Раздел 3. Спутниковые и радиорелейные системы радиосвязи
 Скачать 1.35 Mb.
|
3.1 Цель изучения раздела Целью данного раздела является изучение принципов построения цифровых радиорелейных линий ПЦИ иерархии, структуры станций и взаимодействия их элементов, освоения методики оценки качественных показателей ЦРРЛ. 3.2 Основные понятия и определения Технология цифровых радиорелейных линий в настоящее время достигла высокого качественного и количественного развития. Сегодня радиорелейные линии являются необходимым звеном телекоммуникационного пространства России и успешно конкурируют с другими средствами связи, в том числе кабельными и спутниковыми. К основным достоинствам ЦРРЛ можно отнести: -возможность быстрой установки оборудования при небольших капитальных затратах; -экономически выгодная, а зачастую и единственная, возможность организации связи на участках местности со сложным рельефом; -возможность применения для аварийного восстановления связи в случае бедствий, при спасательных операциях и т.п.; -эффективность развертывания разветвленных цифровых сетей в больших городах и индустриальных зонах, где прокладка новых кабелей слишком дорога или невозможна; -высокое качество передачи информации по ЦРРЛ. Радиорелейная связь – это вид радиосвязи, основанный на ретрансляции сигналов между станциями, расположенными на поверхности Земли (рисунок 3.1).  Рисунок 3.1 – Принцип радиорелейной связи Различают радиорелейные линии прямой видимости (РРЛ ПВ) и тропосферные радиорелейные линии (ТРРЛ). В первом случае РРС (радиорелейная станция) располагаются на поверхности Земли в пределах прямой видимости. Без учета явления рефракции радиоволн расстояние прямой видимости равно:  , (3.1)где  ,  – высоты подвеса антенн, мВо втором случае РРС размещаются на расстоянии 250 – 500 км. В этом случае используется явление дальнего тропосферного распространения радиоволн, суть которого заключается в отражении и преломлении радиоволн от неоднородностей тропосферы (рисунок 3.2). В настоящее время ТРРЛ находят ограниченное применение ввиду низкой пропускной способности и сравнительно низкого качества передачи информации.  Рисунок 3.2 – Принцип построения ТРРЛ Различают следующие типы РРС (рисунок 3.3): - оконечные станции (ОРС), задачей которых является ввод и вывод информации; - промежуточные станции (ПРС), в функции которых входят ретрансляция и организация ввода – вывода сигналов и ответвлений от РРЛ. При этом станции с выделением (вводом информации) обозначают как ПРС-В. Рассмотрим некоторые базовые определения: Пролет – часть радиорелейной линии между двумя ближайшими РРС; Цифровой ствол – совокупность оконечного, приемопередающего оборудования и среды распространения радиоволн. В самом простом случае цифровой ствол включает в себя две ОРС (один пролет ЦРРЛ). Такой ствол называют простым (рисунок 3.4). Существует также вполне понятный термин «составной ствол».  Рисунок 3.3 – Общая структура ЦРРЛ  Рисунок 3.4 – Цифровой ствол Оборудование сопряжения (ОС) предназначено для согласования параметров линейных цифровых сигналов (ЛЦС), поступающих на вход ЦРРЛ (обычно по проводной соединительной линии), с радиостволом. Отметим, что на рисунке 3.4 показана структура симплексного цифрового ствола. По месту на сети связи различают магистральные, зоновые и местные ЦРРЛ. На современном этапе на сетях связи Российской Федерации применяются как аналоговые, так и цифровые РРЛ. На магистральных линиях в основном применяются высокоскоростные ЦРРЛ синхронной цифровой иерархии (SDH). На зоновых и местных линиях находят применение среднескоростные и низкоскоростные ЦРРЛ плезиохронной цифровой иерархии (PDH). В дальнейшем рассматриваются принципы построения и функционирования ЦРРЛ PDH. 3.3 Планы распределения частот на РРЛ В зависимости от потребностей различают ЦРРС, предназначенные для построения линий местной, внутризоновой и магистральной связи. Для работы данных средств выделены диапазоны частот от 0,39 до 40,5 ГГц, от 1,85 до 15,35 ГГц и от 3,4 до 11,7 ГГц соответственно. Такое распределение частотного диапазона обусловлено как влиянием среды на распространение электромагнитных волн, так и необходимостью передачи значительных потоков информации, в том числе и на значительные расстояния. Наиболее характерным с точки зрения учета перечисленных условий является выбор диапазона частот для построения линий магистральной связи. Дело в том, что до частоты 10 ГГц атмосферные явления оказывают слабое влияние на качество радиорелейной связи. В то же время на частотах выше 15 ГГц это влияние