Радиорелейная связь

Історія

У СРСР початок розвитку радіорелейного промисловості було покладено в середині 50-х років. Причиною для цього стала дешевизна  радіорелейного зв'язку в порівнянні з кабельними лініями, особливо в  умовах величезних просторів з нерозвиненою інфраструктурою і складною геологічною  структурою місцевості. Перша магістральна радіорелейна система Р-600 (Р-600М, Р-600-МВ, «Світанок-2») була створена в 1958 році. У 1970 році з'явився комплекс уніфікованих радіорелейних систем «КУРС». Все  це дозволило в 60-70-ті роки розвинути  мережу зв'язку країни, забезпечити якісну телефонію і налагодити передачу програм центрального телебачення. До середини 70-х років в країні була побудована унікальна радіорелейна лінія, довжина якої складала близько 10 тис. км, ємністю кожного стовбура рівній 14400 каналів тональної частоти. Сумарна протяжність РРЛ в СРСР перевищила до середини 70-х років 100 тис. км.

Серед створених радіорелейних  ліній зв'язку можна назвати тропосферного  радіорелейний лінію зв'язку «Північ» (ТРРЛ «Північ»).

C початку 90-х років  в Росії для побудови мереж  передачі даних починають активно  застосовуватися цифрові радіорелейні  станції плезіохронной цифрової  ієрархії і, пізніше, синхронної  цифрової ієрархії в основному  закордонного виробництва.

Найбільш протяжні місцеві  і внутрізонові мережі передачі даних, засновані на РРЛ в даний час  мають оператори стільникового  зв'язку, такі як Білайн, Мегафон і  МТС. Найбільш протяжні магістральні мережі передачі даних, засновані на РРЛ  належать Ростелекому.

 

Радіорелейний зв’я́зок — радіозв'язок по лінії, утвореній ланцюжком приймально-передавальних (ретрансляційних) радіостанцій. Наземний радіорелейний зв'язок здійснюється звичайно на деци- і сантиметрових хвилях. Антени сусідніх станцій звичайно розташовують у межах прямої видимості, тому що це найнадійніший варіант. Для збільшення радіусу видимості антен їх встановлюють якнайвище — на щоглах (вежах) висотою 70-100 м (радіус видимості — 40-50 км) і на високих будівлях.

Граничним випадком цього підходу  є супутниковий зв’язок — у ній ретранслятор винесений на максимально можливу висоту (десятки тисяч кілометрів!), і в зоні його видимості — майже половина земної кулі! Довжина наземної лінії радіорелейного зв'язку — до 10000 км, ємність — до декількох тисяч каналів.

 

Радіорелейний зв'язок забезпечує:

1. Багатоканальність та високу пропускну здатність;
2. Велику дальність зв’яжу (є можливість використовувати цей тип зв’язку на дуже великих дистанціях);
3. Дуплексність каналів та трактів (тобто канали працюють одночасно як на прийом так і на передачу даних).
4. Суворе нормування якісних користувачів і електричних каналів та трактів, а також низький рівень в цих каналах шумів та завад.

Радіорелейні  станції діляться на два типи:

1. Радіорелейні станції прямої видимості;
2. Радіорелейні станції тропосферного розсіювання;

Окрім цього лінії  поділяються за рівнями ємкості:

1. Лінії великої ємності – магістральні;
2. Лінії середнього рівня ємності – зонові;
3. Лінії малоканальні – використовуються найчастіше для забезпечення зв’язку на залізниці, транспортних газопроводах, нафтопроводах, лініях електропередач.

У випадку зі станціями  прямої видимості траса вибирається  так, щоб між антенами сусідніх станцій  була пряма видимість. Зв'язок виконується  за допомогою радіохвиль, що розповсюджуються паралельно поверхні землі.

Антени сусідніх станцій  розташовують у межах прямої видимості (за винятком тропосферних станцій). Для  збільшення довжини інтервалу між  станціями антени встановлюють як можна  вище - на щоглах (вежах) висотою 10-100 м (радіус видимості - 40-50 км) і на високих будівлях. Станції можуть бути як стаціонарними, так і рухливими (на автомобілях).

Протяжність наземної лінії  радіорелейного зв'язку - до 10000 км, ємність - до декількох тисяч каналів тональної  частоти в аналогових лініях зв'язку, і до 622 мегабіт в цифрових лініях зв'язку. У загальному випадку, протяжність  і ємність (швидкість передачі даних) знаходяться в обернено пропорційній залежності один від одного: як правило, чим більше відстань, тим нижче  швидкість, і навпаки.

