Radio relejna komunikacija

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Radio relejne antene na telekomunikacionom tornju

Radio relejna komunikacija je jedna od vrsta zemaljskih radio komunikacija zasnovana na višestrukom prenošenju radio signala [1] . Radio relejna komunikacija se u pravilu odvija između stacionarnih objekata.

Istorijski gledano, radio relejna komunikacija između stanica odvijala se pomoću lanca relejnih stanica, koje su mogle biti aktivne ili pasivne.

Posebnost radio relejnih komunikacija od svih ostalih vrsta zemaljskih radio komunikacija je upotreba visokousmjerenih antena , kao i decimetarskih , centimetarskih ili milimetarskih radio valova.

Priča

Emile Guarini Forecio
Repetitor Emile Guarini-Forecio
Naslovnica knjige Emilea Guarinija Forecia (1899) koja opisuje njegovu konstrukciju radio relejnog releja

Istorija radio-relejne komunikacije datira iz januara 1898. godine objavljivanjem praškog inženjera Johanna Mattauscha u austrijskom časopisu Zeitschrift für Electrotechnik (v. 16, S. 35 - 36) [2] [3] Međutim, njegova ideja o Upotreba "prevodioca" (Translator), po analogiji sa prevodiocima žičane telegrafije, bila je prilično primitivna i nije se mogla implementirati.

Prvi pravi radio-relejni sistem izumio je 1899. godine 19-godišnji belgijski student italijanskog porijekla Emile Guarini Foresio [2] [4] . Dana 27. maja 1899. godine po starom stilu, Emile Guarini- Forecio je podnio prijavu patenta za pronalazak br. 142911 kod belgijskog zavoda za patente, opisujući po prvi put radio-relejni uređaj (répétiteur) [2] [4] . Ova istorijska činjenica je najraniji dokumentarni dokaz o prioritetu E. Guarini-Forecia , što nam omogućava da ovaj datum smatramo službenim rođendanom radio relejnih komunikacija. U avgustu i jeseni iste 1899. godine, slične prijave podnio je E. Guarini-Forecio u Austriji, Velikoj Britaniji, Danskoj, Švicarskoj [2] [4] . Karakteristika Guarini-Foreciovog izuma bila je kombinacija uređaja za prijem i odašiljanje u jednom repetitoru, koji prima signale, demodulira ih u koherer i zatim ih koristi za upravljanje relejem, koji omogućava formiranje ažuriranih signala, koji su potom ponovo emituje preko antene. Kako bi se osigurala elektromagnetna kompatibilnost, prijemni segment repetitora je okružen zaštitnim štitom dizajniranim da zaštiti prijemna kola od snažnog zračenja predajnika.

Godine 1901. Guarini-Forecio je zajedno s Fernandom Ponceleom izveo niz uspješnih eksperimenata za uspostavljanje radio relejnih veza između Brisela i Antwerpena sa srednjim automatskim repetitorom u Mechelenu. Sličan eksperiment krajem 1901. također je izveden između Brisela i Pariza [2] [4] .

Test antene 1931. radio relejna veza od 1,7 GHz preko Engleskog kanala. Prijemna antena (stražnja, desna) bila je smještena iza antene za odašiljanje kako bi se izbjegle smetnje.

Godine 1931. André Clavier , radeći u francuskom istraživačkom odjelu LCT kompanije ITT , pokazao je mogućnost organiziranja radio komunikacije korištenjem ultra-kratkih radio valova. Tokom preliminarnih ispitivanja 31. marta 1931. Clavier je uspješno prenosio i primao telefonske i telegrafske poruke koristeći eksperimentalnu radio-relejnu liniju koja radi na 1,67 GHz , postavljajući dvije parabolične antene prečnika 3 m na dvije suprotne obale La Manša [5] ... Važno je napomenuti da su se mjesta postavljanja antena praktički poklopila s mjestima polijetanja i slijetanja istorijskog leta Louisa Blériota preko Lamanša. Uspješan eksperiment Andréa Clavira rezultirao je daljnjim razvojem komercijalne radio relejne opreme. Prvu komercijalnu radio-relejnu opremu proizveo je ITT, odnosno njegova podružnica STC , 1934. godine i koristila je amplitudnu modulaciju nosećeg vala snage 0,5 vati na 1,724 i 1,764 GHz, dobivenu klistronom .