становится заметным, а на частотах свыше 30 ГГц, где дополнительно необходим более тщательный учет ослабления радиоволн в газах, становится определяющим. Естественно это сказывается как на протяженности отдельного пролета, так и на линии в целом. Под планом распределения частот понимается расстановка частот приема и передачи на РРЛ. Рассмотрим планы распределения частот для одноствольных систем. Обычно план частот изображается в виде сетки частот (рисунок 3.5а, 3.5б), где стрелка, направленная к оси частот означает частоту приема, а стрелка от оси частот – частоту передачи. В случае 2-х частотного плана (рисунок 3.5а) в прямом и обратном направлениях связи используются две одинаковых пара частот. Очевидно, что необходимо обеспечить разнос частот приема и передачи в каждом направлении связи на необходимую величину. Величина этого разноса частот носит название «частота сдвига» - Fсдв. 2-х частотный план эффективен с точки зрения использования рабочей полосы частот. Недостатком этого плана частот являются повышенные требования к параметрам антенн, а именно к величине коэффициента защитного действия антенны, который характеризует величину ослабления принимаемых сигналов с обратного направления связи. Данное требование усложняет конструкцию антенны и, естественно, приводит к повышению ее стоимости.  Рисунок 3.5 – Планы распределения частот для одноствольных систем В случае 4-х частотного плана в каждом направлении связи используются две разных пары частот (рисунок 3.5б), что снижает требования к величине коэффициента защитного действия антенн, но приводит к снижению эффективности использования рабочей полосы частот. Отметим, что в обоих случаях станции РРЛ должны располагаться зигзагообразно, с целью снижения величины помех «прямого прохождения» (рисунок 3.6).  Рисунок 3.6 – Условие зигзагообразности на РРЛ При повторении частот приема и передачи на пролетах РРЛ частота сигнала, переданного от РРС 1 к РРС 2, совпадает с частотой сигнала, передаваемого от РРС 3 к РРС 4. При определенных условиях распространения радиоволн (например, при наличии явления рефракции), на входе приемника РРС 4 интерферируют сигналы от РРС 1 и РРС 3. В этом и заключается смысл понятия «помеха прямого прохождения». Для снижения величины этих помех угол α между направлением в сторону соседней станции и направлением на станцию, удаленную от первой на три интервала, должен быть больше ширины диаграммы направленности применяемых антенн. На практике минимальное значение α составляет величину примерно 4 – 50. РРС, на которых частота сигнала приема ниже (выше ) частоты сигнала передачи, обозначают соответственно как НВ и ВН (рисунок 3.7). Как правило, большинство РРЛ являются многоствольными, что повышает их пропускную способность. Рассмотрим варианты планов частот для многоствольных систем.  Рисунок 3.7 – Расположение РРС на РРЛ План распределения частот с чередованием частот приема и передачи. На рисунке 3.8 в качестве примера показан вариант частотного плана для 3-х ствольной системы. В данном случае частоты приема и передачи чередуются (отсюда и название плана частот).  Рисунок 3.8 – Частотный план с чередованием частот приема и передачи Обычно на РРС используется одна приемопередающая антенна. Это возможно ввиду достаточной широкополосности применяемых на РРЛ антенн. Ввиду того, что в данном случае фильтры для разделения сигналов передачи и приема трудно реализуемы, на ПРС приходится устанавливать четыре антенны. По этой причине данный план частот находит ограниченное применение. План распределения частот с разнесением (группированием) частот приема и передачи. Пример плана частот для трехствольной системы приведен на рисунке 3.9. В данном случае полоса рабочих частот разбивается на две части, в одной из которых располагаются частоты сигналов приема, а в другой – частоты сигналов передачи.  Рисунок 3.9 – План частот с разнесением частот приема и передачи Ввиду достаточно большого разноса частот сигналов приема и передачи разделительные фильтры достаточно просты в реализации и на ПРС устанавливают только две антенны. Данный план частот широко применяется на практике. План распределения частот характеризуется шагом или величиной разноса между несущими частотами стволов ЦРРС. Организационно этот план определяется руководящими документами, технически - синтезатором или величиной дискретной настройки частот генераторного оборудования приемопередающих устройств (ППУ) при их литерном исполнении. Величина разноса в зависимости от используемого диапазона частот может составлять, например, следующие значения: 1; 2; 3,5; 4; 5; 7; 10; 14; 20; 28; 40 и 56 МГц. На рисунке 3.10 в общем виде показан реальный план распределения частот для шестиствольной ЦРРЛ.  