Крухмалев В.В., Гордиенко В.Н. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей, 2004

пользуется Кор. ГВЗ ПФ. В главном усилителе ГУс осуществляется основное усиление сигнала и автоматическая регулировка усиления (АРУ), для чего часть сигнала с выхода ГУс ответвляется в амплитудный детектор АД, а затем на усилитель постоянного тока УПТ\л с выхода фильтра нижних частот управляющий сигнал изменяет усиление ГУс. Таким образом, уровень сигнала промежуточной частоты на выходе главного усилителя поддерживается постоянным в достаточно большом диапазоне изменений уровня принимаемого сигнала (в приемниках магистральных РРЛ достигает 46...50 дБ). Оконечный усилитель ОУс имеет два выхода, один из которых используется для подачи сигнала на вход передатчика (ретрансляция сигнала на промежуточную радиорелейную станцию ПРС), второй - для выделения сигнала промежуточной частоты на узловой радиорелейной станции УРС. Усилитель-ограничитель УО обычно устанавливается в РРЛ с частотным уплотнением и ЧМ, он подавляет паразитную амплитудную модуляцию. Мощный усилитель МУ обеспечивает на входе смесителя передатчика необходимый уровень сигнала промежуточной частоты.

Особенности трактов промежуточной частоты цифровых РРЛ заключаются в разных требованиях к полосам пропускания и точности коррекции частотных характеристик тракта, а также в повышенном требовании к линейности амплитудной характеристики активных элементов этого тракта.

Нелинейные элементы тракта промежуточной частоты, такие как амплитудные ограничители, приводят к дополнительной потере помехоустойчивости цифровых РРЛ с квадратурной АМ. Поэтому в приемопередатчиках цифровых РРЛ не используются амплитудные ограничители, а для усилителей сигнала устанавливается линейный режим.

Следует особо остановиться на принципах построения приемопередающей аппаратуры промежуточных станций РРЛП. Приемопередающая аппаратура промежуточных станций подразделяют на два основных вида: промежуточная станция с модуляцией и демодуляцией сигнала и промежуточная станция без модуляции и демодуляции. Приемопередающую аппаратуру промежуточных станций без модуляции и демодуляции сигнала в свою очередь можно подразделить в зависимости от метода образования гетеродинных сигналов для приемника и передатчика на аппаратуру с

общим гетеродином, отдельными гетеродинами, а также с прямым усилением на СВЧ.

Приемопередающая аппаратура с общим гетеродином. Упрощенная структурная схема приемопередающей аппаратуры этого типа приведена на рис. 4.

«Ш

Тгтпд

промежуточной частоты /пч (обычно 70 МГц) подается на усилитель промежуточной частоты приемника УПЧпм, где осуществляется основное усиление принимаемого сигнала. Усилитель имеет систему автоматической регулировки усиления (АРУ), благодаря чему уровень выходного сигнала остается почти неизменным при изменении уровня входного сигнала в широких пределах.

На оконечных и узловых станциях сигнал с выхода УПЧпм подается на демодулятор Дм для выделения сигналов, передаваемых РРЛ. На промежуточных станциях сигнал с выхода УПЧпм поступает непосредственно на вход усилителя промежуточной частоты передатчика УПЧпд- Этот усилитель обеспечивает необходимое для работы смесителя передатчика СМПд значение мощности сигнала промежуточной частоты. В смесителе передатчика осуществляется преобразование сигнала промежуточной частоты в сигнал частоты /пд СВЧ диапазона. Частота гетеродинного сигнала /Ьтю. поступающего на смеситель передатчика, отличается от частоты /пд на величину промежуточной частоты. С помощью полосового фильтра боковой полосы ФБП производится выделение полезной боковой

полосы частот (верхней В или нижней Н) на выходе смесителя передатчика. Сигнал с выхода ФБП подается на усилитель СВЧ (УСВЧ) и далее через систему направляющих фильтров поступает в антенну. На оконечных и узловых станциях на вход УПЧПд сигнал поступает от частотного модулятора ЧМД станции.

