Радиорелейная связь

Введение

ХХ век ознаменован  огромными достижениями человечества в самых разных отраслях науки  и техники, а самое главное  – проникновением одной отрасли  в другую. Когда успехи в развитии одной отрасли соединяются с успехами в другой, получаются поразительные результаты. Эти гигантские достижения позволили добиться такого прогресса, о котором не могли мечтать даже самые изощренные фантасты прошлого века.

Открытие радио, внедрение  в повседневную жизнь радиосвязи и радиовещания, магнитной записи и электронного телевидения, электроники  и вычислительной техники с одной  стороны, и грандиозный прорыв в  области ракетно-космической и радиорелейной техники с другой.

Радиорелейная связь (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).

Радиорелейная связь первоначально  применялась для организации  многоканальных линий телефонной и  телевизионной связи, в которых  сообщения передавались с помощью  аналогового электрического сигнала. Одна из первых таких линий протяженностью 200 км с 5 телефонными каналами появилась  в США в 1935 году. Она соединяла  Нью-Йорк и Филадельфию. 

Спутниковая связь — один из видов космической радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.

Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от десятков до сотен тысяч км). Так как зона его видимости в этом случае — почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает — в большинстве случаев достаточно и одного.

 Передатчики спутниковой связи нашли широкое применение во многих отраслях человеческой деятельности. Большая пропускная способность, высокое качество связи обусловили интенсивное развитие спутниковой связи. На сегодняшний день большое количество спутников находятся в эксплуатации в разных странах мира.

Передатчики спутниковой связи  строятся таким образом, чтобы обеспечить высококачественную передачу любой  информации. Передатчики спутниковой  связи способны одновременно предавать  сигналы изображения, программ цветного телевидения, его звукового сопровождения, изображений газетных полос и  радиовещательных программ. Развитие спутниковой связи позволило  успешно решить проблему устойчивого  приема центральных программ радиовещания и телевидения.

1 История радиорелейной связи

В 1932–1934 гг. в СССР была разработана приёмопередающая аппаратура, работающая на метровых волнах, и созданы опытные линии связи Москва–Кашира и Москва–Ногинск. Первое отечественное оборудование «Краб», используемое на линии радиорелейной связи через Каспийское море, между Красноводском и Баку (1953–1954 гг.), работало в метровом диапазоне.  

В те годы для радиорелейных  линий считалось наиболее целесообразным применение импульсной модуляции, техника  которой была хорошо освоена в  радиолокации, одновременно с временным  уплотнением. Казалось, что при тогдашнем   уровне  развития  технологий  это сулит большие преимущества. Но цикл теоретических исследований и экспериментальных проработок, проведенных в Научно-исследовательском институте радио, подтвердил складывающееся в то время у специалистов в области радиорелейной связи мнение, что сочетание частотной модуляции с частотным уплотнением позволит создать линии, не уступающие даже наиболее совершенным коаксиальным кабельным системам. Надо подчеркнуть, что сказанное относится к концу 1940-х – началу 1950-х годов. А поскольку, как известно, развитие общества и науки идет по спирали, то сегодня современные новейшие технологии позволили вернуться к цифровым методам передачи на более высоком уровне – передача данных, цифровая телефония и телевидение.

В середине 50–х годов прошлого века в России  было разработано семейство радиорелейной аппаратуры «Стрела», работавшей в диапазоне 1600-2000 МГц: «Стрела П» – для пригородных линий, обеспечивающих передачу 12 телефонных каналов; «Стрела Т» – для передачи одной телевизионной программы на расстояние 300–400 км и «Стрела М» – для магистральных линий емкостью 24 канала и протяжённостью до 2500 км. На аппаратуре «Стрела» был построен ряд первых российских радиорелейных линий (РРЛ).

Следующая разработка для  РРЛ – аппаратура Р-60/120. Она позволяла  создавать 3–6-ствольные магистральные  линии длиной до 2500 км для передачи 60–120 телефонных каналов и на дальности  до 1000 км  для передачи телевизионных программ с выполнением рекомендаций МККТ и МККР по качественным показателям. Радиорелейные линии на базе аппаратуры Р–60/120 были построены в различных районах СССР. Одной из первых и, пожалуй, самой протяженной была линия Москва – Ростов-на-Дону. Оборудование типа Р-60/120, работавшее в диапазоне 2 ГГц, было предназначено для внутризоновых РРЛ.

Принципиальные решения  отдельных узлов и общее построение оборудования во многом напоминало «Стрелу», но при разработке учитывались все  рекомендации Международного консультативного комитета по радиовещанию (МККР). В соответствии с ними промежуточные частоты  передатчика и приемника были одинаковы и равны 70 МГц. Большое  внимание уделялось вопросам внутрисистемной  электромагнитной совместимости (ЭМС), учитывались все возможные паразитные продукты преобразования частот в смесителе передатчика и каналы помех в смесителе приемника. Аппаратура работала в диапазоне 1600–2000 МГц. Мощность передатчика была доведена до 3 Вт. Была предусмотрена система телеобслуживания промежуточных станций, совершенно изменена конструкция стоек.

Чтобы передавать телевизионные  сигналы на большие расстояния, а  также сигналы телефонных каналов, нужно было создать радиорелейное  оборудование магистральных РРЛ.  

Магистральным РРЛ были выделены соответствующие полосы частот в  диапазонах 4 и 6 ГГц. В таких диапазонах, при одинаковых габаритных размерах антенн и прочих равных условиях, излучаемая в эфир мощность увеличивается в 2,5–3 раза за счёт большого коэффициента усиления антенны. Это было весьма существенно  для достижения необходимых качественных показателей передаваемых сигналов телевидения и многоканальной телефонии.  Первой отечественной радиорелейной системой  магистральной радиорелейной связи была система Р-600, работающая в диапазоне 4 ГГц.  Первая магистральная радиорелейная линия Ленинград–Таллин, оборудованная аппаратурой Р-600, была построена в 1958 г., после этого началось  их серийное производство.