Рисунок 3.10 – Пример многоствольного плана распределения частот Выбор производителем величины шага частот ∆f определяет номенклатуру ряда изготавливаемых им ППУ. Стремление более эффективно использовать частотный ресурс заставляет ужесточать требования по этому показателю. Например, решением ГКРЧ [7] для средств ЦРРС диапазона 11 ГГц с пропускной способностью 2хЕ1, 4 х Е1 (Е2), 8хЕ1 (2хЕ2) определяется шаг сетки частот 5 или 10 МГц соответственно, а для передачи потока Е3 (16хЕ1) - 20 МГц. 3.3.1 Вопросы для самоконтроля 1. Какие элементы входят в состав цифрового ствола? 2. Поясните суть 2 – х частотного и 4-х частотного планов распределения частот 3. Почему станции на РРЛ располагаются зигзагообразно? 4. Поясните назначение элементов ОРС многоствольной РРЛ 3.4 Цифровые радиорелейные станции 3.4.1 Основные преобразования сигналов на ЦРРЛ Рассмотрим основные преобразования сигналов, передаваемых по ЦРРЛ по схеме, приведенной на рисунке 3.11. На вход ОРС 1 по соединительной линии подается линейный цифровой сигнал (ЛЦС) в одном из форматов линейных кодов ЦСП. В регенераторе Р1 производится устранение искажений ЛЦС, внесенных соединительной линией. Далее, в преобразователе кода ПК1 цифровой сигнал c целью упрощения дальнейшей обработки из формата принятого сигнала (AMI, HDB - 3) преобразуется в формат NRZ.  Рисунок 3.11 – Схема преобразований сигналов на ЦРРЛ Принимаемый цифровой сигнал в общем случае может иметь нежелательные для передачи по радио-тракту свойства, а именно: содержать периодические последовательности импульсов. В таких ситуациях ухудшается качество работы канала тактовой синхронизации в регенераторах, что приводит к ошибкам в принятии решений и появлению достаточно длинного пакета ошибок в сигнале на стороне приема. Кроме того, в упомянутых ситуациях в спектре частот модулированного сигнала на выходе передатчика появляются составляющие, которые ухудшают условия электромагнитной совместимости систем радиосвязи. Например, при FSK при равновероятных двоичных символах энергия сигнала сосредоточена в широкой полосе частот (рисунок 3.12а). В упомянутых выше ситуациях энергия излучаемого сигнала сосредотачивается в узкой полосе частот (рисунок 3.12б). Скремблирование – это преобразование, существенно увеличивающее период входного цифрового потока при условии возможности его восстановления на стороне приема при помощи дескремблера. На рисунке 3.12в показана упрощенная структурная схема скремблера. Входной цифровой сигнал суммируется по «модулю 2» с сигналом от генератора псевдослучайной последовательности импульсов ПСП. В результате такого преобразования цифровой сигнал приобретает свойства почти случайного сигнала, т.е улучшаются его статистические свойства и упомянутые выше ситуации исключаются.  Рисунок 3.12 – Скремблирование цифрового потока В преобразователе кода ПК2 формируется модулирующий сигнал, который поступает на модулятор Мд. Этот модулятор, как правило, работает на промежуточной частоте (ПЧ). Значение ПЧ зависит от типа оборудования и схемной реализации модулятора. Вид модуляции определяется требованиями к информационной и энергетической эффективности ЦРРЛ. В передатчике производятся две основных операции: перенос спектра модулированного сигнала ПЧ в рабочий диапазон частот и усиление сигнала по мощности. На промежуточной станции после преобразования частоты принимаемого сигнала на ПЧ и усиления в приемнике Пр сигнал подается на демодулятор Дм. Регенератор Р3 (регенератор радио-ствола), устраняет искажения, внесенные в цифровой сигнал при передаче по радио-стволу. На выходе преобразователя кода ПК3 формируется цифровой сигнал в формате NRZ, который подается на дескремблер ДСК, где удаляется псевдослучайная последовательность (ПСП), введенная в сигнал на этапе скремблирования цифрового сигнала. Затем цифровой сигнал в ПК4 преобразуется в ЛЦС с принятыми в системе параметрами внешнего интерфейса. 3.4.2 Конфигурация оборудования ЦРРС ПЦИ В настоящее время аппаратура ЦРРС производится в виде двух составных частей: аппаратуры наружного размещения (ODU), включающей в себя выносной приемопередающий модуль (ПмПд) и антенный модуль (Ант), и аппаратуры внутреннего размещения (IDU), обычно в виде модульной конструкции, устанавливаемой внутри производственного помещения. На рисунке 3.13 показан состав оборудования ОРС. Пример практической реализации ODU показан на на рисунке 3.14 (оборудование ЦРРС НПО «Микран»).  