Lansiranje prve komercijalne radio-relejne linije obavljeno je 26. januara 1934. godine. Linija je imala dužinu od 56 km preko Lamanša i povezivala je aerodrome Lympne u Engleskoj i Saint-Englever u Francuskoj. Izgrađena radiorelejna linija omogućila je istovremeni prenos jednog telefonskog i jednog telegrafskog kanala i korišćena je za koordinaciju vazdušnog saobraćaja između Londona i Pariza. 1940. godine, tokom Drugog svjetskog rata, linija je demontirana.

Radio relej vidnog polja

Radio relej vidnog polja

Radio-relejna komunikacija se u pravilu podrazumijeva kao radio-relejna komunikacija u vidnom polju.

Prilikom izgradnje radio-relejnih komunikacionih linija, antene susjednih radio-relejnih stanica nalaze se unutar vidnog polja [1] . Zahtjev za pravocrtnom linijom nastaje zbog pojave difrakcijske fadinga kada je put širenja radija potpuno ili djelomično pokriven. Gubici zbog difrakcije mogu uzrokovati snažno slabljenje signala, čime se sprječava radio komunikacija između susjednih radio relejnih stanica. Zbog toga se za stabilnu radio komunikaciju antene susjednih radio relejnih stanica obično postavljaju na prirodnim visinama ili na posebnim telekomunikacionim tornjevima ili jarbolima kako na putu širenja radio talasa nema prepreka.

Uzimajući u obzir ograničenja u pogledu potrebe za linijom vidljivosti između susjednih stanica, domet radio-relejne komunikacije je u pravilu ograničen na 40-50 km.

Troposferska radio relejna komunikacija

Troposferska komunikacijska linija (područje sjecišta radijacijskih obrazaca je istaknuto crvenom bojom)

Pri izgradnji troposferskih radiorelejnih komunikacionih linija koristi se efekat refleksije decimetarskih i centimetarskih radio talasa od turbulentnih i slojevitih nepravilnosti u donjoj atmosferi - troposferi [6] .

Upotreba efekta dugog dometa troposferskog širenja VHF radio valova omogućava organiziranje komunikacije na udaljenosti do 300 km u nedostatku direktne vidljivosti između radio relejnih stanica. Domet komunikacije može se povećati do 450 km kada se radio relejne stanice nalaze na prirodnim visinama.

Troposferske radio relejne komunikacije karakterizira snažno slabljenje signala. Slabljenje nastaje kako kada se signal širi kroz atmosferu, tako i zbog raspršivanja dijela signala kada se reflektira od troposfere. Stoga se za stabilnu radio komunikaciju po pravilu koriste predajnici snage do 10 kW, antene velikog otvora (do 30 x 30 m²), a samim tim i visokog pojačanja, kao i visokoosjetljivi prijemnici sa niskim koriste se elementi buke.

Takođe, za troposferske radio-relejne komunikacione linije karakteristično je stalno prisustvo brzog, sporog i selektivnog fadinga radio signala. Smanjenje efekta brzog fadinga na primljeni signal postiže se korištenjem frekvencije diverziteta i prostornog prijema. Stoga većina troposferskih radio relejnih stanica ima nekoliko prijemnih antena. [ izvor nije naveden 2419 dana ]

Primjer najpoznatijih i najdužih troposferskih radio relejnih komunikacijskih linija su:

Radio relejni repetitori

Za razliku od radio relejnih stanica, repetitori ne dodaju dodatne informacije radio signalu. Repetitori mogu biti pasivni ili aktivni.

Pasivni repetitori su jednostavan reflektor radio signala bez ikakve primopredajne opreme i, za razliku od aktivnih repetitora, ne mogu pojačati željeni signal ili ga prenijeti na drugu frekvenciju. Pasivni radio relejni repetitori se koriste u nedostatku direktne vidljivosti između radio relejnih stanica; aktivno - za povećanje dometa komunikacije.

I ravni reflektori i radio relejne antene povezane koaksijalnim ili talasovodnim umetcima (tzv. back-to-back antene) mogu djelovati kao pasivni repetitor.

Ravni reflektori se obično koriste pri malim uglovima refleksije i imaju efikasnost blizu 100%. Međutim, kako se ugao refleksije povećava, efikasnost ravnog reflektora opada. Prednost ravnih reflektora je mogućnost korištenja nekoliko frekvencijskih opsega radio releja za prenošenje.

Antene povezane pozadi se obično koriste pod uglovima refleksije blizu 180° i imaju efikasnost od 50-60%. Takvi reflektori se ne mogu koristiti za ponavljanje više frekvencijskih opsega zbog ograničenih mogućnosti samih antena.

Pametni repetitori

Među novim pravcima u razvoju radio relejnih komunikacija koji su se pojavili u posljednje vrijeme, pažnju zaslužuje stvaranje inteligentnog releja ( pametni relej ) [7] .

Njihova pojava povezana je sa posebnošću implementacije MIMO tehnologije u radio relejnim komunikacijama, u kojoj je potrebno poznavati karakteristike prijenosa radio relejnih kanala. Pametni repetitor obavlja takozvanu "inteligentnu" obradu signala . Za razliku od tradicionalnog skupa operacija "prijem - pojačanje - reemisija" u najjednostavnijem slučaju, on omogućava dodatnu korekciju amplituda i faza signala, uzimajući u obzir karakteristike prijenosa prostornih MIMO kanala na određenom radiju. -relejni interval [7] . U ovom slučaju, pretpostavlja se da svi MIMO kanali imaju isto pojačanje. Može biti opravdano uzimajući u obzir uske snopove dijagrama prijemnih i odašiljačkih antena na komunikacijskim dometima, na kojima širenje dijagrama zračenja ne dovodi do primjetne manifestacije efekta višestaznog širenja radio valova.

Kompleksnija verzija implementacije principa pametnog releja uključuje potpunu demodulaciju primljenih signala u repetitoru sa izdvajanjem informacija koje se prenose u njima, njihovo skladištenje i naknadnu upotrebu za modulaciju ponovo emitovanih signala, uzimajući u obzir karakteristike stanja MIMO kanala u smjeru sljedećeg repetitora mreže [7] . Takva obrada, iako je složenija, omogućava da se maksimalno uzmu u obzir izobličenja koja se unose u korisne signale na putu njihovog širenja.

Frekvencijski opsezi

Za organizaciju radio komunikacije, odlukama presudnim , centi- i milimetar valova koriste .

Da bi se osigurala dupleks komunikacija, svaki frekvencijski opseg je konvencionalno podijeljen na dva dijela u odnosu na središnju frekvenciju opsega. U svakom dijelu opsega dodjeljuju se frekvencijski kanali datog opsega. Frekvencijski kanali „donjeg” dela opsega odgovaraju određenim kanalima „gornjeg” dela opsega, i to na način da razlika između centralnih frekvencija kanala iz „donjeg” i „gornjeg” dela opseg je uvijek bio isti za sve frekvencijske kanale istog frekvencijskog opsega.

U skladu sa preporukom ITU-R F.746, odobreni su sljedeći frekventni opsezi za radio-relejne komunikacije u vidnom polju:

Raspon (GHz) Ograničenja opsega (GHz) Širina kanala (MHz) Preporuke ITU-R GKRCH rješenja
0,4 0,4061 - 0,430
0,41305 - 0,450
0,05, 0,1, 0,15, 0,2, 0,25, 0,6
0,25, 0,3, 0,5, 0,6, 0,75, 1, 1,75, 3,5
ITU-R F.1567
1.4 1.350 - 1.530 0,25, 0,5, 1, 2, 3,5 ITU-R F.1242
2 1.427 - 2.690 0.5 ITU-R F.701
1.700 - 2.100
1.900 - 2.300
29 ITU-R F.382
1.900 - 2.300 2,5, 3,5, 10, 14 ITU-R F.1098
2.300 - 2.500 1, 2, 4, 14, 28 ITU-R F.746
2.290 - 2.670 0,25, 0,5, 1, 1,75, 2, 2,5 3,5, 7, 14 ITU-R F.1243
3.6 3.400 - 3.800 0,25, 25 ITU-R F.1488
4 3.800 - 4.200
3.700 - 4.200
29
28
ITU-R F.382 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije broj 09-08-05-1
3.600 - 4.200 10, 30, 40, 60, 80, 90 ITU-R F.635
U4 4.400 - 5.000
4.540 - 4.900
10, 28, 40, 60, 80
20, 40
ITU-R F.1099 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije broj 09-08-05-2
L6 5.925 - 6.425
5.850 - 6.425
5.925 - 6.425
29.65
90
5, 10, 20, 28, 40, 60
ITU-R F.383 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije broj 10-07-02
U6 6.425 - 7.110 3.5, 5, 7, 10, 14, 20, 30, 40, 80 ITU-R F.384 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije broj 12-15-05-2
7 ITU-R F.385
osam ITU-R F.386
10 10.000 - 10.680
10.150 - 10.650
1,25, 3,5, 7, 14, 28
3.5, 7, 14, 28
ITU-R F.747
10.150 - 10.650 28, 30 ITU-R F.1568
10.500 - 10.680
10.550 - 10.680
3.5, 7
1.25, 2.5, 5
ITU-R F.747
jedanaest 10.700 - 11.700 5, 7, 10, 14, 20, 28, 40, 60, 80 ITU-R F.387 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije br. 5/1,

Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije 09-03-04-1 od 28.04.2009.

12 11.700 - 12.500
12.200 - 12.700
19.18
dvadeset
ITU-R F.746
trinaest 12.750 - 13.250 3.5, 7, 14, 28 ITU-R F.497 Odluka GKRCH 09-02-08 od 19.03.2009. [8]
12.700 - 13.250 12.5, 25 ITU-R F.746
14 14.250 - 14.500 3.5, 7, 14, 28 ITU-R F.746
15 14.400 - 15.350
14.500 - 15.350
3.5, 7, 14, 28, 56
2,5, 5, 10, 20, 30, 40, 50
ITU-R F.636 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije br. 08-23-09-001
osamnaest 17.700 - 19.700
17.700 - 19.700
17.700 - 19.700
18.580 - 19.160
7,5, 13,75, 27,5, 55, 110, 220
1,75, 3,5, 7
2,5, 5, 10, 20, 30, 40, 50
60
ITU-R F.595 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije br. 07-21-02-001
23 21.200 - 23.600
22.000 - 23.600
2,5, 3,5 - 112
3,5 - 112
ITU-R F.637 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije br. 06-16-04-001
27 24.250 - 25.250
25.250 - 27.500
25.270 - 26.980
24.500 - 26.500
27.500 - 29.500
2,5, 3,5, 40
2.5, 3.5
60
3,5 - 112
2,5, 3,5 - 112
ITU-R F.748 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije broj 09-03-04-2
31 31.000 - 31.300 3,5, 7, 14, 25, 28, 50 ITU-R F.746
32 31.800 - 33.400 3,5, 7, 14, 28, 56, 112 ITU-R F.1520
38 36.000 - 40.500
36.000 - 37.000
37.000 - 39.500
38.600 - 39.480
38.600 - 40.000
39.500 - 40.500
2.5, 3.5
3,5 - 112
3,5, 7, 14, 28, 56, 112
60
50
3,5 - 112
ITU-R F.749 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije br. 06-14-02-001
42 40,500 - 43,500 7, 14, 28, 56, 112 ITU-R F.2005 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije broj 08-23-04-001
52 51.400 - 52.600 3.5, 7, 14, 28, 56 ITU-R F.1496
57 55.7800 - 57.000
57.000 - 59.000
3.5, 7, 14, 28, 56
50, 100
ITU-R F.1497 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije br. 06-13-04-001
70/80 71.000 - 76.000 / 81.000 - 86.000 125, N x 250 ITU-R F.2006 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije broj 10-07-04-1
94 92.000 - 94.000 / 94.100 - 95.000 50, 100, N x 100 ITU-R F.2004 Odluka Državnog komiteta za radio-frekvencije broj 10-07-04-2

Frekvencijski opsezi od 2 GHz do 38 GHz klasifikovani su kao "klasični" mikrovalni frekvencijski opsezi. Zakoni širenja i slabljenja radio talasa, kao i mehanizmi pojave višeputnog širenja u ovim opsezima, dobro su proučeni i sakupljena je velika statistika o upotrebi radio relejnih komunikacionih linija. Za jedan frekvencijski kanal "klasičnog" radio-relejnog frekvencijskog opsega dodjeljuje se frekvencijski pojas od najviše 28 MHz ili 56 MHz.

Opsezi od 38 GHz do 92 GHz za mikrovalnu komunikaciju su noviji i noviji. Uprkos tome, ovi opsezi se smatraju obećavajućim u smislu povećanja propusnosti radio relejnih komunikacionih linija, jer je u tim opsezima moguće dodijeliti šire frekvencijske kanale.

Modulacija i kodiranje protiv šuma

Neke od karakteristika korištenja radio relejnih komunikacijskih linija su:

  • potreba za prijenosom velike količine informacija u relativno uskom frekvencijskom opsegu,
  • ograničena snaga signala nametnuta radio relejnim stanicama.

Metode rezervacije

Metode sigurnosne kopije radio relejne komunikacije mogu se podijeliti

"Vruća" rezerva

Hot standby metoda se zasniva na uvođenju redundanse u opremu radio relejnih stanica. "Vruća" redundantnost ima za cilj povećanje pouzdanosti opreme i ne može utjecati na karakteristike radio signala u komunikacijskom kanalu .

Prijem frekvencijskog diverziteta

Metoda frekventne raznovrsnosti ima za cilj eliminaciju frekventno selektivnog bleđenja u komunikacijskom kanalu. Njegova implementacija je trenutno bazirana na OFDM tehnologiji. N-OFDM signali se također mogu koristiti [7] .

Svemirska raznolikost

Svemirska raznolikost se koristi za eliminaciju bledenja zbog višeputnog širenja radio talasa u komunikacijskom kanalu. Metoda prostorne raznovrsnosti najčešće se koristi u izgradnji radiorelejnih komunikacionih linija koje prolaze preko površina sa koeficijentom refleksije blizu 1 (vodena površina, močvare, poljoprivredna polja). Простейшим вариантом его реализации является размещение нескольких облучателей в фокальной плоскости зеркальной антенны с использованием технологий MIMO для формирования и приёма сигналов [ источник не указан 1409 дней ] .

Поляризационно-разнесённый приём

Данный метод является разновидностью технологии MIMO и при использовании ортогональных поляризаций позволяет в 2 раза увеличить скорость передачи данных [9] . Одним из недостатков поляризационного разнесённого приёма является необходимость использования более дорогостоящих двухполяризационных антенн.

Кольцевые топологии

Наиболее надёжным методом резервирования является построения радиорелейных линий связи по кольцевой топологии.

Применение радиорелейной связи

Из всех видов радиосвязи радиорелейная связь обеспечивает наибольшее отношение сигнал/шум на входе приёмника при заданной вероятности ошибки. Именно поэтому при необходимости организации надёжной радиосвязи между двумя объектами чаще всего используются радиорелейные линии связи.

Магистральные радиорелейные линии связи

Исторически радиорелейные линии связи использовались для организации каналов связи телевизионного и радиовещания, а также для связи телеграфных и телефонных станций на территории со слабо развитой инфраструктурой.

Сети связи нефтепроводов и газопроводов

Радиорелейные линии связи применяются при строительстве и обслуживании нефте- и газопроводов в качестве основных или резервных оптическому кабелю линий связи для передачи телеметрической информации.

Сотовые сети связи

Радиорелейная связь находит применение в организации каналов связи между различными элементами сотовой сети, особенно в местах со слабо развитой инфраструктурой.

Современные радиорелейные линии связи способны обеспечить передачу больших объёмов информации от базовых станций 2G, 3G, 4G и 5G к основным элементам опорной сети сотовой связи. До 20 км между вышками в России.

Недостатки радиорелейной связи

  • Ослабление сигнала в свободном пространстве
  • Ослабление сигнала в дожде и тумане
    На частотах до 12 ГГц осадки в виде дождя или снега слабо влияют на работу радиорелейных линий связи.
  • Рефракция сигнала
    В реальных условиях атмосфера обладает собственным коэффициентом преломления радиоволн, причём атмосфера не является однородной средой, поэтому на разных высотах от поверхности земли коэффициент преломления различен.
  • Низкая помехозащищенность
    Помехозащищенность радиорелейных станций может быть существенно увеличена на основе использования в них цифровых антенных решёток (ЦАР) за счёт формирования провалов в диаграмме направленности антенной решётки в направлениях на постановщики помех [10] .

См. также

Примечания

  1. 1 2 ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения. Основные понятия.
  2. 1 2 3 4 5 Slyusar, Vadym. First Antennas for Relay Stations. . International Conference on Antenna Theory and Techniques, 21-24 April, 2015, Kharkiv, Ukraine. Pp. 254 - 255. (2015).
  3. Mattausch J. Telegraphie ohne Draht. Eine Studie. // Zeitschrift für Elektrotechnik. Organ des Elektrotechnischen Vereines in Wien.- Heft 3, 16. Jänner 1898. - XVI. Jahrgang. - S. 35-36. [1] .
  4. 1 2 3 4 Слюсар, Вадим Радиорелейным системам связи 115 лет. . Первая миля. Last mile (Приложение к журналу "Электроника: наука, технология, бизнес"). – 2015. - № 3. С. 108 - 111. (2015).
  5. Saad TS The IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques Volume: 20, Issue: 12, Dec. 1972, p. 792 — ISSN 0018-9480
  6. ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения. Тропосферная связь.
  7. 1 2 3 4 Слюсар, Вадим Современные тренды радиорелейной связи. . Технологии и средства связи. – 2014. - № 4. С. 32 - 36. (2014).
  8. Решение ГКРЧ 09-02-08 от 19 марта 2009 .
  9. Слюсар, Вадим Системы MIMO: принципы построения и обработка сигналов. . Электроника: наука, технология, бизнес. – 2005. — № 8. С. 52—58. (2005).
  10. Слюсар В. И. Цифровые антенные решетки. Решения задач GPS. //Электроника: наука, технология, бизнес. — 2009. — № 1. — C. 74 — 78. [2]

Литература

  • Mattausch J. Telegraphie ohne Draht. Eine Studie. // Zeitschrift für Elektrotechnik. Organ des Elektrotechnischen Vereines in Wien.- Heft 3, 16. Jänner 1898. - XVI. Jahrgang. - S. 35-36. [3] .
  • Слюсар В.И. Радиорелейным системам связи 115 лет. // Первая миля. Last mile (Приложение к журналу "Электроника: наука, технология, бизнес"). – 2015. - № 3.. — С. 108—111 [4] .
  • Slyusar VI First Antennas for Relay Stations.// International Conference on Antenna Theory and Techniques, 21-24 April, 2015, Kharkiv, Ukraine. - Pp. 254 - 255. [5] .
  • Harry R. Anderson Fixed Braadband Wireless System Design — John Wiley & Sons, Inc., 2003 — ISBN 0-470-84438-8
  • Roger L. Freeman Radio System Design for Telecommunications Third Edition — John Wiley & Sons, Inc., 2007 — ISBN 978-0-471-75713-9
  • Ingvar Henne, Per Thorvaldse n Planning of line-of-sight radio relay systems Second edition — Nera, 1999
  • Каменский Н. Н., Модель А. М., под редакцией Бородича С. В. Справочник по радиорелейной связи — Радио и связь, 1981
  • Слюсар В.И. Современные тренды радиорелейной связи. //Технологии и средства связи. – 2014. - № 4.. — С. 32—36. [6] .
  • В. Т. Свиридов. Радиорелейные линии связи. //Государственное издательство физико-математической литературы. – 1959. — С. 81 [7] .
  • Бунин Д. А., Колокольников А. Н., Лисенков В. М. Радиорелейная связь на железнодорожном транспорте. — М., МПС, 1961. — 271 с.