Система и аппаратура Р-600 послужили основой дальнейшего  совершенствования радиорелейного оборудования для магистральных РРЛ. В период 1960—1970 гг. были разработаны, произведены и внедрены в эксплуатацию новые виды оборудования семейства Р-600: Р-600М, Р-6002М, Р-600-2МВ и «Рассвет», также работающие в диапазоне 4 ГГц. В телевизионном стволе обеспечивалась передача видеосигнала и сигнала звукового сопровождения.   Основные технические показатели этих систем приведены в табл. 1.

Т а б л и ц а 1

Важнейшей разработкой, проводившейся  в СССР в середине 60-х годов, было создание магистральной радиорелейной  системы большой ёмкости «Восход». Она предназначалась, в первую очередь, для РРЛ Москва – Дальний Восток. Разработка системы связи, радиоаппаратуры, источников гарантированного электропитания, системы резервирования и методов контроля качества работы аппаратуры проводилась с учётом обеспечения высокой надёжности линии.

Сверхвысокочастотная (СВЧ) приёмопередающая аппаратура «Восход» работала в полосе частот 3400—3900 МГц. Все активные элементы аппаратуры «Восход» были выполнены на полупроводниковых  приборах, исключение составляли СВЧ  выходные ступени передатчиков и  гетеродинных трактов, где использовались лампы бегущей волны (ЛБВ).

Для обеспечения высокой  надежности в системе «Восход» было предусмотрено применение разнесенного по высоте приёма с быстродействующей  системой автоматического выбора и  параллельная работа передатчиков. Система  разнесенного приёма, весьма эффективно решая задачу борьбы с замиранием сигналов на интервалах РРЛ, одновременно позволяла автоматически резервировать  приёмники станции. Параллельная работа передатчиков обеспечивала их автоматическое резервирование и удвоение выходной мощности передатчиков, которая в аппаратуре «Восход» составляла 10 Вт. Вся система автоматического резервирования приёмопередающего оборудования замыкалась в пределах каждой станции, поэтому в «Восходе» не было необходимости передавать по служебным каналам какие-либо сигналы для управления работой системы резервирования (как это имеет место в радиорелейных системах с поучастковой системой резервирования стволов). Таким образом, особенностью системы «Восход» являлось отсутствие специального резервного ствола, что позволяло сделать все радиостволы рабочими и, следовательно, лучше использовать отведенную для системы полосу радиочастот.

В системе «Восход» было предусмотрено 8 широкополосных рабочих  стволов, из которых 4 предназначались  для работы на основном магистральном  направлении и 4 – на ответвлениях или пересекающих магистралях. Все  стволы универсальны, одинаково пригодны как для передачи сигналов многоканальной телефонии, так и для передачи сигналов телевизионных программ.

Телефонный ствол системы  обеспечивал передачу сигналов 1920 каналов  ТЧ в случае, когда аппаратура промежуточных  станций размещалась в кабинах  наверху башни (т. е. при коротких волноводах), а аппаратура узловых  и оконечных станций – в  наземных помещениях. Пропускная способность  телефонного ствола при размещении аппаратуры в наземных помещениях на всех станциях составляла 1020 каналов  ТЧ. В нижней части группового спектра  телефонного ствола обеспечивалась передача сигналов служебной связи  и дистанционного обслуживания (телеобслуживания).

Система телеобслуживания позволяла иметь до 16 автоматизированных промежуточных станций между соседними узловыми станциями.

Телевизионный ствол системы  давал возможность передавать видеосигнал  и четыре канала тональных (звуковых) частот, организованных на поднесущих частотах и расположенных выше спектра видеосигнала. Эти тональные звуковые каналы использовались как для передач сигналов звукового сопровождения телевидения, так и радиовещания.

Следующим важным этапом в  развитии техники радиорелейной  связи стала разработка в 1970 году комплекса унифицированных радиорелейных  систем связи «КУРС».  Комплекс охватывал четыре системы связи, работающие в диапазонах 2, 4, 6 и 8 ГГц. Аппаратура в диапазонах 4 и 6 ГГц предназначалась для магистральных радиорелейных линий (РРЛ), а в диапазонах 2 и 8 ГГц – для зоновых РРЛ.

В приёмопередающей аппаратуре различных диапазонов частот широко использовались унифицированные узлы и блоки (УПЧ, умножители частоты  и т. п.). Все они были выполнены  на наиболее совершенных для того времени полупроводниковых приборах и других комплектующих изделиях отечественного производства.

Аппаратура КУРС-4 и КУРС-6 отличалась от предыдущих разработок и своей компактностью. Например, в системе КУРС-4 в одной стойке шириной 600 мм размещалось 4 приёмника или 4 передатчика. В табл. 2 приведены основные технические характеристики магистральных систем КУРС–4 и КУРС–6.                                                                                                           

Т а б л и ц а 2

К середине 70-х годов в  стране была построена уникальная радиорелейная  линия, протяженность которой составляла около 10 тыс. км, емкостью каждого ствола, равной 14 400 каналов тональной частоты. В эти годы суммарная протяженность  радиорелейных линий в СССР превысила 100 тыс. км.

Последней разработкой в  СССР для магистральной радиорелейной  связи было создание нового поколения  оборудования «Радуга». В его состав вошли: приёмопередающее оборудование, работающее в диапазоне 4 ГГц –       «Радуга- 4»; приёмопередающее оборудование, работающее в диапазоне 6 ГГц – «Радуга- 6»; оборудование резервирования «Радуга».