Отечественной радиорелейной промышленности более 50 лет. За время своего развития отрасль вышла на ожидаемые позиции. Сегодня радиорелейные каналы (РРЛ) отлично зарекомендовали себя в обеспечении удаленных районов с низкой инфраструктурой, охвате больших пространств и местностей со сложной структурой геологии. К числу заметных отличий от проводной технологии добавился более низкий бюджет оснащения.

Радиорелейная связь относится к беспроводным каналам связи, но их не нужно путать с известным WI —FI . Отличия следующие:

• В РРЛ создаются резервные каналы и применяется агрегирование. Теоретически, понятие дальности связи к радиорелейным станциям не применяется, так как расстояние ретрансляции зависит от количества вышек;
• Высокая пропускная способность;
• Работа в полном канальном дуплексе;
• Использование собственных (локальных) диапазонов и высокоэффективных модуляций.

Применение радиорелейных линий связи

Радиорелейные линии связи находят широкое применение в различных отраслях промышленности. В общем случае беспроводные каналы заменяют проводные сети многоканальной телефонной связи. Лидером по протяженности радиорелейных линий связи остается Киргизия. Использование РРЛ обусловлено преобладанием горного рельефа на всей территории Республики. Вторым направлением оснащения современными линиями передачи остается телевидение. Учитывая, что средний радиус распространения вещания составляет 100 километров, федеральные каналы все чаще осваивают строительство так называемых беспрограммных телецентров.

Беспроводная связь РРЛ активно используется провайдерами интернета, сотовыми операторами. Известно применение радиорелейных каналов для организации корпоративной связи. Ввиду большего чем у WI —FI бюджета и необходимости получения лицензии, РЛЛ остается недоступным для малого и среднего бизнеса, частных лиц. Срок службы оборудования достигает 30 лет с учетом того, что комплексы могут работать даже в суровых условиях климата.

Традиционные РРЛ магистрального типа постепенно переходит в сегмент городских линий, уступая место оптоволоконным линиям. Однако такие шаги требуют согласования бюджета проекта. Безусловным остается применение РРЛ в северных, малозаселенных районах, где нет необходимости в прогнозировании трафика.

В практике развертывания РРЛ сегодня используются два типа технологии. Первый – PDH – плезиохронная цифровая иерархия. При такой организации передачи сигнала обеспечивается скорость в режимах 32 каналов или мультиплексирования на скорости от 2 до 139 Мбит в секунду. Считается устаревшей технологией радиорелейной связи. На смену предыдущему поколению пришел стандарт SDH . Иерархия цифровой синхронизации обеспечивает более устойчивые каналы связи посредством транспортных модулей STM . Скорость потоков в этом диапазоне варьируется от 155 Мбит в секунду до 160 Гбит. По утверждениям разработчиков стандарта, скорость передачи данных совместимой с PDH технологии может быть и выше.

В практике применения РРЛ-сетей используется несколько вариантов развертывания. Самый популярный сценарий размещения станций – пошаговое размещение вышек на маршруте оснащения. Применение технологии hop-by-hop обеспечивает возможность оперативного внесения изменений в действующие конфигурации или модернизацию устаревшего оборудования.

Принцип построения, используемое оборудование, применение

Основными компонентами, обеспечивающими передачу сигналов на большие расстояния, являются радиорелейные линии прямой видимости. В их задачи входит обеспечение устойчивой связи при передаче до потребителя сообщений в цифровом формате, вещания телевидения и звуковых эфиров. В состав волнового спектра входят диапазоны сантиметровых и дециметровых волн.

В используемых диапазонах прямой видимости не наблюдаются помехи атмосферного и техногенного происхождений. Расстояние между ближайшими станциями, работающих в ширине спектра 30 ГГц является расчетным, зависит от высоты вышек и рельефа в местности размещения.

Для передачи информации на одной частоте или дуплексе используется комплекс аппаратуры. Это радиоствол (канал с широкой пропускной способностью), телефонный ствол и ТВ ствол, предназначенные для передачи сигналов соответствующего типа. Топология построения комплекса оборудования представлена трехуровневой системой:

Радиорелейная связь нашла широкое применение в областях народного хозяйства. Принцип ретрансляции активно используется для организации и построения локальных сетей крупных корпораций. Надежность и достоверность передаваемых сигналов применяется для управления войсками и организации коммерческой связи.

Преимущества технологии РРЛ успешно внедряются в инфраструктуру производств, имеющих большое количество удаленных объектов. Это аэропорты, железнодорожные и морские министерства сообщений. Единственным недостатком, который остается ощутимым при возведении систем передачи данных остается необходимость обеспечения прямой видимости между ретрансляторами. Это требование ставит целый ряд условий перед службами технического оснащения, повышает бюджет проекта за счет необходимости увеличения числа промежуточных станций.

Радиореле́йная свя́зь - один из видов наземной радиосвязи , основанный на многократной ретрансляции радиосигналов . Радиорелейная связь осуществляется, как правило, между стационарными объектами.

Исторически радиорелейная связь между станциями осуществлялась с использованием цепочки ретрансляционных станций, которые могли быть как активными, так и пассивными.

Отличительной особенностью радиорелейной связи от всех других видов наземной радиосвязи является использование узконаправленных антенн , а также дециметровых , сантиметровых или миллиметровых радиоволн.

История

История радиорелейной связи берет начало в январе 1898 года с публикации пражского инженера Йоганна Маттауша (Johann Mattausch) в австрийском журнале Zeitschrift für Electrotechnik (v. 16, S. 35 - 36) Однако его идея использования «транслятора» (Translator), по аналогии с трансляторами проводной телеграфии, была довольно примитивной и не могла быть реализована.

Первую реально работающую систему радиорелейной связи изобрел в 1899 году 19-летний бельгийский студент итальянского происхождения Эмиль Гуарини (Гварини) Форесио (Émile Guarini Foresio) . 27 мая 1899 г. по старому стилю, Эмиль Гуарини-Форесио подал заявку на патент на изобретение №142911 в Бельгийское патентное ведомство, впервые описав в ней устройство радиорелейного ретранслятора (répétiteur) . Этот исторический факт является самым ранним документальным свидетельством приоритета Э. Гуарини-Форесио, что позволяет считать указанную дату официальным днем рождения радиорелейной связи. В августе и осенью того же 1899 г. аналогичные заявки были представлены Э. Гуарини-Форесио в Австрии, Великобритании, Дании, Швейцарии .

Особенностью изобретения Гуарини-Форесио явилась комбинация приёмного и передающего устройств в одном ретрансляторе, осуществлявшем приём сигналов, их демодуляцию в когерере и последующее использование для управления реле, обеспечивавшем формирование обновлённых сигналов, которые затем переизлучались через антенну. Для обеспечения электромагнитной совместимости приёмный сегмент ретранслятора окружен защитным экраном, призванным оградить цепи приёма от мощного излучения передатчика.

В 1931 году Андре Клавир, работая во французском исследовательском подразделении LCT компании ITT , показал возможность организации радиосвязи с помощью ультракоротких радиоволн. В ходе предварительных испытаний 31 марта 1931 года Клавир с помощью экспериментальной радиорелейной линии, работающей на частоте 1,67 ГГц, успешно передал и принял телефонные и телеграфные сообщения, разместив две параболические антенны диаметром 3 м на двух противоположных берегах пролива Ла-Манш . Примечательно, что места установки антенн практически совпадали с местами взлёта и посадки исторического перелета через Ла-Манш Луи Блерио . Следствием успешного эксперимента Андре Клавира стала дальнейшая разработка коммерческого радиорелейного оборудования. Первое коммерческое радиорелейное оборудование было выпущено ITT, а точнее её дочерней компанией STC, в 1934 году и использовало амплитудную модуляцию несущего колебания мощностью в 0,5 Ватт на частоте 1,724 и 1,764 ГГц, полученного с помощью клистрона .

