Радиорелейные линии (РРЛ) представляют собой цепочку приемо-передающих радиостанций (оконечных, промежуточных, узловых), которые осуществляют последовательную многократную ретрансляцию (прием, преобразование, усиление и передачу) передаваемых сигналов.

В зависимости от используемого вида распространения радиоволн РРЛ можно разделить на две группы: прямой видимости и тропосферные .

РРЛ прямой видимости являются одним из основных назем-ных средств передачи сигналов телефонной связи , программ звукового и ТВ вещания, цифровых данных и других сообщений на большие расстояния. Ширина полосы частот сигналов многоканальной телефонии и ТВ составляет несколько десятков мегагерц, поэтому для их передачи практически могут быть использованы диапазоны только дециметровых и сантиметровых волн, общая ширина спектра которых составляет 30 ГРц.

Кроме того, в этих диапазонах почти полностью отсутствуют атмосферные и промышленные помехи. Расстояние между соседними станциями (протяженность пролета) R зависит от рельефа местности и высоты подъема антенн. Обычно его выбирают близким или равным расстоянию прямой видимости R o . Для сферической поверхности Земли с учетом атмосферной рефракции

где h 1 и h 2 - высоты подвеса соответственно передающей и приемной антенн (в метрах). В реальных условиях, в случае мало пересеченной местности 40 - 70 км при высоте антенных мачт 60-100м.

Рис. 11.1. Условное изображение РРЛ.

Комплекс приемопередающей аппаратуры РРЛ для передачи информации на одной несущей частоте (или на двух несущих частотах при организации дуплексных связей) образует широкополосный канал, называемый стволом (радиостволом). Оборудование, предназначенное для передачи телефонных сообщений и включающее в себя кроме радиоствола модемы и аппаратуру объединения и разъединения каналов, называют телефонным стволом.

Соответствующий комплекс аппаратуры для передачи полных ТВ сигналов (вместе с сигналами звукового сопровождения, а часто и звукового вещания) называют ТВ стволом. Большинство современных РРЛ являются многоствольными. При этом, кроме рабочих стволов, могут быть один или два резервных ствола, а иногда и отдельный ствол служебной связи. С увеличением числа стволов возрастает соответственно и объем оборудования (число передатчиков и приемников) на станциях РРЛ.

Часть РРЛ (один из возможных вариантов) условно изображена на рис. 11.1, где непосредственно отмечены радиорелейные станции трех типов: оконечная (ОРС), промежуточная (ПРС) и узловая (УРС).

На ОРС производится преобразование сообщений, поступающих по соединительным линиям от междугородных телефонных станций (МТС), междугородных ТВ аппаратных (МТА) и междугородных вещательных аппаратных (МВА), в сигналы, передаваемые по РРЛ, а также обратное преобразование. На ОРС начинается и заканчивается линейный тракт передачи сигналов.

С помощью УРС разветвляются и объединяются потоки информации, передаваемые по разным РРЛ, на пересечении которых и располагается УРС. К УРС относят также станции РРЛ, на которых осуществляется ввод и вывод телефонных, ТВ и других сигналов, посредством которых расположенный вблизи от УРС населенный пункт связывается с другими пунктами данной линии.

Рис. 11.2. Структурная схема одноствольного ретранслятора РРЛ.

1 , 10 - антенны; 2,6 - фидерные тракты; 3,7 - приемо-передатчики; 4,9 - приемники;
5,8 - передатчики.

На ОРС или УРС всегда имеется технический персонал, который обслуживает не только эти станции, но и осуществляет контроль и управление с помощью специальной системы телеобслуживания ближайшими ПРС. Участок РРЛ (300-500 км) между соседними обслуживаемыми станциями делится примерно пополам так, что одна часть ПРС входит в зону телеобслуживания одной УРС (ОРС), а другая часть ПРС обслуживается другой УРС (ОРС).

ПРС выполняют функции активных ретрансляторов без выделения передаваемых сигналов электросвязи и введения новых и, как правило, работают без постоянного обслуживающего персонала. Структурная схема ретранслятора ПРС приведена на рис. 11.2. При активной ретрансляции сигналов на ПРС используют две антенны, расположенные на одной и той же мачте. В этих условиях трудно предотвратить попадание части мощности усиленного сигнала, излучаемого передающей антенной, на вход приемной антенны. Если не принять специальных мер, то указанная связь выхода и входа усилителя ретранслятора может привести к его само-возбуждению, при котором он перестает выполнять свои функции.

Рис. 11.3. Схемы распределения частот в РРЛ.

Эффективным способом устранения опасности самовозбуждения является разнесение по частоте сигналов на входе и выходе ретранслятора. При этом на ретрансляторе приходится устанавливать приемники и передатчики, работающие на разных частотах. Если на РРЛ предусматривается одновременная связь в прямом и обратном направлениях, то число приемников и передатчиков удваивается, и такой ствол называется дуплексным (см. рис. 11.2). В этом случае каждая антенна на станциях используется как для передачи, так и для приема высокочастотных сигналов на каждом направлении связи.

Одновременная работа нескольких радиосредств на станциях и на РРЛ в целом возможна лишь при устранении взаимовлияния между ними. С этой целью создаются частотные планы, т.е. планы распределения частот передачи, приема и гетеродинов на РРЛ.

Исследования показали, что в предельном случае для двусторонней связи по РРЛ (дуплексный режим) можно использовать лишь две рабочие частоты ƒ 1 и ƒ 2 . Пример РРЛ с таким двухчастотным планом условно изображен на рис. 11.3, а. Чем меньше на линии используется рабочих частот, тем сложнее устранить взаимовлияние сигналов, совпадающих по частоте, но предназначенных разным приемникам. Во избежание подобных ситуаций на РРЛ стараются использовать антенны с узкой диаграммой направленности, с возможно меньшим уровнем боковых и задних лепестков; применяют для разных направлений связи волны с различным типом поляризации; располагают отдельные станции так, чтобы трасса представляла собой некоторую ломаную линию.

Применение указанных мер не вызывает сложностей, если связь осуществляется в диапазоне сантиметровых волн. Реальные антенные устройства, работающие на менее высоких частотах, обладают меньшим направленным действием. Поэтому на РРЛ дециметрового диапазона приходится разносить частоты приема на каждой станции. В этом случае для прямого и обратного направлений связи выбирают различные пары частот ƒ 1 , ƒ 2 и ƒ 3 , ƒ 4 (четырехчастотный план) (см. рис. 11.3, б), и необходимая для системы связи полоса частот возрастет вдвое. Четырехчастотный план не требует указанных выше мер защиты, однако он неэкономичен с точки зрения использования полосы частот. Число радиостволов, которое может быть образовано в выделенном диапазоне частот, при четырехчастотном плане вдвое меньше, чем при двухчастотном.

Для радиорелейной связи в основном используются сантиметровые волны, поэтому двухчастотный план получил наибольшее распространение.

Радиорелейная связь

Башня радиорелейной связи

Радиореле́йная свя́зь (от англ. Relay - передавать, транслировать) - один из видов радиосвязи , образованной цепочкой приёмо-передающих (ретрансляционных) радиостанций . Наземная радиорелейная связь осуществляется обычно на деци - и сантиметровых волнах (от сотен мегагерц до десятков гигагерц).

По назначению радиорелейные системы связи делятся на три категории, каждой из которых на территории России выделены свои диапазоны частот :

• местные линии связи от 0,39 ГГц до 40,5 ГГц
• внутризоновые линии от 1,85 ГГц до 15,35 ГГц
• магистральные линии от 3,4 ГГц до 11,7 ГГц

Данное деление связано с влиянием среды распространения на обеспечение надёжности радиорелейной связи. До частоты 12ГГц атмосферные явления оказывают слабое влияние на качество радиосвязи, на частотах выше 15ГГц это влияние становится заметным, а выше 40ГГц определяющим, кроме того, на частотах выше 40ГГц значительное влияние на качество связи оказывает затухание в атмосфере Земли.

Атмосферные потери, в основном, складываются из потерь в атомах кислорода и в молекулах воды . Практически полная непрозрачность атмосферы для радиоволн наблюдается на частоте 118.74 ГГц (резонансное поглощение в атомах кислорода), а на частотах больше 60 ГГц погонное затухание превышает 15 дБ/км. Ослабление в водяных парах атмосферы зависит от их концентрации и весьма велико во влажном теплом климате и доминирует на частотах ниже 45 ГГц.

Также отрицательно на радиосвязь влияют гидрометеоры, к которым относятся капли дождя, снег, град, туман и пр. Влияние гидрометеоров заметно уже при частотах больше 6 ГГц, а в неблагоприятных экологических условиях (при наличии в атмосферных осадках металлизированной пыли, смога , кислот или щелочей) и на значительно более низких частотах.

Принципы построения аппаратуры РРЛ

Аппаратура РРЛ строится обычно по модульному принципу. Функционально выделяют модуль стандартных интерфейсов, обычно включающих в себя один или несколько интерфейсов PDH (E1, E3), SDH (STM-1), Fast Ethernet или Gigabit Ethernet или сочетание перечисленных интерфейсов, а также интерфейсы управления и мониторинга РРЛ (RS-232 и др.) и интерфейсы синхронизации. Задача модуля стандартных интерфейсов заключается в коммутации интерфейсов между собой и другими модулями РРЛ. Конструктивно модуль стандартных интерфейсов может представлять собой один блок или состоять из нескольких блоков, устанавливаемых в единое шасси. В технической литературе модуль стандартных интерфейсов обычно называют блоком внутреннего монтажа (т.к. обычно подобный блок устанавливается в линейно-аппаратном зале или в телекоммуникационном вагончике). Потоки данных от нескольких стандартных интерфейсов объединяются в блоке внутреннего монтажа в единый кадр. Далее к полученному кадру добавляется служебные каналы, необходимые для управления и мониторинга РРЛ. Суммарно все потоки данных образуют радиокадр. Радиокадр от блока внутреннего монтажа как правило на промежуточной частоте передается к другому функциональному блоку РРЛ - радиомодулю. Радиомодуль выполняет помехоустойчивое кодирование радиокадра, модулирует радиокадр согласно используемому виду модуляции, а также преобразует суммарный поток данных с промежуточной частоты на рабочую частоту РРЛ. Кроме того часто радиомодуль выполняет функцию автоматической регулировки усиления мощности передатчика РРЛ. Конструктивно радиомодуль представляет собой один герметичный блок, имеющий один интерфейс, соединяющий радимодуль с блоком внутреннего монтажа. В технической литературе радиомодуль обычно называют блоком наружного монтажа, т.к. в большинстве случаев радиомодуль устанавливается на радиорелейной башне или мачте в непосредственной близости от антенны РРЛ. Расположение радиомодуля в непосредственной близости от антенны РРЛ обычно обусловлено стремлением уменьшить затухание высокочастотного сигнала в различных переходных волноводах (для частот больше 6 - 7 ГГц) или коаксиальных кабелях (для частот меньших 6 ГГц).

В устаревших на данный момент аналоговых РРЛ, а также магистральных цифровых РРЛ как блоки со стандартными интерфейсами, так и радиомодули обычно устанавливаются в линейно-аппаратном зале. Это связано с реализацией сложных схем резервирования N + 1, когда нет возможности расположить делитель мощности с одной антенны на несколько радиомодулей в непосредственной близости от антенны из-за громоздкости делителя мощности. В этом случае радиомодули и антенну соединяет волновод, проложенный от линейно-аппаратного зала до места крепления антенны на радиорелейной башне.

Так же распространен вид цифровых РРЛ, в котором конструктивно совмещается модуль стандартных интерфейсов и радиомодуль в виде одного герметичного блока, имеющего несколько стандартных интерфейсов, разъем питания и волноводный разъем для непосредственного крепления к антенне.

Конфигурации и методы резервирования

На наиболее важных направлениях с целью уменьшения неготовности интервалов РРЛ применяют различные методы резервирования оборудования РРЛ. Обычно конфигурации с резервированием оборудования РРЛ обозначают в виде суммы "N+M", где N обозначает общее количество стволов РРЛ, а M - количество зарезервированных стволов РРЛ. После суммы добавляют аббревиатуру HSB, SD ил FD, обозначающую метод резервирования стволов РРЛ.

Уменьшение коэффициента неготовности достигается с помощью дублирования функциональных блоков РРЛ или использованием отдельного резервного ствола РРЛ.

Конфигурация 1+0

Конфигурация оборудования РРЛ с одним стволом без резервирования.

Конфигурация N+0

Конфигурация оборудования РРЛ с N стволами без резервирования. Конфигурация N+0 представляет собой несколько частотных стволов РРЛ или стволов с разной поляризацией, работающих через одну антенну. В случае использования нескольких частоных стволов разделение стволов осуществляется с помощью делителя мощности и частотых полосовых фильтров. В случае использования стволов РРЛ с разной поляризацией разделение стволов осуществляется применением специальных антенн, поддерживающими прием и передачу сигналов с разными поляризациями (например, кроссполяризационных антенн, имеющих одинаковый коэффициент усиления для сигнала с горизонтальной и вертикальной поляризацией).

Конфигурация N+0 не обеспечивает резервирования РРЛ, каждый ствол представляет собой отдельный физический канал передачи данных. Данная конфигурация обычно используется для увеличения пропускной способности РРЛ. В оборудовании РРЛ отельные физические каналы передачи данных могут быть объединены в один логический канал.

Конфигурация N+1 HSB (Hot StandBy)

Конфигурация оборудования РРЛ с N стволами и одним резервным стволом, находящимся в "горячем" резерве. Фактически резервирование достигиется путем дублирования всех или части функциональных блоков РРЛ. В случае выхода одного из блоков РРЛ из строя, блоки, находящиеся в "горячем" резерве замещаю неработоспособные блоки.

Конфигурация N+M HSB (Hot StandBy)

Конфигурация оборудования РРЛ с N стволами и M резервным стволом, находящимися в "горячем" резерве.

Конфигурация N+1 SD (Space Diversity)

Конфигурация N+M SD (Space Diversity)

Конфигурация N+1 FD (Frequency Diversity)

Конфигурация N+M FD (Frequency Diversity)

Кольцевая топологоя построения РРЛ

Построенные интервалов РРЛ по кольцевой топологии является одним из самых надежных способов резервирования, даже если все интервалы РРЛ в кольце работают в конфигурации 1+0. Тем не менне существуют несколько правил пострения кольцевой топологии интервалов РРЛ: количество пролетов в кольце должно быть не менее четырех, а также угол между соседними интервалами РРЛ должен быть больше 90° (с целью уменьшения влияния гидрометеоров на соседние интервалы РРЛ).

Как правило в реальных сетях, состоящей из интеравлов РРЛ, комбинируют различные методы резервирования с целью увеличения надежности сети.

Технологии, используемые в РРЛ

Цифровые РРЛ используются не только для организации PDH и SDH линий связи, а также для организации Ethernet линий со скоростью передачи до 2,5 Гбит/с связи без использования таких технилогий, как EoPDH, PoSDH. Передача Ethernet кадров без необходимости инкапсуляции их TDM кадры (потоки E1 или E3, фреймы SDH и т.п) возможна благодаря использованию пакетного радиокадра вместо TDM радиокадра в радиоканале. Согласно технологиям, используемым для организации радиокадров различают следующие виды цифровых РРЛ:

• пакетные РРЛ
• гибридные РРЛ
• TDM РРЛ

К пакетным относят цифровые РРЛ с пакетным радиокадром. Для передачи TDM потоков используются псевдопроводные технологии передачи данных . За счет использования пакетного радиокадра возможно применение механизмов QoS над потоками данных, передаваемых через пакетные РРЛ. Так же, в пакетных РРЛ наиболее часто используется адаптивная модуляци, обычно сочетаемая с QoS .

Энергетические и качественные показатели

Основным документов для расчёта энергетических и качественных показателей РРЛ прямой видимости на территории

Радиорелейные линии связи являются одной из наиболее масштабных и прогрессивных сетей передачи, приема и обработки данных во всем мире. Сам принцип передачи сообщений основан на распространении радиоволн в атмосфере. Для того, чтобы сигнал смог преодолевать большие расстояния, необходимо использовать специальное оборудование радиорелейной связи - цепочку ретрансляторов, благодаря которым и будет осуществляться распространение радиоволн определенной частоты.

Принцип работы радиорелейной линии связи

Чтобы понять природу распространения радиоволн, необходимо изучить физику, механику и динамику этих явлений, которые непосредственно связаны с атмосферными свойствами и электромагнитным полем. Исходя из множества факторов, и производится расчет радиорелейных линий связи. Если не вдаваться в подробности, то принцип функционирования всей системы выглядит следующим образом:

• сначала в специальном передающем устройстве происходит генерирование колебаний высокой частоты и выделяется так называемый несущий сигнал;
• информация, которую необходимо передать (голос, видео, текст), кодируется и преобразовывается в частотные колебания, а затем модулируется вместе с несущим сигналом;
• посредством специальных антенн подготовленный сигнал транслируется в пространство, попадая на приемные устройства, которые находятся в определенном радиусе от передатчика;
• в случае недостаточной мощности сигнала, сложности его распространения или большого расстояния между передатчиком и приемником, используются радиорелейные линии связи, оборудование которых позволяет решить возникшие проблемы. Как правило, это сеть наземных ретрансляторов, которые не только принимают сигнал, но и усиливают его, устраняют помехи и передают по цепочке к следующему объекту через узконаправленные антенны;
• сигнал достигает приемника, где происходит его отделение от несущей частоты и преобразование в изначальный вид с последующим отображением на терминале связи. Это может быть просто голосовое сообщение или полноценная видео трансляция. Эфирное радио и телевизионное вещание как раз и построено на этом принципе передачи сигнала.

Типы линии связи

Радиорелейные и спутниковые линии связи - это комплекс оборудования, которое сочетает наземные и орбитальные ретрансляторы, которые дают возможность транслировать сигнал практически в любую точку на поверхности планеты.

Существует два типа основных способа передачи радиосигнала:

• передача по прямой видимости;
• радиорелейная тропосферная связь.

В первом случае передача сигнала происходит по стандартному алгоритму - от источника (передатчика) через систему наземных ретрансляционных сетей непосредственно к приемнику. Одна из особенностей заключается в том, что ретрансляторы располагаются фактически в зоне непосредственной видимости, на естественных возвышенностях (горы, холмы). В случае отсутствия прямого прохождения сигнала между антеннами возникают помехи и искажения благодаря дифракционным замираниям, что может привести к существенному ослаблению сигнала и обрыву связи. Использование этого типа коммуникаций ограничено в местах с отсутствием необходимой инфраструктуры и нецелесообразны в малонаселенных районах нашей страны преимущественно в северной ее части.

Решением указанных выше проблем стала новая технология - тропосферная радиорелейная линия связи. Принцип распространения сигнала остался прежним, изменился его способ, который в своей основе содержит физические процессы отражения радиоволн различных диапазонов от нижних слоев атмосферы. Многочисленные испытания показали, что наибольший эффект дает применение волн диапазона УКВ. Благодаря правильным расчетам, трансляцию радиосигнала удалось произвести на 300 км.

Преимущества радиорелейной линия связи

• нет необходимости строить ретрансляторы в зоне прямой видимости;
• существенное увеличение радиуса дальности прохождения сигнала;
• возможность обеспечения максимальной дальности передачи информации на расстояние до 450 километров благодаря расположению ретрансляторных антенн на холмах и других возвышенностях.

Одна из основных проблем, с которыми столкнулись ученые, заключается в сильном эффекте затухания колебаний при трансляции радиоволн. Вопрос был решен благодаря использованию активного ретрансляторного оборудования, которое позволяет не только принимать и передавать радиоволну, но и стабилизировать уровень сигнала, усиливать его и отфильтровывать помехи. Современная радиорелейная военная связь функционирует на основе технологии распространения сигнала в тропосфере, которая дополнена другими инновационными решениями.

Определение радиорелейной связи противопоставляют прямой радиосвязи. Сообщение абонента многократно передаётся промежуточными звеньями цепи, образующими радиорелейную линию (РРЛ). Название заложено англичанами: relay - смена. Физические особенности распространения заставили инженеров применять ультракороткие волны (УКВ): дециметровые, сантиметровые, реже, метровые. Потому что длинные самостоятельно способны обогнуть Земной шар. Причина применения радиорелейных линий объясняется необходимостью заложить большой объем информации, невозможный на низких частотах. Ограничения объясняет теорема Котельникова.

Примечание. Тропосферную связь считают подвидом радиорелейной.

Достоинства метода

1. Первое преимущество названо – возможность заложить больший объем информации. Число каналов пропорционально ширине пропускания приёмопередающей аппаратуры. Величину повышает рост частоты. Упомянутый факт обусловлен формулами, описывающими колебательный контур, иные избирательные участки электрической цепи.
2. Линейность распространения УКВ обусловливает высокие направленные свойства. Направленность растёт с увеличением площади антенны относительно длины волны. Короткие проще охватить тарелкой. Например, дальняя связь осуществляется длинами, достигающими километров. Сантиметровые, дециметровые волны легко охватываются сравнительно малыми параболоидами, значительно снижая требуемую мощность (за исключением случая тропосферной передачи информации), уровень помех. Шумы фактически ограничены внутренней неидеальностью входных каскадов приёмника.
3. Устойчивость объясняется фактом прямой видимости тандема передатчик-приёмник. Мало влияния оказывают погода, время дня/года.

Указанные преимущества уже в начале второй половины XX века позволяли экономистам сопоставлять экономическую эффективность цепочки с кабелем. Допускалась возможность передачи аналоговых телевизионных каналов. Оборудование вышек значительно сложнее регенераторов. Однако кабелю восполнять сигнал приходится каждые 6 км. Вышки обычно разделены дистанциями 50-150 км, расстояние (км) ограничено величиной, равной квадратному корню из высоты вышки (м), умноженному на 7,2. Наконец, вечная мерзлота сильно усложняет прокладку кабельных линий, лепту вносят болота, скалы, реки.

Эксперты отмечают простоту развёртывания системы, экономию цветных металлов:

• Медь.
• Свинец.
• Алюминий.

Отмечается малая эффективность автономных вышек. Неизбежно требуется обслуживающий персонал. Необходимо людей расквартировать, назначить несение вахты.

Принцип действия

Линия обычно реализует дуплексный (двунаправленный) режим передачи информации. Чаще применяли частотное деление каналов. Первыми европейскими соглашениями установили участки спектра:

• Дециметровые волны:

1. 460-470 МГц.
2. 1300-1600 МГц.
3. 1700-2300 МГц.

• Сантиметровые:

1. 3500-4200 МГц.
2. 4400-5000 МГц.
3. 5925-8500 МГц.
4. 9800-10.000 МГц.

Метровые волны способны огибать препятствия, допускается использование ввиду отсутствия непосредственной видимости. Частоты выше 10 ГГц невыгодны, поскольку превосходно поглощаются осадками. Послевоенные конструкции компании Белла (11 ГГц) оказались неконкурентоспособными. Участок спектра чаще выбирают сообразно получению необходимого числа каналов.

История

Цифровой набор предложили раньше импульсного. Однако реализация идеи запоздала на 60 лет. Судьбу антибиотиков повторяет радиорелейная связь.

Изобретение идеи

Историки единогласно отдают приоритет открытия Иоганну Маттаушу, написавшему (1898) в журнале Заметки электротехника (том 16, 35-36) соответствующую публикацию. Критики отмечают несостоятельность теоретической части, предлагавшей создать телеграфные ретрансляторы. Однако год спустя Эмилем Гуарини-Форестио построен первый работоспособный экземпляр. Уроженец итальянской общины Фазано (Апулия), будучи студентом, 27 мая 1899 года запатентовал в бельгийском подразделении радио-репитер. Дату считают официальным днём рождения радиорелейной связи.

Устройство представлено комбинацией приёмопередающей аппаратуры. Конструкция производила демодуляцию принятого сигнала, последующее формирование, излучение ненаправленной антенной, формируя широковещательный канал. Фильтр защищал приёмный тракт от мощного излучения передатчика.

Ощущая недостатки представленной конструкции, Гуарини-Форезио (декабрь 1899) патентует (Швейцария, №21413) конструкцию направленной спиральной антенны (круговая поляризация), снабжённой металлическим рефлектором. Устройство исключало взаимный перехват вышками чужих сообщений. Дальнейшее усовершенствование произведено тесным сотрудничеством с Фернандо Понтселе. Вместе изобретатели провели попытку установить связь меж Брюсселем и Антверпеном, используя Малины промежуточным пунктом, местом базирования ретранслятора.

Конструкцию снабдили цилиндрическими антеннами диаметром 50 см, снабдив аппаратурой высотное здание. Отталкиваясь от результатов, полученных жарким июнем 1901 года, началась подготовка линии Париж – Брюссель дальностью 275 км. Шаг установки ретрансляторов составил 27 км. Декабрь принёс задумке успех, обеспечив время задержки сообщения 3..5 секунд.

Завидя радужные перспективы, Гуарини витал в облаках, предвкушая коммерческий успех (эквивалентный прибылям компании Белла) радиорелейной связи, устраняющей проблемы дальности. Реальность внесла коррективы. Потребовался широкий ассортимент решений:

1. Питание приёмопередающей аппаратуры.
2. Конструирование более удобоваримых антенн.
3. Снижение стоимости оборудования.

Лишь 30 лет спустя изобретение подходящих электронных высокочастотных ламп позволило идее выплыть на поверхность. Изобретатель удостоился ордена Короны Италии.

Ламповые конструкции покоряют Ла-Манш

В 1931 году англо-французский консорциум (Компания международного телефона и телеграфа, Англия; Лаборатория телефонного оборудования, Франция), возглавляемый Андрэ Клавиром, покорил Ла-Манш (Дувр-Кале). Событие осветил журнал Radio News (август, 1931 г, стр. 107). Напомним суть проблемы: прокладка подводного кабеля обходится дорого, разрыв линии означает необходимость тратить значительные средства на ремонт. Инженеры двух стран решили преодолеть водное пространство (40 км) семидюймовыми (18 см) волнами. Экспериментаторы передали:

1. Телефонный разговор.
2. Кодированный сигнал.
3. Изображения.

Система параболических антенн диаметром 10 футов (19-20 длин волн) давала два параллельных луча, конфигурация автоматически блокировала явление интерференции. Мощность потребления передатчика составила 25 Вт, КПД – 50%. Положительные результаты заставили предполагать возможность генерации более высоких частот, включая оптические. Сегодня очевидна нецелесообразность подобных замашек. Технические характеристики используемых вакуумных ламп замалчивались организаторами, упоминался лишь общий принцип действия, изобретённый Хайнрихом Баркхаузеном (Университет Дрездена), усовершенствованный французским экспериментатором Пирье. Затейники выражали благодарность учёным-предшественникам:

1. Глагольева-Аркадьева А.А. изобрела (1922) микроволновый генератор (5 см..82 мкм) из взвешенных в масляном сосуде алюминиевых опилок.
2. Профессор Эрнест Николс, доктор Тир проводили аналогичные исследования в США, добившись генерации волн, сравнимых с инфракрасным диапазоном.
3. Разработчикам помогли бесчисленные эксперименты Густава Ферье, занимавшегося миниатюризацией вакуумных приборов в попытке снизить длину волны.

Ключом стала идея Баркхаузена получать колебания прямо внутри лампы (принцип действия современных магнетронов). Наблюдатели сразу отметили возможность закладки множества каналов. Дециметровое вещание тогда полностью отсутствовало. Диапазон на четыре порядка шире волн, широко используемых тогда телевидением. Резкий рост числа каналов вещания становился настоящей проблемой. Открываемые дециметровым спектром возможности явно превышали потребности.

Уже тогда заметка предполагала использование атомных переходов для генерации волн высокой частоты. Обсуждалось рентгеновское излучение. Журналисты окончили всеобщим призывом инженеров осваивать открывающиеся перспективы.

Дубль два

Несколькими годами позже опыты возобновились. Линия длиной 56 км соединила берега пролива:

1. Община святого Инглевера (Франция).
2. Замок Лимпн (Кент, Великобритания).

Создатели линии рассчитывали серьёзно устроиться, поставив две стальные вышки, украшенные параболическими антеннами диаметром 9,75 фута. Генератор спрятался позади рефлектора, тонкое жало волновода пробивало тарелку, облучатель сформирован шаровидным зеркалом. Оператору построили наземный пункт управления, оборудовав необходимыми панелями, включая регулятор напряжения. Функциональный набор предполагал использование азбуки Морзе, факса, телерадиовещания.

Супергетеродинный приёмник с кварцевой стабилизацией понижал входной сигнал до 300 кГц, декодируя амплитудную модуляцию. Согласно заявлениям организаторов, оснастка призвана заменить морские телефонные, телеграфные кабели. Американская компания Белла построила аналогичную систему, форсировав залив Кейп-Код.

Технологии радаров Второй мировой

Начавшаяся Вторая мировая война подстегнула развитие микроволновых генераторов. Помогли начинаниям американские (Стэнфорд) изобретатели клистрона (1937) Рассел и Зигмунд Варианы. Новые лампы помогли создать усилители, генераторы СВЧ диапазона. Ранее повально применяли трубки Баркхаузена-Курца, магнетроны с расщепленным анодом, выдающие слишком малую мощность. Демонстрация прототипа успешно прошла 30 августа 1937 года. Западные разработчики немедля занялись построением станций воздушного обзора.

Братья создали организацию, занимающуюся коммерциализацией изобретения. Линейный ускоритель протонов помогал медикам лечить некоторые заболевания (рак). Принцип действия использует концепцию модуляции скорости (1935) Оскара Хайля и его жены. Хотя эксперты предполагают полную неосведомлённость Варианов относительно существования сего научного труда.

Работы американского физика Хансена (1939) по ускорению частиц могли быть использованы с целью замедления электронов, передающих энергию выходному тракту радиочастоты. Резонатор Хансена иногда называют румбатроном. Клистроны использовались преимущественно фашистами, станции союзников начинялись магнетронами. Армия США построила мобильные системы связи на базе грузовых машин, переплывшие океан помогать союзникам. Армейцам понравилась идея быстро налаживать связь на дальние дистанции. После войны компания AT&T применяла 4-ваттные клистроны, создавая радиорелейную сеть, покрывающую Северную Америку. Собственную инфраструктуру, благодаря 2К25, построил Вестерн Юнион.

Главным двигателем бурного прогресса считают идею резкого расширения объёма каналов, покупаемого низкой стоимость возведения вышек. Релейные сети (РРЛС) окутали три линии обороны Северной Америки времён Холодной войны. Прототип TDX разработали (1946) Лаборатории Белла. Система быстро совершенствовалась, обновляя вакуумные лампы:

• 416В.
• 416С.

Послевоенные попытки организовать связь наталкивались на необходимость выбора элементной базы. Эксперты всерьёз обсуждали конструкции ламп, клистронов, жаловались на влияние дождя. Типичные проблемы незащищённой аналоговой связи. Первые линии (включая оборонные сети ПВО США) питались дизельным топливом. Башня непременно вмещала нижний этаж-хранилище горюче-смазочных материалов, чаще ядовитых.

Угасание технологии

Переход на сантиметровый диапазон требует упразднить металлокерамические, маячковые триоды. Взамен вводят клистроны, лампы бегущей волны. Антенные устройства, наоборот, выходят миниатюрнее. Сантиметровый диапазон сильно увеличивает потери родных спектру ДМВ коаксиальных соединений. Взамен решили ставить волноводы. Третье поколение TDX перешло на твердотельную электронику. Мобильные варианты передавали 24 канала с частотным делением. Каждый вмещал 18 телетайпных линий. Аналогичные системы разрабатывались повсеместно. Лишь в 1980-е пользу технологии подвергли сомнению, ввиду внедрения спутниковой связи. Оптический кабель перекрыл возможности радиолиний.

Это интересно! Группа спутников Риолит занималась перехватом советской радиорелейной связи.

Современное состояние

Ныне идея повсеместно применяется мобильными сетями наземного базирования. Учёные чаще рассматривают возможность переноса энергии. Источником идеи следует считать Николу Теслу, задумавшего ещё в начале XX века покрыть территорию США сетью передатчиков. Изобретатель демонстрировал полную безопасность высокочастотных разрядов. Сегодня эксперты подразумевают перенос действа в открытый космос.

Передача энергии

Открытие электромагнетизма заставило учёных ломать голову, осмысливая способы передачи энергии. Первым реализованным методом назовём тороидальный трансформатор Майка Фарадея (1831). Рассмотрев уравнения Максвела, Джон Генри Пойнтинг создал теорему (1884), описывающую процесс переноса мощности электромагнитной волной. Четыре года спустя Хайнрих Рудольф Герц подтвердил теорию практикой, наблюдая искровой разряд приёмного вибратора. Проблемой занимались Вильям Генри Вэрд (1871), Махлон Лумис (1872), оба желали использовать потенциал атмосферы Земли.

«Секретные» книги полны проектами Теслы победить фашистскую авиацию беспроводными излучателями. Факты упоминают посмертное тотальное изъятие бумаг изобретателя американскими спецслужбами. Катушки Теслы шутя позволяли получить высокочастотные разряды молнии. Башня Ворденклиф (1899) серьёзно пугала округу, производителей меди наводнила ужасом мысль беспроводной передачи. Тесла дистанционно поджигал трубки Гисслера (1891), лампочки накала.

Сербский изобретатель распространил методику генерации колебаний резонансными контурами LC. Методика гениального Теслы предусматривала запуск воздушных шаров на высоты 9,1 км. Пониженное давление облегчало передачу мегавольтных напряжений. Второй идеей изобретатель задумал заставить электрический потенциал Земного шара вибрировать, снабжая станции планеты энергией. Задуманная Мировая Беспроводная система могла также передавать информацию. Неудивителен испуг инвесторов, набивавших карман производством меди.

Метод питания поездов напряжением частотой 3 кГц запатентован Морисом Хатином и Морисом Лебланком (1892). В 1964 году Вильям Браун создал модель игрушечного вертолёта, питаемого энергией электромагнитной волны. Технологии RFID (например, ключ домофона) изобретены в середине 70-х:

1. Марио Кардулло (1973).
2. Коэлле (1975).

Позже появились карты доступа. Сегодня технологию заездили мобильные гаджеты, подзаряжающиеся беспроводным путём. Аналогичная технология используется индукционными варочными панелями, плавильными печами. Инженеры активно реализуют идеи компьютерных игр начала второго тысячелетия, планируя создать орбитальные солнечные электростанции, обороняемые боевыми дронами, питаемыми энергией электромагнитных волн. Большинству известен лазерный скальпель, использующий принцип передачи мощности коже пациента.

Это интересно! Концепцию беспроводных дронов (1959) выдвинула фирма Радеон, выполняя проект Министерства обороны. Канадский Исследовательский центр связи (1987) создал первый прототип, месяцами исполнявший возложенные функции.

Консорциум беспроводной передачи энергии

17 декабря 2008 года сформирована организация, призванная рекламировать стандарт беспроводной зарядки устройств Qi. Свыше 250 мировых компаний поддержали идею. Позже проект одобрили Нокиа, Хуавей, Вистеон. Заранее стали известны планы оснастить технологией мобильные устройства. В октябре 2016 обнародовали намерение создать зарядные точки доступа.

24 компании составили «стальной стержень» группы лоббистов. 2017 год пополнил список маркетинговыми менеджерами Apple. Касательно безопасности методики мнения учёных разделились. Эксперты сошлись в одном: вскорости методика индуктивной подзарядки станет общепринятой.

Связь с релейными системами

Подобно тому, как первые экспериментаторы преодолели Ла-Манш, ранние орбитальные солнечные электростанции станут питать спутники, продляя кардинально срок службы оборудования. Затем передача энергии станет глобальной, охватив все человеческие устройства. Технологию проще всего именовать релейной. Энергия станет приниматься, усиливаться, передаваться далее.

Это интересно! Питер Гласер первым (1968) предложил фармить энергию Солнца орбитальными заводами, передавая луч наземным станциям.

Лазерный луч эффективно переносит энергию. Мощность 475 Вт настигла мишень, преодолев многие мили свободного пространства. Система показала КПД 54%. Лаборатории НАСА передали 30 кВт, применив частоту 2,38 ГГц (спектр микроволновой печи) тарелкой диаметром 26 метров. Итоговый КПД достиг 80%. Япония (1983) затеяла исследования передачи энергии слоем ионосферы, полной свободных носителей заряда.

Прототип создан командой Марина Соляшича (Массачусетский технологический университет). Резонансный передатчик отправил 60 Вт энергии на частоте 10 МГц, преодолев дистанцию 2 метра, достигнув КПД 40%. Год спустя группа Грега Лея и Майка Кеннана (Невада), используя частоту 60 кГц, покорила дальность 12 метров. Полагаем, новейшие разработки быстро засекретят.

Обнародованную историю завершает создание НАСА летательного аппарата (2003), питаемого излучением лазера. Анонсированный 12 марта 2015 года проект JAXA призван реализовать идеи Николы Тесла.

Радиорелейные линии связи (РРЛС)

Системы сотовой связи по своей природе являются распределенными телекоммуникационными объектами. Наибольший географический разброс по своей специфике получили элементы системы базовых станций ( /), а именно сами базовые станции ( , ). Это связано с тем, что задача базовых станций обеспечивать покрытие на как можно большей территории. Одним их ограничивающих факторов быстрого разворачивания сети сотовой связи является необходимость организации транспортных потоков между базовыми станциями и контроллером базовых станций. Для строительства кабельных сооружений (электрических или оптических) может потребоваться длительное время: от нескольких месяцев, до нескольких лет. Если речь идет о горной, болотистой либо другой труднопроходимой местности, то строительство кабельной линии связи может оказаться практически невозможным. Кроме того, строительство проводной линии связи требует больших финансовых затрат, что может оказаться экономически невыгодным, если требуется организовать интерфейс лишь до одной-двух базовых станций. Удобное решение в подобной ситуации предлагают радиорелейные линии связи. Строительство пролета РРЛ занимает не более нескольких дней с учетом времени необходимого на настройку и запуск. Также разворачивание радиорелейного пролета требует гораздо меньших финансовых затрат, а максимальная протяженность может достигать 50 км и более.

Рассмотрим принцип организации связи с помощью радиорелейных систем передачи. На каждом из двух концов должен быть установлен комплект оборудования для организации связи, который обычно включает в себя внутренний блок, внешний модуль и излучающая параболическая антенна. Внутренний модуль устанавливается в аппаратной, в непосредственной близости к телекоммуникационному оборудованию, либо в специальный термоизоляционный контейнер. Он выполняет задачи коммутации и мультиплексирования нескольких сигналов в один, модуляцию сигнала на промежуточную частоту, управление внешним модулем, а также отвечает за переключение на резерв, если это предусмотрено конструкцией РРЛС. Внутренний модуль может обслуживать от одного до нескольких комплектов внешнего оборудования (внешний модуль + антенна). Внешний модуль представляет собой преобразователь, который переносит сигнал с промежуточной частоты, полученный от внутреннего модуля на основную частоту, лежащую в пределах 6-38 ГГц. Это его главная функция. Внутренний и внешний модули соединяются, обычно, коаксиальным кабелем. После перемодуляции сигнала во внешнем модуле сигнал излучается через параболическую антенну. С противоположной стороны должен быть установлен аналогичный комплект оборудования. Обычно все современные РРЛ являются дуплексными, т.е и передавать, и принимать сигнал они могут через один и тот же комплект оборудования.

Структура радиорелейного пролета

При настройке РРЛС должна быть обеспечена прямая видимость между обеими антеннами. Сам процесс настройки носит название "юстировка". При этом путем изменения направления излучения основного лепестка для обеих антенн добиваются максимально возможного уровня приема сигнала на каждой стороне. Чем выше будет уровень принимаемого сигнала, тем более устойчив будет радиорелейный пролет к внешним метеоусловиям. Кроме того, уровень сигнала может повлиять на емкость системы, т.к. оборудование некоторых производителей предусматривает снижение емкости РРЛС при достижении некоторого минимального уровня.

Предельная дальность современных РРЛ, как правило, ограничена 50 км. Благодаря цифровому способу передачи и , они могут противостоять неблагоприятным метеоусловиям. Однако обычно для длинных пролетов вводятся некоторые ограничения: пролет должен быть максимально "чистым", т.е. между антеннами не должно быть ни каких препятствий. Кроме того, должна быть использована минимальная частота и максимальный диаметр параболической антенны. Также обычно эти РРЛС имеют уменьшенную емкость. На практике чаще используются менее длинные пролеты (протяженностью до 30 км).

В настоящее время на рынке телекоммуникационного оборудования представлено множество вариантов различных производителей, как по емкости, так и по стоимости. Существуют РРЛ, которые позволяют передавать до 500 Мбит/сек и поддерживают транспортные потоки 2хSTM-1, Fast и Gigabit