У другому випадку радіохвилі досягають точки прийому за рахунок  розсіювання на неоднорідностях  тропосфери.  До частоти 12ГГц атмосферні явища чинять слабкий вплив на якість радіозв'язку, на частотах вище 15ГГц цей вплив стає помітним, а вище 40ГГц визначальним, крім того, на частотах вище 40ГГц значний вплив  на якість зв'язку надає загасання  в атмосфері Землі.

Атмосферні втрати, в основному, складаються з втрат в атомах кисню і в молекулах води. Практично  повна непрозорість атмосфери для  радіохвиль спостерігається на частоті 118.74 ГГц (резонансне поглинання в атомах кисню), а на частотах більше 60 ГГц  погонное згасання перевищує 15 дБ / км. Ослаблення в водяних парах атмосфери  залежить від іхконцентраціі і вельми велике у вологому теплому кліматі  і домінує на частотах нижче 45 ГГц.

Характерними  особливостями радіорелейного зв’язку  є:

1. Використовування принципу ретрансляції сигналів для забезпечення необхідної дистанції зв’язку
2. Використовування, як правило, гостро направлених антен
3. Використовування методу радіозв’язку на ультракоротких хвилях.

Радіорелейні засоби дозволяють здійснювати  дуплексний багатоканальний телефонний, телеграфний,  відеотелефоний та факсів зв'язок у дуже великій якості та малою залежністю від пори року та дня також від атмосферних  та місцевих електричних завад. Канали зв’язку використовуються, як правило, у комплексі з апаратурою, що автоматично  засекречує данні, що передаються. Зв'язок між двома віддаленими пунктами утворюється шляхом використовування ряду прийомо-передавальних радіорелейних  станцій, що знаходяться одна від  одної на відстані прямої геометричної видимості між їхніми антенами. Сучасне  радіорелейне обладнання забезпечує передачу даних між вузлами, рознесеними на відстань до 50 км, зі швидкостями від 4 Мб/с до 155/311 Мб/с і надає різноманітні інтерфейси (nE1, 10/100Base-T, STM-1 і т.д .) та їх поєднання.

Радіорелейні системи  в даний час використовуються для з'єднання віддалених об'єктів  в одну мережу, коли немає можливості пов'язувати воєдино віддалені  комп'ютерні мережі, або ж прокладання оптоволоконних магістралей економічно невигідно, а також для створення магістральних каналів опорної мережі для операторів зв'язку.  

Зазвичай на станціях встановлюють декілька комплектів пріємо-передавальної  апаратури, що розміщуються загалом  технічній будівлі і що використовують загальні джерела електроживлення, опори антен і самі антени. Т. о., на лінії створюється декілька т.з. стволів зв'язку і збільшується її пропускна спроможність. Для одночасної передачі сигналів по багатьом телефонним каналам в лініях Р. с. застосовують частотне і тимчасове розділення каналів. Частотне розділення каналів  забезпечує більше в порівнянні з  тимчасовим число каналів в одному стволі (наприклад, до 2700 замість 100), проте  при тимчасовому розділенні апаратура простіше і компактніше.

Переваги  та недоліки

Радіорелейний зв'язок поєднує  в собі переваги як радіозв’язку так  і провідного багатоканального зв’язку  та займає проміжне положення і як у кожного типу зв’язку він  має як свої переваги так і недоліки. Вони приведені нижче:

Переваги:

1. Можливість організації багатоканального зв’язку та передачі будь яких сигналів, як вузько смугових так і широкосмугових;
2. Можливість забезпечення двухсторонього зв’язку (дуплексного зв’язку);
3. Можливість створення 2-х  провідних та 4-х провідних виходів каналів зв’язку;
4. Практична відсутність атмосферних та промислових завад;
5. Вузька направленість випромінювання антенних пристроїв;
6. Збереження часу на організацію зв’язку в порівнянні з провідним зв’язком.

Недоліки:

1. Необхідність забезпечення прямої геометричної видимості між антенами сусідніх станцій;
2. Необхідність використовування високо піднятих антен;
3. Використання посередніх станцій для передачі даних на великі відстані, що є причиною невеликої надійності та якості зв’язку;
4. Великі габарити апаратури, що необхідна для використання радіорелейного зв’язку;
5. Проблематичність будування радіорелейних ліній в важкодоступних місцях.

