлении метеорных
следов. Обычно это 2 – 4 часа в сутки. Поэтому сообщения накапливают в передающем радиобюро и, при появлении
пригодного для связи метеорного следа, передают по назначению. Метеорные системы применяются для дублирования
ионосферных систем передачи на декаметровых волнах в
полярных широтах, служебной связи в метеорологии и т.п.
13
Беспроводные оптические
линии связи


Основная идея "свободной" или "атмосферной" оптической линии
связи (ОЛС или FSO) заключается в возможности передавать
информацию с помощью модулированных световых волн, как это
происходит в радиорелейных линиях связи. Обычно светоизлучающие
системы (лазеры или светодиоды) в OЛС работают в диапазоне длин
волн 700 – 950 нм (частоты порядка 315 – 428 ТГц), т. е. в
инфракрасном (невидимом глазом) диапазоне световых волн, в
которых земная атмосфера имеет наивысшую прозрачность. В
последнее время стали появляться и устройства, работающие в
диапазонах 1300 и 1550 нм, что обеспечивает аппаратную
совместимость OЛС c ВОЛС, также использующими эти диапазоны.
Первые ОЛС имели скорость передачи данных в несколько десятков
мегабит в секунду, сегодня большинство их способно работать на
скоростях от 45 Мбит/с до 2,5 Гбит/с. В лабораторных условиях
некоторым экспериментальным ОЛС (например, TeraBeam и Lucent
Technologies) уже удалось выйти на отметку 160 Гб/с и выше, что
делает их использование крайне перспективным.
14
Схема построения беспроводной
(атмосферной) оптической сети
15
Беспроводные (атмосферные)
оптические линии связи (ОЛС)

ОЛС в связи начали широко применяться примерно с середины
90-х годов прошлого столетия. Во-первых, в таких системах назрела реальная необходимость. В локальных сетях передачи
данных (как, впрочем, и в глобальных), в это время началось
внедрение ресурсоемких мультимедиа приложений, требующих
высокоскоростных каналов для их передачи. Во-вторых, лазеры стали более дешевыми и надежными, а сроки их эксплуатации (MTBF – среднее время наработки на отказ) достигли
пяти и более лет, что повысило их рентабельность при коммерческом использовании. Выбор диапазонов волн для OЛС во
многом обусловлен практическим опытом по применению лазеров в ВОЛС, широкое применение которых в технике связи способствовало массовому производству лазеров и других оптических компонентов именно для вышеназванных длин волн.
Для атмосферных систем связи оказалось предпочтительнее
использовать уже существующие наработки в ВОЛС, а не
создавать новые.
16
Беспроводные (атмосферные)
оптические линии связи (ОЛС)


У беспроводных лазерных оптических систем существуют и некоторые
недостатки. Раньше специалисты выделяли две основные проблемы –
малое время наработки на отказ (показатель MTBF) излучаю-щего
элемента (лазера или светодиода) и сильную зависимость
дальности связи от погодных условий. Эти факторы обусловливали готовность ОЛС в городских условиях на уровне 99,7 %, что
явно недостаточно для работы с некоторыми бизнес-приложения-ми и
абсолютно неприемлемо для использования их в провайдерских или
телефонных сетях (нерабочее состояние сети 27 часов в год).
Сегодня с первой проблемой удалось справиться – многие лазерные
диоды мощностью до 100 мВт уже способны обеспечить MTBF, равное
150 тыс. часов (около 15 лет работы). В ОЛС также нашли применение
схемы адаптивного управления мощностью (APC – Adaptive Power
Control), которые управляют мощностью излучения в зависимости от
атмосферных условий (состояния канала). Это позво-лило
значительно продлить срок жизни лазерных диодов и ОЛС в целом и
повысить их надежность.
17
Зависимость ослабления сигнала лазерных модемов
от расстояния при различных метеофакторах
18
Беспроводные (атмосферные)
оптические линии связи (ОЛС)

