8. Тропосферні радіорелейні лінії зв’язку
p align="justify"> Принципи побудови тропосферних радіорелейних ліній (ТРЛ) характеризуються рядом особливостей, пов'язаних зі специфікою передачі радіосигналів [10]. Створення ТРЛ стало можливим після того, як було відкрито явище далекого тропосферного поширення (ДТР) УКХ. ДТР відбувається за рахунок відображення та розсіювання радіохвиль турбулентними та шаруватими неоднорідностями тропосфери. При цьому поле в точці прийому створюється в результаті перевипромінювання тільки тих неоднорідностей, які знаходяться в межах об'єму Q, утвореного перетином діаграм спрямованості передавальної та приймальної антен (рисунок 8.1). Якщо використовувати антени з високою спрямованістю (великим коефіцієнтом посилення), обсяг перевипромінювання буде зменшуватися.
Малюнок 8.1. Модель поширення УКХ на прольоті ТРЛ
В результаті зростання рівня сигналу на виході приймальної антени А2 може відставати від зростання посилення антени. Це явище прийнято називати втратою посилення антен. Об'єм Q тропосфери, що перевипромінює, відіграє роль пасивного ретранслятора. Q характеризується значною просторовою та тимчасовою неоднорідністю. Розсіювання радіосигналу в обсязі Q відбувається на всі боки і лише незначна частина його надходить у точку прийому. Чим більший кут розсіювання Q (рисунок 8.1), тим менший кут сигналу, що приймається.
Усе це загалом призводить до наступнимособливостям передачі сигналів по ТРЛ :
1. Оскільки для перевипромінювання можна використовувати навіть верхні шари тропосфери (в помірних широтах висота тропосфери становить 10-12 км), довжина прольотів R на ТРЛ може перевищувати 1000 км (при цьому антени можна розташовувати безпосередньо на Землі). Однак, з урахуванням інших особливостей, відстань між станціями вибирають частіше в межах 200…400 км.
2. Через значне ослаблення сигналів на прольотах доводиться значно збільшувати енергетичний потенціал системи. На ТРЛ застосовують передавачі потужністю до 10 кВт, антени розмірами до 30×30 м 2 і відповідно коефіцієнтом посилення до 50 ... 55 дБ малошумливі приймачі [8].
3. Через просторово-часової неоднорідності перевипромінюючих обсягів тропосфери сигнали, що приймаються на ТРЛ схильні як швидким, так і повільним завмиранням. Перші обумовлені інтерференцією безлічі радіохвиль, перевипромінюваних різними ділянками розсіювання обсягом Q. Тривалість швидких замирань змінюється від сотих часток секунди за кілька секунд. Протягом 5...10 хв випадковий процес зміни рівня сигналу, що приймається, наближено можна вважати стаціонарним. Для цього інтервалу часу на основі статистичних даних можна визначити медіанну значення множника ослаблення Vм, тобто таке значення V, яке перевищується (або не перевищується) протягом 50% зазначеного часу спостереження. Розподіл миттєвих значень множника ослаблення V при швидких завмираннях задовільно апроксимується законом Релея. При цьому виражена у відсотках часу інтегральна функція розподілу
. (8.1)
Повільні завмирання пов'язані зі зміною метеорологічних умов на трасі. З урахуванням повільних замирань процес зміни рівня сигналу загалом є нестаціонарним. Математичною моделлю повільних замирань прийнято вважати розподіл випадкових величин Vм щодо медіанного значення, визначеного за тривалий термін, наприклад, за місяць або рік. Найчастіше використовується медіанне значення (Vм.м), яке розраховується на основі статистичних даних про зміну Vм протягом одного місяця спостереження. Коливання Vм.м протягом року пов'язують ізсезонними завмираннями (місячна медіана рівня сигналу у літні місяці приблизно на 10 дБ більше, ніж узимку). Для боротьби з повільними та сезонними завмираннями ефективні адаптивні системи з каналом зворотного зв'язку [27], яким можна керувати потужністю і (або) частотою передавача.