Запуск первой коммерческой радиорелейной линии состоялся 26 января 1934 года. Линия имела протяжённость 56 км над проливом Ла-Манш и соединяла аэропорты Лимпн в Англии и Сент-Энглевер во Франции. Построенная радиорелейная линия позволяла одновременно передавать один телефонный и один телеграфный канал и использовалась для координации воздушного сообщения между Лондоном и Парижем. В 1940 году в ходе Второй Мировой Войны линия была демонтирована.

Радиорелейная связь прямой видимости

Как правило под радиорелейной связью понимают именно радиорелейную связь прямой видимости.

При построении радиорелейных линий связи антенны соседних радиорелейных станций располагаются в пределах прямой видимости . Требование наличия прямой видимости обусловлено возникновением дифракционных замираний при полном или частичном закрытии трассы распространения радиоволн. Потери при дифракционных замираниях могут вызывать сильное ослабление сигнала, таким образом радиосвязь между соседними радиорелейными станциями станет невозможна. Поэтому для устойчивой радиосвязи антенны соседних радиорелейных станций как правило располагают на естественных возвышенностях или специальных телекоммуникационных башнях или мачтах таким образом, чтобы трасса распространения радиоволн не имела препятствий.

С учётом ограничения на необходимость наличия прямой видимости между соседними станциями дальность радиорелейной связи ограничена как правило 40 - 50 км.

Тропосферная радиорелейная связь

При построении тропосферных радиорелейных линий связи используется эффект отражения дециметровых и сантиметровых радиоволн от турбулентных и слоистых неоднородностей в нижних слоях атмосферы - тропосфере .

Использование эффекта дальнего тропосферного распространения радиоволн УКВ диапазона позволяет организовать связь на расстояние до 300 км при отсутствии прямой видимости между радиорелейными станциями. Дальность связи может быть увеличена до 450 км при расположении радиорелейных станций на естественных возвышенностях.

Для тропосферной радиорелейной связи характерно значительное ослабление сигнала. Ослабление возникает как при распространении сигнала через атмосферу, так и вследствие рассеяния части сигнала при отражении от тропосферы. Поэтому для устойчивой радиосвязи как правило используют передатчики мощностью до 10 кВт, антенны с большой апертурой (до 30 x 30 м), а значит, и большим коэффициентом усиления, а также высокочувствительные приёмники с малошумящими элементами.

Также для тропосферных радиорелейных линий связи характерно постоянное наличие быстрых, медленных и селективных замираний радиосигнала. Уменьшение влияния быстрых замираний на принимаемый сигнал достигается использованием разнесенного частотного и пространственного приёма. Поэтому на большинстве стационарных тропосферных радиорелейных станций расположено несколько приёмных антенн.

Примером наиболее известных и протяжённых тропосферных радиорелейных линий связи являются:

• ТРРЛ «Север» , «ACE High», «White Alice», «JASDF», линия «Дью» , линии «NARS»;
• ТСУС «Барс»

Радиорелейные ретрансляторы

В отличие от радиорелейных станций ретрансляторы не добавляют в радиосигнал дополнительной информации. Ретрансляторы могут быть как пассивными, так и активными.

Пассивные ретрансляторы представляют собой простой отражатель радиосигнала без какого-нибудь приёмопередающего оборудования и, в отличие от активных ретрансляторов, не могут усиливать полезный сигнал или переносить его на другую частоту. Пассивные радиорелейные ретрансляторы применяются в случае отсутствия прямой видимости между радиорелейными станциями; активные - для увеличения дальности связи.

В качестве пассивного ретранслятора могут выступать как плоские отражатели, так и антенны радиорелейной связи, соединённые коаксиальными или волноводными вставками (так называемые антенны, соединённые «спина к спине»).

Плоские отражатели как правило используются при небольших углах отражения и обладают эффективностью близкой к 100 %. Однако с увеличением угла отражения эффективность плоского отражателя уменьшается. Достоинством плоских отражателей является возможность использования для ретрансляции нескольких частотных диапазонов радиорелейной связи.

Антенны, соединённые «спина к спине» как правило используются при углах отражения близких к 180° и обладают эффективностью 50-60 %. Подобные отражатели не могут использоваться для ретрансляции нескольких частотных диапазонов из-за ограниченных возможностей самих антенн.

Smart-ретрансляторы

Среди новых направлений в развитии радиорелейной связи, наметившихся в последнее время, заслуживает внимания создание интеллектуальных ретрансляторов (smart relay) Их появление связано с особенностью реализации технологии MIMO , при которой необходимо знать передаточные характеристики радиорелейных каналов. В smart-ретрансляторе осуществляется так называемая "интеллектуальная" обработка сигналов. В отличие от традиционного набора операций "приём – усиление – переизлучение" в простейшем случае она предусматривает дополнительную коррекцию амплитуд и фаз сигналов с учётом характеристик передачи пространственных MIMO -каналов на том или ином интервале радиорелейной линии . В этом случае делается допущение, что все каналы MIMO имеют одинаковые коэффициенты передачи. Оно вполне может быть оправдано с учётом узких лучей диаграмм направленности приёмной и передающей антенн на дальностях связи, при которых расширение диаграмм направленности не приводит к заметному проявлению эффекта многолучевого распространения радиоволн.

Более сложный вариант реализации принципа smart relay предполагает полную демодуляцию принятых сигналов в ретрансляторе с извлечением передаваемой в них информации, её запоминанием и последующим использованием для модуляции переизлучаемых сигналов с учётом характеристик состояния канала MIMO в направлении на следующий ретранслятор сети . Такая обработка, хотя и является более сложной, позволяет максимально учесть искажения, вносимые в полезные сигналы по трассе их распространения.

Частотные диапазоны

Для организации радиосвязи используются деци- , санти- и миллиметровые волны .

Для обеспечения дуплексной связи каждый частотный диапазон условно разделяется на две части относительно центральной частоты диапазона. В каждой части диапазона выделяются частотные каналы заданной полосы. Частотным каналам «нижней» части диапазона соответствуют определённые каналы «верхней» части диапазона, причём таким образом, что разница между центральными частотами каналов из «нижней» и «верхней» частей диапазона была всегда одна и та же для любых частотных каналов одного частотного диапазона.

