Тема 10. Принципы построения тропосферных радиорелейных линий связи

Глава 5. Тропосферные радиорелейные системы связи
Тема 10. Принципы построения тропосферных радиорелейных линий связи.
Тропосферными РРЛ называются линии, на которых используется рассеяние и отражение радиоволн от неоднородностей тропосферы. Для ТРРЛ обычно используется диапазон частот 0,3...5 ГГц. Создание ТРЛ (в начале 50-х годов) стало возможным после того, как было открыто явление дальнего тропосферного распространения УКВ, при котором они принимались на расстояниях, значительно превосходящих прямую видимость. Согласно современным представлениям ДТР происходит за счёт отражения и рассеяния радиоволн турбулентными и слоистыми неоднородностями тропосферы. При этом поле в точке приёма создаётся в результате переизлучения только тех неоднородностей, которые находятся в пределах объёма Q, образованного на пересечении диаграмм направленности передающей и приёмной антенн. Переизлучающий объём Q тропосферы играет роль пассивного ретранслятора. Но по сравнению с пассивными ретрансляторами на РРЛ объём Q характеризуется значительной пространственной и временной неоднородностью. Кроме того, у него низка эффективность, так как рассеяние радиосигнала в объёме Q происходит во все стороны, и лишь незначительная часть его поступает в точку приёма. Причём, чем больше угол рассеяния 9, тем меньше уровень принимаемого сигнала.

При тропосферном распространении отражение и рассеяние радиоволн происходят в некотором объёме, лежащем выше пересечения касательных к поверхности Земли, проведенных из точек расположения станции и называемым объёмом переизлучения Q.

Особенности в передаче сигналов по ТРЛ:

1. 
   Поскольку для переизлучения можно использовать даже верхние слои тропосферы, протяжённость пролётов R на ТРЛ может превышать 1000 км. Однако с учётом других особенностей расстояния между станциями выбирают чаще в пределах 200.. .400 км.
   
2. 
   Вследствие значительного ослабления сигналов на ТРЛ применяют передатчики мощностью до 10 кВт, антенны размерами до 30x30 м² и соответственно коэффициентом усиления до 50...55 дБ, малошумящие приёмники.
   
3. 
   Из-за пространственно-временной неоднородности переизлучающих объёмов тропосферы, принимаемые сигналы на ТРЛ подвержены как быстрым, так и медленным замираниям. Быстрые замирания обусловлены интерференцией множества радиоволн, переизлученных разными очагами рассеяния в объёме Q. Длительность быстрых замираний изменяется от сотых долей секунды до нескольких секунд. Медленные замирания связаны с изменением метеорологических условий на трассе. Для борьбы с медленными и сезонными замираниями эффективны адаптивные системы с каналом обратной связи, по которому можно управлять мощностью и (или) частотой передатчика. Для борьбы с быстрыми замираниями целесообразно организовывать параллельные каналы передачи, отличающиеся несущими частотами и (или) траекториями распространения волн.
   

4. 
   Селективные замирания по частоте препятствуют передаче по ТРЛ широкополосных сигналов (как аналоговых, так и цифровых), так как они вызывают изменение фазовых и амплитудных соотношений спектральных компонентов, то есть искажается спектр, а следовательно, и форма сигналов. Селективные замирания являются следствием многолучевого распространения радиоволн. Связанное с селективными замираниями ограничение полосы частот при передаче аналоговых и цифровых сигналов указывает на недостаточную пропускную способность ТРЛ. Число телефонных каналов в одном стволе ТРЛ пока не превышает 120. Для передачи телевидения применяют специальное оборудование, используют частоты в диапазоне 4...6 ГГц, антенны с шириной диаграммы направленности не более 0,3°.
   

Тяжёлые условия передачи сигналов на ТРЛ вынуждают применять на станциях сложную дорогостоящую аппаратуру. Все станции являются обслуживаемыми. Тем не менее в ряде случаев применение ТРЛ оказывается более выгодным, чем РРЛ прямой видимости, особенно в труднодоступных малонаселённых районах земного шара (Заполярье, горные районы, области вечной мерзлоты, пустыни.), на трассах с большими водными преградами.
На тропосферных РРЛ так же, как и на РРЛ прямой видимости, различают оконечные, промежуточные и узловые РРС. Поскольку все РРС тропосферной РРЛ обслуживаемые, необходимость иметь на тропосферных РРЛ систему телеобслуживания отпадает.
На ТРРЛ всегда используется разнесённый приём, причём приём разносится как по месту, так и по частоте. Счетверённый приём, наиболее часто используется на практике.

Рассмотрим принцип построения одного симплексного ствола тропосферной РРЛ. На каждой РРЛ имеется две антенны, находящиеся друг от друга на расстоянии, не менее чем 60λ, где X - длина рабочей волны. На каждую из этих антенн работает по одному передатчику, входы которых запараллелены, а несущие частоты отличаются друг от друга, то есть f₁≠f₂. На приёмном конце антенны Аз и А₄ работают каждая на два приёмника, которые подключены к антеннам при помощи разделительных фильтров PФ₁ и РФ₂. На каждую антенну принимается сигнал обеих рабочих частот f₁ и f₂. Приёмники ПPi и ПРз имеют частоту приёма f₁, а приёмники ПР₂ и ПР₄ имеют частоту приёма f₂. Как указывалось выше ТРРЛ значительно подвержены замираниям. Многолетнее изучение тропосферного распространения УКВ позволило установить, что замирания радиоволн на различных частотах, даже относительно незначительно отличающихся друг от друга будут неодинаковыми, то есть если на одной из несущих частот в данный момент времени наблюдаются глубокие замирания, то на второй несущей частоте их может и не быть. Аналогичное явление наблюдается и при приёме на разнесённые антенны. Таким образом, при наличии замираний, например, при приёме на антенну А₃ в этот же момент времени при приёме на антенну А₄ замираний может и не быть. Поэтому счетверённый приём позволяет осуществлять устойчивую круглосуточную связь. С выхода всех четырёх приёмников сигналы поступают в устройство сложения Сл., где они складываются и на выходе Сл. всегда имеется достаточный по уровню сигнал. Сложение происходит по промежуточной частоте. Сигнал промежуточной частоты с выхода устройства сложения может поступать либо на вход аппаратуры выделения сигналов низкой частоты, либо на вход передатчиков, работающих в сторону следующей станции. Чаще всего на ТРРС осуществляется полный переприём по низкой частоте, поскольку станции находятся далеко друг от друга и почти всегда возникает потребность выделения на ней нескольких телефонных каналов.
В принципе сложение сигналов может осуществляться разными способами, например, по низкой частоте. Можно организовать при счетверённом приёме не сложение всех сигналов, а авто выбор наилучшего из них, то есть иметь устройство, которое автоматически выделяло бы из четырёх сигналов, имеющихся на его входе, сигнал с наилучшим соотношением сигнал/шум.
Структурные схемы передатчиков и приёмников ТРРЛ почти не отличаются от структурных схем передатчиков и приёмников РРЛ прямой видимости. ТРРЛ используется для передачи сигналов, образованных способом частотного уплотнения, в этих РРЛ используется частотная модуляция. Передатчики ТРРЛ имеют большую излучаемую мощность, вследствие чего передатчик обязательно имеет мощный выходной усилительный каскад СВЧ, который выполняется на многорезонаторном клистроне. Приёмник ТРРЛ имеют высокую чувствительность (в отличие от приёмников РРЛ прямой видимости), которая обеспечивается наличием на его входе малошумящего параметрического усилителя СВЧ колебаний.