Проблема снижения дальности передачи с ухудшением погоды
пока еще не решена полностью. Факторами, способствующими
резкому затуханию светового сигнала, являются мокрый снег,
дождь, песчаные бури и туман. Причем туман (особенно густой)
в наибольшей степени сказывается на дальности передачи, поскольку молекулы воды сильно поглощают и отражают световое излучение. Кроме того, помешать распространению луча
могут пересекающие его птицы и посторонние предметы. Стоит
отметить, что в дождливую погоду ОЛС зачастую работают
лучше, чем радиорелейные линии связи, использующие диапазон КВЧ – 18-64 ГГц. Например, сильный ливень (уровень
осадков 75 мм/час) позволяет лазерной системе передавать
данные на расстояние более 2 км с уровнем мощности 100 мВт,
в то время как РРЛ с 1 Вт излучаемой мощности при такой же
длине пролета уже неработоспособна. Однако РРЛ прекрас-но
работают при густом тумане, полностью прерывающем нормальное функционирование беспроводных оптических систем.
19
Беспроводные (атмосферные)
оптические линии связи (ОЛС)

Для повышения надежности связи в ОЛС применяют различные
методы: увеличение мощности сигнала, использование резервных
радиоканалов (РРЛ), применение многолучевых систем и др.
Например, система из нескольких светоизлучателей (обычно до
четырех) позволяет достичь значительного увеличения надежности
передачи, поскольку не каждый посторонний предмет (птицы, частички
пыли и т.п.), сможет перекрыть сразу все лучи.

Все беспроводные технологии позволяют создавать линии связи за очень
короткое время. ОЛС имеют высокую защищенность от разного рода
подключений и прослушиваний. На применение ОЛС во многих странах мира
отсутствуют каких-либо ограничения и лицензионные условия, поскольку
частота излучения их лазерных систем находится далеко за пределами границ
радиодиапазона, подлежащего лицензионному регулированию. Например, в
России таблица распределения радиочастот заканчивается на 400 ГГц. Кроме
того, за счет острой направленности луча света могут быть полностью
исключены взаимные влияния между беспроводными лазерными системами
связи и другими аналогичными устройствами. Это делает ОЛС очень
привлекательными для создания небольших локальных или корпоративных
сетей связи.
20
Примеры установки
оборудования ОЛС
21
Примеры серийного
оборудования ОЛС







система связи БОКС российской компании "НПК Катарсис" WOCC 100M-900
имеет мощность излучения двух светодиодов по 150 мВт и гарантированно
работает в плохую погоду до 900 м со скоростью передачи до 100 Мбит/с;
устройство LaserBit компании LaserBit Communications LB-5000 использует
4 лазерных диода и обеспечивает скорость 100 или 155 Мб/с на расстояние до
5 км. Мощность излучения лазера регулируется от 50 до 150 мВт;
оборудование компании «PAV Data Systems» SkyNet ATM-4000 обеспечивает
соединение (интерфейс SDH OC-3 155 Мб/с) с дальностью до 4 км с использованием трехканальный лазерный передатчик с выходной мощностью 300 мВт.
высокоскоростное оборудование компании Light Pointe "Flight Spectrum",
обеспечивающее передачу данных на скоростях 52, 155, 622 Мб/с и 1,25 Гб/с
(интерфейсы SDH OC-1, ОС-3, ОС-12 и 2 х ОС-12) с дальностью до 4 км;
высокоскоростное оборудование SONAbeam 155M компании FSONA со
скоростями 155, 622 и 1028 Мб/с и передачей на расстояния до 10 км;
оборудование Hybrid FSO/Radio компании AirFiber с интегрированными
каналами OЛС и РРЛ, со скоростью до 1,25 Гб/с и дальностью 10 км;
оборудование TereScope 1000 компании MRV (интерфейс Gigabit Ethernet на
расстоянии до 2 км)
22
Контрольные вопросы





Почему в последнее время применяют преимущественно
цифровые РРС?
Где применяют ионосферные системы передачи на метровых
волнах?
Назовите основные достоинства и недостатки ионосферных
систем передачи на декаметровых волнах.
Назовите основные достоинства и недостатки метеорных
радиосистем, где они применяются?
Назовите основные достоинства и недостатки "атмосферных"
оптических линий связи, где они применяются?
23
Информационное обеспечение
лекции
Список литературы




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.
24
Конец фильма
Спасибо за внимание!