Диапазон (ГГц)	Границы диапазона (ГГц)	Ширина каналов (МГц)	Рекомнендации ITU-R	Решения ГКРЧ
0,4	0,4061 - 0,430 0,41305 - 0,450	0,05, 0,1, 0,15, 0,2, 0,25, 0,6 0,25, 0,3, 0,5, 0,6, 0,75, 1, 1,75, 3,5	ITU-R F.1567
1,4	1,350 - 1,530	0,25, 0,5, 1, 2, 3,5	ITU-R F.1242
2	1,427 - 2,690	0,5	ITU-R F.701
	1,700 - 2,100 1,900 - 2,300	29	ITU-R F.382
	1,900 - 2,300	2,5, 3,5, 10, 14	ITU-R F.1098
	2,300 - 2,500	1, 2, 4, 14, 28	ITU-R F.746
	2,290 - 2,670	0,25, 0,5, 1, 1,75, 2, 2,5 3,5, 7, 14	ITU-R F.1243
3,6	3,400 - 3,800	0,25, 25	ITU-R F.1488
4	3,800 - 4,200 3,700 - 4,200	29 28	ITU-R F.382	Решение ГКРЧ № 09-08-05-1
	3,600 - 4,200	10, 30, 40, 60, 80, 90	ITU-R F.635
U4	4,400 - 5,000 4,540 - 4,900	10, 28, 40, 60, 80 20, 40	ITU-R F.1099	Решение ГКРЧ № 09-08-05-2
L6	5,925 - 6,425 5,850 - 6,425 5,925 - 6,425	29,65 90 5, 10, 20, 28, 40, 60	ITU-R F.383	Решение ГКРЧ № 10-07-02
U6	6,425 - 7,110	3,5, 5, 7, 10, 14, 20, 30, 40, 80	ITU-R F.384	Решение ГКРЧ № 12-15-05-2
7			ITU-R F.385
8			ITU-R F.386
10	10,000 - 10,680 10,150 - 10,650	1,25, 3,5, 7, 14, 28 3,5, 7, 14, 28	ITU-R F.747
	10,150 - 10,650	28, 30	ITU-R F.1568
	10,500 - 10,680 10,550 - 10,680	3,5, 7 1,25, 2,5, 5	ITU-R F.747
11	10,700 - 11,700	5, 7, 10, 14, 20, 28, 40, 60, 80	ITU-R F.387	Решение ГКРЧ № 5/1, Решение ГКРЧ 09-03-04-1 от 28.04.2009
12	11,700 - 12,500 12,200 - 12,700	19,18 20	ITU-R F.746
13	12,750 - 13,250	3,5, 7, 14, 28	ITU-R F.497	Решение ГКРЧ 09-02-08 от 19.03.2009
	12,700 - 13,250	12,5, 25	ITU-R F.746
14	14,250 - 14,500	3,5, 7, 14, 28	ITU-R F.746
15	14,400 - 15,350 14,500 - 15,350	3,5, 7, 14, 28, 56 2,5, 5, 10, 20, 30, 40, 50	ITU-R F.636	Решение ГКРЧ № 08-23-09-001
18	17,700 - 19,700 17,700 - 19,700 17,700 - 19,700 18,580 - 19,160	7,5, 13,75, 27,5, 55, 110, 220 1,75, 3,5, 7 2,5, 5, 10, 20, 30, 40, 50 60	ITU-R F.595	Решение ГКРЧ № 07-21-02-001
23	21,200 - 23,600 22,000 - 23,600	2,5, 3,5 - 112 3,5 - 112	ITU-R F.637	Решение ГКРЧ № 06-16-04-001
27	24,250 - 25,250 25,250 - 27,500 25,270 - 26,980 24,500 - 26,500 27,500 - 29,500	2,5, 3,5, 40 2,5, 3,5 60 3,5 - 112 2,5, 3,5 - 112	ITU-R F.748	Решение ГКРЧ № 09-03-04-2
31	31.000 - 31,300	3,5, 7, 14, 25, 28, 50	ITU-R F.746
32	31,800 - 33,400	3,5, 7, 14, 28, 56, 112	ITU-R F.1520
38	36,000 - 40,500 36,000 - 37,000 37,000 - 39,500 38,600 - 39,480 38,600 - 40,000 39,500 - 40,500	2,5, 3,5 3,5 - 112 3,5, 7, 14, 28, 56, 112 60 50 3,5 - 112	ITU-R F.749	Решение ГКРЧ № 06-14-02-001
42	40,500 - 43,500	7, 14, 28, 56, 112	ITU-R F.2005	Решение ГКРЧ № 08-23-04-001
52	51,400 - 52,600	3,5, 7, 14, 28, 56	ITU-R F.1496
57	55,7800 - 57,000 57,000 - 59,000	3,5, 7, 14, 28, 56 50, 100	ITU-R F.1497	Решение ГКРЧ № 06-13-04-001
70/80	71,000 - 76,000 / 81,000 - 86,000	125, N x 250	ITU-R F.2006	Решение ГКРЧ № 10-07-04-1
94	92,000 - 94,000 / 94,100 - 95,000	50, 100, N x 100	ITU-R F.2004	Решение ГКРЧ № 10-07-04-2

Частотные диапазоны от 2 ГГц до 38 ГГц относятся к «классическим» радиорелейным частотным диапазонам. Законы распространения и ослабления радиоволн, а также механизмы появления многолучевого распространения в данных диапазонах хорошо изучены и накоплена большая статистика использования радиорелейных линий связи. Для одного частотного канала «классического» радиорелейного частотного диапазон выделяется полоса частот не более 28 МГц или 56 МГц.

Диапазоны от 38 ГГц до 92 ГГц для радиорелейной связи стали выделяться недавно и являются более новыми. Несмотря на это данные диапазоны считаются перспективными с точки зрения увеличения пропускной способности радиорелейных линий связи, так как в данных диапазонах возможно выделение более широких частотных каналов.

Модуляция и помехоустойчивое кодирование

Одними из особенностей использования радиорелейных линий связи является:

• необходимость передачи больших объёмов информации в сравнительно узкой полосе частот,
• ограниченная мощность сигнала, накладываемые на радиорелейные станции.

Методы резервирования

С целью уменьшения неготовности интервалов РРЛ применяют различные методы резервирования. Обычно конфигурации с резервированием обозначают в виде суммы "N+M", где N обозначает общее количество стволов РРЛ, а M - количество зарезервированных стволов РРЛ. Иногда после суммы добавляют аббревиатуру HSB (Hot StandBy, "горячий" резерв), SD (Space Diversity, пространственный разнесённый приём) ил FD (Frequency Diversity, частотный разнесённый приём), обозначающую метод резервирования стволов РРЛ.

Методы резервирования радиорелейной связи можно разделить

«Горячий» резерв

Конфигурация оборудования РРЛ с N стволами и M резервным стволом, находящимся в "горячем" резерве. Резервирование достигается путём дублирования всех (части) функциональных блоков РРЛ. В случае выхода одного из блоков РРЛ из строя, блоки, находящиеся в "горячем" резерве замещают неработоспособные блоки.

Частотный разнесённый приём

Метод частотного разнесенного приёма направлен на устранение частотно-селективых замираний в канале связи.

Пространственный разнесённый приём

Метод пространственного разнесения применяется для устранения замираний, возникающих вследствие многолучевого распространения радиоволн в канале связи. Метод пространственного разнесения чаще всего используется при строительстве радиорелейных линий связи, проходящими над поверхностями с коэффициентом отражения близким к 1 (водная поверхность, болота, сельскохозяйственные поля).

Поляризационный разнесённый приём

Одним из недостатков поляризационного разнесённого приёма является необходимость использования более дорогостоящих двухполяризационных антенн.

Кольцевые топологии

Наиболее надёжным методом резервирования является построения радиорелейных линий связи по кольцевой топологии.

Применение радиорелейной связи

Из всех видов радиосвязи радиорелейная связь обеспечивает наибольшее отношение сигнал/шум на входе приёмника при заданной вероятности ошибки. Именно поэтому при необходимости организации надёжной радиосвязи между двумя объектами чаще всего используются радиорелейные линии связи.

Магистральные радиорелейные линии связи

Исторически радиорелейные линии связи использовались для организации каналов связи телевизионного и радиовещания, а также для связи телеграфных и телефонных станций на территории со слабо развитой инфраструктурой.

Сети связи нефтепроводов и газопроводов

Радиорелейные линии связи применяются при строительстве и обслуживании нефте- и газопроводов в качестве основных или резервных оптическому кабелю линий связи для передачи телеметрической информации.

Сотовые сети связи

Радиорелейная связь находит применение в организации каналов связи между различными элементами сотовой сети, особенно в местах со слабо развитой инфраструктурой.

Современные радиорелейные линии связи способны обеспечить передачу больших объёмов информации от базовых станций 2G, 3G и 4G к основным элементам опорной сети сотовой связи.

