- •1. ВВЕДЕНИЕ
- •1.1. Радиосвязь и её значение для человечества
- •1.2. Радиоволны
- •1.3. Диапазоны радиоволн
- •1.4. Каналы радиосвязи
- •2. ЭТАПЫ ИСТОРИИ РАДИОСВЯЗИ
- •2.1. Начало формирования научных основ
- •2.2. Изобретение как итог науки
- •2.3. Первые устройства беспроводной связи
- •2.4. Радиосвязь во второй половине XX века - итоги и тенденции
- •2.5. Предыстория космической радиосвязи
- •3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН
- •3.1. Геофизические факторы, влияющие на распространение радиоволн
- •3.2. Распространение волн диапазонов СЧ, НЧ и ОНЧ
- •3.3. Распространение волн диапазона ВЧ
- •3.4. Распространение волн диапазонов ОВЧ, УВЧ и СВЧ
- •3.5. Помехи радиосвязи
- •4.2. Сигналы и помехи в ВЧ радиолиниях
- •4.3. Структура автоматизированной сети ВЧ радиосвязи
- •4.4. Магистральная ВЧ радиосвязь
- •4.5. Особенности и структура зоновой радиосвязи с вынесенным ретранслятором
- •4.6. Варианты структур сетей зоновой радиосвязи диапазона ВЧ с вынесенным ретранслятором
- •4.7 Системы ВЧ радиосвязи в гражданской авиации
- •4.9. Ионосфера как ресурс комплексной пейджерной сети радиосвязи
- •4.10. Роль и проблемы ВЧ радиосвязи в комплексной системе связи Российской Федерации.
- •5.2. Состав оборудования РРЛ
- •5.3. Размещение станций
- •5.4. Выбор и чередование частот в радиорелейной связи
- •6. ПОДВИЖНАЯ РАДИОСВЯЗЬ
- •6.1. Этапы развития подвижной радиосвязи
- •6.2. Термины, классификация и особенности сетей подвижной радиосвязи
- •6.3. Варианты сетей наземной сотовой подвижной радиосвязи
- •6.5. Радиотелефонная сеть общего пользования "Алтай-ЗМ"
- •6.7. Сотовая система связи стандарта GSM
- •6.8. Развитие в России систем подвижной связи третьего поколения
- •7. СИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО РАДИОВЫЗОВА
- •7.1. Назначение и принципы построения систем персонального вызова
- •7.2. Структурная схема СПВ
- •7.3. Протоколы систем пейджерной связи
- •7.5. Типы пейджеров
- •7.6. Характерные особенности построения приемников СПВ
- •7.7.Структурные схемы и основные показатели конкретных пейджеров
- •7.8. Приемник персонального вызова Telefind Согр.(США)
- •8.2. Орбиты и зоны обслуживания спутниковых систем связи и вещания
- •8.3. Способы модуляции и уплотнения в радиоканалах спутниковой связи
- •8.5. Многостанционный доступ и методы разделения сигналов
- •8.6. Классификация земных станций
- •8.7. Структурные схемы и основные характеристики земных станций
- •8.8. Принципы построения приемных и передающих устройств земных станций
- •8.9. Назначение, состав и основные параметры бортовой аппаратуры
- •8.12. Бортовые радиопередающие устройства
- •8.13. Приемные устройства бортовых ретрансляторов
- •8.14. Общие сведения и требования к антеннам
- •8.15. Общие принципы построения космических систем телеконтроля и управления
- •8.16. Примеры систем спутниковой связи
- •8.17. Системы низкоорбитальной спутниковой связи
способов оптимального автовыбора. Поскольку условия распро странения радиоволн на трассах между ретрансляторами и або нентскими радиостанциями могут быть существенно различными, то подобная система может основательно повысить надежность и эффективность радиосвязи.
Реальная система радиосвязи должна быть разработана с учетом конкретных условий и допускать различные варианты, из которых необходимо сделать оптимальный выбор. Критериями оптимальности могут быть как материально-энергетические и эко номические показатели, так и использование частотного ресурса Методика синтеза подобных систем нуждается в дополнительном исследовании и разработке.
