книги / Основы построения телекоммуникационных систем и сетей
..pdf200 МГц
Г(В) |
1 |
2 |
3 |
39 40 |
Г 2' У |
39'40' |
|
|
1 |
0 |
, 0 |
□ |
0 0 |
п |
/ |
||
В(П |
||||||||
1 П Г ~ |
г т п /о |
Т Т Л |
и |
|||||
|
||||||||
|
|
|||||||
|
- |
Т -2 МГц |
Дуплексный |
|
|
|
вразнос 94 МГц
Передача |
Прием |
(прием) |
(передача) |
Рис. 4.3. Частотный план РРЛ диапазона частот 2 ГГц "точка-многоточка"
Для организации сети связи, например, типа "звезда" для свя зи терминалов с базовой станцией в системе "точка-многоточка" в диапазоне частот 2 ГГц используется частотный план, показанный на рис. 4.3. В каждом стволе (отдельной полосе частот) может быть организована передача (прием) несущей со скоростью пере дачи информации 2,048 Мбит/с.
Рассмотрим РРЛ сантиметрового диапазона частот. На рис. 4.4 показан частотный план, рекомендованный МСЭ для РРЛ диапазона частот 4 ГГц. Сводные данные по основным частотным планам РРЛ сантиметрового диапазона волн в соответствии с ре комендациями МСЭ даны в табл. 4.1.
В РРЛ малой и средней емкости полоса частот ствола при Afp = 2S М Гц (29 или 29,65 МГц) может быть разбита на отдельные подстволы с разносом 14,7 или 3,5 М Гц для передачи потоков ин формации в подстволах соответственно со скоростями 2x8 или 8x2 Мбит/с, 1x8 или 4x2 Мбит/с и 2x2 Мбит/с.
Миллиметровый диапазон волн в полосах частот 37-40,5; 47,2-51,4 и 92-95 ГГц, а также оптический диапазон волн (около 0,85 мкм) используются для создания коротких высокоскоростных линий связи.
|
|
|
Д /= 400 МГц |
|
|
1 |
л |
5 |
2' |
4' |
6' |
|
/о
2 |
4 |
6 |
Г |
3' |
5' |
=29 |
МП |
|
|
|
|
Аfp |
1 |
|
|
|
|
|
Передача |
|
|
Прием |
|
|
(прием) |
|
(передача) |
|
Рис. 4.4. Частотный план РРЛ диапазона частот 4 ГГц (3700-4200 МГц)
- 180-
Диапазон |
4 |
б |
8 |
11 |
13 |
15 |
18 |
23 |
частот, |
(3 ,7 - |
(5,925- |
(7,725- |
(10,7- |
(12,75- |
(14,4- |
(17,7-19,7) |
(21,2- |
ГГц |
-4 ,2 ) |
-6,425) |
-8,275) |
-11,7) |
-13,25) -15,35) |
|
-23,6) |
|
Полоса |
400 |
500 |
550 |
1000 |
500 |
950 |
2000 |
2400 |
частот РРЛ |
|
|
|
|
|
|
|
|
А/; МГц |
|
|
|
|
|
|
|
3.5 |
Разнос |
29 |
29,65 |
40,74 |
40 |
28 |
28 |
220 |
|
частот |
|
|
|
|
|
|
ПО |
2.5 |
между |
|
|
|
|
|
|
27,5 |
|
стволами |
|
|
|
|
|
|
|
|
АЛ, МГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
Число |
6 |
8 |
12 |
12 |
8 |
16 |
4(280 Мбит/с) |
342 |
стволов |
|
|
|
|
|
|
8(140 Мбит/с) |
478 |
|
|
|
|
|
|
|
35(34 Мбит/с) |
|
Ф ун кц и он альн ая схема радиорелейной сети связи показана на рис. 4.5. Радиорелейные станции должны располагаться на ло маной линии для уменьшения взаимных помех, как это показано на рис. 4.6. Приемники станций № 2 и № 4 работают на одной и той же частоте.
Если невозможно исключить взаимные помехи между радио релейными станциями, что может наблюдаться в дециметровом диапазоне волн с широкими диаграммами направленности антенн, в тропосферных линиях связи и др., то необходимо применять че тырехчастотную схему радиорелейной системы связи (рис. 4.7), однако при этом каждая радиорелейная станция может использо вать только половину из общего числа возможных стволов.
1 2 3 4
Рис. 4.5. Функциональная схема радиорелейной сети связи
Рис. 4.6. Взаимное расположение радиорелейных станций
- 18 1-
Рис. 4.7. Четырехчастотная схема радиорелейных станций
Р ади орелей н ая систем а "то ч ка -м н о го то ч ка" состоит из ба зовой станции и оконечных радиорелейных станций-терминалов с направленными антеннами. Терминалы связываются с базовой станцией и при необходимости могут связываться между собой через базовую станцию.
Радиорелейная система "точка-многоточка" используется для организации "последней мили", т.е. для организации абонентских линий связи и подсоединения абонентов к базовой станции, кото рая в свою очередь может входить в состав некоторой магистраль ной телекоммуникационной сети.
Базовые станции систем "точка-многоточка" могут быть объе динены между собой для организации региональной сети связи на достаточно большой территории в сельских регионах и труднодос тупных районах с выходом через базовую станцию в телекомму никационную сеть общего пользования, например в ВСС Россий ской Федерации.
На рис. 4.8 показаны возможный частотный план и располо жение терминалов в радиорелейной системе "точка-многоточка". Базовая станция имеет секторную антенну в горизонтальной плос кости. Емкость сети связи определяется занимаемой полосой час тот сети. Минимальная емкость сети связи в одном секторе полу чается при стандартной величине разноса частот между стволами
¥
рц гтг -R -R -F1 Ъ- 11п Еу И И 15
д/о
(п р и е м )
./о [v |
FI FI 1R |
R |
FI |
Id3 МЫ |
H |
i |
П ередача (п р и е м )
Рис. 4.8. Частотный план и расположение
терминалов в радиорелейной системе "точка-многоточ ка"
Д/р = 2 М Гц и использовании одной несущей частоты (А\), что дает в групповом потоке скорость передачи информации 2,048 Мбит/с. Это позволяет организовать 30 каналов связи со скоростью 64 кбит/с и иметь в одном секторе 30 терминалов при закреплен ных каналах связи и до 300 терминалов при выделении каналов связи по требованию в соответствии со статистикой для телефонии в сельской местности. Емкость системы можно наращивать, уве личивая число несущих (Аг, А3, ...).
При разносе частот между стволами Л/р = 28 - 40 М Гц можно организовать групповой поток со скоростью 34 Мбит/с и выше в одном стволе и работу терминалов с более высокими скоростями передачи информации, вплоть до 2,048 Мбит/с и выше. Каналы связи и необходимая терминалу скорость передачи информации выделяются по требованию или может быть организован пакетный режим обмена информацией между базовой станцией и термина лами. Однако, как показывает опыт, в городских условиях при групповой скорости передачи информации более 2 Мбит/с необ ходимо принимать меры борьбы с многолучевым распространени ем сигналов. Так, в высокоскоростной компьютерной пакетной системе передачи информации HiperLAN в диапазоне частот 5 ГГц стандартом предусматривается передача информации параллельно по многим частотным каналам (метод ОЧРК) для устранения влияния запаздывающих лучей на прием сигналов.
4.1.2. Схемы разнесенного приема сигналов и резерви рования аппаратуры в радиорелейных станциях
На сегодняшний день используются пять основных вариантов построения радиорелейных линий связи.
1. Одиночный комплект аппаратуры (обозначение 1 + 0). Фун кциональная схема РРЛ с использованием одиночных комплектов аппаратуры показана на рис. 4.9. В настоящее время мировой уро вень техники создания радиорелейных станций обеспечивает среднее время безотказной работы от 100000 до 400000 часов. Это позволяет РРЛ с небольшим числом пролетов, а также в терми нальной аппаратуре систем "точка-многоточка" использовать оди ночные комплекты аппаратуры без резервирования.
Рис. 4.9. Функциональная схема РРЛ без резервирования аппаратуры
-1 8 3 -
Передатчик |
|
|
Передатчик |
7 Э - , |
|
|
|
Передатчик - g — » |
|
|
Передатчик |
Диплексер |
■ |
|
|
---------1--------- |
|
|
Приемник |
Приемник |
О |
[ |
|
Делитель |
Делитель |
||
мощности |
|
|
мощности |
Приемник |
|
|
Приемник |
Рис. 4.10. РРЛ с горячим резервированием аппаратуры
2.РРЛ с горячим резервированием аппаратуры (1 + 1) показа на на рис. 4.10.
3.РРЛ с разнесенным приемом сигналов по пространству и горячим резервированием аппаратуры (1 + 1) показана на рис. 4.11. Две антенны радиорелейной станции разносятся по высоте на мач те таким образом, чтобы принимаемые сигналы с двух антенн за мирали независимо. Всегда выбирается тот приемник, сигнал ко торого на выходе больше.
4.РРЛ с разнесенным приемом сигналов по частоте и горячим резервированием аппаратуры (1 + 1) показана на рис. 4.12. Пере
датчики № 1 и 2(1', 2') работают в разных стволах, но передают одну и ту же информацию. Частоты стволов выбираются таким образом, чтобы их разнос Afp обеспечивал независимые замирания сигналов в приемниках. Всегда выбирается тот приемник, сигнал которого на выходе больше.
Передатчик |
|
|
|
Передатчик |
|
|
|
1 |
£ i1 |
|
|
Передатчик |
|
R |
Передатчик |
||
|
|
Диплексср к |
н Диплексср |
|
|
Приемник |
|
|
|
|
Приемник |
Приемник |
|
|
|
|
Приемник |
Рис. 4.11. РРЛ с разнесенным приемом сигналов по пространству и |
|||||
|
|
горячим резервированием аппаратуры |
|
|
|
Передатчик |
пи |
|
|
пи |
Передатчик |
1 |
г о |
+ |
+ |
ГО / |
Г |
пи |
пи |
||||
Передатчик |
пи |
1 ______. |
г |
пи |
Передатчик |
2 |
г о |
Диплексср-А |
Н- Диплексср |
пи |
У |
пи |
|||||
Приемник |
ОС/ |
|
|
пи |
Приемник |
|
г о |
|
|
ГО / |
|
1 |
пи |
Дели |
Дели |
пи |
Г |
|
|
||||
Приемник |
пи |
тель |
тель |
пи |
Приемник |
|
г о |
|
|
г о |
|
2 |
пи |
|
|
пи |
2' |
|
|
|
|
Рис. 4.12. РРЛ с разнесенным приемом сигналов по частоте и
горячим резервированием аппаратуры
5. Схема N + 1 используется для многоствольных радиорелей ных станций для аппаратурного резервирования любого из N ра бочих стволов. Резервный комплект аппаратуры работает в от дельном частотном стволе.
Ф ун кц и он альн ая схема циф ровой Р Р Л . К информационно му потоку, поступающему на вход радиорелейной станции, добав ляются дополнительные символы для организации служебных те лефонных каналов, каналов контроля работоспособности радиоре лейных станций, входящих в радиорелейную линию связи, каналов управления режимами станций. К этим символам также добавля-
Информационный поток |
Оконечная станция |
из кабельной линии |
Рис. 4.13. Функциональная схема цифровой радиорелейной линии связи
ются заранее известные символы для определения достоверности принимаемой информации, что используется для управления из лучаемой мощностью, которая регулируется так, чтобы в соответ ствии с условиями распространения радиосигнала поддерживать требуемое качество принимаемых сообщений при минимальной мощности излучения радиосигналов. В процессе работы РРЛ фик сируются секунды с ошибками, минуты пониженного качества приема сообщений, интервалы безошибочной передачи символов сообщений. Функциональная схема одноствольной цифровой РРЛ показана на рис. 4.13.
4.2.Особенности распространения радиосигналов
врадиорелейных линиях связи
Рассмотрим вначале энергетику РРЛ "точка-точка" и ее зави симость от выбора диапазона радиочастот. Отношение мощности сигнала к спектральной плотности шумов на выходе приемной ан тенны равно
Рс _ W n p
N 0 4nr2kTL
Примем для всех диапазонов частот: подводимая к передаю щей антенне мощность Рп одинакова, г = const, диаметры прием ных и передающих антенн радиорелейных станций одинаковы и не зависят от диапазона частот. Для свободного пространства мощ ность полезного сигнала на выходе приемной антенны для вышеоговоренных условий есть
Рс =P„GltSnp/4 n f = const G„ ~ f ,
поскольку Gn = 4л5п /А.2 ~f , т.е. мощность полезного сигнала на выходе приемной антенны растет с увеличением рабочей частоты за счет увеличения коэффициента усиления передающей антенны при неизменной апертуре передающей антенны. В этом случае, как указывалось в гл. 3, выгодными оказываются более высокочастот ные диапазоны частот (оптический, миллиметровый). Однако от частоты зависят и другие составляющие уравнения для энергети ческого потенциала радиолинии:
A |
= const - |
, |
N0 |
4f ) L { f ) |
|
Начиная с некоторой частоты, произведение T(J)L(J) быстро растет, в основном за счет поглощения радиосигнала в дожде, причем этот рост происходит быстрее, чем / 2, что определяет не который оптимальный диапазон частот по энергетике радиолинии, который лежит в области частот 10—14 ГГц.
В действительности на выбор диапазона частот РРЛ влияют и другие многочисленные особенности распространения радиоволн при радиорелейной связи. Можно сказать, что основные характе ристики РРЛ определяются именно условиями распространения радиосигналов. Эти характеристики разительно отличаются от ха рактеристик радиолинии для условий свободного пространства. Исследуем основные эффекты при распространении радиоволн в радиорелейной связи.
4.2.1. Расстояние прямой геометрической видимости между передающей и приемной антеннами
Рассмотрим |
рис. 4 .14, |
на |
|
|
||
котором обозначено: г = г\ + г2 - |
|
|
||||
дальность связи; 7?3 = 6378 км - |
|
|
||||
радиус Земли; h\ |
и h2 - |
высоты |
|
|
||
поднятия |
антенн |
радиорелей |
|
|
||
ных станций относительно по |
|
|
||||
верхности Земли, которая при |
|
|
||||
нимается гладкой. Из рис. 4.14 |
|
|
||||
имеем |
следующие |
соотно |
Рис. 4.14. Геометрия прямой видимости |
|||
шения: |
|
|
|
|
между радиорелейными станциями |
|
|
|
|
Ло |
|
1 |
1 -А ,/Я 3, |
|
coscp = ---- -— |
= --------— |
||||
|
|
R3 +h{ |
1 + //, / R3 |
|
||
|
|
cos ф и 1 - |
ф2/2 |
при |
ф <$С1. |
|
Отсюда ф2 = 2А| /7?3 , г, = фЛ3 = |
|
|||||
Аналогично r2 = yJ2h2R3 |
и получаем |
|||||
Г = Г, +г2 = |
|
|
|
или г |
= 3, 5 7 (Т ^ + 7 аГ) км, |
где hi и h2даны в метрах.
4.2.2. Область пространства, определяющего передачу энергии от передающей антенны
к приемной
Рассмотрим рис. 4.15 и распространяющуюся сферическую волну в свободном или открытом пространстве от точки А (пере дающая антенна) к точке В (приемная антенна). Согласно принци пу Гюйгенса, каждая точка фронта распространяющейся волны, созданной некоторым источником излучения, находящимся в точ ке Л, является источником новой вторичной сферической волны.
Рис. 4.15. Геометрия распространения |
Рис. 4.16. Зоны Френеля |
радиосигнала |
|
Разность хода лучей от вторичных источников в точках С\ и Со есть Art =АС, + С,В - г.
Если Ari < Х/2, где X —длина волны, то все источники вторич ных волн на поверхности сферы от С0 до ±С\ будут создавать в точке В колебания одного знака. Вторичные источники волн в кольцевой области от С\ до С2, для которой разность хода лучей Аг2 такова, что Х/2 < Ar2 < X, будут создавать в точке В колебания с фазой противоположного знака и вычитаться из колебаний, созда ваемых вторичными источниками излучения в зоне от Со до ±С ь и т.д. Проекции вторичных источников излучения на плоскость, перпендикулярную линии АВ, создающих колебания одного знака, образуют зоны Френеля (рис. 4.16).
Если между передающей и приемной антеннами поставить перпендикулярно прямой АВ плоский экран бесконечных размеров с круглым отверстием, центр которого лежит на прямой АВ (рис. 4.17), то напряженность электрического поля Е в точке В в зависимости от радиуса отверстия F будет иметь вид, показанный на рис. 4.18, где Е0 —напряженность электрического поля в откры том пространстве, F -» °о.
экране |
кого поля в точке приема в зависимости |
|
от радиуса отверстия в экране |
Радиус первой зоны Френеля F, находится из уравнения АС, + + С ,В - г = Х/2 (см. рис. 4.15), где
АС, = J r f + F 2 * г, + F 2 f i r , , С,В * r2 + F,2/ 2r2. Тогда
В частности, при г, = г2 = г!2 получаем максимальное значение
радиуса первой зоны Френеля: F]MaKC = (1/2)VrX.
Поверхности зон Френеля удовлетворяют уравнению AQ + + CjB = const, т.е. являются эллипсоидами вращения с фокусами в точках А и В.
Рис. 4.19. Трасса распространения |
Рис. 4.20. Закрытая трасса распростра- |
радиосигнала с просветом Н » F, |
нения радиосигнала. Просвет Н < О |
На рис. 4.19 показаны трасса распространения радиосигнала, эллипсоид первой зоны Френеля и просвет Н между линией АВ и профилем поверхности Земли. При построении РРЛ стремятся обеспечить условие H ~ F ,.
Если просвет Н < 0, трасса распространения радиосигнала на зывается закрытой и поле в точке приема определяется дифракци
ей (огибанием препятствия), как |
|
||||
это показано |
на рис. 4.20. Ос |
|
|||
лабление сигнала в точке прие |
|
||||
ма за счет препятствий называ |
|
||||
ется дифракционными |
потеря |
|
|||
ми. На рис. 4.21 приведены кри |
|
||||
вые дифракционных потерь сиг |
|
||||
нала ДдИф относительно свобод |
|
||||
ного пространства [17]. Сплош |
|
||||
ной линией даны эксперимен |
|
||||
тальные дифракционные потери |
|
||||
для типового |
профиля |
земной |
|
||
поверхности, |
пунктирные |
ли |
|
||
нии приведены для наименее и |
Рис. 4.21. Дифракционные потери в за |
||||
наиболее благоприятных |
про |
||||
висимости от нормализованного |
|||||
филей поверхности Земли. |
|
просвета трассы |