Рисунок 3.13 – Состав оборудования ОРС ЦРРС  Рисунок 3.14 – Пример ODU ЦРРС Соединение между ODU и IDU производится при помощи кабельной соединительной линии, протяженность которой зависит от первичных параметров кабеля и вида сигналов, передаваемых по этой линии. В ODU размещаются все элементы, зависящие от диапазона и рабочих частот, но инвариантные к изменению скорости передачи. Оборудование внутреннего размещения содержит лишь элементы, определяющие трафик и интерфейсы. Поэтому блок подходит для всех рабочих диапазонов ЦРРС. На вход IDU обычно подаются линейные цифровые сигналы (ЛЦС) от источников информации, соответствующих различным ступеням иерархии ПЦИ. Рассмотрим состав и принцип работы оборудования IDU. При всем многообразии оборудования ЦРРС, выпускаемого различными фирмами, можно выделить ряд общих принципов построения IDU: а) в IDU производится модуляция сигнала ПЧ цифровым сигналом и демодуляция сигнала ПЧ. В этом случае в передатчике производится перенос спектра модулированного сигнала ПЧ в рабочую область частот и все последующие преобразования сигнала. В приемнике сигнал преобразуется на ПЧ. Соединение IDU и ODU производится при помощи радиочастотного кабеля, длина которого (в зависимости от типа кабеля) может достигать 600 м; б) модуляция несущей частоты производится в передатчике. Как правило, в этом случае применяется прямая модуляция несущей частоты. В приемнике производится обратное преобразование с основным усилением на ПЧ и демодуляция сигнала. В этом случае соединение IDU и ODU производится при помощи симметричного кабеля, по которому передается цифровой сигнал. Длина соединительной линии может достигать нескольких километров в зависимости от первичных параметров кабеля и типа ЛЦС. Упрощенная структурная схема оборудования IDU, реализованного по первому варианту для ОРС приведена на рисунке 3.15. В состав IDU входят: модуль доступа (интерфейс каналов трафика, интерфейс дополнительных каналов, мультиплексор и демультиплексор), модем ПЧ, блок телеуправления и сигнализации, вторичный источник питания ВИП, панель индикации и управления ПИУ, кабельный интерфейс. Цифровые информационные сигналы с определенными иерархическими скоростями (Е1, Е2, Е3) через интерфейс каналов трафика подаются на блок мультиплексора MUX, где мультиплексируются с сигналами дополнительных каналов, поступающих через интерфейс дополнительных каналов и сигналами телеуправления и сигнализации ТУ - ТС, предназначенными для телеуправления и сигнализации на ЦРРЛ. Задачей интерфейсов является согласование параметров соединительной линии и параметров аппаратуры, регенерация цифровых сигналов.  Рисунок 3.15 - Упрощенная структурная схема IDU с модуляцией на ПЧ На выходе мультиплексора тактовая частота цифрового сигнала повышается по сравнению с входным сигналом. Далее сигнал подается на модулятор ПЧ, где производится преобразование кода и скремблирование цифрового потока, формирование модулирующего сигнала с последующей модуляцией сигнала ПЧ. С выхода МД ПЧ сигнал через кабельный интерфейс подается в соединительную линию. Кроме того, для контроля и управления ODU с блока телеуправления и сигнализации через кабельный интерфейс подаются сигналы управления и сигнализации. В направлении приема в демодуляторе ДМ ПЧ производится демодуляция сигнала, его регенерация, преобразование в двухуровневый сигнал и дескремблирование. Затем сигнал подается на демультиплексор DEMUX и далее на соответствующие интерфейсы. Для целей электропитания оборудования установлен вторичный источник питания ВИП. При помощи панели индикации и управления производится управление и контроль выносного оборудования. Через кабельный интерфейс подается также напряжение дистанционного питания ODU (на схеме не показано). Структурная схема приемопередающего оборудования, входящего в состав ODU, приведена на рисунке 3.16.  Рисунок 3.16 - Упрощенная структурная схема приемо-передающего Модуля с модуляцией на ПЧ Принятый от IDU сигнал ПЧ через кабельный интерфейс подается на преобразователь частоты передачи ПРЧпд, на второй вход которого подается сигнал с частотой гетеродина передачи, который вырабатывается синтезатором частот СЧ. Сигнал с выхода преобразователя частоты усиливается в усилителе мощности УСВЧ и через ствольный фильтр СтФ, аттенюатор Атт поступает в антенный модуль. Управление частотой СЧ в современных ЦРРС производится с IDU. В направлении приема принимаемый сигнал усиливается в МШУ и подается на ПРЧпр , затем на усилитель промежуточной частоты УПЧ, с выхода которого через кабельный интерфейс поступает в соединительную линию. Блок ТУ и ТС служит для приема сигналов телеуправления ТУ от IDU и подачи на IDU сигналов телесигнализации ТС. Встроенный источник питания предназначен для электропитания приемопередающего модуля. На рисунке 3.17 приведена структурная схема ПРС с выделением цифровых потоков (одноствольный вариант). На этой схеме: ДП – диплексер, МВВ – мультиплексор ввода-вывода. Назначение остальных элементов схемы рассмотрено выше. На рисунке 3.18 приведена структурная схема ПРС без выделения цифровых потоков.  