Недостатки радиорелейной связи

• Ослабление сигнала в свободном пространстве
• Ослабление сигнала в дожде и тумане На частотах до 12 ГГц осадки в виде дождя или снега слабо влияют на работу радиорелейных линий связи.
Литература
• Mattausch J. Telegraphie ohne Draht. Eine Studie. // Zeitschrift für Elektrotechnik. Organ des Elektrotechnischen Vereines in Wien.- Heft 3, 16. Jänner 1898. - XVI. Jahrgang. - S. 35-36..
• Слюсар В.И. Радиорелейным системам связи 115 лет. // Первая миля. Last mile (Приложение к журналу "Электроника: наука, технология, бизнес"). – 2015. - № 3.. - С. 108 - 111 .
• Slyusar V.I. First Antennas for Relay Stations.// International Conference on Antenna Theory and Techniques, 21-24 April, 2015, Kharkiv, Ukraine. - Pp. 254 - 255. .
• Harry R. Anderson Fixed Braadband Wireless System Design - John Wiley & Sons, Inc., 2003 - ISBN 0-470-84438-8
• Roger L. Freeman Radio System Design for Telecommunications Third Edition - John Wiley & Sons, Inc., 2007 - ISBN 978-0-471-75713-9
• Ingvar Henne, Per Thorvaldse n Planning of line-of-sight radio relay systems Second edition - Nera, 1999
• Каменский Н. Н., Модель А. М., под редакцией Бородича С. В. Справочник по радиорелейной связи - Радио и связь, 1981
• Слюсар В.И. Современные тренды радиорелейной связи. //Технологии и средства связи. – 2014. - № 4.. - С. 32 - 36. .
• В. Т. Свиридов. Радиорелейные линии связи. //Государственное издательство физико-математической литературы. – 1959. - С. 81 .

ВВЕДЕНИЕ

Одним из основных видов средств связи являются радиорелейные линии прямой видимости, которые используются для передачи сигналов многоканальных телефонных сообщений, радиовещания и телевидения, телеграфных и фототелеграфных сигналов, передача газетных полос. Все виды сообщений передаются по РРЛ на большие расстояния с высоким качеством и большой надежностью.

В условиях большой дальности передачи информации с высокой скоростью применения, РРЛ является одним из важнейших направлений развития систем связи

Сейчас в России производят радиорелейное оборудование, имеющее высокую надежность, малые габариты, низкое потребление энергии и невысокую стоимостью. В них использована современная элементная база, учтены потребительские требования по эксплуатации и обслуживанию, они обеспечиваются современными системами телеуправления . При этом отечественные РРС лучше приспособлены к эксплуатации в наших климатических условиях: от субтропиков до Крайнего Севера.

Объектом рассмотрения в работе является РРС.

Предмет исследования - принципы и основные технологии современных РРС.

Целью работы является - анализ современных систем РРЛ связи, подходов к увеличению скорости передачи информации.

Решаемые задачи:

Рассмотреть:

· особенности и общие принципы построения радиорелейных линий связи прямой видимости;

· классификацию радиорелейных линий;

· виды модуляции, применяемые в радиорелейных системах передачи;

· аппаратуру радиорелейных линий прямой видимости;

· приемопередающую аппаратуру радиосвязи;

· тропосферные радиорелейные линии;

Привести методы расчета:

· профиля канала связи;

· вычисления затухания в радиочастотном канале;

· дублирование антенн, частот и путей распространения радиоволн;

Работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОРЕЛЕЙНОЙ СВЯЗИ

Общие характеристики систем радиорелейной связи

А. Общие сведения

Радиорелейная связь - это вид дуплексной радиосвязи на ультракоротких волнах с многократным переприемом сигналов. Термин «relay» означает восстановление (смену бегунов в эстафете, смену лошадей и т.д.). Применительно к радиорелейной связи этот термин означает восстановление сигналов на каждой промежуточной станции, замену слабого сигнала сильным.

Радиорелейные станции делятся на два типа - радиорелейные станции прямой видимости и радиорелейные станции тропосферного рассеяния.

В первом случае трасса выбирается так, чтобы между антеннами соседних станций имелась прямая видимость, и связь осуществляется за счет радиоволн, распространяющихся вдоль поверхности земли.

Во втором случае радиоволны достигают точки приема за счет рассеяния на неоднородностях тропосферы.

Радиорелейная связь обеспечивает :

· многоканальность, высокую пропускную способность;

· большую дальность связи;

· дуплексность каналов и трактов;

· строгую нормированность качественных показателей и электрических характеристик каналов и трактов, низкий уровень в них шумов и помех.

Характерными особенностями радиорелейной связи является :

· применение метода радиосвязи на УКВ земной волной, дальность которой резко ограничена;

· использование принципа ретрансляции сигналов для обеспечения требуемой дальности связи;

· применение, как правило, остронаправленных антенн.

Радиорелейные средства связи применяются для развертывания (cтроительства) полевых и стационарных многоканальных линий между узлами связи. Они используются, как правило, самостоятельно для строительства радиорелейных линий, а также для наращивания линий радио - и проводной связи, для дистанционного управления радиостанциями средней и большой мощности.

Радиорелейные средства позволяют осуществлять дуплексную, многоканальную телефонную, телеграфную, факсимильную и видеотелефонную связи при высоком их качестве и малой зависимости от времени года и суток, от атмосферных и местных электрических помех.

Каналы связи, образованные радиорелейными средствами связи используются, как правило, в комплексе с аппаратурой автоматического засекречивания .

Связь между двумя удаленными пунктами образуется путем использования ряда приемо-передающих радиорелейных станций, отстоящих друг от друга на расстоянии прямой геометрической видимости между их антеннами.

Б. Краткое историческое обозрение

Развитие многоканальной радиорелейной связи относится к началу 40-х годов, когда появляются первые 12-канальные радиолинии, использующие тот же, что и для кабельных линий, способ частотного разделения каналов и ту же каналообразующую аппаратуру, а также частотную модуляцию сигнала.

В начале 50-х годов появилось сразу несколько типов отечественной аппаратуры РРЛ («Стрела», Р-60/120, Р-600). В дальнейшем на сети связи страны появились радиорелейные системы прямой видимости РРСП «Рассвет», «Восход», КУРС (комплекс унифицированных радиорелейных систем), «Электроника-связь» и др. Общая протяженность РРЛ, эксплуатируемых в народном хозяйстве СССР, составляет более 100 тысяч км .

Освоение природных богатств Дальнего Востока и Сибири потребовало резкого увеличения протяженности ретрансляционных участков РРЛ для обеспечения связью труднодоступных и отдаленных районов нашей страны. Для создания линий связи, удовлетворяющих этим требованиям, был использован открытый в начале 50-х годов эффект дальнего тропосферного распространения ДТР дециметровых и сантиметровых радиоволн. Используя ДТР, удалось создать новый тип тропосферных радиорелейных систем передачи ТРСП с расстояниями между соседними станциями 150 ... 300, а в отдельных случаях и 600 ... 800 км. К 1965 г. в мире эксплуатировалось уже более 100 тысяч км. Тропосферных линий. В Советском Союзе было создано несколько типов ТРСП «Горизонт-М», ТР-120/ДТР-12 и др.

Развитие космической техники, пионерами создания которой являлись такие советские ученые, как академики С. П. Королев и М. В. Келдыш, позволило создать спутниковые системы передачи ССП. В 1965 г. вступила в строй первая советская спутниковая система, использующая ИСЗ «Молния-1» и предназначенная для передачи сигналов многоканальной телефонии и телевидения. В последующие годы были созданы ССП, использующие ИСЗ «Молния-2», «Молния-3», «Экран», «Радуга», «Горизонт» и др. .

Спутниковые системы передачи позволяют (совместно с РРСП) обеспечить более 90% населения нашей страны одной телевизионной программой и около 75% двумя и более.

Построение системы передачи зависит от многих факторов, таких как вид сообщения, критерии качества передачи сигнала, стоимости и т. д. Обычно при проектировании системы передачи информации предполагается заданным вид сообщения, а также корреспондирующие пункты. Уже на первом этапе проектирования должен быть сделан выбор наиболее подходящей системы, удовлетворяющей требованиям к пропускной способности, качеству передачи и дальности связи и учитывающей соображения социально-экономического характера.

Основным критерием выбора системы передачи является экономическая эффективность, определяемая капитальными затратами и эксплуатационными расходами. При окончательном выборе учитывают и такие показатели, как надежность передачи информации по каналам, продолжительность действия и скорость внедрения системы, повышение производительности труда, расход электроэнергии (особенно при отсутствии централизованного энергоснабжения) и т. д.