Как следует из схемы (см. рис. 4), для работы приемопередатчика необходимы два гетеродинных сигнала с частотами /Ьтю и кдвЭти сигналы образуются в гетеродинном тракте приемопередатчика. Задающий генератор Г генерирует сигнал с частотой /гтлаЭтот сигнал поступает на смеситель передатчика и одновременно на смеситель сдвига СМСдв• В этом смесителе частота /гтл<э преобразуется в частоту fгтпм^ для чего на смеситель подается также сигнал с генератора сдвига /Ьда. Номинальное значение частоты /еда равно разности частот приема и передачи, которая должна соответствовать плану распределения частот.

Образованный в смесителе сдвига гетеродинный сигнал частоты ^гтпм выделяется узкополосным фильтром ФУП и поступает на смеситель приемника СМПм-

При преобразовании частот в смесителе передатчика в случае /лм < ^гтпм используется нижняя боковая полоса частот, а в случае /лм > /гтпм - верхняя боковая полоса частот. Комбинируя сочетания частот /пм. /гтлм. /гтпа и /Ьд, возможно сформировать четыре варианта расстановки частот.

Приемопередающая аппаратура с отдельными гетеродинами. В радиорелейной аппаратуре последних лет широко применяется схема приемопередающей аппаратуры с отдельными СВЧ гетеродинами для приемника и передатчика. Наличие отдельных гетеродинов делает работу приемника и передатчика независимой друг от друга. Это особенно удобно для оконечных станций, где приемник и передатчик работают в различных направлениях связи.

Упрощенная структурная схема приемопередающей аппаратуры с отдельными гетеродинами приведена на рис. 5. Прямой тракт приемопередатчика (см. рис. 5), включающий ПФ, СМПм, УПЧпм, УПЧпд, СМпд, ФБП и УСВЧ, в принципе ничем не отличаются от прямого тракта приемопередатчика с общим гетеродином, который был рассмотрен выше, и поэтому не требуется особых пояснений.

Для получения гетеродинных сигналов используются высокостабильные кварцевые генераторы ГКв и цепочка умножителей Умн с усилителями. Гетеродины приемника и передатчика построены одинаково. Различие их связано с тем, что от гетеродина передат-

чика требуется, большая мощность, чем от гетеродина приемника. Поэтому в гетеродинном тракте передатчика на входе умножителей применяются мощные усилители по сравнению с подводимыми мощностями в гетеродинном тракте приемника.

Рис. 5. Упрощенная структурная схема приемопередающий аппаратуры с отдельным гетеродином

Приемопередающая аппаратура с демодуляцией сигнала на каждой промежуточной станции. Радиорелейная аппаратура,

в которой на каждой промежуточной станции производится демодуляция сигнала и последующая его модуляция, применяется на РРЛП малой и средней емкости, а также на телевизионных линиях малой протяженности и в частности на телевизионных передвижных радиорелейных станциях.

В подобной аппаратуре возможно выделение и введение сигналов части телефонных каналов на любой промежуточной станции, что важно для технологических РРЛ, обслуживающих газопроводы, нефтепроводы, железнодорожные линии и т. п.

Структурная схема одного из вариантов построения аппаратуры с демодуляцией на каждой станции приведена на рис. 6. Назначение ряда элементов схемы очевидно. Отличительной особенностью схемы является передатчик с фазовым модулятором. Сигнал от кварцевого задающего генератора ГКв поступает на фазовый модулятор ФМД, в котором производится модуляция сигнала по фазе, поступающего от задающего генератора. На входе ФМД для преобразования фазовой модуляции в частотную включен частотный корректор ЧК, имеющий коэффициент передачи, обратно пропор-

циональный частоте модуляции. После ФМД следует цепочка умножителей частоты. В процессе умножения частоты в п раз происходит увеличении девиации частоты также в п раз, что позволяет иметь в фазовом модуляторе небольшие девиации фазы, что облегчает получение необходимой линейности модуляционной характеристики. Как видно из рис. 6, приемник построен по обычной супергетеродинной схеме.

