Для чего нужна радиорелейная связь

Радиорелейная связь в системах передачи данны

Источник: http://www.connect.ru/article.asp?id=2369

Немного истории

Радиорелейная связь первоначально применялась для организации многоканальных линий телефонной связи, линий, в которых сообщения передавались с помощью аналогового электрического сигнала. Первая такая линия с 5 телефонными каналами появилась в США в 1935 году. Она соединяла города Нью-Йорк и Филадельфию и имела протяженность 200 км.

Опыт применения радиорелейных линий выявил ряд достоинств этого рода связи, которые значительно расширяли возможности связи вообще. Это:
— быстрота и экономичность развертывания (по сравнению с проводной связью) линий связи;
— экономически выгодная, а в ряде случаев и единственно возможная организация многоканальной связи на территориях, имеющих сложный рельеф (лес, горы, болота и пр.), а также в тех местах, где прокладка кабеля нецелесообразна;
— возможность аварийного восстановления связи магистралей проводной связи путем замены ее поврежденных участков;
— качество связи, не уступающее проводной связи.

Немного теории

Максимальная дальность радиорелейной связи определяется не только физической прямой видимостью, но и радиовидимостью (для высоких частот критично, чтобы 1-я зона Френеля не касалась поверхности), которая зависит от частотного диапазона используемых РРС, емкости ствола (скорость потока), диаметра антенн и может незначительно отличаться от вычисленной по приведенной формуле.

На равнинной местности расстояние между РРС обычно составляет 40-70 км, в горах и на пересеченной местности оно может быть увеличено за счет установки РРС на возвышенностях или вершинах гор. Если расстояние между РРС превышает пределы прямой видимости, то устанавливают промежуточные (ретрансляционные) РРС. Применение (в отдельных звеньях цепочки) станций тропосферной радиосвязи, которые используют эффект рассеяния радиоволн СВЧ на неоднородностях тропосферы, позволяет увеличить это расстояние до 250-300 км.

Теперь следует сказать о том, почему выбраны диапазоны ДЦВ и СВ. Оказывается, ширина подновременно многим широкополосным радиопередатчикам с шириной спектра сигналов до нескольких десятков МГц. В этих диапазонах низок уровень атмосферных и индустриальных помех радиоприему, а также возможно применение остронаправленных (с малым углом излучения) малогабаритных антенн. Максимальная эффективность связи между двумя РРС достигается в том случае, если размеры антенны соизмеримы с четвертью длины волны. Например, если длина волны равна 100 см, то диаметр антенны должен быть равен 25 см.

Современные цифровые линии связи

Цифровые радиорелейные станции

Как правило, в модеме РРС дополнительно создаются:
— речевой канал, позволяющий организовывать служебную телефонную связь;
— канал RS-232 (9600 Бит/с), который может быть использован как дополнительный сервисный канал связи, так и для дистанционного контроля параметров.

Мультиплексор РРС предназначен для асинхронного объединения нескольких цифровых потоков в один, например Е1 (2048 Мбит/с), E2 (8448 Мбит/с) в сигнал Е2

(8448 Мбит/с) или сигнал E3 (34368 Мбит/с) в соответствии с рекомендацией G.742 (G.751) МККТТ.

Наличие этих, так называемых необслуживаемых РРС, позволяет строить не только радиорелейные линии большой протяженности, но и разветвленные радиорелейные сети.

Цифровые радиорелейные линии

емкость радиорелейной линии (количество стволов и каналов в них), в зависимости от которой различают РРЛ:
— большой емкости;
— средней емкости;
— малоканальные.
— количество пролетов в радиорелейной линии, по которому различаются РРЛ:
— однопролетные;
— многопролетные.

Полосы радиочастот РРЛ расположены в диапазоне от 2 до 50 ГГц и жестко регламентируются внутри каждой полосы как рекомендациями ITU (Международного союза электросвязи), так и Радиорегламентом Российской Федерации.

При организации связи по цифровой радиорелейной линии должна быть решена проблема выделения частот приема и передачи. Ее решение относится к компетенции ГКРЧ России, и для РЭС всех назначений эта процедура осуществляется в соответствии с и результатами рассмотрения в установленном порядке радиочастотных заявок, поступающих от заявителей.

Построение цифровых радиорелейных линий

Спектр применения современных цифровых радиолиний достаточно широк, это объясняется тем, что они позволяют:
— оперативно наращивать возможности системы связи путем установки оборудования РРС в помещениях узлов связи, используя антенно-мачтовые устройства и другие сооружения, что уменьшает капитальные затраты на создание радиорелейных линий связи;
— организовать многоканальную связь в регионах со слабо развитой (или с отсутствующей) инфраструктурой связи, а также на участках местности со сложным рельефом;
— развертывать разветвленные цифровые сети в регионах, больших городах и индустриальных зонах, где прокладка новых кабелей слишком дорога или невозможна;
— восстанавливать связь в районах стихийных бедствий или при спасательных операциях и др.

Сеть РРС может строиться как однопролетная линия, многопролетная линия и радиорелейная сеть. Однопролетная РРЛ состоит из двух территориально разнесенных РРС Такие радиолинии могут создаваться для соединения базовых центров сотовой связи, АТС и других аналогичных объектов. Примерами такой структуры могут служить радиолинии, разработанные фирмой Nera (Норвегия). Радиолиния с пропускной способностью 140 Мбит/с для российского телевидения соединила телецентр на Ямском поле с земной станцией спутниковой связи в Клину, обеспечив одновременную передачу 17 телевизионных каналов. РРЛ с пропускной способностью 155 Мбит/с и емкостью 1920 цифровых каналов РФ связала Центробанк с его подразделением, удаленным на 140 км.

Примером радиорелейной сети может служить создаваемая в Киргизской Республике в качестве первичной сети цифровая радиорелейная магистраль из 16 РРС, зри радиолинии с семью другими РТС. Горный рельеф позволил увеличить некоторые пролеты между РРС до 165 км. Сеть охватывает все регионы республики и имеет выходы на наземную станцию спутниковой связи COMSTAT (США) с антенной, направленной на искусственный спутник Intelsat 630, что обеспечивает прямой выход сети связи республики на национальные сети связи многих стран Азии и Европы.

РТС могут быть использованы также вместо широкополосных оптоволоконных линий, создаваемых в городских условиях для связи между узловыми АТС и другими объектами связи. Такие РРС могут быть встроены в телекоммуникационные сети, отвечающие стандартам SDH/SONET.

Основными направлениями применения радиолиний в этом случае могут быть:
— магистраль. РРЛ вписывается в городские сети SDH/SONET и служит для замыкания колец, для соединения между кольцами и для подключения удаленных узлов доступа. Линия может использоваться как транспортная альтернатива оптоволокну или для его резервирования;
— организация доступа к сети АТМ. РРЛ соединяется с оконечным сетевым устройством АТМ и концентратором доступа АТМ;
— сопряжение между собой сетей АТМ, FAST ETHERNET и других.

В настоящее время появилось большое количество РТС этих диапазонов, которые выпускаются зарубежными и отечественными производителями. На мировом рынке представлены РТС около 15 фирм, в том числе Microwave Network (США), Ceragon Networks.

Инфраструктура мировой и национальных сетей цифровой связи, которая развивается как интегрированная первичная транспортная сеть, обеспечивающая передачу любого вида информации, базируется на комплексном использовании проводной, радио, радиорелейной и спутниковой (космической) связи. Радиорелейная связь занимает в этой структуре свое достойное место.

Вопрос о применении того или иного рода связи или их комбинации в сетевой инфраструктуре диктуется конкретными географическими условиями, а также экономическими, социности страны. Технические средства связи и методы их применения должны быть увязаны в единую систему. Этим обусловливается возрастающее внимание к решению вопросов связи и необходимость дальнейшего развития технических средств и методов эффективного применения всех родов связи, в том числе и радиорелейной.

Источник

Современная радиорелейная связь

В сегодняшней статье мы рассмотрим:

Применение радиорелейной связи

Радиорелейные станции (РРС) обычно используются:

Основные отличия РРЛ от беспроводной связи по Wi-Fi:

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

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

Преимущества:

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

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

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:

Условия развертывания РРЛ и дальность связи

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

Технологии PDH и SDH

Все используемые сейчас РРЛ разделяются на два основных типа:

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

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

Надежность радиорелейной связи

Конструкция радиорелейных станций

Радиорелейные станции можно разделить на два типа.

