Особенности и структура зоновой радиосвязи с вынесенным ретранслятором

Реализовать сети зоновой радиосвязи между абонентами можно традиционным способом по принципу «каждый с каждым». Однако радиосвязь между станциями ВЧ диапазона, расположенными на расстоянии 100 ÷ 500 км друг от друга осуществляется с большими трудностями. Низкие надежность и помехоустойчивость обусловлены известными свойствами распространения КВ и СВ. Известно, что распространение радиоволн на трассах короче 2000 км, как правило, - многолучевое с отражением от разных ионосферных   слоев  и за счет поверхностного луча. Разность времен прихода лу-

Рисунок 2.3  Зависимость показателей зоновой радиолинии от длины трассы

чей к месту приема при L = 2000 км в среднем не превышает 2 мс, но по мере уменьшения длины L значение времени задержки увеличивается, и это увеличение особенно заметно при L < 1000 км.

Все это вынуждает использовать на коротких трассах дорогое магистральное оборудование с частотным разделением каналов и сравнительно мощные передатчики.

На рисунке 2.3 приведены экспериментальные графики зависимости h – отношение сигнал/помеха на входе демодулятора  от длины трассы L для разных значений надежности связи Н. Из графиков видно, что независимо от значения Н при уменьшении длины трассы, например от 2000 км и ниже, необходимое значение h – отношение сигнал/помеха на входе демодулятора должно увеличиваться, то есть на трассе с L = 1000 км по сравнению с трассой L= 2000 км требуется увеличить мощность передатчика на 12 дБ.

Таким образом, усложнение оборудования и резкое возрастание необходимых мощностей передатчиков – это главное препятствие для организации зоновой связи по традиционному пути. К тому же при связи радиостанций в зоне по принципу «каждый с каждым» необходимо использовать ненаправленные антенны, большое число рабочих частот, суженный диапазон рабочих частот в низкочастотной области, где существенны уровни флуктуационных и импульсных помех.

Кроме того, при организации зоновой радиосвязи на ВЧ возможно появление так называемых «зон молчания». Как видно из рисунка 2.4. «зона молчания» образуется за счет того, что между зоной распространения поверхностного луча и зоной распространения пространственной волны появляется  не  засвеченное  пространство.  Вследствие  этого  радиосвязь  на   ВЧ

Рисунок 2.4  Образование «зоны молчания».

нельзя использовать в региональных системах связи, обслуживающих территорию размером примерно 500х500 км, так как многие корреспонденты не могут устанавливать связь друг с другом.

Рисунок 2.5  Зоновая система радиосвязи с ВРП.                     

Требования   повышенной   надежности зоновой ВЧ радиосвязи и расши-

рение ее функциональных возможностей  обуславливает необходимость ис-

пользовать связь через вынесенный из зоны ретранслятор, расположенный на расстоянии, близком к оптимальному, и играющий роль центральной программно-управляющей, распределительной, регенерационной и контролирующей станции (рисунок 2.5.).

В зоновой системе радиосвязи с вынесенным ретрансляционным пунктом (ВРП) радиостанции связаны между собой не непосредственно, а через ВРП, вынесенный из зоны на 2,5 ÷ 3,5 тыс. км, благодаря чему необходимое качество связи обеспечивается при минимальном отношении сигнал/помеха. Анализ системы зоновой радиосвязи с ВРП показывает, что надежность, помехоустойчивость и эффективность в ней повышаются благодаря следующим мерам: переходу к протяженным радиолиниям, оптимальным по условиям распространения радиоволн в ВЧ диапазоне; переходу от НЧ области ВЧ диапазона к более обширной среде и высокочастотной его части, что резко расширяет возможности маневра частотами, а также снижает уровни помех; уменьшению мощности радиостанций; централизованному распределению частотного резерва и его экономии за счет использования одной несущей многоканального передатчика для связи с различными абонентами зоны; организации в составе ретранслятора системы прогнозирования условий распространения радиоволн и помеховой обстановки в зоне; оперативному централизованному и адаптивному управлению радиостанциями обслуживаемой ретранслятором зоны, позволяющему реализовать оптимальные условия для передачи информации, текущий контроль качества связи во всех звеньях системы радиосвязи, оптимизацию системы при постоянно изменяющихся условиях.

Использование центральной станции позволяет автоматизировать всю зоновую систему и эксплуатировать ее без обслуживающего персонала. Функции управления, сбора информации от системы диагностики обеспечиваются служебными каналами связи, в качестве которых можно использовать либо отдельные постоянно действующие, либо рабочие.

Укрупненная структурная схема зоновой системы радиосвязи с ВРП приведена на рисунке 2.6. Приемо–передающий комплекс включает две радиостанции и ВРП с программно – автоматическим, местным или дистанционным управлением. Между ВРП и каждой абонентской станцией организованы два канала двусторонней связи (служебный и информационный), осуществляется сопряжение их с оконечной аппаратурой абонента и взаимодействие в режиме автоматического вхождения в связь и введения информационного обмена.

В основном ретрансляторе осуществляется прием сигнала и его обработка, оценивается качество информационного канала, реализуется адаптивное управление сетью. Перестраивают радиостанцию по служебному каналу связи. Для повышения надежности и живучести зоновой системы связи может быть предусмотрен запасной ретранслятор, связанный с основным линией связи. Структура и функции запасного ВРП те  же, что  и основного. Служеб-

ная связь является важным элементом комплекса средств радиосвязи,

поскольку по ней передаются команды автоматического предоставления каналов общей адаптации, а также информация для контроля.

 Адаптация каналов связи к изменяющимся условиям распространения радиоволн включает автоматическую смену рабочей частоты, скорости пере дачи информации, вид модуляции и т.д. Для автоматической адаптации в состав ВРП включаются устройства, оценивающие качество принимаемого сигнала, и средства, контролирующие распространение радиоволн. Устройством, обеспечивающим автоматизацию управления и адаптации, служит специализированный компьютер, который управляет всеми устройствами, контролирует их состояние, вырабатывает команды, передаваемые по служебному каналу для адаптации и организации связи по соответствующей программе. Необходимая для работы компьютера информация получается с помощью датчиков системы оценки качества принимаемых сигналов, состояния отдельных устройств ВРП и др.

Для решения проблемы ЭМС передающая часть ретранслятора с целью уменьшения помех радиоприему располагается несколько ближе к зоне, чем приемная. Связь между приемной и передающей частями ВРП для передачи информационных сигналов и сигналов управления осуществляется по кабельной линии связи или однопролетной РРЛ.

На основе зоновых сетей с ВРП можно создавать надежные и экономичные сети связи на больших территориях. Один ретранслятор, например, может обслуживать две отдельные зоны с расстоянием между ними в несколько тысяч километров. При этом решается проблема реконструкции и автома-

тизации магистральной связи, совмещаемой с резервной сетью местных линий, расширяются области ее применения и увеличивается нагрузка. Несколько зоновых систем можно объединить в единую сеть, построив между ретрансляторами отдельных зон многоканальный ствол связи.

Разработано несколько вариантов зоновой радиосвязи через вынесенный ретранслятор, к ним относятся следующие:

- ионосферная система коротковолновая ретрансляторная автоматизированная (ИСКРА);

- ретрансляторная адаптивная система коротковолнового абонентского телеграфирования (РАСКАТ);

- межзональная территориальная система радиосвязи (МЕЗОН);

- автоматизированная система телеграфной радиосвязи с ретрансляцией сигнала (АСТРА).

Система ИСКРА представлена на рисунке 2.7. Здесь обслуживаемые абоненты, обозначенные черными кружками, имеют соединения, показанные штриховыми линиями, с промежуточными радиостанциями, которые, в свою очередь, связываются друг с другом через ретранслятор. Виды сигналов в системе могут быть различными. Каждая радиостанция зоны, работая на предоставленной ей частоте, может использовать один или более однополосных каналов и устанавливать для подключенных к ней абонентов определенную очередность использования канала. Связь может быть дуплексной. Мощности передатчиков в зоне должны быть значительными, что не дает возможности применения в этой системе совмещенных радиостанций (трансиверов).

К преимуществу этого варианта относится простота реализации, а к недостаткам – громоздкость,  высокая  стоимость,  сложность  маневрирования,

Рисунок 2.7  Структура системы ИСКРА

высокая стоимость, энергоемкость, а также сложность маневрирования оборудованием автоматизации и адаптации.

Система РАСКАТ представлена на рисунке 2.8. Структура этой системы имеет следующие особенности:

1.Связь между абонентами обеспечивается через ретранслятор; система однородная, абонентские радиостанции работают в симплексном режиме и могут быть одинаковыми, связь цифровая с фиксированной скоростью и в принципе допускает общую синхронизацию.

Рисунок 2.8  Структура системы РАСКАТ.

2.Каналы связи «зона - ретранслятор» - узкополосные, используется частотное разделение, при этом уменьшается вероятность попадания помех с сосредоточенным спектром в рабочую полосу частот передаваемого сигнала.

3.Передатчики абонентских радиостанций – маломощные, что вместе с симплексным режимом позволяет использовать трансиверы и делать их подвижными или переносными. Слабость ресурса абонентских радиостанций компенсируется высокими показателями и энергоресурсами ретранслятора.

4.Групповой спектр в приемном тракте ретранслятора формируется в результате суммирования излучений абонентских передатчиков в пространстве.

5.Все радиостанции обслуживаемой зоны могут связываться со всеми радиостанциями аналогичной зоны, расположенной по другую сторону от ретранслятора. То есть на расстоянии 5 ÷ 6 тыс. км, либо в любом направлении от ретранслятора, как показано на рисунке 2.9.

6.При сокращении числа каналов требуется введение их иерархического распределения, приоритетные автоматические соединения в рамках рассматриваемой однородной системы обеспечивается предоставлением отдельным абонентам специальных кодов для сигналов вызова.

Если предусмотреть три ВРП (рисунок 2.10), каждый из которых будет обслуживать по две зоны, одну в западной, другую в восточной части территории , то радиостанции в обслуживаемых зонах будут находиться от своего ВРП на расстоянии одного оптимального скачка. Организовав между ВРП многоканальный ствол связи, можно построить единую государственную автоматизированную сеть ВЧ связи. С учетом этого первый вынесенный ретранслятор ВРП1 следует расположить на границе между второй и третьей зонами, ВРП2 – между третьей и четвертой, ВРП3 – между четвертой и пятой. Ретранслятор ВРП1 обслуживает две зоны по обе стороны от себя: пер вую на западе и четвертую на востоке. ВРП2 – обслуживает вторую и пятую, ВРП3 – третью и шестую.

7. Концентрация на едином центре-ретрансляторе средств контроля и управления всей сети позволяет целесообразно организовать служебные каналы и с их помощью реализовать автоматизацию, оптимизацию и адаптацию системы.

8. Передатчик ретранслятора передает групповой спектр для всех радиостанций обслуживаемой зоны с раздельным приемом отдельных полос абонентскими приемниками, автоматически настраивающимися по командам, передаваемым по служебным каналам.

Рисунок 2.9 Варианты системы РАСКАТ с вынесенным ретранслятором

9. Однородность системы (одинаковые абонентские радиостанции и одинаковые параметры всех каналов связи) упрощает использование помехозащитного кодирования, автоматической защиты от ошибок и закрытия информации.

Таким образом, для системы РАСКАТ характерно: одноканальное излучение от абонента; формирование группового спектра в эфире; групповой прием в ретрансляторе; индивидуальный прием абонентом сигнала в выде-

ленном ему канале, на который автоматически настроен приемник.

Система МЕЗОН представлена на рисунке 2.11.

Эта система является развитием системы РАСКАТ. Построение ее учитывает обычно существующую необходимость обеспечения связи в зоне, в

Рисунок 2.11  Структура системы МЕЗОН с выносными ретрансляторами.

которой расположен ретранслятор. Ретранслятор в зоновой системе радиосвязи содержит широкополосные многоканальные приемник и передатчик. Вследствие большой мощности передатчика совместное размещение его с приемником исключается. При этом ретранслятор нуждается в надежном электроснабжении, поэтому его необходимо располагать в достаточно крупном населенном пункте.

Современные требования к средствам связи предполагают предоставление абонентам, помимо связи в пределах данной зоны, связь с абонентами других зон. Второй ретранслятор, требующийся для этого, необходимо располагать в населенной зоне, удаленной от первой на расстояние 3 ÷ 4 тыс. км. Соответственно система радиосвязи становится не только зоновой, но и межзоновой.

Абоненты зоны З1 (рисунок 2.11) получают автоматизированную связь между собой через ретранслятор ВРП2. Аналогично абоненты зоны З2 получают связь через ретранслятор ВРП1. Связь между абонентами зон З1 и З» обеспечивается с использованием обоих ретрансляторов: вызов из зоны З1 передается на ретранслятор ВРП2, с него на ретранслятор ВРП1 и с ВРП1 абоненту зоны З2. В обратном направлении вызов проходит по цепи ВРП1 –ВРП2 – З1. Для этого между ВРП1 и ВРП2 действует нормальная односкач-ковая радиолиния межтрансляторной связи РМС. Ввиду ограниченного объема межзоновой информации здесь достаточно иметь один однополосный радиоканал.

Наличие линии РМС дает системе МЕЗОН дополнительные преимуще ства: по ней осуществляется постоянная и устойчивая служебная связь между ВРП;  наиболее  просто  решается  проблема  автоматизированной  частотной

службы, основанной на наклонном ионосферном зондировании трассы в обоих направлениях.

Сочетание системы РАСКАТ и ее модификации МЕЗОН открывает возможность развития резервной связи для всей территории страны или любых Рисунок 2.12  Система радиосвязи АСТРА с вынесенными ретрансляторами.

отдаленных частей, независимо от их размеров. Для этого необходимо совместить двухзоновые или построенные поэтому же принципу многозоновые структуры с зонами, связанными через общий ретранслятор, и структуры МЕЗОН.

Система АСТРА приведена на рисунке 2.12. В этой системе сигнал от радиостанции А одновременно передается трем ретрансляторам ВРП1 – ВРП3, которые могут быть расположены в любом месте по окружности с радиусом 2,5 ÷ 3,5 тыс. км. Ретранслированные сигналы принимаются радиостанцией В. В которой осуществляется один из способов оптимального автовыбора. Поскольку условия распространения радиоволн на трассах между ретрансляторами и абонентскими радиостанциями могут быть существенно различными, то подобная система может существенно 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 экономические показатели, так и использование частотного ресурса.