что такое радиорелейная станция

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

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

Радиореле́йная свя́зь (от англ. Relay — передавать, транслировать) — один из видов радиосвязи, образованной цепочкой приёмо-передающих (ретрансляционных) радиостанций. Наземная радиорелейная связь осуществляется обычно на деци- и сантиметровых волнах (от сотен мегагерц до десятков гигагерц).

По назначению радиорелейные системы связи делятся на три категории, каждой из которых на территории России выделены свои диапазоны частот:

Данное деление связано с влиянием среды распространения на обеспечение надёжности радиорелейной связи. До частоты 12ГГц атмосферные явления оказывают слабое влияние на качество радиосвязи, на частотах выше 15ГГц это влияние становится заметным, а выше 40ГГц определяющим, кроме того, на частотах выше 40ГГц значительное влияние на качество связи оказывает затухание в атмосфере Земли.

Атмосферные потери, в основном, складываются из потерь в атомах кислорода и в молекулах воды. Практически полная непрозрачность атмосферы для радиоволн наблюдается на частоте 118.74 ГГц (резонансное поглощение в атомах кислорода), а на частотах больше 60 ГГц погонное затухание превышает 15 дБ/км. Ослабление в водяных парах атмосферы зависит от их концентрации и весьма велико во влажном теплом климате и доминирует на частотах ниже 45 ГГц.

Также отрицательно на радиосвязь влияют гидрометеоры, к которым относятся капли дождя, снег, град, туман и пр. Влияние гидрометеоров заметно уже при частотах больше 6 ГГц, а в неблагоприятных экологических условиях (при наличии в атмосферных осадках металлизированной пыли, смога, кислот или щелочей) и на значительно более низких частотах.

Антенны соседних станций располагают в пределах прямой видимости (за исключением тропосферных станций). Для увеличения длины интервала между станциями антенны устанавливают как можно выше — на мачтах (башнях) высотой 10—100 м (радиус видимости — 40-50 км) и на высоких зданиях. Станции могут быть как стационарными, так и подвижными (на автомобилях).

Принципиальным отличием радиорелейной станции от иных радиостанций является дуплексный режим работы, то есть приём и передача происходят одновременно (на разных несущих частотах).

Протяженность наземной линии радиорелейной связи — до 10000 км, ёмкость — до нескольких тысяч каналов тональной частоты в аналоговых линиях связи, и до 622 мегабит в цифровых линиях связи. В общем случае, протяжённость и ёмкость (скорость передачи данных) находятся в обратно пропорциональной зависимости друг от друга: как правило, чем больше расстояние, тем ниже скорость, и наоборот.

В Российской Федерации для вновь вводимых магистральных радиорелейных линий связи определены скорости передачи, равные 155 Мбит/с (поток STM-1 синхронной цифровой иерархии, SDH) или 140 Мбит/с (поток Е4 плезиохронной цифровой иерархии, PDH, передаваемый в составе сигнала STM-1).

Содержание

История

В СССР начало развитию радиорелейной промышленности было положено в середине 50-х годов. Причиной для этого стала дешевизна радиорелейной связи по сравнению с кабельными линиями, особенно в условиях огромных пространств с неразвитой инфраструктурой и сложной геологической структурой местности. Первая магистральная радиорелейная система Р-600 (Р-600М, Р-600-МВ, «Рассвет-2») была создана в 1958 году. В 1970 году появился комплекс унифицированных радиорелейных систем «КУРС». Все это позволило в 60—70-е годы развить сеть связи страны, обеспечить качественную телефонию и наладить передачу программ центрального телевидения. К середине 70-х годов в стране была построена уникальная радиорелейная линия, протяжённость которой составляла около 10 тыс. км, емкостью каждого ствола равной 14400 каналов тональной частоты. Суммарная протяженность РРЛ в СССР превысила к середине 70-х годов 100 тыс. км.

Среди созданных радиорелейных линий связи можно назвать тропосферную радиорелейную линию связи «Север» (ТРРЛ «Север»).

C начала 90-х годов в России для построения сетей передачи данных начинают активно применятся цифровые радиорелейные станции плезиохронной цифровой иерархии и, позднее, синхронной цифровой иерархии в основном зарубежного производства.

Наиболее протяженные местные и внутризоновые сети передачи данных, основанные на РРЛ в настоящее время имеют операторы сотовой связи, такие как Билайн, МегаФон и МТС. Наиболее протяженные магистральные сети передачи данных, основанные на РРЛ принадлежат Ростелекому.

