Аналіз та стан засобів радіорелейного зв’язку військового призначення

1. Аналіз та стан засобів радіорелейного зв’язку військового призначення

 

1.1 Аналіз радіорелейних станцій, що знаходяться на озброєнні у ЗСУ

 

Для розуміння загальних понять про питання, що ми розкриваємо розглянемо відразу загальні поняття про радіосистему передачі

Під радіосистемою передачі (РРСП) розуміють сукупність технічних засобів, що забезпечують утворення типових каналів передачі і групових трактів первинної мережі єдиної автоматизованої системи зв’язку (ЄАСЗ), а також лінійного тракту, по якому сигнали електрозв’язку передаються за допомогою радіохвиль у відкритому просторі.[4]

За допомогою сучасних РРСП можна передавати будь-які види інформації: телефонні, телеграфні і фототелеграфні повідомлення, програми телебачення і звукового мовлення, газетні смуги, цифрову інформацію і т.д.

РРСП бувають симплексними та дуплексними. Симплексні РРСП передбачають почерговий (лише передача та лише прийом) обмін інформацією, при цьому переключається приймально-передавальна апаратура та необхідна одна робоча частота. Дуплексні РРСП передбачають одночасний двосторонній (прийом і передача) обмін інформацією, без переключення апаратури, але необхідні дві різні несучі.

Для подальшого розуміння введено наступні визначення і загальні поняття про канал зв’язку:

Загальна схема організації зв’язку РРСП зображена на рис. 1.1.

Кінцева радіостанція (КРС) – це радіостанція, що встановлюється на кінцевих пунктах радіоліній зв’язку та призначена для введення та виділення по лінії повідомлень. До неї підключаються МАТС; телевізійна апаратура; студії мовлення і т.д.

Проміжна радіостанція (ПРС) – це радіостанція, що має два комплекти приймально-передавальної апаратури та призначена для активної ретрансляції радіосигналу, що передається по радіолінії. Іноді від ПРС можна відгалужувати телевізійний сигнал до телевізійного ретранслятора.

Вузлова радіостанція (ВРС) – це радіостанція, що призначена для ретрансляції радіосигналів, що передаються, відгалуження їх, виділення частини повідомлення, що передається та введення нового повідомлення.

Узагальнена структурна схема багатоканальної РРСП зображена на рис. 1.2.[4]

Рис. 1.1. Загальна схема організації зв’язку РРСП

 

Рис. 1.2. Узагальнена структурна схема багатоканальної РРСП:

1, 7 - каналоутворююче і групове устаткування; 2, 6 – з’єднувальна лінія; 3, 5 – кінцеве устаткування ствола; 4 – радіо ствол

 

Каналоутворююче і групове устаткування забезпечує формування групового сигналу з множини підлягаючих передачі первинних сигналів електрозв’язку (на передавальному кінці) і зворотне перетворення групового сигналу в множину первинних сигналів (на прийомному кінці). Зазначене устаткування розташовується зазвичай на мережних станціях і вузлах комутації первинної мережі ЄАСЗ.

Класифікація радіорелейних систем передачі

Існує безліч різних класифікацій радіорелейних систем передачі (РРСП) у залежності від ознак, покладених у їхню основу.

За належністю до різних служб відповідно до Регламенту радіозв’язку розрізняють РРСП фіксованої служби (радіозв’язок між фіксованими пунктами), РРСП радіомовної служби (передача сигналів для безпосереднього приймання населенням), РРСП рухомої служби (радіозв’язок між об’єктами, що рухаються відносно одне одного).

За призначенням розрізняють міжнародні, магістральні, внутрішньозонові, місцеві РРСП, відомчі РРСП, технологічні РРСП (для обслуговування залізничних ліній, ЛЕП, нафто- і газопроводів і т.д. ), космічні РРСП (що забезпечують радіозв’язок між космічними апаратами чи між земними пунктами і космічними апаратами).

За діапазоном радіочастот чи радіохвиль, що використовуються. Діапазон з номером n (4 ≤ n ≤ 12) включає частоти від 0,3×10n до 3×10n Гц.

За видом сигналів, що передаються, розрізняють РРСП аналогових сигналів (телефонних, радіомовних, фототелеграфних, телевізійних, сигналів телеметрії і телекерування), РРСП цифрових сигналів (телеграфних, вихідна інформація чи результат її обробки на ПЕОМ) і комбіновані РРСП.