Рисунок 3.17 – Структурная схема ПРС ЦРРЛ с выделением цифровых потоков  Рисунок 3.18 – Структурная схема ПРС ЦРРЛ без выделения цифровых потоков 3.4.3 Вопросы для самоконтроля Какие преобразования цифрового сигнала осуществляются на ЦРРЛ? С какой целью применяется скремблирование цифрового потока? Какие элементы входят в состав IDU? Какие элементы входят в состав ODU? Поясните назначение элементов структурной схемы ПРС с выделением цифровых потоков Поясните назначение элементов ПРС без выделения цифровых потоков 3.5 Радиоприемные устройства ЦРРС Радиоприемное устройство (в дальнейшем «приемник») предназначено для приема, обработки сигнала и подачи его к потребителю с нужным качеством. Рассмотрим основные параметры радиоприемных устройств ЦРРЛ. В широком смысле под чувствительностью приемника понимают его способность принимать слабые сигналы. На практике имеют дело с реальной чувствительностью, т.е. такой чувствительностью, при которой обеспечивается заданное качество приема сигналов. В дальнейшем будет использоваться это понятие. Чувствительность приемника – минимальный уровень сигнала на входе приемника, при котором обеспечивается требуемое значение коэффициента ошибок на выходе приемника. В технических параметрах аппаратуры эта величина приводится в дБВт или в дБм. На практике эта величина лежит в пределах от минус 100 до минус 130 дБВт при значении кош = 10-3. Избирательность радиоприемника – способность приемника выделять нужный сигнал из множества сигналов, поступающих на его вход. Идеальная АЧХ приемника должна быть прямоугольной (рисунок 3.19).  Рисунок 3.19 – Кривые избирательности приемника Полоса пропускания такого приемника однозначно определяется как 2∆f. Очевидно, что такой приемник обладает идеальной избирательностью. Частотная характеристика реального приемника отличается от идеальной. Полосой пропускания в данном случае называют полосу частот, в пределах которой ослабление частотных составляющих сигнала не превышает заданного значения. Принято считать, что если неравномерность АЧХ в пределах полосы пропускания не превышает 3 дБ, то искажения сигнала будут отсутствовать. Это соответствует уровню 1 /  = 0, 707. Именно на этом уровне определяется полоса пропускания.Количественная оценка избирательности может быть также произведена по резонансной характеристике приемника, где К/К0 – относительное усиление приемника, К0 – коэффициент усиления на резонансной частоте (∆f = 0), К – коэффициент усиления на произвольной частоте. Если, например, частота помехи отличается от частоты сигнала на ±∆f1 , то в этом случае избирательность будет означать, во сколько раз ослабляется помеха по сравнению с полезным сигналом, т.е. избирательность определяется отношением К0/К. Коэффициент шума приемника – параметр, характеризующий величину мощности шумов, вносимую в тракт приема самим приемником. Рассмотрим два варианта наиболее распространенных схем приемников (рисунок 3.20) с использованием терминологии теории радиоприемных устройств. В схеме приемника прямого усиления (рисунок 3.20а) входная цепь выделяет полезный сигнал из совокупности сигналов, принятых антенной и ослабляет мешающие сигналы. Усилитель радиочастоты (УРЧ) усиливает принятые сигналы и производит дальнейшее ослабление мешающих сигналов. Детектор (Д) преобразует высокочастотное модулированное колебание в полезный сигнал низкой частоты, который после усиления в усилителе низкой частоты (УНЧ) поступает к получателю информации. Приемник прямого усиления не может обеспечить хорошую избирательность и высокую чувствительность, особенно в СВЧ диапазоне. Это объясняется тем, что по мере повышения частоты возрастает полоса пропускания резонансной цепи, Так, полоса пропускания одиночного контура 2∆f и его добротность Q связаны соотношением: 2∆f = fс / Q, где fс – частота принимаемого сигнала.  