Основні переваги сучасних радіорелейних ліній зв'язку:

• швидке розгортання ліній зв'язку при відносно невеликих фінансових інвестиціях;
• можливість безперешкодного проходження мережі над транспортними магістралями, над водними поверхнями;
• висока рентабельність експлуатації радіорелейних мереж;
• мінімальна вартість експлуатації мереж;
• ефективна організація якісного зв'язку у складних географічних та кліматичних умовах;
• багатофункціональне використання каналів зв'язку для передачі голосової і відеоінформації, електронних документів, забезпечення доступу до мережі інтернет.
• ефективне використання смуги частот.
• відновлення зв'язку в районах стихійних лих при рятувальних операціях.

РРС класифікують за такими ознаками:

• швидкість передачі (високошвидкісні, середньошвидкісні, низькошвидкісні);
• ємність радіорелейної лінії (великий ємності, середньої місткості, малоканальні);
• за кількістю прольотів – однопрогонові, багатопрольотні.

 

Конфігурації  і методи резервування

На найбільш важливих напрямках  з метою зменшення неготовності інтервалів РРЛ застосовують різні  методи резервування обладнання РРЛ. Зазвичай конфігурації з резервуванням обладнання РРЛ позначають у вигляді суми "N + M", де N позначає загальну кількість  стовбурів РРЛ, а M - кількість зарезервованих стовбурів РРЛ. Після суми додають  абревіатуру HSB, SD мул FD, що позначає метод  резервування стовбурів РРЛ.

Зменшення коефіцієнта неготовності досягається за допомогою дублювання функціональних блоків РРЛ або використанням  окремого резервного стовбура РРЛ.

Конфігурація 1 +0

Конфігурація обладнання РРЛ з одним стволом без  резервування.

Конфігурація N +0

Конфігурація обладнання РРЛ з N стовбурами без резервування. Конфігурація N +0 являє собою кілька частотних стовбурів РРЛ або  стовбурів з різною поляризацією, що працюють через одну антену. У  разі використання декількох частотних стовбурів поділ стовбурів здійснюється за допомогою дільника потужності і частоти смугових фільтрів. У разі використання стовбурів РРЛ з різною поляризацією поділ стовбурів здійснюється застосуванням спеціальних антен, що підтримують прийом і передачу сигналів з різними поляризаціями (наприклад, кроссполярізаціонних антен, що мають однаковий коефіцієнт підсилення для сигналу з горизонтальною і вертикальною поляризацією).

Конфігурація N +0 не забезпечує резервування РРЛ, кожен стовбур  являє собою окремий фізичний канал передачі даних. Дана конфігурація зазвичай використовується для збільшення пропускної спроможності РРЛ. В обладнанні РРЛ готельні фізичні канали передачі даних можуть бути об'єднані в один логічний канал.

Конфігурація N +1 HSB (Hot StandBy)

Конфігурація обладнання РРЛ з N стовбурами і одним резервним  стовбуром, що знаходяться в "гарячому" резерві. Фактично резервування досягається шляхом дублювання всіх або частини функціональних блоків РРЛ. У разі виходу одного з блоків РРЛ з ладу, блоки, що знаходяться в "гарячому" резерві заміняю непрацездатні блоки.

Конфігурація N + M HSB (Hot StandBy)

Конфігурація обладнання РРЛ з N стовбурами і M резервним стовбуром, що знаходяться в "гарячому" резерві.

Конфігурація N +1 SD (Space Diversity)

Конфігурація N + M SD (Space Diversity)

Конфігурація N +1 FD (Frequency Diversity)

Конфігурація N + M FD (Frequency Diversity)

Кільцева топологія побудови РРЛ

Побудовані інтервалів РРЛ  по кільцевої топології є одним  з найнадійніших способів резервування, навіть якщо всі інтервали РРЛ  в кільці працюють в конфігурації 1 +0. Але існують кілька правил побудови кільцевої топології інтервалів РРЛ: кількість прольотів в кільці повинно бути не менше чотирьох, а також кут між сусідніми інтервалами РРЛ повинен бути більше 90 °.

Як правило в реальних мережах, що складається з інтеравлів РРЛ, комбінують різні методи резервування з метою збільшення надійності мережі.

Використання  радіорелейної лінії

Цифрові РРЛ використовуються не тільки для організації PDH і SDH ліній  зв'язку, а також для організації Ethernet ліній зі швидкістю передачі до 2,5 Гбіт / с зв'язки без використання таких технілогій, як EoPDH, PoSDH. Передача Ethernet кадрів без необхідності інкапсуляції їх TDM кадри (потоки E1 або E3, фрейми SDH і  т.п) можлива завдяки використанню пакетного радіокадра замість TDM радіокадра в радіоканалі. Згідно технологій, що використовуються для організації  радіокадров розрізняють наступні види цифрових РРЛ: