Большая Энциклопедия Рефератов - Радиорелейная и радиотропосферная связь - бесплатно рефераты, скачать рефераты, рефераты на тему

Радиорелейная и радиотропосферная связь

p> Если считать, что поверхность Луны идеально диффузная, то она будет создавать максимальное излучение в направлении нормали и совсем не давать излучения в касательном направлении. Тогда эффективная поверхность Луны будет

[pic]

а. выражение (1.3.2) примет вид

[pic] (1.3.3)

Проведенные за последние годы эксперименты показали, что поверхность
Луны не является идеально гладкой и идеально диффузной, а занимает какое-то промежуточное положение. Если бы поверхность Луны была бы идеально гладкой, то при отражении импульсов электромагнитной энергии достаточно малой длительности они бы практически не искажались. Если считать, что поверхность Луны идеально диффузная, то отраженный импульс создается по принципу сложения мощностей, создаваемых отдельными элементами лунной поверхности.

На рисунке 1.3.3 приведена схема прохождения короткого импульса мимо поверхности Луны.

|[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |

Рисунок 1.3.3 - Схема прохождения короткого импульса мимо Луны.

Из рисунка следует, что самый короткий импульс будет создавать вторичное излучение за время прохождения его вдоль всей видимой поверхности
Луны, т. е. от точки А до точки Б. Иными словами, импульс будет растянут на время

[pic]

Эксперименты же показали, что удлинение импульсов имеет место, но значительно меньше и составляет 0,3 мсек, причем 70% энергии импульса заключено в первой десятой миллисекунды. Это означает, что диск Луны имеет
«темный нимб» и отражение происходит только в небольшой области, находящейся в центре видимого диска. Определено, что на частоте 120 Мгц эффективная поверхность Луны имеет радиус 1/3 аЛ.

М. П. Долухановым высказано предположение, что отражение импульсов от
Луны происходит в основном в пределах первой полузоны Френеля и носит не зеркальный, а частично диффузный характер ввиду наличия на поверхности Луны неровностей. Удлинение импульсов до 0,3 мсек получается из-за отражения от соответствующим образом ориентировочных неровностей на глубине (< аЛ = 45 км . На рисунке
1.3.4 показано, что соответствует радиусу отражающей части поверхности Луны около 400 км. Последнее подтверждается тем, что при коротких импульсах основное отражение отделено от последующих более или менее явно выраженными импульсами. Этим объясняется явление так называемых «модуляционных потерь»
— уменьшение интенсивности отражения по мере укорочения длительности импульса. При увеличении длительности импульса дополнительные отражения накладываются на основные и интенсивность отражения возрастает.

[pic]

Рисунок 1.3.4. Отражающая часть поверхности Луны.

Зависимость потерь в тракте распространения от длины волны, учитываемая формулой 1.3.3. Сравнение принятых сигналов на волнах 15 и 76 см показало, что мощность шумов в канале на волне 15 см больше примерно на
14 дб, чем на волне 75 см.

Taк как отражение от лунной поверхности происходит в основном в пределах первой полузоны Френеля и носит частично диффузный, то этим объясняется уменьшение эффективного значения коэффициента отражения против теретического значения совершенно гладкой поверхности. Коэффициент отражения по данным экспериментов для длины волны 10 см составляет
0,27(0,1.

Из первой фазы, когда происходит наиболее интенсивное отражение, следует, что длительность переднего фронта отраженного импульса будет равна длительности посланного импульса. Из второй фазы, когда площадь отражающей поверхности уменьшается, следует, что интенсивность отраженной энергии резко падает. Длительность заднего фронта отраженного импульса определяется временем прохождения электромагнитной энергией расстояния, равного глубине отражающей поверхности (если бы Луна представляла собой идеально гладкий отражатель, эта длительность равнялась бы 11,6 мсек). Форма отраженного импульса u(t) приведена на рисунке 1.3.5.

[pic]

Рисунок 1.3.5. Форма отраженного от Луны импульса.

Задний фронт импульса можно аппроксимировать выражением:

[pic] где n(t) – некоторая функция от t, приведенная на рисунке 1.3.5 пунктиром.

Введение в раздел

Первая тропосферная радиорелейная линия была сооружена в США в 1955г. и работала в диапазоне частот 500—700 Мгц с расстоянием между соседними станциями около 250 км. В последующие годы наметился переход к более высоким частотам (до 5000—6000 Мгц), Дальность связи вследствие большего затухания при распространении радиоволн в этом случае уменьшается, однако возрастает пропускная способность системы связи и уменьшаются искажения передаваемой информации. Для повышения надежности стали использовать счетверенный прием с пространственным и частотным разнесениями, а также прием более высокой кратности с угловым разнесением. Появились мобильные системы военной радиосвязи. Ведутся интенсивные работы по использованию линии ДТР для связи Земля-самолет и Земля-корабль. Развитие радиотехники и электроники позволило в последние годы построить линии тропосферной связи на частотах 500—1000 Мгц, с расстоянием между соседними станциями до 800, а в отдельных, благоприятных по условиям распространения радиоволн случаях, и до 1000 км. Для этого потребовалось создать радиопередающие устройства с мощностью до 100 кВт, антенные системы, площадь которых приближается к 2000 м2 приемные устройства с шумовой температурой 70 - 150°К и специальные устройства, улучшающие пороговые свойства ЧМ. Обычно ширина полосы передаваемых сигналов на линиях сверхдальнего тропосферного распространения
(СТР) не превышает 100—200 кГц. Это позволяет передавать по ним 12—24 телефонных канала.
Дальнейшим возможным аспектом использования линии СТР является создание одноканальных линий внутриобластной связи с малыми энергетическими параметрами. Расчеты показывают, что такие линии могут быть весьма экономичными.
Наряду с увеличением длины участков линии развитие систем связи, использующих ДТР, идет по пути расширения полосы передаваемых сигналов. Это достигается, в частности, использованием узконаправленных антенн; хотя увеличения энергетических параметров аппаратуры почти не происходит, так как возрастают потери усиления антенн, узкий пучок электромагнитной энергии обеспечивает малые запаздывания между отдельными компонентами многолучевого сигнала в месте приема и, вследствие этого, малые искажения. Расширение полосы передачи позволило передать по линиям ДТР телевизионные сигналы совместно со звуковым сопровождением. Имеются сообщения о применении на линиях ДТР импульсно-кодовой модуляции. Для расширения полосы частот и уменьшения искажений при использовании дальнего тропосферного распространения УКВ находят применение новейшие методы борьбы с многолучевостью путем использования сигналов с широкой базой.

2. Тропосферная связь. Основные понятия

Тропосферная радиоволна распространяется между точками земной поверхности по траектории, лежащей в тропосфере. Энергия тропосферной радиоволны короче
100 см рассеивается на неоднородностях тропосферы. При этом часть энергии попадает на приемную антенну РРС, расположенной за пределами прямой видимости на расстоянии 250 ...350 км. Цепочка таких РРС образует тропосферную радиорелейную линию (ТРЛ) (рис. 2.1).На любой РРС устанавливают антенны, приемно-передающую аппаратуру и вспомогательные устройства (аппаратуру телеобслуживания, служебной связи, гарантированного электропитания и др.). Комплекс аппаратуры, обеспечивающий нормальную работу РРЛ (или ТРЛ), называют радиорелейной системой.

[pic]

Рисунок 2.1 – К пояснению принципа работы ТРЛ

Механизм проведения дальнего распространения радиоволн на УКВ может быть обусловлен многими факторами. Наиболее часто возможно дальнее прохождение с рассеянием радиоволн на неоднородностях тропосферы. Регулярная дальняя связь с использованием рассеяния волн на неоднородностях тропосферы требует высокого энергетического потенциала радиостанций. В любительских условиях при ограниченных размерах антенн и мощности передатчиков регулярная дальняя связь возможна при усилении антенны 10-16 dBd и мощности передатчика 10 Вт на расстояниях до 300-500 км. Сила сигналов невелика и они имеют характерные временные замирания (фединги) Наиболее удачное время для таких тропосферных связей - время после захода солнца. При повышении энергетического потенциала станций (усиление антенн 16-20 dBd pwr 1 KW) радиус подобных связей возрастает до 600-800 км.
В летний период на 2 метровом диапазоне учащается возникновение положительной рефракции. Наиболее часто оно наблюдается в утренние часы, возникая в ясную погоду, после прохладной ночи, при высоком атмосферном давлении, через 20-30 мин после восхода солнца и продолжаясь, порой, до нескольких часов. Сила сигналов существенно выше (на 10-20 dB), чем при тропосферном рассеянии.
Летом, а особенно осенью, возникает канальное тропосферное прохождение.
Характерным признаками являются высокое атмосферное давление, начинающее понижаться, наличие атмосферных фронтов. Данное прохождение позволяет проводить связи на расстояния до 1000-2000 км при умеренной мощности , порядка 100 Вт, и антенне с усилением 10-15 dBd.

2.1. Некоторые виды используемых станций и их параметры

Станция Р-423-1

|СОСТАВ РАДИОСТАНЦИИ Р-423-1 |
|- транспортное средство 13Д для установки; |
|- транспортное средство связи и технического обслуживания электростанции;|
| |
|- мультиплексная система "Импульс", которая не является частью станции, |
|используется для работы в составе цифрового оборудования. |
|БАЗОВОЕ ШАССИ: |
|- для 13Д и электростанции - автомобиль "КаМАЗ-4310"; |
|- для средств связи и технического обслуживания - автомобиль "УРАЛ 375Д";|

2.2. Сверхдальние тропосферные линии передачи

Исследования распространения волн дециметрового диапазона показали возможность увеличения расстояния между ретрансляционными станциями тропосферных линий до 800—1000 км. При этом объем рассеяния находится в стратосфере. Механизм распространения радиоволн на такие расстояния еще недостаточно изучен, однако эксперименты показали, что распределение амплитуды сигнала при быстрых замираниях также подчиняется закону Рэлея, распределение сигнала при медленных замираниях подчиняется нормально логарифмическому закону, однако дисперсия распределения уменьшается до
2—2,5 дБ. Это означает, что диапазон медленных флуктуаций сигнала значительно меньше, чем на обычных линиях ДТР; сезонный ход множителя ослабления также значительно меньше, чем на обычных линиях ДТР. Оказалось, что трассы, проходящие над морем, значительно лучше по условиям распространения, чем трассы такой же длины над сушей (сигнал выше на 10—20 дБ). Линии СТР приближаются по расстоянию между соседними участками к линиям ионосферного рассеяния, однако вследствие значительно большей широкополосности канала километр линии сверхдальнего тропосферного распространения обходится примерно в 10 раз дешевле, чем на линиях ионосферного рассеяния.
Расчеты для линий СТР показывают, что три надежности связи, равной 99,95%, можно получить мощность шумов в канале, не выходящую за пределы норм (с применением компандеров, дающих 8—10 дБ выигрыша в средне минутной мощности шумов в телефонном канале). Дальнейшее повышение надежности линии может быть получено использованием слежения по частоте. Линия СТР должна иметь для слежения цепь обратной связи, по которой на передающий конец подается информация о состоянии тракта. В соответствии с этой информацией, частота передатчика плавно изменяется, оставаясь, все время на максимуме коэффициента передачи тропосферы. Приемное устройство непрерывно подстраивается. Выигрыш от применения такой системы слежения равен 9—10 дБ.
Однако применение ее затруднено необходимостью использования очень широкой полосы.
Увеличение запаздывания между компонентами многолучевого сигнала при СТР резко увеличивает мультипликативные помехи и, следовательно, кроме ухудшения энергетики приема, вызывает увеличение переходных помех при многоканальной телефонии. При передаче дискретной информации «память» канала ограничивает скорость передачи, поскольку появляются межсимвольные искажения. Однако пропускная способность многолучевого канала падает незначительно (на 17%); более того, она может быть восстановлена оптимальными методами передачи информации. Все существующие методы борьбы с мультипликативной помехой могут быть, -в принципе, разделены на следующие группы:
1. Метод накопления, при котором образуются несколько копий принимаемого сигнала, по-разному пораженного мультипликативной помехой. Эти копии комбинируются.
2. Метод адаптивного приема, при котором производится непрерывное или периодическое измерение характеристик среды распространения. Данные этих измерений используются для оптимизации выбора сигналов на передаче путем использования информационной обратной связи и оптимальной обработки сигналов на приеме.
3. Метод использования исправляющих кодов и обратной связи после решений
(postdecision feedback).
Применение того или иного метода определяется, с одной стороны, характеристиками канала связи, а с другой—передаваемой информацией и допустимыми искажениями. На многоканальных тропосферных РРЛ наибольшее распространение нашел первый.
При передаче дискретной информации вместо методов разнесения, применяются методы, основанные на возможности разделения лучей в месте приема. Следует отметить, что представление принимаемого сигнала в виде конечной суммы лучей с амплитудами Ui, фазами (i и задержками (i полностью согласуется с физической природой распространения только на коротких волнах. В канале ДТР не представляется возможным выделить один сильный луч, однако, тем не менее, представление сигнала в виде конечной суммы лучей правомочно. Если, например, полоса передаваемого сигнала (fc, то сигнал может быть представлен суперпозицией лучей с задержками друг относительно друга, равными [pic] (по Котельникову); тогда число разделяемых лучей равно 2(К
(fс. Используя сигналы с широкой базой и корреляционный прием или прием на согласованный фильтр, можно разделить лучи во времени прихода. При этом запаздывание в каждом луче будет значительно меньше (К и, следовательно, уменьшатся искажения сигнала и мультипликативные помехи. При этом в зависимости от методов приема возможно либо выделение одного сильнейшего луча, либо использование нескольких лучей путем когерентного приема и суммирования всех лучей по напряжению.
Разделимость лучей связана с наличием у широкобазного сигнала весьма быстро спадающей автокорреляционной функции. Если ширина пика автокорреляционной функции специально сконструированного сигнала меньше минимального запаздывания между лучами и если каким-либо способом в точке приема был определен наиболее сильный луч (или группа лучей), то простой автокорреляционный приемник подавит все остальные лучи, как опережающие, так и запаздывающие, в соответствии со значениями функции автокорреляции для времени, равного величине задержки этих лучей.
Выделение сильнейшего луча, а также и всех других, может быть осуществлено путем синхронизации местных сигналов каждым из лучей. После разделения лучей можно использовать всю энергию, сложив их. Основными недостатками таких систем являются значительное усложнение приемного оборудования и расширение занимаемой полосы частот.
По методу приема сигналов с широкой базой различают корреляционный прием с помощью многоканального коррелятора с линией задержки с отводами и прием на согласованные фильтры. В первом случае в качестве опорного широкополосного сигнала используется бинарная псевдослучайная последовательность типа М- последовательности с последующей фильтрацией. Возможно применение также других псевдослучайных последовательностей (многофазные коды Фрэнка и др.).
Основные их свойства — равномерность спектра в широкой полосе, острый пик автокорреляционной функции и малый пикфатор. Переход к М-позиционному кодированию позволяет в той же полосе увеличить скорость передачи в log2M раз по сравнению с бинарным кодированием. При этом аппаратура усложняется
(в ( М раз). В качестве опорных сигналов могут быть использованы разные М- последовательности, а также многочастотная и многофазная манипуляции. Для передачи аналоговой информации может быть использована относительно узкополосная частотная модуляция. При этом ЧМ сигнал на передаче (а затем и на приеме) перемножается с опорным псевдослучайным сигналом. Однако передача с помощью КИМ и (-модуляции считается более эффективной.
Серьезной проблемой считается синхронизация как тактовая, так и внутрибодная. Хотя сами широкополосные сигналы обладают хорошей разрешающей способностью по времени, но реализация этих свойств для разрешения многолучевости требует и соответствующей точности синхронизации.
Имеются также большие трудности при конкретной реализации широкополосной линии задержки и схемы поиска при вхождении в связь.
При приеме на согласованные фильтры обычно используют внутриимпульсную линейную частотную модуляцию, например, с помощью дисперсионной ультразвуковой линии задержки. Используя линейную ЧМ с противоположным наклоном, можно передавать бинарные сигналы. На приеме согласованный фильтр предоставляет собой аналогичную передаче линию задержки.
Системы с широкобазными сигналами разрешают многолучевость на основе анализа импульсной реакции канала связи, т. е. используют эквивалентную модель канала, основанную на выборочных значениях его импульсной реакции.
Однако можно использовать эквивалентную модель канала, основанную на выборочных значениях передаточной функции канала (в таком случае удобно говорить не о многолучевости, а о селективных затираниях). Формируя на передаче многочастотный сигнал, составленный из отрезков синусоид, и измеряя на приеме амплитуды и фазы этих частот, а затем, когерентно складывая их, получим оптимальную систему, производящую на приеме адаптацию или измерение и учет реальных характеристик. Для измерения характеристик тракта распространения могут использоваться либо специальные сигналы, как, например, в системе с испытательным импульсом, либо информационные сигналы.
В качестве испытательного импульса удобно использовать импульс с ЛЧМ.
В ЦЕЛОМ ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЕМНИК ОЦЕНИВАЕТ СОСТОяНИЕ КАНАЛА И ОПТИМИЗИРУЕТ СВОИ
ХАРАКТЕРИСТИКИ (ОПОРНЫЕ СИГНАЛЫ). ТАКУЮ ОПТИМИЗАЦИЮ ВОЗМОЖНО ПРОИЗВОДИТЬ НЕ
ТОЛЬКО НА ПРИЕМНОМ КОНЦЕ, НО И НА ПЕРЕДАЮЩЕМ, ИСПОЛЬЗУя ОБРАТНЫЙ КАНАЛ. НА
МНОГИХ ЛИНИяХ СВяЗИ ОРГАНИЗОВАТЬ ТАКОЙ КАНАЛ НЕСЛОЖНО. АНАЛИЗИРУя
ПРИНИМАЕМЫЙ СИГНАЛ, МОЖНО, НАПРИМЕР, ПРОСТО ИЗМЕНяТЬ МОЩНОСТЬ ПЕРЕДАТчИКА В
ТАКТ С ФЕДИНГОМ.
Выше уже говорилось, что при обратной связи, периодически исследуя большой диапазон частот и выбирая оптимальную частоту передачи, можно получить значительный выигрыш. Этот выигрыш зависит от полосы, занимаемой информационным сигналом, и от точности разрешения сигнала зондирования по частоте. Такой метод эквивалентен разнесению по частоте с автовыбором, однако порядок разнесения определяется как интервалом корреляции по частоте, так и точностью разрешения или числом исследуемых частот в измерительном сигнале (следует, правда, отметить, что при автовыборе с увеличением порядка разнесения выигрыш растет медленно, а кроме того, при увеличении полосы информационного сообщения выигрыш от работы на оптимальной частоте быстро падает). Основная трудность — обеспечить свипирование такой большом полосы частот. На участках СТР с большим запаздыванием лучей (К, вероятно, окажется достаточным исследовать канал связи в полосе частот 20 Мгц. При этом возможна одновременная передача измерительного и информационного сигналов, причем для. передачи информации можно использовать аналоговые методы модуляции, например, частотную, а в качестве опорного шумоподобный сигнал с равномерным спектром в полосе 20
Мгц. В процессе работы на приемном -конце в результате обработки измерительного сигнала оценивается состояние канала во всем диапазоне п выбирается оптимальная частота, значение которой кодируется и передается по каналу обратной связи. В принципе, разрешающая способность измерительного сигнала может быть сделана очень большой, однако выигрыш такого метода целиком зависит от статистических свойств канала СТР.
В системах с обратным каналом связи можно менять не только частоту передатчика, но и девиацию (в случае ЧМ), число каналов, мощность передатчика или все одновременно. Основная особенность—возможность передачи аналоговой информации, в отличие от предыдущих систем, 'передающих только дискретную информацию.
Применение дискретизации и квантования аналоговой информации, т. е. переход к дискретной информации, дает возможность согласовать скорость передачи информации с полосой пропускания тракта при использовании обычных узкополосных методов модуляции. Это возможно, например, путем разбиения канала с высокой скоростью на п параллельных каналов (с разнесением их по
(Времени и частоте) со скоростью передачи, в п раз меньшей. Возможно использование и многопозиционного кодирования. Перспективно использовать многоканальную систему, где в субканалах используются многопозиционные
1коды. При этом аппаратура обладает большой гибкостью, так как при плохих условиях распространения легко увеличить порядок разнесенного приема за счет уменьшения скорости передачи.

Страницы: 1, 2, 3

В соцсетях