Рисунок 3.20 – Структурные схемы радиоприемников Поэтому на высоких частотах увеличивается мощность помех в тракте приема, и, следовательно, снижается чувствительность приемника. Заметим, что сделать селективную часть приемника прямого усиления близкой к прямоугольной практически невозможно, так как этот контур должен быть перестраиваемым. Фильтры, обеспечивающие почти прямоугольную АЧХ, являются многоконтурными и беспечить их одновременную перестройку практически невозможно. Именно поэтому такой приемник обладает плохой избирательностью. От указанных недостатков свободен супергетеродинный приемник. В супергетеродинном приемнике (рисунок 3.20б) принятый сигнал с выхода УРЧ подается на преобразователь частоты. Преобразование частоты производится с помощью нелинейного элемента – смесителя (См), на который подается принимаемый сигнал и сигнал от гетеродина (маломощного генератора). Целью преобразования частоты является понижение частоты принимаемого сигнала до так называемой промежуточной частоты (ПЧ), которая занимает промежуточное значение между частотой принимаемого сигнала (ниже ее) и частотой полезного сигнала (выше ее). Из спектра частот на выходе преобразователя частоты выделяется разностная частота, которая и является промежуточной: fпч = fc – fг При изменении частоты принимаемого сигнала за счет перестройки частоты сигнала гетеродина значение ПЧ остается постоянным. Название «супергетеродин» составное (супер + гетеродин), в котором «гетеродин» указывает на наличие в приемнике характерного каскада – гетеродина, входящего в состав преобразователя частоты. Приставка «супер» означает, что преобразованная частота выше (сверх) частоты информационного сигнала. Преобразование частоты принимаемого сигнала в промежуточную позволяет значительно улучшить избирательность приемника. Поясним это на простом примере. Пусть на входе приемника присутствуют два синала с частотами f1 = 20 МГц и f2 = 20, 2 МГц. Относительная разность частот между сигналами: ∆f/f1 = (20, 2 - 20)/20 = 0, 01 = 1%. Контур в радиочастотном диапазоне имеет добротность 20-50, т.е. относительную полосу пропускания 5 – 2 %. Частота сигнала f2 отличается от избранной и поэтому будет создавать заметную помеху. Если произвести преобразование несущей частоты f1 , то при частоте сигнала гетеродина fг = 20, 5 МГц получаются две промежуточные частоты: fпч1 = 20, 5 – 20 = 0, 5 МГц и fпч2 = 20, 5 – 20, 2 = 0, 3 МГц. При этом относительная разность между частотами ∆f/f1 = (0, 5 – 0, 3)/0, 5 = 40%. Относительная разность частот увеличилась от 1 до 40%. В этих условиях сигнал f2 не будет являться помехой для фильтров преобразователя частоты, настроенных на частоту 0, 5 МГц, даже при сравнительно низкой добротности. Благодаря тому, что ПЧ постоянна и ниже частоты сигнала приема, в усилителе промежуточной частоты (УПЧ) применяются неперестраиваемые связанные колебательные контуры и более сложные фильтры (часто их называют фильтрами сосредоточенной селекции). Это позволяет получить высокую избирательность и большое устойчивое усиление на промежуточной частоте. Но за счет преобразования частоты в супергетеродинном приемнике возникают дополнительные каналы приема, главным из которых является зеркальный канал приема. Такой канал отличается от основного по частоте на удвоенное значение промежуточной частоты, т.е. fзк = fс + 2 fпч (рисунок 3.21).  Рисунок 3.21 – Возникновение зеркальной помехи Если на вход приемника поступает сигнал с частотой основного канала приема fс и сигнал помехи с частотой fзк, то в тракт УПЧ с выхода преобразователя частоты поступают два сигнала c ПЧ: fпч = fc – fг = fзк - fг Поэтому приемник должен обеспечить не только заданную избирательность по основному каналу приема, но и требуемую избирательность по зеркальному каналу приема. Для этого необходимо увеличивать избирательность каскадов приемника, стоящих до преобразователя частоты. Для повышения избирательности по соседнему каналу желательно значение ПЧ выбирать высокой. При этом зеркальные помехи отстоят дальше по частоте и входная цепь и УРЧ ослабляют их сильнее. Однако, в этом случае уменьшается коэффициент устойчивого усиления УПЧ и расширяется его полоса пропускания, что приводит к снижению чувствительности приемника и его избирательности по зеркальному каналу. Из этого следует, что требования к значению ПЧ противоречивы. В цифровых РРЛ требуются высокие чувствительность и избирательность приемников (например, на магистральных линиях) )как по соседнему, так и по зеркальному каналам приема. Это невозможно выполнить при одной промежуточной частоте. Поэтому в таких приемниках применяют двойное преобразование частоты. При этом первую промежуточную частоту выбирают достаточно высокой, за счет чего обеспечивается высокая избирательность по соседнему каналу. Вторая ПЧ выбирается достаточно низкой, что позволяет получить высокий устойчивый коэффициент усиления и таким образом повысить чувствительность приемника. С учетом изложенного строятся приемники ЦРРС. На рисунке 3.22 приведена упрощенная структурная схема приемника ЦРРС с одним преобразователем частоты.  