4.7 Системы ВЧ радиосвязи в гражданской авиации
Проблема повышения надежности радиосвязи в пределах ограниченной (до 400...500 км) зоны (зоновой связи) очень акту альна, так как подобная связь наряду с магистральной весьма рас пространена. Примером является связь между подвижными и ста ционарными пунктами в зоне местных воздушных линий (МВЛ) в системе гражданской авиации. Одним из путей решения указан ной проблемы является применение вынесенного из зоны ретрансляционного пункта (ВРП). Это было доказано эксперимен тальными исследованиями [4.3], целью которых являлось опреде-
92
ление возможности и целесообразности использования ВРП для повышения надежности радиотелефонной ВЧ связи между под вижными и стационарными пунктами связи на МВЛ при связях ме жду диспетчером аэропорта и экипажем воздушного судна (ВС). При этом определялась надежность ВЧ радиотелефонной связи в двух вариантах: прямая связь между диспетчером и бортом ВС; связь между диспетчером и бортом ВС через вынесенный из зоны МВЛ ретрансляционный пункт.
С этой целью в Таджикском управлении гражданской авиа ции (ТУГА) на местных авиатрассах использовался вынесенный из зоны МВЛ ретранслятор. Целесообразность применения ВРП обу словлена рядом факторов, характерных для наземных (стацио нарных) пунктов связи: использование передатчиков с повышенной (по сравнению с бортовыми) мощностью (более 1 кВт); примене ние более эффективных и направленных антенных систем с широ кополосными характеристиками; более благоприятные по сравне нию с зоновой связью условия электромагнитной совместимости; меньшая зависимость от влияния различных помех, включая преднамеренные; возможность организации сети диспетчерских наземных пунктов связи для оперативного управления и слежения за летательными объектами.
Для выбора места расположения ВРП было задействовано несколько радиоприемных центров, а также узел связи авиапред приятия (АП). На радиоприемных центрах оценивалось качество приема (с учетом уровня сигнала, характера и интенсивности помех) по разборчивости речи при передаче тест-таблиц, включающих в себя все фонемы русской речи и их основные варианты. Тесты пе редавались в предутренние, утренние и дневные часы, когда на дежность связи на МВЛ в одной из зон была подвержена большим колебаниям. В соответствии с установленным расписанием с 4 ч 00 мин до 16 ч 20 мин московского времени проводились пятиминут ные сеансы односторонней передачи. При этом были задействова ны бортовые и наземные передатчики одной из зон МВЛ различной мощности, работавшие в режимах амплитудной модуляции (AM) и однополосной передачи (ОП) в диапазоне частот от 6 до 11 МГц. Радиоприемные центры располагались в стационарных пунктах связи (СПС) по трассам полетов ВС местной зоны.
Ретрансляция осуществлялась с переприемом по низкой частоте непосредственно с выхода приемника через соединитель ную линию на вход передатчика. Схема размещения и организации радиотелефонной связи между базовым местным диспетчерским пунктом МДП 1 и ВС через ВРП показана на рис.4.14, а в качестве ВРП также использовался узел связи МДП авиапредприятия.
Рис. 4 .14
На рис.4.14 РПДУ и РПУ - радиопередающее и радиоприем
ное устройства соответственно; КМ - |
коммутатор (либо оператор); |
|
ФЛС - |
физическая линия связи; fA - |
частота передатчика ВРП; |
fi, f2, f3 - |
рабочие частоты средств связи. |
В процессе эксперимента проводилось сравнение качества связи при непосредственном радиообмене между диспетчером радиобюро ТУГА и экипажем ВС МВЛ и радиообмене между ними через ретрансляторы. Исследования проводились в период с 4 по 14 октября 1988 г. на базе эксплуатации, ремонта и технического обслуживания связи ТУГА, радиоприемных центров Москвы, АлмаАты, Тбилиси, Куйбышева, радиопередающего центра и радиобю ро г. Алма-Аты и узла связи г. Фрунзе. Наряду с выбором места расположения ВРП был проведен анализ качества приема сигна лов с ВС и помеховой обстановки на основных и резервных часто тах каналов взаимодействия Радиоцентра единой системы управ ления воздушным движением в районе проведения эксперимента. Прием сигналов корреспондентов сопровождается интенсивными помехами в основном от соседних по частоте радиостанций. Ха рактер помех весьма разнообразен: от гармонической до широко полосного вещания. В большинстве случаев качество приема сиг налов оказывается очень низким - вплоть до непрохождения. Изза высокой насыщенности и интенсивности помех по основным и резервным каналам и плохих условий распространения радио волн прямая ВЧ связь в ближней зоне МВЛ неустойчива.