За способом розподілу каналів (канальних сигналів) розрізняють багатоканальні РРСП із частотним, часовим, фазовим і комбінованим розподілом каналів. Існують також спеціальні РРСП із розподілом канальних сигналів за формою (наприклад, асинхронно-адресні системи з кодово-адресним розподілом сигналів).

За видом лінійного сигналу розрізняють аналогові, цифрові і змішані (гібридні) РРСП. В аналогових РРСП на вхід ствола надходить аналоговий сигнал, відповідно аналоговим є і радіосигнал. До аналогових РРСП відносяться також імпульсні РРСП, тобто системи з імпульсною модуляцією (і часовим розподілом каналів). У цифрових РРСП на вхід ствола надходить цифровий сигнал, відповідно цифровий радіосигнал надходить у радіо ствол і тракт розповсюдження. Очевидно, в аналогових РРСП можна передавати як аналогові, так і цифрові первинні сигнали (наприклад, тональне телеграфування в каналі ТЧ чи передача даних), аналогічно, за допомогою цифрових РРСП можна забезпечити передачу і цифрових, і аналогових сигналів (шляхом перетворення останніх у цифрові за допомогою імпульсно-кодової чи дельта модуляції). У змішаних РРСП сумарний лінійний сигнал складається з аналогового лінійного сигналу і під несучої, модульованої цифровим сигналом.

За видом модуляції несучої аналогові РРСП розділяються на системи з частотною, одно смуговою та амплітудною модуляціями, а цифрові РРСП – на системи з амплітудною, частотною, фазовою й амплітудно-фазовою маніпуляціями.

За пропускною спроможністю розрізняють РРСП із малою, середньою і високою пропускною спроможністю. Найчастіше застосовуються межі пропускної спроможності різних типів аналогових і цифрових РРСП наведені в табл. 1.2.[4]

Характеристика пропускної спроможності Значення пропускної спроможності для РРСП аналогових, число каналів ТЧ цифрових, МБіт/с мала менше 24 менше 10 середня 60... 300 10...100 висока більше 300* більше 100

Таблиця 1.2 Типи радіорелейних систем передачі за пропускною спроможністю

 

 

 

 

Зазначимо, що границі пропускної спроможності аналогових і цифрових РРСП не відповідають одна одній, якщо для передачі телефонних сигналів використовується імпульсно-кодова модуляція (ІКМ) зі швидкістю передачі 64 Кбіт/с. Наприклад, при 120 каналах тональної частоти (ТЧ) необхідно використовувати аналогову РРСП із середньою пропускною спроможністю, у той час як при цифровій передачі з ІКМ – цифрову РРСП із малою пропускною спроможністю 8,448 Мбіт/с.

За характером фізичного процесу, що застосовується в тракті розповсюдження радіохвиль, розрізняють: радіорелейні системи передачі прямої видимості (РРРСП ПВ) – поширення радіохвиль у тропосфері в межах прямої видимості; тропосферні радіорелейні системи передачі (ТРРСП) – дальнє тропосферне розповсюдження радіохвиль за рахунок їхнього розсіювання і віддзеркалення в нижній області тропосфери при взаємному розташуванні радіорелейних станцій за межами прямої видимості; супутникові системи передачі (ССП) – прямолінійне розповсюдження радіохвиль з ретрансляцією їх бортовим ретранслятором штучного супутника Землі (ШСЗ), що знаходиться в межах радіовидимості земних станцій, між якими здійснюється радіозв’язок; іоносферні системи передачі на декаметрових хвилях (дальнє розповсюдження декаметрових хвиль за рахунок віддзеркалення від шарів іоносфери); космічні системи передачі (прямолінійне розповсюдження радіохвиль у космічному просторі й атмосфері Землі); іоносферні системи передачі на метрових хвилях (дальнє розповсюдження метрових хвиль завдяки розсіюванню їх на неоднорідностях іоносфери) та ін.

Для розуміння розглядуемого питання варто відзначити іще поняття таких визначень як:

Радіорелейні системи передачі (РРРСП) – це такі системи, у яких для забезпечення зв’язку між двома пунктами використовуються електромагнітні коливання дуже високої частоти. Вони відносяться до фіксованих радіосистем (Fixed radio system, FRS). У цих системах канали зв’язку реалізуються за допомогою радіорелейних станцій (РРС). При розміщенні сусідніх станцій на відстані, що забезпечує радіозв’язок прямої видимості, утворюються радіорелейні лінії (РРЛ) прямої видимості. Радіорелейні системи передачі являють собою сукупність технічних засобів і середовище поширення для організації радіорелейного зв’язку.

За винятком декількох систем, розрахованих на смуги частот 70-80 та 400-70 МГц, всі інші радіорелейні системи працюють на частотах вище 2 ГГц.

Радіорелейні системи (далі в тексті – системи), з точки зору технічних параметрів, які вони забезпечують, можна розділити на дві категорії систем, що працюють у межах прямої видимості, – системи прямої видимості і тропосферні.

Радіорелейний зв’язок у межах прямої видимості може бути забезпечений тільки в тому випадку, якщо ділянка між передавальною і приймальною антенами є відносно вільною від перешкод, так що впливом дифракції можна знехтувати.

Тропосферні системи використовують розсіювання і віддзеркалення електромагнітних хвиль від неоднорідностей тропосфери.

За видом сигналів, що передаються, системи можна розділити на аналогові і цифрові.

Аналогові радіорелейні системи передачі (АРРСП) використовуються головним чином для передавання:

- багатоканальних телефонних сигналів в аналоговій формі (а також для передавання телеграфних сигналів і сигналів даних з малою і середньою швидкістю), пропускна спроможність таких систем складає від декількох телефонних каналів до 2700;

- телевізійних сигналів і сигналів звукового супроводу.

Цифрові радіорелейні системи передачі (ЦРРСП) призначені, насамперед, для передавання:

- багатоканальних телефонних сигналів у цифровій формі зі швидкістю від 2 до 140 Мбіт/с і більше;

- сигналів даних з великою швидкістю;

- сигналів відеотелефону і телевізійних сигналів у закодованій формі.

Радіорелейна апаратура в залежності від області застосування поділяється на наступні класи:

- апаратура радіорелейних систем передачі, призначена для використання на магістральній первинній мережі;

- апаратура радіорелейних систем передачі, призначена для використання на внутрішньозонових первинних мережах;

- апаратура радіорелейних систем передачі, призначена для використання на місцевих первинних мережах;

- мобільна апаратура радіорелейних систем, призначена для внутрішньоміських цілей;

- апаратура радіорелейних систем, призначена для організації технологічних радіорелейних ліній передачі;

- апаратура мобільних радіорелейних станцій, призначена для організації резервування чи відновлення радіорелейних та кабельних ліній передачі, що вийшли з ладу.

У залежності від швидкості передавання в стволі апаратура цифрових РРЛ поділяється на наступні види:

- високошвидкісна (більш 100 Мбіт/с в одному радіостволі);

- середньошвидкісна (більш 10 Мбіт/с, але менш 100 Мбіт/с);

- низькошвидкісна (не більш 10 Мбіт/с в одному радіостволі).

Європейським інститутом стандартів по телекомунікаціях (European Telecommunication Standards Institute, ETSІ) уведена класифікація устаткування ЦРРРСП в залежності від спектральної ефективності системи. У стандарті ETSІ TR101036-1 виділені наступні 6 класів:

клас 1: устаткування, у якому застосовуються двопозиційні методи модуляції (наприклад 2-FSK, 2-PSK чи еквівалентні їм);

клас 2: устаткування, у якому застосовуються чотирипозиційні методи модуляції (наприклад 4-FSK, 4-QAM чи еквівалентні їм);

клас 3: устаткування, у якому застосовуються восьмипозиційні методи модуляції (наприклад 8-PSK чи еквівалентні їм);

клас 4: устаткування, у якому застосовуються 16- чи 32-позиційні методи модуляції (наприклад 16-QAM чи 32-QAM чи еквівалентні їм);

клас 5: устаткування, у якому застосовуються 64- чи 128-позиційні методи модуляції (наприклад 64-QAM чи 128-QAM чи еквівалентні їм);

клас 6: устаткування, у якому застосовуються 256- чи 512-позиційні методи модуляції (наприклад 256-QAM чи 512-QAM чи еквівалентні їм).

Ці класи служать ознакою системи і не мають на увазі обмежень на види модуляції, що застосовуються, за умови виконання вимог стандартів ETSІ і Міжнародної електротехнічної комісії (International Electrotechnical Commission, ІES) на параметри устаткування.

Структура РРРСП залежить від її призначення. Оскільки зв’язок здійснюється за допомогою радіохвиль, то для кожного напрямку передачі передбачаються передавач, приймач, антени, а також модулятор і демодулятор (рис. 1.6).[4]

 

Рис. 1.6. Загальна структурна схема радіорелейної системи передачі інформації: 1 - модулятор; 2 - передавач; 3 - приймач; 4 – демодулятор

 

Різні елементи системи мають наступне призначення:

- модулятор перетворює параметри електромагнітних коливань таким чином, щоб можна було використовувати їх для передачі інформації;

- демодулятор виконує зворотну функцію: він створює сигнал, ідентичний тому, що подається на вхід модулятора, але змінений під впливом шумів і викривлень;

- передавач перетворює сигнал з виходу модулятора в сигнал, за допомогою якого можна було б передати інформацію на наступний інтервал системи;

- приймач перетворює прийнятий сигнал таким чином, щоб за допомогою демодулятора можна було відновити первинний сигнал;

- антени являють собою елемент зв’язку між передавальною лінією і середовищем передачі; під час передавання антени забезпечують випромінювання електромагнітних коливань, що надходять, а під час приймання вони "збирають" падаючу енергію; коаксіальні кабелі або ж, значно частіше, хвилеводи служать як передавальні лінії, що зв’язують передавачі і приймачі з антенами.

Застосовуються три види розміщення апаратури радіорелейних станцій:

1. Вся апаратура, крім антенного пристрою, розміщується у приміщенні. Зниження енергетичних втрат досягається застосуванням хвилеводів чи спеціальних кабелів з малими втратами. Використовується в нижній частині діапазонів частот, виділених для радіорелейного зв’язку.

2. Все устаткування радіорелейної станції розміщується безпосередньо поруч з антеною в контейнері, захищеному від впливу атмосферних опадів. Використовується рідко, в основному, у верхній частині діапазонів частот.

3. Апаратура складається з двох частин: радіочастотного блока, установленого безпосередньо в антени, та іншого устаткування, розташованого в приміщенні. Ці частини з’єднуються звичайними коаксіальними кабелями на проміжних частотах. Типова довжина кабелів – 300 м. Цей варіант широко використовується для всіх діапазонів частот і зручний для уніфікації станцій різних діапазонів з однією і тією ж пропускною спроможністю, тому що для переходу в інший діапазон досить замінити тільки виносні модулі з антенним пристроєм.

При проектуванні системи прямої видимості передбачається, що інтервали траси вільні від перешкод, тому в загальному випадку антени встановлюються на височині, на горі веж чи щогл.

Системи можуть мати один чи кілька ретрансляційних інтервалів.

Якщо відстань між двома пунктами зв’язку невелика і запас енергетичного потенціалу в даному випадку можна вважати цілком достатнім, а також під час встановлення антен на трасі можна знайти такі ділянки, де антени будуть знаходитися на відстані прямої видимості відносно одна одної, то зв’язок може бути забезпечений при наявності тільки одного ретрансляційного інтервалу.

Якщо ж відстань між двома пунктами зв’язку досить велика чи якщо можливі перешкоди не дозволяють розташувати антени так, щоб вони знаходилися на відстані прямої видимості, то зв’язок може бути забезпечений тільки при наявності декількох ретрансляційних інтервалів, тобто за допомогою проміжних станцій.

Проміжні станції виконують дві основні функції:

- "оптимальну": антени кожних двох сусідніх станцій повинні знаходитися на відстані прямої видимості;

- підсилювальну: прийнятий сигнал підсилюється і тільки після цього передається на наступну проміжну станцію.

Поряд з активними ретрансляційними станціями можуть використовуватися пасивні, котрі за допомогою, наприклад, плоского дзеркала відбивають сигнали без посилення (рис. 1.7).

Якщо станції, між якими повинний бути встановлений зв’язок, мають невигідне географічне розташування, наприклад, якщо вони встановлені в западинах, то кінцеві станції можуть бути побудовані на прилеглих височинах. Для забезпечення зв’язку між цими станціями може бути використаний радіочастотний кабель.

Зв’язок може бути однобічний і двобічний. Однобічна (симплексна) система зв’язку зазвичай використовується для передачі телевізійних сигналів, наприклад, між студією і передавачем. Однобічна система зв’язку застосовується також для передачі радіолокаційних сигналів.

Телефонний і телеграфний зв’язок, як правило, є двобічною (дуплексною) системою. Для організації двобічного зв’язку в найпростішому випадку можна об’єднати на одній ділянці дві однобічні системи, що працюють у протилежних напрямках. При забезпеченні зв’язку в двох напрямках зазвичай використовуються ті самі антени, що працюють одночасно на прийом і на передачу.

Рис. 1.7. Схема зв’язку з використанням пасивної ретрансляційної станції:КС - кінцева станція; ПРС - пасивна ретрансляційна станція