Рисунок 3.22 – Структурная схема приемника ЦРРС с одним преобразованием частоты На этом рисунке: СТф – ствольный фильтр (функция входной цепи приемника), МШУ – малошумящий усилитель (усилитель радиочастоты), См пр – смеситель приемника, Гт пр – гетеродин приемника, ФУП – фильтр узкополосный, предназначенный для ограничения мощности тепловых шумов, которые могут попасть в тракт приема от гетеродина приемника Гт пр, УПЧ – усилитель промежуточной частоты. В современных ЦРРС демодулятор приемника обычно входит в состав IDU. Структурная схема приемника с двумя преобразованиями частоты приведена на рисунке 3.23.  Рисунок 3.23 – Структурная схема приемника с двумя преобразованиями частоты 3.6 Радиопередающие устройства ЦРРС В передатчике (рисунок 3.24а) сигнал ПЧ усиливается в МУПЧ и подается на преобразователь частоты, состоящий из смесителя передатчика (См пд) и гетеродина передатчика (Гт пд).  Рисунок 3.24 – Структурная схема передатчика ЦРРЛ Преобразователь частоты осуществляет перенос спектра модулированного сигнала ПЧ (рисунок 3.24б) в рабочий диапазон частот. Частота передачи каждого ствола определяется планом распределения частот, применяемым на ЦРРЛ. При помощи фильтра боковой полосы (ФБП) из спектра сигнала на выходе преобразователя частоты (рисунок 3.24г) выделяется одна из боковых полос (БП) и подается на усилитель мощности (УМ). К основным параметрам передатчика относятся: мощность сигнала, подводимого к антенне, рабочий диапазон частот, стабильность частоты. 3.7 Количество стволов на ЦРРЛ и схемы резервирования В большинстве случаев ЦРРЛ являются многоствольными. При двухчастотных планах распределения частот в связи с достаточно высокой широкополосностью применяемых антенн, возможна организация работы на одну антенну нескольких стволов. Упрощенная структурная схема ОРС многоствольной ЦРРЛ приведена на рисунке 3.25.  Рисунок 3.25 – Структурная схема ОРС на многоствольной РРЛ На этой схеме дополнительно к ранее рассмотренным элементам ЦРРС устанавливаются: ФСЛ – фильтры сложения сигналов стволов на передаче; РФ – разделительные фильтры на стороне приема; УС – устройство совмещения трактов передачи и приема (развязывающее устройство). С целью повышения качества и надежности ЦРРЛ применяется резервирование. В любом случае речь идет о конфигурации построения СВЧ-оборудования РРЛ. На практике применяются различные варианты комплектации РРЛ резервным оборудованием, например, 1+0, 1+1, 2+0, 2+1 и т.д. Различают так называемое "холодное" и "горячее" резервирование. Под "холодным" резервом понимается наличие в составе РРЛ дополнительного комплекта СВЧ - приемопередающего оборудования, подсоединенного к общему антенно-фидерному тракту (АФТ), которое, однако, выключено. Под "горячим" резервом понимается наличие в составе РРЛ дополнительного комплекта СВЧ-оборудования, которое подсоединено к АФТ и находится во включенном состоянии. "Горячее" резервирование применяют в тех случаях, когда недопустимы перерывы связи, либо РРЛ задействована на важных информационных направлениях. Напротив, "холодное" резервирование применяется в тех случаях, когда длительность перерывов связи не критична. На практике, как правило, осуществляется "горячее" резервирование стволов магистральных РРЛ, а также стволов обеспечивающих передачу телевидения. Резервирование бывает ручным и автоматическим. При ручном резервировании переход на резервный комплект осуществляется вручную. Данный вариант используется при техническом обслуживании РРЛ. При автоматическом "горячем" резервировании оборудование основного и резервного стволов подключено к устройству анализа (оно, как правило, входит в состав демодулятора), но только один из стволов, например, основной - к оконечному оборудованию. При изменении качества связи ниже некоторого допустимого значения, для оценки которого чаще всего используется коэффициент ошибок (Кош (BER)), происходит автоматическое переключение на резервный ствол. Различают безобрывный (без ошибок) и небезобрывный переход (при пропадании сигнала, выходе из строя оборудования или ухудшении качества связи). Критерии переключения и суммарное время перехода на резервный ствол определяются руководящими документами. Например, для магистральных линий эти величины составляют для безобрывного перехода Кош(BER)=10-10-10-13, для небезобрывного - Кош(BER) = 10-3—10-6 и не более 50 мс, соответственно. Скорость передачи в радиостволе складывается из сигналов основного и дополнительного трафика. Сигналами основного трафика современных средств ЦРРС могут быть потоки от 2,048 до 622,080 Мбит/с, в то время как сигналы дополнительного трафика составляют потоки 2,048 Мбит/с, 64 и 9,6 кбит/с и другие. Кратность последних может измеряться единицами. Высокоскоростная передача с учетом ограничения на разнос между частотами соседних стволов возможна только с использованием многопозиционной модуляции. Чаще других в настоящее время для этих целей применяется квадратурно-амплитудная модуляция (КАМ). Для удобства маневрирования информационными потоками используют мультиплексирование. Поэтому стандартизованные потоки Е2 и Е3 могут передаваться в различных конфигурациях: 4хЕ1; 8хЕ1; 16хЕ1, 2хЕ2. Следует помнить, что введение в состав ЦРРС мультиплексоров/ демультиплексоров и соответствующего интерфейсного оборудования приводит к росту ее стоимости. Вид модуляции определяет помехоустойчивость приема радиосигналов и ширину их спектра. До недавнего времени наиболее часто в средствах ЦРРС применялась двухуровневая относительная фазовая (ОФМ-2) и частотная модуляция. Однако необходимость повышения эффективности использования спектра (ЭИС), под которой понимают количество передавемой информации в единицу времени в полосе частот, равной 1 Гц (ЭИС имеет размерность бит/с/Гц), заставляет все шире прибегать к многопозиционной модуляции. Так, например, применение КАМ-128 по сравнению с классической ОФМ-2 при заданном значении Кош (BER) = 10-6 может обеспечить повышение ЭИС до 7 раз. Однако следует помнить, что применение методов многопозиционной модуляции требует значительного увеличения энергетики РРЛ. Например, при КАМ-128 и Кош (BER) = 10-6 по сравнению все с той же ОФМ-2 отношение сигнал/шум (ОСШ) на входе приемника должно быть увеличено на 14 дБ. Обеспечить такой прирост улучшения ОСШ только за счет увеличения энергетических параметров трактов передачи и приема средств ЦРРС сложно. Поэтому на практике применение многопозиционной модуляции практически всегда сочетается с помехоустойчивым кодированием. Кроме того, к оборудованию подобных линий предъявляются более жесткие требования по линейности их радиотрактов. Для повышения устойчивости связи в них используются и другие технические решения, например, применение разнесенного приема и (или) выравнивание АЧХ с помощью эквалайзеров и т.д. В связи с этим вполне очевидно, что высокоскоростные средства ЦРРС по абсолютной стоимости должны превосходить средства более низкого класса. 3.7.1 Вопросы для самоконтроля Что означает термин «избирательность» приемника? Что означает термин «чувствительность» приемника? Поясните назначение элементов структурной схемы приемника прямого усиления Поясните назначение элементов супергетеродинного приемника Что означает термин «зеркальный канал приема»? С какой целью применяются приемники с двумя преобразованиями частоты? Поясните назначение элементов передатчика РРЛ 3.8 Качественные показатели ЦРРЛ 3.8.1 Нормирование качественных показателей цифровых радиорелейных линий Нормы основываются на рекомендациях МСЭ-Р и МСЭ-Т и распространяются на линейные цифровые тракты ПЦИ: первичный цифровой тракт (2048 кбит/с), вторичный цифровой тракт (8448 кбит/с), третичный цифровой тракт (34368 кбит/с), четверичный цифровой тракт (139264 кбит/с), а также на цифровые тракты СЦИ STM-1 (155 Мбит/с) и SUB-STM -1 (51 Мбит/с), которые могут быть организованы на ЦРРЛ ВСС РФ. Для цифровых радиорелейных трактов нормируются показатели качества и готовности. Показатели качества по ошибкам нормируются рекомендациями МСЭ – Т G.821 и G.826. При этом рекомендация G.821основана на измерении ошибок по битам. Используются следующие критерии: коэффициент ошибок по битам кош (BER), определяется как кош = Nош/Nпер = Nош / ВТ, (3.1) где Nош – число ошибочных бит за интервал времени T, Nпер – число бит информации за интервал времени T, В – скорость передачи информации (бит/с); секунда с ошибками (ES), определяемая как односекундный период, содержащий один ошибочный бит или более; секунда со значительным количеством ошибок (SES), определяется как односекундный период, в котором кош ≥10-3 ; коэффициент секунд с ошибками (ESR), определяемый отношением ES к общему количеству секунд в |