94
Проведенные эксперименты показали, что ВЧ радиотеле фонная связь на коротких трассах в пределах зоны МВЛ ТУГА не надежна из-за интенсивных станционных помех, плохих условий прохождения радиоволн, регулярных возмущений ионосферы, особенно в утренние часы летнего периода, приводящих к полному прекращению связи местных диспетчерских и стационарных пунк тов связи аэродромов с ВС.
Прием на трассах большой протяженности при соответст вующем выборе частот в верхней части ВЧ диапазона более ус тойчив и, как правило, осуществляется с хорошим качеством. Ус тановлено, что двусторонний радиообмен на длинной трассе меж ду бортовыми радиостанциями и центральным диспетчерским пунктом регулярен и проходит с хорошим качеством.
В случае аномальных явлений ионосферы, приводящих к нарушениям или полному прекращению связи с ВС в ближней зоне МВЛ, ретрансляция с помощью ВРП обеспечивает более бы строе по сравнению с зоновой связью восстановление радиообме на с лучшим качеством и большей надежностью.
Экспериментальные исследования показали принципиаль ную возможность и целесообразность организации ретрансляции сигналов с помощью ВРП для обеспечения устойчивой связи ВС с наземными средствами местных воздушных линий. Ретрансляция сигналов может функционировать наряду с существующей систе мой зоновой радиосвязи местных линий, дополняя или, при воз никновении экстремальных ситуаций, заменяя ее.
4.8. Сеть связи для чрезвычайных ситуаций
Стремительное развитие науки и техники, начавшееся в XX столетии, привело не только к резкому ухудшению среды обитания человечества, но и к большому числу крупных технических аварий и катастроф. В сочетании с природными катаклизмами они созда ют напряженную обстановку с частыми чрезвычайными ситуация ми (ЧС). В связи с этим возникает новая проблема: быстрое полу чение первичной информации о возникшей ЧС или ее приближе нии и передача этой информации в специальные комиссии по ЧС, размещенные на территории России, а также дальнейшее обеспе чение необходимого потока информации при работах по ее ликви дации. Эта проблема может быть решена созданием сети связи для ЧС, дополняющей существующие на территории России сред ства передачи информации. При этом путь создания дополнитель ной сети связи для ЧС состоит в широком использовании сущест вующих средств ВЧ радиосвязи, дополненных небольшим числом
каналов спутниковой связи. Реализация такой дополнительной се ти связи на территории России не потребует больших капитальных затрат.
По всей территории России за пределами городов размеще но более 100 приемо-передающих коротковолновых центров с ка питальными зданиями, большими антенными полями, на которых расположено много высокоэффективных антенных устройств, большое число передатчиков и совершенных приемников, имеется штат высококвалифицированных специалистов. В по следние десятилетия эти центры загружены передачей информа ции только на 10-15%. Причин тут несколько. Одна из причин - увеличение объема передачи информации по другим каналам свя зи, в частности, спутниковым. Однако расчеты и опыты показыва ют, что стоимость канала спутниковой связи почти на порядок до роже ВЧ связи [4.4]. Вторая причина - устаревшее представление
онизкой надежности ионосферной связи; наконец, третья причина
-распространившаяся мода на “престижные” быстродействующие каналы связи, хотя для решения очень многих задач это быстро действие не требуется и только увеличивает затраты..
За вторую половину XX века ВЧ радиосвязь значительно усовершенствовалась: появились новые методы модуляции, связь
между абонентами осуществляется через далеко вынесенный ретранслятор, используется система с исправлением ошибок, бо лее точно прогнозируется прохождение радиоволн, применяются сигналы с временной и частотной избыточностью, в том числе антифединговые сигналы и т.д. Все это позволяет обеспечить на ВЧ высокую надежность связи, особенно при не очень высоких скоро стях работы в десятки и сотни бит/сек, достаточных для решения многих народнохозяйственных задач. Это в полной мере относится к сети связи для ЧС, особенно для передачи ответственной очень краткой ПЕРВИЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ о случившейся или надви гающейся ЧС.
Для получения информации о возможных ЧС и проведения работ по их предупреждению и ликвидации последствий, вся тер ритория России разделена на семь регионов и определен город в каждом регионе, где базируется комиссия по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям вместе с узлом связи регио на по ЧС. Сеть связи для ЧС (рис. 4.15) имеет следующие осо бенности:
1. В каждом регионе по ЧС выделяется один магистральный приемо-передающий коротковолновый центр. Анализ размещения ВЧ средств на территории России показывает, что технические возможности для этого имеются. Один или несколько приемников
этого центра круглосуточно работают в ждущем режиме для прие ма первичного сигнала о возможной ЧС, а его передающие уст ройства готовы к передаче как ответного квитирующего сигнала, так и передаче первичного сигнала, если это необходимо, другим регионам. Между КВ центром и узлом связи комиссии по ЧС уста навливается надежный канал связи.
2. В каждом регионе размещается необходимое число пор тативных или стационарных ВЧ радиостанций на потенциально опасных участках и объектах, где отсутствуют другие средства связи или требуется их дублирование на случай выхода из строя при ЧС. При приближении или наступлении ЧС радиостанция, управляемая оператором или средствами автоматики, посылает первичный сигнал о ЧС.
Наличие приемо-передающих центров на территории России создает уникальную благоприятную возможность для использова ния любого из них в качестве ретранслятора при передаче первич ного сигнала о ЧС. При этом достоверность передачи повышается приблизительно на порядок [4.1] благодаря использованию опти мальной по протяженности трассы (2000...3000 км), где характерно односкачковое распространение волн. Вместе с тем при благопри ятных условиях может быть использована передача первичного сигнала непосредственно на магистральный центр своего региона.
3.Комиссия по ЧС каждого региона должна иметь надежную связь с МЧС и другими регионами. Для этого могут служить уже имеющиеся на территории России средства связи. Однако для их дублирования на случай выхода из строя целесообразно в каждом регионе иметь наземную станцию спутниковой связи, соединенную каналом связи с комиссией региона по ЧС.
4.Для информационного обеспечения работ по ликвидации ЧС, в том числе при необходимости оповещения населения, ис пользуются имеющиеся средства связи региона и необходимый резерв подвижных средств связи комиссии по ЧС региона, пере брасываемых в район ЧС.
Если взглянуть на карту России и отметить на ней все имеющиеся средства передачи информации, то окажется, что свя зью обеспечены в основном Европейская часть России и южные регионы Сибири, Урала и Дальнего Востока. При удалении к севе ру плотность сетей связи резко снижается. Имеется небольшое количество меридиональных линий связи, в основном использую щих оборудование ВЧ радиосвязи и сети специального назначения
сиспользованием тропосферного рассеяния.
CD
00
При этом огромные площади Тюменской области, Краснояр ского края, Якутии, внутренние районы Магаданской области и Чу котки по-прежнему остаются без надежной, не говоря уже о высо кокачественной современной связи. Эти и им подобные информа ционные “белые пятна" на карте России должна ликвидировать предлагаемая сеть ВЧ связи, взаимоувязанная с уже существую щими средствами связи и позволяющая обеспечить передачу от ветственного ПЕРВИЧНОГО сигнала о ЧС.
Функционирование ВЧ средств региона осуществляется сле дующим образом. Первичный сигнал о ЧС от ВЧ станций, разме щенных в регионе, может поступить либо через ретранслятор дру гого региона, либо непосредственно на приемный центр своего региона. При этом приемники, “ждущие” сигнал, могут для повы шения помехоустойчивости использовать прием с разнесением по пространству или поляризации.
Сигнал о ЧС, состоящий из последовательности дискретных двоичных посылок, включает номер или шифр ВЧ станции, пере дающей этот сигнал, и некоторую минимально необходимую ин формацию о типе произошедшей или надвигающейся ЧС. Так как в регионе, в зависимости от размера его территории и числа потен циально опасных объектов, может быть от десятка до нескольких сотен ВЧ радиостанций для передачи первичного сигнала о ЧС, то номер станции сообщает координаты места возникшей ЧС. За но мером должно следовать сообщение о типе ЧС. Здесь требуется классификация их по характеру, создаваемой угрозе населению региона и материальным ценностям. Если, например, для номера станции использовать 1 0 двоичных посылок и для характеристики ЧС - 15 посылок, то общая длительность первичного сигнала со ставит 25 элементарных посылок. Для повышения достоверности передачи можно предусмотреть повторение всего сообщения, на пример, 5 раз. Соответственно первичный сигнал о ЧС может со держать 125 посылок. Если в интересах надежности передачи предположить очень медленную работу - один бит в сек, то время передачи составит около 2 мин., если 50 бод - около 3 сек.
Прием сигнала о ЧС требует обязательного квитирования, т. е. посылки подтверждающего прием сигнала на радиостанцию, пославшую сигнал о ЧС. Если квитирования не произошло, то сиг нал о ЧС повторяется. При этом не исключена возможность ис пользования ретранслятора “чужого" региона, а также перехода на запасные частоты.
Для контроля готовности и работоспособности сети ВЧ связи региона необходим периодическйй мониторинг с помощью кон трольных сигналов. Его можно проводить 1-2 раза в сутки по чет
кому расписанию. Окна для мониторинга можно использовать од новременно для передачи необходимой служебной информации (смена волн, скорости работы и др.).
Оптимальный или близкий к нему прием дискретных сигна лов может быть осуществлен при знании на приеме границ эле ментарных посылок. Это требует передачи в начале сеанса связи сигнала синхронизации (преамбулы) для выработки тактовых им пульсов. Для этого передается 10-15 посылок, не несущих инфор мации.
Периферийная ВЧ радиостанция является ответственным звеном сети связи для ЧС и должна надежно выполнять свои функ ции. Вместе с тем, ввиду ее массовости и возможности работы как в стационарном режиме, так и в переносном ранцевом варианте, она должна быть маломощной, иметь небольшой вес и простое ручное или автоматическое управление. Кроме того, станция должна иметь таймер для выхода на прием в определенные “окна" для приема сигналов мониторинга. В этой станции желательно иметь ВЧ и УКВ диапазоны и наряду с основным режимом дискретной связи иметь и выход на телефонную сеть. Диапазон УКВ может быть использован для связи в ближней зоне ЧС, при начале работ по ликвидации ЧС и т.д. Главные требования к станции: высокая достоверность переда чи первичного сигнала о ЧС, малая мощность (для стационарных станций не более 50 Вт, для ранцевых 5... 10 Вт), небольшой вес (стационарная около 10 кг, ранцевая около 4...7 кг), скорость пере дачи 10...300 бод, наличие кнопочного наборного пульта и дисплея для отображения сигналов.
Анализ отечественных и зарубежных образцов показал, что полностью удовлетворить этим требованиям не может ни одна из выпускаемых радиостанций. Создание такой радиостанции, кото рая, несомненно, найдет широкое применение в народном хозяй стве, а также у геологов, путешественников, туристов и альпини стов, - дело ближайшего будущего. Поэтому на данном этапе со стояния промышленности России следует для целей ЧС приспосабливать те радиостанции, которые уже выпускаются.
Из отечественных ВЧ станций может быть использована, на пример, портативная радиостанция '‘Ангара-1” Ее основные пара метры: мощность передатчика 10 Вт, число рабочих частот 64000, диапазон частот - 1 ,6 . . . 8 МГц, телефонный режим - ВВП, теле графный - AM, питание - как от сети, так и от аккумулятора, масса около 9 кг Основной ее недостаток - ограниченный диапазон волн, но при использовании радиоцентров других регионов в каче стве ретрансляторов этот недостаток можно преодолеть.