Для швидких завмирань на ТРЛ зміна сигналів у будь-який момент часу неоднорідні в різних областях простору і частот, тому для боротьби зі швидкими завмираннями організовують паралельні канали передачі, що відрізняються несучими частотами (рознесення по частоті) і (або) траєкторіями поширення хвиль (рознесення в просторі за рахунок використання різних областей перевипромінювання та (або) декількох взаємно віддалених приймальних антен). При відносному частотному розносі Δf/f0 = 2·10 -3 …5·10 3 або рознесення антен у перпендикулярному трасі напрямку на 70…100 довжин хвиль завмирання сигналів в окремих каналах стають некорельованими. У цьому випадку, наприклад, для системи m-кратного рознесеного прийому з автовибором більшого сигналів (сигналу більшої потужності в точці прийому), розподіл результуючої величини множника ослаблення
, (8.2)
що свідчить про підвищення стійкості зв'язку проти одинарним прийомом, Т(V) визначається (8.1).
Пов'язане з селективними завмираннями обмеження смуги частот під час передачі аналогових і цифрових сигналів свідчить про недостатню пропускну здатність ТРЛ. Дійсно, число ТФ каналів в одному стволі ТРЛ поки не велике (120 ТФК). Для передачі телебачення застосовують спеціальне обладнання, використовують частоти в діапазоні 4…6 ГГц, антени із шириною діаграми спрямованості трохи більше 0.3º.
Для боротьби зі швидкими завмираннями найбільшого поширення набули різні варіанти рознесеногоприйому та застосування широкосмугових складових сигналів. Оскільки завмирання на ТРЛ дуже інтенсивні, цих лініях часто вдаються до комбінованим видам рознесення сигналів.
На малюнку 8.2 представлена спрощена структурна схема АФТ та приймально-передавальної апаратури ОРС для одного дуплексного стовбура ТРЛ, на якій передбачено чотиривірковий прийом з рознесенням сигналів за частотою та простором (на ПРС та УРС обсяг обладнання відповідно збільшується). До складу схеми входять антени (А), поляризаційні селектори (ПС), розділові фільтри (РФ), приймачі (Пр), передавачі (П), пристрої комбінування сигналів (КК), частотні детектори (ЧД), апаратура поділу та об'єднання каналів ( АР) та (АТ), частотний модулятор (ЧМ) та розгалужувач (Р). Сусідна станція лінії передає однакові повідомлення на різних несучих частотах f1 та f2. Ці сигнали приймаються рознесеними в просторі антенами А1 та А2, і через ПС та Україна надходять до приймачів. У КК1 і КК2 комбінуються сигнали проміжної частоти fпр з виходів приймачів, налаштованих на однакові несучі частоти, але з'єднаних з різними антенами. Таким чином, УК1 та УК2 реалізують ефект просторового рознесення. У КК3 здійснюється післядетекторне комбінування сигналів, рознесених за частотою. У зворотному напрямку зв'язку однакові повідомлення також передаються на різних частотах f3 і f4.
Малюнок 8.2. Спрощена структурна схема ОРС при чотиривірковому прийомі
Антени параболічного типу, що використовуються на ТРЛ, не забезпечують достатню величину коефіцієнта захисної дії. При значних потужностях передавачів і чутливості приймачів це створює реальну небезпеку перешкод, викликаних прийомом сигналів з протилежного напрями зв'язку [9]. Тому наТРЛ, як правило, застосовують чотиричастотний план. Таким чином, з урахуванням рознесення по частоті одного дуплексного стовбура потрібно вісім робочих частот. Причому різниця частот передачі та прийому в одній антені (з метою спрощення розв'язувальних фільтрів) встановлюється досить великою: для систем, що працюють на частотах нижче 1000 МГц, ця різниця дорівнює приблизно 40 МГц, а для систем, що працюють на частотах вище 1000 МГц, близько 80 МГц .
У випадку комбінування сигналів в УК1, УК2 і УК3 може здійснюватися за принципом лінійного оптимального складання чи шляхом автовибору. Будь-який із цих варіантів може бути реалізований в КК3, коли комбінуються сигнали після ЧД. Умовою нормального лінійного або оптимального додавання УК1 і УК2 є синфазність сигналів на частоті fпр.
ТРЛ знаходить дуже обмежене застосування і з розвитком зв'язку з використанням штучних супутників Землі (ІСЗ) їх значущість суттєво знизилася.
У таблиці 8.1 наведено параметри вітчизняних тропосферних радіорелейних систем передачі.