Создание систем, предназначенных для связи ЭВМ друг с другом, породило новые, более жесткие требования к качеству передачи и увеличило без того быстро растущий объем передаваемой информации. Требования уменьшить потери достоверности до 10 ... 10 и увеличить скорость передачи информации до сотен мегабит в секунду уже сегодня не является чрезмерным.

В. Основные задачи при разработке РРС

Передача в одном стволе радиорелейной или спутниковой линии связи тысяч, а в ближайшем будущем десятков тысяч, высококачественных ТЧ сигналов потребовала уменьшить все возможные виды искажений до фантастически малых значений. Например, коэффициент нелинейных искажений в модемах и групповых трактах таких линий исчисляется тысячными долями процента, а неравномерность группового времени запаздывания в полосе 30 ... 40 МГц - единицами и даже долями наносекунды. Такое повышение требований может быть удовлетворено только совместным совершенствованием технических средств передачи информации и теоретических исследований.

К задачам, требующим теоретических исследований, относятся :

· экономически и технически целесообразное распределение трудностей, возникающих при выполнении столь высоких требований между оконечным канальным оборудованием (сложными кодирующими устройствами) и оборудованием тракта передачи (приемопередающими антеннами, аппаратурой и т. д.);

· нахождение таких методов передачи и кодирования, которые в условиях воздействия аддитивных и мультипликативных помех приближали бы скорость передачи информации и ее точность к соотношениям, следующим из известной теоремы Шеннона (при сохранении разумной сложности оборудования).

Совершенствование технических средств передачи информации идет в основном двумя путями.

Во-первых, это исследования и разработка новых каналов передачи информации, основанных на новых физических принципах: использование эффекта дальнего тропосферного распространения, освоение новых диапазонов волн, включая оптический, разработка и волоконно-оптических световодов, разработка и внедрение спутников Земли - носителей ретрансляционного оборудования.

Во-вторых, совершенствование аппаратуры, обеспечивающей передачу и обработку информации: использование новых изделий электронной промышленности - интегральных схем, транзисторов, способных функционировать на все более высоких частотах, в частности, использующих новые физические процессы; создание на базе микропроцессоров оконечного оборудования для приема и обработки дискретной информации, которое путем динамического программирования ЭВМ может обеспечить, например, изменение скорости или даже способа передачи в соответствии с изменением условий в канале связи .

На современном этапе развития сеть связи нельзя рассматривать только как совокупность отдельных устройств (оконечного оборудования, модемов, радиоканала). Нужен новый, более общий подход, позволяющий синтезировать наиболее экономичные и надежные сети с учетом реальных возможностей усложнения этих устройств. Следует ожидать усложнения оконечного оборудования, позволяющего выполнять операции кодирования и автоматического управления передачи информации. При создании интегрально-цифровой сети связи следует ожидать еще большего изменения соотношения их стоимости. В ближайшее десятилетие ожидается постепенный переход к передаче информации в цифровом виде, однако по крайней мере 10 ... 15 лет аналоговые системы останутся основными при передаче сигналов телевидения и телефонии .

Радиорелейная линия (РРЛ) состоит из оконечных и промежуточных радиорелейных станций (РРС), размещенными на местности с некоторыми интервалами, протяженность которых определяется условиями распространения УКВ вдоль земной поверхности и обычно не превышает 50 км. Для улучшения условий прохождения УКВ на интервалах и увеличения их длины РРС, как правило, развертывают на вершинах и скатах высот местности так, чтобы на интервалах между антеннами обеспечивалась «прямая видимость», а точнее «радиовидимость», под которой понимается отсутствие экранирования рельефом местности или массивами местных предметов (лес, строения) траекторий радиоволн, распространяющихся между антеннами РРС данного интервала в условиях нормальной рефракции радиоволн.

Для увеличения протяженности интервалов на равнинной и малопересеченной местности, а также для обеспечения возможности организации радиорелейной связи в условиях лесистой местности применяют сравнительно высокие (до 20-30 м) антенные опоры (мачты). В условиях равнинной местности предельная дальность прямой видимости определяется приближенной формулой :

Rkm = 3.57(+); (1)

где h1 и h2 - высоты антенных опор.

Нормальная рефракция радиоволн искривляет их траекторию в сторону поверхности земли (выпуклостью вверх), благодаря чему радиовидимость возрастает. Предельная дальность радиовидимость при нормальной рефракции радиоволн определяется выражением :

Rkm = 4,12(+); (2)

При высоте антенных опор до 20-30 м дальность связи составляет 35-40 км.

Необходимость применения для радиорелейной связи УКВ обусловлена рядом причин и прежде всего широкополостностью радиосигналов РРС. Эта причина, а также дуплексность связи, удваивающая требуемый расход полосы частот, приводят к необходимости использовать диапазоны частот, обладающие большой частотной емкостью, к каковым относится диапазон УКВ.

Широкополосность радиосигналов РРС в свою очередь обусловленна двумя причинами: применяемыми методами модуляции и требованием многоканальности, т.е. большой пропускной способностью РРС. Дело в том, что для радиорелейной связи пригодны не всякие методы модуляции, а только частотная модуляция (ЧМ) и импульсные методы модуляции (ИМ), из которых наиболее часто используется фазоимпульсная модуляция (ФИМ), реже кодо-импульсная модуляция (КИМ) и дельта-модуляция .

Пригодность ЧМ и ИМ для радиорелейной связи объясняется тем, что при этих видах модуляции уровень полезного сигнала на выходе радиоприемных устройств, а следовательно, и в каналах, не зависит от уровня радиосигнала на входе соответствующего радиоприемного устройства. Благодаря этому в условиях замирания радиосигналов на интервалах РРЛ остаточное затухание каналов и трактов РРЛ сохраняется постоянным, т.е. выполняется важное требование, предъявляемое к любым каналам дальней связи и, в частности, к каналам РРЛ. При таких видах модуляции, как, например, амплитудная (АМ) и однополосная (ОПМ), эти требования выполняться не будут, причем вследствие значительной глубины и «быстроты» замираний радиосигналов на интервале РРЛ необходимую стабильность остаточного затухания обеспечивать оказывается затруднительным, даже при использовании сложных систем АРУ в радиоприемных устройствах .

Однако, как известно ЧМ и ИМ характеризуются большой широкополосностью радиосигналов, требующей соответственно большего расхода полосы частот.

Фактор многоканальности (высокой пропускной способности) РРЛ в свою очередь так же требует соответствующего увеличения расхода полосы частот, занимаемой радиосигналами РРС при ЧМ и ИМ. Взятые в совокупности эти две причины приводит к тому, что радиосигналы РРС нередко охватывают полосы частот в сотни и тысячи килогерц, а иногда и в единицы и десятки мегагерц.

Второй важной причиной наряду с широкополосностью сигналов обуславливающей необходимость применения для радиорелейной связи УКВ, является почти полное отсутствие в этих диапазонах атмосферных и промышленных помех от источников радиоизлучения, находящихся за горизонтом. Низкий уровень внешних помех наряду с высокой помехоустойчивостью ЧМ и ИМ позволяет получить требуемый нижний уровень шумов в каналах и трактах РРЛ, т.е. обеспечить их высокую шумовую защищенность .

В настоящее время системы радиорелейной и тропосферной связи продолжают совершенствоваться в различных направлениях, увеличиваются пропускная способность и помехоустойчивость, разрабатываются новые системы связи, радиорелейные линии в миллиметровом диапазоне волн и волноводные линии связи, обладающей огромной пропускной способностью. Наряду с этим происходит переход аналоговой формы сообщений к передаче сообщений в дискретной (цифровой) форме, что дает возможность не только увеличить помехоустойчивость систем связи, но и удешевить производство и эксплуатацию аппаратуры. Последнее объясняется тем, что дискретные элементы радиоэлектроники, используемые в многоканальных дискретных системах связи, могут изготовляться с применением методов автоматизации, позволяющих стандартизировать все конструктивные элементы аппаратуры. Именно в этом направлении сконцентрированы усилия ученных нашей страны.

Г. Достоинства и недостатки радиорелейной связи

Радиорелейная связи сочетает в себе достоинства как радиосвязи, так и проводной многоканальной связи и занимает промежуточное положение: многоканальные сигналы передаются и принимаются средствами радиосвязи, но формируются, особенно при частотном уплотнении, средствами проводной связи. При этом радиорелейные линии обеспечивают такое же качество связи и достоверность передачи информации, как и линии проводной дальней связи.

Радиорелейная связь получила широкое распространение во всех областях народного хозяйства, а также в вооруженных силах для управления войсками .

Радиорелейные линии широко используются для коммерческой связи и для обмена программ вещания и телевидения между различными странами всех континентов.

Достоинство радиорелейной связи :

· возможность организации многоканальной связи и передачи любых сигналов, как узкополосных, так и широкополосных;

· возможность обеспечения двухсторонней связи (дуплексной) связи между потребителями каналов (абонентами);

· возможность создания 2-х проводных и 4-х проводных выходов каналов связи;

· практическое отсутствие атмосферных и промышленных помех;

· узконаправленность излучения антенных устройств;

· сокращение времени организации связи в сравнении с проводной связью.

Недостатки радиорелейной связи:

· необходимость обеспечения прямой геометрической видимости между антеннами соседних станций;

· необходимость использования высокоподнятых антенн;

· использование промежуточных станций для организации связи на большие расстояния, что является причиной снижения надежности и качества связи;

· громозкость аппаратуры;

сложность в строительстве радиорелейных линий в труднодоступной местности.

Радиорелейная связь - особый тип беспроводной связи, позволяющий передавать данные на большие расстояния (десятки и сотни километров), с высокой пропускной способностью (от сотен мегабит до нескольких гигабит). Прием и передача данных разнесены по разным частотам и происходят одновременно - все РРЛ работают в режиме полного дуплекса.

В сегодняшней статье мы рассмотрим:

Применение радиорелейной связи

Радиорелейные станции (РРС) обычно используются:

• для создания высокоскоростных беспроводных магистралей провайдерами, сотовыми операторами,
• в крупных корпоративных сетях для передачи информации по беспроводным мостам между различными подразделениями,
• для каналов "последней мили" и других подобных задач.

РРС сравнительно редко применяются в сегменте SOHO и частными лицами, так как их использование чаще всего требует лицензирования и стоят они гораздо дороже оборудования WI-FI, даже провайдерского класса.

Помимо производительности высокая цена оправдывает себя длительным сроком службы оборудования: большинство моделей ведущих вендоров радиорелейных станций рассчитано на несколько десятков лет службы (20-30 лет), в том числе в суровых климатических условиях.

Основные отличия РРЛ от беспроводной связи по Wi-Fi:

• Собственные диапазоны передачи сигнала и стандарты связи.
• Использование высокоэффективных модуляций сигнала (256QAM, 1024QAM).
• Тип передачи данных - направленный (РРЛ комплектуется узконаправленными антеннами). На радиорелейках строят, в основном, беспроводные мосты, раздача трафика в режиме точка-многоточка не используется.
• Высокая пропускная способность и дальность связи.
• Полный дуплекс каналов.

Кроме того, в радиорелейной связи, в отличие от обычного WiFi, активно применяется:

• агрегирование каналов для повышения пропускной способности пролета;
• резервирование канала передачи для повышения надежности соединения;
• ретрансляция сигнала от станции к станции для увеличения общей дальности передачи.

Преимущества и недостатки радиорелейного канала связи по сравнению с волоконнооптическими линиями:

Преимущества:

• Возможность построить РРЛ в местности со сложными географическими условиями (горы, ущелья, болота, леса и т. д.), где прокладка оптоволоконной магистрали невозможна или экономически нецелесообразна.
• Быстрота возведения - буквально несколько дней. Для запуска РРЛ нужно только установить станции в начальных, конечных и, возможно, промежуточных точках, не нужно прокладывать кабель на всем протяжении трассы.
• Отсутствие риска падения канала связи из-за повреждения или кражи кабеля.
• Низкая себестоимость беспроводной трассы.

Основной недостаток радиорелейной линии (РРЛ) по сравнению с оптоволокном - невозможность достижения действительно высокой пропускной способности. Максимум, что вы можете получить по беспроводу - это до 10 Гбит/сек, в то время, как скорость по оптоволоконной магистрали измеряется терабайтами.

Несмотря на узкую нишу, существует довольно много различных типов радиорелейных станций. Ниже мы рассмотрим их основную классификацию и общие характеристики, а также серию радиорелеек Ubiquiti, оптимальных по соотношению цена/производительность для украинского сегмента рынка.

Частота работы радиорелейных станций

Диапазон частот, который может использоваться для развертывания РРЛ, чрезвычайно широк - от 400 Мгц до 94 ГГц. В Украине чаще всего радиорелейные станции работают на 5, 7, 8, 11, 13, 18 ГГц и на высоких частотах (70-80 ГГц).

Так как разбег частот большой, особенности развертывания линков на них и характеристики связи серьезно отличаются. Можно выделить основные закономерности:

Чем выше частота, тем больше затухание сигнала в атмосфере (в децибелах на километр). Правда, зависимость не линейная - на рисунке ниже можно видеть, что в диапазоне 60 ГГц показатель затухания резко зашкаливает, далее снижается и растет постепенно.

Соответственно, чем выше частота - тем меньше дальность связи. Если радиорелейные линии на 5 ГГц, 7 ГГц - это 40-50 и более км, то на 70-80 ГГц - до 10 км, а на 60 ГГц - еще меньше, из-за пикового затухания.

Чем выше частота, тем большее влияние на сигнал оказывают атмосферные осадки. В диапазоне 2-8 ГГц их влияние на мощный радиорелейный канал практически незаметно, а в диапазонах выше 40 ГГц дождь становится серьезной помехой. Смотрим график зависимости:

Чем выше частота, тем большей пропускной способности можно достичь на радиорелейной линии, за счет использования широких частотных каналов внутри диапазона (56 МГц, 112 МГц и более). Сейчас активно осваиваются так называемые диапазоны V-Band и E-Band - 60 ГГц и 70-80 ГГц. Скорость радиорелейной линии здесь может достигать 10 Гбит/сек.

Условия развертывания РРЛ и дальность связи

Сейчас, в основном, используется и производится оборудование для радиорелейной связи прямой видимости - станции должны располагаться в зоне так называемой радиовидимости друг друга. Сигнал от станции к станции не должен встречать на пути препятствий, в том числе в зоне Френеля. Для увеличения расстояния видимости и исключения попадания в зону Френеля препятствий и земной поверхности, станции размещают на высоких мачтах - это помогает увеличить дальность пролета.

Но из-за естественного искривления поверхности Земли максимальная дальность беспроводного линка между двумя радиорелейными станциями составляет обычно не более 100 км (на равнинной местности - до 50 км).

Хотя, при удачном рельефе местности, можно достичь и большего - как в примере компании Ubiquiti, прокинувшей беспроводной мост на AirFiber 5X на 225 км ( ):

Также для дальности связи, как мы уже сказали выше, имеет значение диапазон, в котором работает радиорелейное оборудование:

• Станции на низкой частоте - "дальнобойные", в среднем до 35 км, в хороших условиях до 80-100 км.
• Дальность связи на высоких частотах - до 10 км.

Технологии PDH и SDH

Все используемые сейчас РРЛ разделяются на два основных типа:

• с использованием технологии передачи PDH (плезиохронной цифровой иерархии) ,
• с использованием технологии передачи SDH (синхронной цифровой иерархии).

Передача данных по радиорелейной связи с использованием технологии PDH на практике происходит по 4 видам потоков:

В теории существует еще поток E5, со скоростью 565 Мбит/сек, но на практике, по рекомендациям стандарта G.702, он не используется. Поэтому 139 Мбит/сек - это фактически, максимум пропускной способности данной технологии радиорелейной связи. Неудивительно, что PDH на данный момент считается устаревшей технологией, хотя еще достаточно работающих РРЛ, произведенных с ее использованием.

Второй ее существенный недостаток - мультиплексирование и демультиплексирование происходят достаточно медленно, что вызывает задержки на канале.

SDH, или синхронная цифровая иерархия - новая технология, обеспечивающая гораздо более актуальные скорости передачи. Когда говорят о скорости радиорелейного оборудования с технологией SDH, используется понятие синхронного транспортного модуля - STM. Скоростные потоки образуются путем умножения базового потока STM-1 на 4, 16, 64, 256 и т. д.

Обозначение потока	Пропускная способность
STM-1	155 Мбит/сек
STM-4	622 Мбит/сек
STM-16	2,5 Гбит/сек
STM-64	10 Гбит/сек
STM-256	40 Гбит/сек
STM-1024	160 Гбит/сек

Картина уже поинтересней, согласитесь. И STM-1024 - это еще не ограничение, теоретически скорость может быть больше.

При этом оборудование SDH полностью совместимо с радиорелейными станциями, спроектированными под PDH.

Надежность радиорелейной связи

Радиорелейная связь считается одной из самых надежных среди беспроводных способов передачи данных. Это обеспечивается как различными прогрессивными технологиями беспроводной передачи, так и активным применением резервирования каналов (стволов) связи - так называемые конфигурации N+1 (1+1, 2+1). Это может быть:

• "холодное" резервирование, с подключением дополнительного комплекта приемо-передающего оборудования в выключенном состоянии;
• "горячее" резервирование, с одновременной передачей данных по резервному каналу. Для исключения взаимных помех каналы разносятся в пространстве (ПР - пространственное разнесение) или по частотам (ЧР - частотное разнесение).

Конструкция радиорелейных станций

Радиорелейные станции можно разделить на два типа.

Первый - это радиорелейные станции, состоящие из 3 модулей :

• внутреннего блока (IDU), устанавливаемого в помещении в непосредственной близости от телекоммуникационного оборудования. Внутренний блок отвечает за питание, мультиплексирование, модулирование сигнала, коммутирование, передачу данных в сеть LAN;
• внешнего блока (ODU), преобразующего частоту сигнала из служебной в частоту, на которой будет вестись передача, и обратно, усиление мощности передатчика при необходимости и т. д.;
• приемо-передающей антенны.

Здесь нужно уточнить, что производители по-разному распределяют функционал между внутренним и наружным блоками, вплоть до того, что внутреннему модулю могут остаться только функции питания, защиты и подключения к LAN-сети, а большая часть активного функционала передается во внешний блок.

Внешний и внутренний блоки соединяются коаксиальным кабелем, антенна и внешний модуль могут соединяться непосредственно или также с помощью кабеля. Одним из очевидных недостатков такой конструкции является кабельное соединение, приводящее к потерям на пути от передатчика к антенне, а также двойное преобразование сигнала с частоты на частоту.

Второй тип радиорелейных станций - это интегрированные системы , в которых весь функционал сосредоточен в наружном блоке. Антенны в них могут быть встроенными, соединяться с передатчиком непосредственно, или с помощью RF-кабеля - все это существенно снижает потери, по сравнению с обычным, довольно протяженным кабельным соединением. РРЛ второго типа гораздо более компактны.

В качестве примера радиорелейных станций интегрированного типа можно привести серию AirFiber компании Ubiquiti.

Современные радиорелейные станции Ubiquiti - AirFiber

Несколько лет назад американский вендор, специализирующийся на производстве беспроводного оборудования, выпустил на рынок устройства операторского класса - радиорелейные станции Ubiquiti AirFiber. Первые модели работали в диапазоне 24 ГГц, чуть позже были выпущены устройства для 5 ГГц, еще чуть позже - линейка AirFiber X, в которой сейчас есть модели для нескольких диапазонов.

Радиорелейные станции AirFiber стали на тот момент по-настоящему революционным событием: компания предлагала пропускную способность до 1,5 Гбит/сек в полном дуплексе (750 Мбит/сек в одну сторону) на расстоянии до 13 км по очень приятной цене (для оборудования такого класса).

В радиорелейных станциях Ubiquiti:

• в одном корпусе собраны внешний, внутренний блоки и антенны (для серии AirFiber, в AirFiber X - антенны внешние);
• используется технология MIMO XPIC (с подавлением кроссполяризационных помех) для повышения пропускной способности канала;
• используется адаптивная модуляция для повышения надежности связи в любых погодных условиях;
• отсутствуют потери в антенно-фидерном тракте, благодаря непосредственному соединению модулей, без использования кабеля - в моделях со встроенными антеннами;
• меньшие потери в антенно-фидерном тракте в моделях со внешним антеннами - благодаря предельно короткой длине соединительного кабеля;
• сигнал формируется сразу на частоте излучения , без использования промежуточной частоты, благодаря чему также повышается эффективность работы.

Иллюстрация технологии адаптивной модуляции:

Сейчас компания выпускает 4 модели РРЛ со встроенными антеннами и 6 моделей без антенн, к которым можно подключать антенны разного усиления.

Модель	Внешний вид	Антенна	Дальность	Скорость	Диапазон	Особенности
		Встроенная, 23 dBi, 6	100 км	1,2 Гбит/сек	5,470 - 5,875 ГГц	1024QAM MIMO HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс)
		Встроенная, 23 dBi, 6 °, двойная наклонная поляризация	100 км	1,2 Гбит/сек	5,725 - 6,200 ГГц	1024QAM HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс)
		Встроенная, 33 dBi, 3,5 °, двойная наклонная поляризация	13 км	1,4 Гбит/сек	24,05 - 24,25 ГГц	64QAM HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс)
		Встроенная, 33 dBi, 3,5 °, двойная наклонная поляризация	20 км	2 Гбит/сек	24,05 - 24,25 ГГц	256QAM HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс)
		Внешняя. Подходят модели:	200 км	500 Мбит/сек	2,300 - 2,700 ГГц	1024QAM

Развитие антенн, как и все развитие радиотехники, прошло большой и сложный путь от первой антенны А. С. Попова в виде длинного провода, подвешенного над землей, до сложных сооружений, какими являются современные радиолокационные и радиорелейные ан­тенны. Над конструированием и исследованием их в на­стоящее время работают целые коллективы ученых и инженеров.

Создание широкополосных систем в радиотехнике» будь то антенны, усилители и т. д., сопряжено всегда со значительными трудностями. Каждый, у кого дома имеется телевизор, знает, что для высококачественного приема, например, третьего телевизионного канала не­обходима другая антенна с другими размерами по срав­нению с антенной для первого канала. И очень трудно создать телевизионные антенны, одинаково эффектив­ные для приема всех телевизионных программ. На сан­тиметровых и дециметровых волнах, однако, эти труд­ности удалось преодолеть. На радиорелейных линиях применяются очень широкополосные антенны, работаю­щие одинаково хорошо в полосе частот, занимаемой несколькими высокочастотными стволами. С другой сто­роны, эти антенны обладают большой направленностью.

Посмотрим, каким путем можно получить острона­правленную антенну, какие трудности приходится для этого преодолевать.

Прежде всего отметим один из основных принципов антенной техники, заключающийся в том, что свойства антенны при излучении радиоволн, т. е. направленность, широкополосность и другие, остаются неизменными при использовании этой же антенны для приема радиоволн. Основываясь на этом принципе, мы в дальнейшем будем говорить только о передающих антеннах, считая, что приемные антенны одинаковы по конструкции и поэтому столь же эффективно работают. На практике в радио­релейных линиях передающие и приемные антенны всегда одинаковы.

Обычная антенна радиовещательной или телевизион­ной станции излучает радиоволны равномерно во все стороны. Это значит, что мощность - передатчика поровну распределяется по всем направлениям и в каком-либо одном направлении распространяется только небольшая часть излученной энергии.

Пусть на приемной стороне мы принимаем сигналы передающей станции. Если передатчик излучает радио­волны через ненаправленную антенну, то на приемной стороне мы примем сигнал определенной величины. Сме­ним теперь антенну передатчика на направленную и «нацелим» направление максимального излучения на приемную антенну. На приемной стороне произойдет резкое увеличение принимаемого сигнала, хотя мощность передатчика осталась неизменной. Получается, что ан­тенна как бы усиливает сигнал.

На радиорелейных линиях применяются острона* правленные антенны, имеющие усиление (по мощности) порядка тысячи и даже десятка тысяч и ширину ра­диолуча около 1-2 градусов. Последнее означает, что антенна почти ничего не излучает во всех на­правлениях, отличающихся от главного более чем на 0,5-1 градус.

Таким образом, благодаря «усилению» антенн мощ­ность передатчиков может быть снижена в несколько тысяч раз по сравнению с мощностью, которая потребо­валась бы, если бы антенны были ненаправленными. С другой стороны, благодаря направленности антенн резко снижаются помехи одной радиорелейной линии

На другую, даже если они близко друг от друга распо­ложены и работают на одних и тех же частотах.

«Усиление» направленной антенны объясняется тем, что она не распределяет излучаемую передатчиком энер­гию одинаково по всем направлениям, а направляет ее в одном направлении, т. е. как бы собирает энергию передатчика со всех направлений в одно. Слово «усиле­ние» взято в кавычки потому, что в антенне не проис­ходит превращения энергии постороннего источника в энергию радиосигнала, как это имеет место в пе­редатчике и приемнике, ^ где энергия источников питания превращается в радиолампах в высокоча - стотную энергию и где только за счет энергии источников питания про­исходит усиление полез­ного сигнала.

Наиболее распростра­ненными на радиорелей­ных линиях являются па­раболические и линзовые антенны.

Рис. 17 поясняет прин­цип работы параболиче­ской антенны. Внешний вид ее дан на рис. 14.

Она имеет облучатель или специальной конструкции, или в виде открытого конца волновода, который направ­ляет излучаемую им энергию на металлический отража­тель параболической формы (чаще всего в виде пара­болоида вращения). Облучатель, излучающий расхо­дящийся пучок радиоволн (лучи АБ и АБ" на рис. 17) г располагается на фокусе параболоида, т. е. в опреде­ленной точке А на его оси вращения. Еслй бы облуча­тель был очень малым или, как говорят, точечным, то отраженные от параболоида лучи были бы параллель­ными и направленными в сторону приемной антенны (на рис. 17 луч БВ параллелен лучу Б"В"), т. е. почти
вся излучаемая передатчиком энергия радиоволн рас­пространялась бы в нужном нам направлении.

Но так как облучатель имеет конечные размеры и находится не строго в фокусе, то отраженные от пара­болоида лучи не совсем параллельны: они несколько расходятся.

Многочисленные исследования остронаправленных антенн, и в частности параболических, показали, что, чем больше диаметр параболической поверхности по сравнению с длиной волны, тем уже излучаемый ею пу­чок радиоволн, тем выше ее направленность.

Параболоиды радиорелейных станций на сантиметро­вых волнах имеют диаметр 3-4 метра и обладают уси­лением по мощности от тысячи до десяти тысяч. На метровых волнах направленность антенн меньше, а уси­ление составляет всего лишь 50-*-500, так как мы не можем увеличивать размеры антенн пропорционально увеличению длины волны при переходе от сантиметро­вых волн к метровым. Иначе нам пришлось бы иметь параболические зеркала размером в десятки метров. Для их установки понадобились бы очень громоздкие и дорогие антенные опоры.

В основе устройства линзовых антенн лежит принцип преломления радиоволн на границе двух сред, т. е. из­менение направления луча при переходе из одной среды в другую.

Если линза для световых волн, т. е. оптическая лин­за, представляет собой стеклянное или какое-либо дру­гое прозрачное для света тело определенной выпуклой или вогнутой формы (очки, объектив фотоаппарата и т. д.), то линза для радиоволн обычно имеет совсем иной вид. Например, она может представлять собой набор параллельных друг другу металлических пласти­нок особой формы (рис. 18), разделенных воздушными промежутками. Форму пластин выбирают так, чтобы падающий на линзу из волновода расходящийся пучок радиоволн, пройдя линзу, стал параллельным. И здесь чем больше размеры выходного отверстия линзы по сравнению с длиной волны, тем выше направленность антенны.

Рупор перед линзой служит для того, чтобы вся высокочастотная энергия, выходящая из волновода, по­пала на линзу.

Иногда на радиорелейных линиях применяют чисто рупорные антенны. Конструктивно они проще и намного легче рупорно-линзовых, однако при тех же размерах отверстия первые имеют несколько меньшее усиление. Кроме того, длину рупора здесь приходится брать в 1,5-

2 раза больше, чем в случае применения линз.

Кроме направленности, к антеннам радиорелейных линий предъявляется требование отсутствия взаимных влияний между приемными и передающими антеннами, находящимися на одной промежуточной станции.

Оказывается, описанные выше антенны излучают не всю энергию в главном направлении. Ничтожная часть

Доходом разрез ошонны Вид бь/яодноео отЗерс/яия

Ее, измеряемая сотыми и тысячными долями процента от полной мощности передатчика, излучается в сторону и даже в обратном направлении, т. е. в направлении приемных антенн этой же станции. В результате пере­датчики радиорелейной станции могут создавать недо­пустимые помехи и искажения основного, принимаемого с соседней станции сигнала. Вот почему передатчики и приемники каждой ретрансляционной станции работают на разных волнах. С другой «стороны, конструкторы ан­тенн разрабатывают новые антенны с повышенной за­щищенностью от бокового излучения и с большей на­правленностью. К таким антеннам относится, например, изображенная на рис. 19 рупорно-параболическая антен­на, принятая у нас в Союзе для магистральных радио­релейных линий.

А/юстинылинзы

На рис. 20 показано устройство другой антенной си­стемы ретрансляционной станции, используемой на «местных» радиолиниях. Благодаря остроумному приме­нению плоских отражателей сооружение этой станции обходится значительно дешевле, чем станций, изобра­женных на рис. 12 и рис. 16.

Принцип работы такой антенной системы заключа­ется в следующем: антенны с большим усилением уста­навливаются очень близко от приемо-передатчика на кры­ше одноэтажного здания ретрансляционной станции, чем

Достигается малая длина волноводов или кабелей, а еле* довательно, и малая величина потерь в них. Излучение передающей антенны направлено вертикально вверх. На легких стальных мачтах на требуемой высоте укреп­ляются перфорированные (т. е. с отверстиями для умень­шения ветровой нагрузки) металлические листы, на­клоненные под углом 45 градусов к горизонту. Верти­кально направленный радиолуч, как свет от зеркала, от­ражается от листов в сторону следующей ретрансля­ционной станции. Подобным же образом устроена и приемная антенна.

Заметим также, что довольно часто на промежуточ­ных станциях радиорелейных линий вместо четырех антенн применяются только две. Передача и прием од­ного направления производится на одну антенну. Это
возможно только на сравнительно малоканальных ли­ниях, где число высокочастотных стволов не превышает трех. Чтобы излучаемый сигнал не влиял на принимае­мый, их полосы частот отстоят друг от друга примерно

На 100 мегагерц (вспомните систему уплотнения каналов на частоте). В этом случае при помощи фильтров пере­даваемую и принимаемую полосы частот можно доста­точно хорошо разделить.