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.

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

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:

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.

HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс)

HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс)

HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс)

HDD (полудуплекс), FDD (полный дуплекс)

Источник

Что такое радиорелейные линии (РРЛ) — структурная схема

Радиорелейные линии (РРЛ) представляют собой цепь приемо-передающих станций, удаленных друг от друга на расстоянии 40-50 км.

Радиоволны различных частотных диапазонов имеют свои особенности распространения. Если длинные, сверхдлинные волны распространяются за счет огибания земной поверхности. Волны коротковолнового (КВ) диапазона распространяются за счет отражения от ионосферы. Волны метровых и более коротких диапазонов распространяются прямым лучом, т.е. только прямо, там, конечно присутствуют эффекты отражения и рассеяния, но это не является основным способом распространения ВЧ электромагнитных колебаний.

Связь в диапазонах УКВ и выше возможна только там, где существует прямой луч распространения электромагнитной энергии. С одной стороны это ограничивает возможности систем связи в высокочастотных (ВЧ) диапазонах. Если КВ связь возможна на расстоянии в несколько тысяч километров, то в диапазоне УКВ нет.

Допустим, старая аналоговая телевизионная передача, которая на грани исчезновения, это только та зона, где антенно-приемник видит антенно-передачу.

Это одна из причин по которой пытались строить телевизионные вышки, чем выше тем лучше. Когда вышку поднимают высоко, то увеличивается зона охвата. ВЧ колебания только в области прямой видимости, с одной стороны это плохо, с другой стороны появляется плюс, можно одну и ту же несущую частоту использовать в разных местах.

Например, в городе N раньше был один канал на ТВ, частота несущей 56 МГц. В другом городе неподалеку, стоял точно такой же передатчик на 56 МГц, эти два передатчика друг другу не мешали. Потому что зона прямой видимости ограничена. И можно было использовать частоты повторно, как сейчас в мобильной связи применяют повторное использование частот.

Радиорелейная связь

Когда системы связи стали развиваться, придумали радиорелейные линии (РРЛ), которые используют ВЧ колебания для организации многоканальной связи, причем связь организуется таким образом, что приемники и передатчики находятся в зоне прямой видимости. Грубо говоря антенна передатчика смотрит в антенну приемника, но для этого на трассе организуется сеть приемо-передающих станций на таком расстоянии, чтобы они находились в зоне прямой видимости и такие РРЛ в 50-х в начале 60-х годов стали развиваться.

Для построения РРЛ на трассе организуется набор приемо-передающих станций. Ставится мачта определенной высоты, на этой мачте монтируется передающая антенна, которая смотрит на приемную антенну. Оптимально расстояние между приемо-передающими станциями порядка 50 километров. На картинке ниже нарисована организация РРЛ. По такой структуре можно организовать достаточно широкую сеть.

Приемо-передающие станции ставятся так, чтобы антенны друг друга видели прямым лучом. ОРС — оконечная радиостанция. Есть промежуточная станция (ПРС) — она должна принять сигнал, оттранслировать его дальше. ПРС находятся в тех местах, где нет потребителей услуг связи.В точках, где трафик должен разделяться ставятся узловые радиостанции (УРС). Там где нужно снять информацию и ввести новую.

Достоинства РРЛ

Как раньше обычные люди связывались например с Москвой? По телефонной линии.

Затем появились РРЛ, провода тянуть не нужно, надо поставить вышки. Например от Омска до Москвы, расстояние 2500 км, через каждые 50 км ставим вышки, понадобится 50 штук. Вот и все основные вложения в инфраструктуру. Раз в несколько лет нужно будет обновлять оборудование, поэтому говорят экономично, но когда вы ее уже построили, а первоначальные вложения должны быть.

Поскольку антенны узконаправленные и они друг друга видят, то мощность передатчиков не должна быть большой.

Помехи это погодные условия. Поскольку это высокие частоты и используются гигагерцы, то погода будет влиять серьезно, но эти задачи решаются увеличением мощности.

Формула которая позволяет оценить расстояние между станциями в зависимости от высоты антенны. Расстояние между станциями r [км] выбирается из условия:

где h1 и h2 — высота передающей и приемной антенн [м]. Если приподнять высоту антенны в 2 раза, то получим рост не в 2 раза, а в 1,5 раза.

Классы РРЛ

Несколько стволов могут работать на общую антенну. Приемопередатчики генерируют свою несущую частоту и если используется широкополосная антенна, то ставится суммирующее устройство и все несущие частоты будут излучаться одной антенной.

Часть стволов магистральной РРЛ используются для многоканальной передачи телеграфных сообщений, часть для передачи телевизионных каналов. Другая часть стволов находится в резерве на случай выхода из строя рабочих стволов. Применяется аппаратура с частотным разделением каналов с использованием частотной модуляции.

Магистральные линии прокладываются там, где велика потребность в услугах связи. Протяженность магистральных РРЛ тысячи километров.

Используются на ответвлениях от магистральных линий. В точке с меньшей потребностью в телекоммуникационных услугах, например города с численностью населения 200-300 тысяч человек.

Количество каналов N 60-300 каналов. Применяется аппаратура с частотным разделением каналов и с частотной модуляцией. Протяженность РРЛ средней емкости до сотен километров.

Применяется в сетях зоновой связи, на ЖД транспорте, в системах нефте и газопроводов и тд.

N меньше 48 каналов. Аппаратура с частотным и временным разделением каналов. Частотное и временное разделение каналов имеют примерно одинаковую эффективность использования спектра, т.е. сколько Вы можете нарезать частотных каналов, столько можно нарезать и временных. Но на практике оказалось, что за счет неидеальности всех процессов, система с временным разделением каналов имеет худший показатель использования спектра.

Допустим, с частотным разделением можно нарезать 100 качественных каналов, а с временным меньше 80. Системы с временным разделением каналов аппаратно прочны, потому что системы с частотным разделением каналов это набор полосовых фильтров, они не технологичны. Системы с временным разделением каналов используют цифровые методы и их можно загнать в микросхему.

Структурная схема РРЛ

Ниже будет рассказано о структурной схеме РРЛ, состоящей из нескольких станций.

Оконечная станция 1

Есть N количество потребителей. На первое место ставим телефонный канал или каналы тональной частоты (ТЧ). Например, Вы хотите связаться с товарищем, который находится в Москве. Нужно передать НЧ колебание в диапазоне от 300 Гц до 3,4 кГц. Организуем 1000 каналов, со сдвигом несущих частот, если у нас частотное разделение каналов, то выделяется каждому каналу своя поднесущая и поднесущая сдвигается одна к другой на 4 кГц. Используя однополосную модуляцию расставляем эти каналы.

Сформировали суммарный телефонный сигнал. К суммарному сигналу, на свою поднесущую добавляем телевизионный сигнал и выделяем полосу побольше. Потому что аналоговый телевизионный сигнал 56 МГц + несущая звука 6,5 МГц итого 62,5 МГц. Получается спектр, который нужно передать от 56 МГц до 62,5 МГц это 6,5 МГц. И вся смесь, телефонные каналы, телевизионный сигнал она подается на передатчик у которого для ствола одна несущая частота. В передатчике с помощью группового сигнала формируется тот сигнал, который нужно будет передавать в РРЛ. Передающая антенна, частота первого передатчика несущая f1, она закладывается в аппаратуру.

Система дуплексная слева направо передали, справа налево приняли. Система многочастотная. Есть приемная антенна f3, приемник, на выходе приемника снимается телевизионный сигнал из группового сигнала. В передатчике стоит групповой модулятор, а в приемнике групповой демодулятор. На выходе группового демодулятора, так как у нас частотное разделение каналов, стоит набор полосовых фильтров (ПФ). Первый ПФ выделяет ТВ сигнал и отправляет его дальше.

Узловая станция

Сигнал пришел, узловая станция, как правило крупный центр, в котором есть потребители услуг. Аппаратура уплотнения часть телефонных каналов забирает. Каналы тональной частоты (ТЧ), которые дошли до своего абонента забираются, поднесущие освобождаются. Происходит съем части информации и ее заполнение. На выходе передатчика будет частота несущая, та которая отличается от частоты f1. Это сделано чтобы уменьшить возможные помехи.

Передатчик узловой станции будет работать на несущей частоте f3, которая будет отличаться от частоты f4, чтобы защитить следующий пролет от влияния частоты f4. Поскольку f1 и f2 от f3 и f4 отличаются, то и перекрестные помехи уменьшаются.