К аппаратуре выделения

ГКв 'гТПм/П

Рис. 6. Упрощенная структурная схема приемопередающей аппаратуры с демодуляцией

Аппаратура промежуточной станции с прямым усилением на

СВЧ. Аппаратура такой станции содержит только один СВЧ усилитель в каждом направлении связи, рис. 7. Слабый сигнал, принятый антенной от предыдущей станции, через разделительный фильтр поступает на передающую антенну без изменения частоты. Подобная схема может применяться только при сравнительно небольшом усилении (40...50 дБ) из-за опасности возникновения генерации, вызванной недостаточной развязкой входа и выхода усилителя.

Более совершенная схема с прямым усилением приведена на рис. 7, б, которая содержит два усилителя СВЧ. Один - УСВЧ! - работает на частоте /ЬмЗатем в смесителе сдвига СМсдВ частота сигнала преобразуется в /дд и сигнал усиливается в УСВЧ2. Помимо большего усиления, схема рис. 7, б позволяет путем модуляции колебаний генератора сдвига вводить в ствол сигналы служебной связи (СС) и телесигнализации (ТС).

Схемы с прямым усилением на СВЧ потребляют значительно меньшую мощность, чем схемы с усилением на промежуточных частотах, что позволяет значительно упростить и удешевить промежуточную станцию РРЛ прямой видимости. У подобных схем. прекрасные перспективы широкого применения в РРСП.

Схема организации цифрового ствола. Линейный цифровой сиг-

нал (ЛЦС) формируется в цифровой системе передачи (ЦСП) и подается на оконечную радиорелейную станцию.(ОРС) для передачи по РРЛ. На рис. 8 показана упрощенная схема цифровой радиорелейной системы передачи (ЦРРСП). На вход согласующего устройства (СУ) передающей части оконечной радиорелейной станции (ОРС) поступает ЛЦС, сформированный на основе импульсно-кодовой модуляции, дельтамодуляции или их разновидностей. В СУ обычно происходит преобразование кода входного сигнала в униполярный код. Этот сигнал далее используют для манипуляции несущей частоты в модуляторе (М) передатчика, причем может использоваться как непосредственная модуляция, так и модуляция с преобразованием на промежуточной частоте. Модулированный СВЧ сигнал после соответствующей обработки и усиления УСВЧ через антенно-фидерный тракт (АФТ) поступает в передающую антенну.

На промежуточной станции сигнал, формируемый на выходе приемника (Пр), восстанавливается в регенераторе (Per), модулирует несущую передатчика (Пер) и через АФТ подается в антенну.

На приемной стороне ОРС сигнал СВЧ из приемной антенны через АФТ после фильтрации и усиления поступает в смеситель (СМ), где преобразуется в сигнал промежуточной частоты (ПЧ). В демодуляторе (ДМ) сигнал ПЧ преобразуется в цифровой униполярный сигнал, который затем преобразуется в цифровой униполярный сигнал и после преобразования в код соответствующей ЦСП через СУ поступает в приемную часть ЦСП или соответствующий линейный тракт проводной системы передачи.

Особенности построения тропосферных радиорелейных линий

Как отмечалось в предыдущей лекции, радиорелейные линии, использующие эффект дальнего тропосферного распространения ультракоротких волн (УКВ), называются тропосферными радиорелейными линиями (ТРРЛ). Соседние станции ТРРЛ обычно располагаются на расстоянии 300...400 км, а в отдельных случаях (при благоприятных условиях распространения УКВ) и 600...800 км. Возможность перекрывать такие большие расстояния является основным преимуществом ТРРЛ. Для нашей страны с ее огромной территорией ТРРЛ представляют особый интерес, поскольку позволяют обеспечить современными средствами связи отдаленные и труднодоступные районы Севера и Дальнего Востока.

Затухание сигнала на участке ТРЛЛ велико - 200 дБ и более, сигнал в месте приема имеет многолучевой характер и подвержен случайным флуктуациям - замираниям. Поэтому на ТРРЛ применяются передатчики большой мощности - от нескольких сотен ватт до десятков киловатт, остронаправленные антенны с раскрывом в несколько десятков метров и коэффициентом усиления 45...50 дБ.

Все же и этого оказывается недостаточно, так как средний уровень сигнала на входе приемника оказывается малым. Поэтому на ТРРЛ широко применяются малошумящие усилители СВЧ, порогопонижающие устройства, а также используется техника разнесенного приема и другие методы борьбы с быстрыми интерференционными замираниями.