Принципы построения аппаратуры РРЛ

В устаревших на данный момент аналоговых РРЛ, а также магистральных цифровых РРЛ как блоки со стандартными интерфейсами, так и радиомодули обычно устанавливаются в линейно-аппаратном зале. Это связано с реализацией сложных схем резервирования N + 1, когда нет возможности расположить делитель мощности с одной антенны на несколько радиомодулей в непосредственной близости от антенны из-за громоздкости делителя мощности. В этом случае радиомодули и антенну соединяет волновод, проложенный от линейно-аппаратного зала до места крепления антенны на радиорелейной башне.

Так же распространен вид цифровых РРЛ, в котором конструктивно совмещается модуль стандартных интерфейсов и радиомодуль в виде одного герметичного блока, имеющего несколько стандартных интерфейсов, разъем питания и волноводный разъем для непосредственного крепления к антенне.

Конфигурации и методы резервирования

Уменьшение коэффициента неготовности достигается с помощью дублирования функциональных блоков РРЛ или использованием отдельного резервного ствола РРЛ.

Конфигурация оборудования РРЛ с одним стволом без резервирования.

Конфигурация оборудования РРЛ с N стволами без резервирования. Конфигурация N+0 представляет собой несколько частотных стволов РРЛ или стволов с разной поляризацией, работающих через одну антенну. В случае использования нескольких частоных стволов разделение стволов осуществляется с помощью делителя мощности и частотых полосовых фильтров. В случае использования стволов РРЛ с разной поляризацией разделение стволов осуществляется применением специальных антенн, поддерживающими прием и передачу сигналов с разными поляризациями (например, кроссполяризационных антенн, имеющих одинаковый коэффициент усиления для сигнала с горизонтальной и вертикальной поляризацией).

Конфигурация N+1 HSB (Hot StandBy)

Конфигурация оборудования РРЛ с N стволами и одним резервным стволом, находящимся в «горячем» резерве. Фактически резервирование достигиется путем дублирования всех или части функциональных блоков РРЛ. В случае выхода одного из блоков РРЛ из строя, блоки, находящиеся в «горячем» резерве замещаю неработоспособные блоки.

Конфигурация N+M HSB (Hot StandBy)

Конфигурация оборудования РРЛ с N стволами и M резервным стволом, находящимися в «горячем» резерве.

Конфигурация N+1 SD (Space Diversity)

Конфигурация N+M SD (Space Diversity)

Конфигурация N+1 FD (Frequency Diversity)

Конфигурация N+M FD (Frequency Diversity)

Кольцевая топологоя построения РРЛ

Построенные интервалов РРЛ по кольцевой топологии является одним из самых надежных способов резервирования, даже если все интервалы РРЛ в кольце работают в конфигурации 1+0. Тем не менне существуют несколько правил пострения кольцевой топологии интервалов РРЛ: количество пролетов в кольце должно быть не менее четырех, а также угол между соседними интервалами РРЛ должен быть больше 90° (с целью уменьшения влияния гидрометеоров на соседние интервалы РРЛ).

Как правило в реальных сетях, состоящей из интеравлов РРЛ, комбинируют различные методы резервирования с целью увеличения надежности сети.

Технологии, используемые в РРЛ

Цифровые РРЛ используются не только для организации PDH и SDH линий связи, а также для организации Ethernet линий со скоростью передачи до 2,5 Гбит/с связи без использования таких технилогий, как EoPDH, PoSDH. Передача Ethernet кадров без необходимости инкапсуляции их TDM кадры (потоки E1 или E3, фреймы SDH и т.п) возможна благодаря использованию пакетного радиокадра вместо TDM радиокадра в радиоканале. Согласно технологиям, используемым для организации радиокадров различают следующие виды цифровых РРЛ:

К пакетным относят цифровые РРЛ с пакетным радиокадром. Для передачи TDM потоков используются псевдопроводные технологии передачи данных. За счет использования пакетного радиокадра возможно применение механизмов QoS над потоками данных, передаваемых через пакетные РРЛ. Так же, в пакетных РРЛ наиболее часто используется адаптивная модуляци, обычно сочетаемая с QoS.

Энергетические и качественные показатели

Основным документов для расчёта энергетических и качественных показателей РРЛ прямой видимости на территории России является ГОСТ-Р 53363-2009 «Цифровые радиорелейные линии. Показатели качества. Методы расчета».

ГОСТ-Р 53363-2009 основан на рекомендациях Сектора радиосвязи Международного союза электросвязи.

Перспективы развития

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