Промежуточная станция

Промежуточная станция просто стоит где-то в чистом поле. И никому там не нужно ТВ, телефонные разговоры, людей там нет. Происходит перенос с частоты f2 на частоту f1. Дальше эти частоты будут повторяться. Считается, что когда прошли два пролета, сигнал с частотой f1 воздействовать на следующую приемную антенну уже не может за счет кривизны Земли частота f1 не попадет в ту антенну.

И в обратную сторону тоже все проходит, выполняется одно преобразование. В приемнике принимается сигнал на частоте несущей f2 и выделяем групповой сигнал, происходит демодуляция первой ступени. Выделяем групповой сигнал и переносим его на частоту f1. Промежуточная станция это автоматическое устройство.

Оконечная станция 2

Пришел сигнал f1, стоит приемник, выделили телевизионный сигнал фильтрующей системой, на аппаратуре уплотнения будет разделение, телефонные каналы сняли, свои телефонные каналы сформировали, свой телевизионный сигнал на передатчике f3.

Рассмотрели стандартную структура РРЛ, которая состоит из набора станций. В зависимости, где станции находятся, она либо узловая, промежуточная или оконечная.

Источник

Радиорелейная связь: история, принцип, достоинства и недостатки

Радиорелейная связь в ХХ веке позволила передавать большое количество информации на очень далекие расстояния. Прием/передача ведется в УКВ диапазоне: дециметровые, сантиметровые и метровые волны. Короткие волны способны самостоятельно, без промежуточных звеньев достигать приемника. Но из-за их особенностей в КВ невозможно заложить большой объем данных.

История радиорелейной связи

Впервые идея радиорелейной связи была предложена в 1898 году в журнале «Заметки электроника». Статью написал Иоганн Маттауш. Несмотря на большой объем критики, спустя год ЭмильГуарини-Форестио сконструировал работоспособный экземпляр. Он запатентовал 27 мая 1899 года радио-репитер — это дата появления на свет радиорелейной связи.

Долгие годы инженеры пытались добиться от нового способа передачи данных возможности для практического применения. Устанавливались массивные антенны, добавлялись фильтры, но из-за несовершенства конструкции идея имела только теоретический смысл.

Реальное применение радиорелейной связи стало возможным только спустя 30 лет, когда были изобретены высокочастотные радиолампы. В 30-х годах ХХ века благодаря радиорелейной связи страны начали отказываться от прокладки телеграфных кабелей в сложных условиях, и начали устанавливать мощные промежуточные приемники/передатчики.

Радиорелейные линии применялись во Второй мировой войне. Сегодня мобильные сети наземного базирования используют принципы радиорелейной связи. Также РРЛ применяется в военных целях для управления войсками.Ученные задумываются о возможности передачи энергии. Такая идея была у Николы Теслы, но реализовать ее он не смог.

Как работает радиорелейная связь

Принцип действия радиорелейной связи прост. Между приемником и передатчиком используется промежуточное звено — радиорелейный комплекс. А от него передается на приемник. Благодаря такому подходу стало возможно передавать УКВ диапазон на значительные расстояния. Необходимость именно в радиорелейной связи остро стала, когда оборудование способное передавать КВ диапазон перестало удовлетворять максимальным объемом.

Прием и передача сигнала при РРЛ ведется в ДМВ диапазоне:

Иногда используются сантиметровые волны, но метровый диапазон нужен только в особых случаях. Частоты более 10 ГГц в радиорелейной связи смысла не имеют, из-за большой уязвимости в условиях осадков.

Достоинства РРЛ

Плюсов в радиорелейной связи довольно много. Именно благодаря своим достоинствам эта технология полностью не забыта ученными:

Это лишь основные достоинства радиорелейной связи. К этому списку можно добавить экономию цветных металлов — меди и алюминия, которые применяются для проводной передачи ВЧ сигналов.

Недостатки радиорелейной связи

Минусов у РРЛ не так много, но о них тоже стоит упомянуть:

Радиорелейную связь можно без преувеличения назвать одним из важнейших изобретений ХХ века. Именно благодаря РРЛ сетям впервые стало возможно передавать большие массивы данных на дальние расстояния без использования проводов.

Источник