Пропускная способность ТРРЛ обычно составляет 12...60 каналов тональной частоты. Максимальная емкость радиоствола ТРРЛ в некоторых случаях может достигать 120 каналов.

На ТРРЛ, так же как и на РРЛ прямой видимости, применяются три типа станций; оконечная, промежуточная и узловая (или станция с ответвлениями).

Особенности построения станций ТРРЛ следующие:

для повышения качества, устойчивости и надежности связи на всех станциях линии передачи обязательно используется разнесенный прием: сдвоенный, счетверенный или большей кратности;

поскольку на ТРРЛ, как правило, соседние станции удалены друг от друга на значительные расстояния, то почти на каждой промежуточной станции производится демодуляция и повторная модуляция сигнала для выделения некоторого числа каналов тональной частоты.

Обобщенная структурная схема передатчика ТРРЛ. Передат-

чик состоит из (рис. 9) возбудителя и мощного усилителя, основой которых является пролетный клистрон.

Возбудитель

Рис. 9. Типовая структурная схема передатчика ТРРЛ

Модулирующее напряжение от кэналобразующей аппаратуры поступает на генератор частотно-модулированных колебаний ЧМГ, который работает на промежуточной частоте (обычно 70 МГц). Полученные колебания через ограничитель амплитуд. ОА подаются на УПЧ, где усиливаются и поступают на смеситель высокого уровня См. На этот же смеситель подаются колебания высокой частоты, получающиеся с помощью умножения частоты кварцевого генератора КГ в умножителе частоты. Для получения высокой стабильности частоты передающего устройства в ЧМГ принимаются специальные меры по стабилизации средней частоты и точности ее установки. Относительная точность установки частоты ЧМГ не хуже 5-Ю"7.

Так как для раскачки мощного усилительного клистрона требуется сравнительно большая мощность, то полученные после смесителя колебания высокой частоты усиливаются в УВЧ. Затем через фильтр боковой полосы Ф, который выделяет нижнюю или верхнюю боковую полосу, ферритовый вентиль ФВ, необходимый для согласования выхода УВЧ и входного резонатора клистрона, и направленный ответветвитель НО, предназначенный для измерительных целей, колебания подаются на мощный клистронный усилитель МУ.

С выхода кпистронного усилителя через мощный ферритовый вентиль ФВ, необходимый для согласования выхода клистронного усилителя с антенно-фидерным трактом, и фильтр гармоник ФГ,

защищающий другие радиосредства от помех со стороны данного передатчика, высокочастотная энергия по волноводу поступает в антенну. Направленный ответвитель НО и здесь служит для измерения полезной мощности, а также для организации защиты клистрона. При нарушении согласования в фидере может произойти СВЧ пробой. В результате возникает дуга на выходе клистрона, что может привести к его отказу. В этом случае срабатывает система защиты, действующая от отраженной волны. Эта система снимает высокое напряжение с клистрона, предотвращая его разрушение.

Техника разнесенного приема. Разнесенный прием является основным способом борьбы с замираниями на ТРРЛ. Разнесенный прием основан на том, что сигнал на выходе приемного устройства образуется комбинацией нескольких входных сигналов, несущих одну и ту же информацию, но по-разному пораженных замираниями. При этом комбинирование осуществляется так, чтобы выходной сигнал флуктуировал значительно меньше, чем входные.

На ТРРЛ могут быть примененеы следующие методы разнесения: пространственное разнесение антенн (обычно перпендикулярно трассе)

на расстояние О > 100 X, где X - длина волны радиосигнала;

частотное разнесение, использующее независимость замирания сигнала на частотах, разнесенных на величину, превышающую радиус частотной корреляции;

разнесение по углу прихода луча, при котором используются одна приемная антенна и несколько облучателей, каждый из которых создает свою диаграмму направленности, сдвинутую относительно соседних по азимуту либо по углу места;

комбинированное разнесение, например, при счетверенном приеме разнесения пар сигналов по частоте и в пространстве или по частоте и углу.

На ТРРЛ чаще всего используется разнесение сигналов по частоте и пространству, реже - по углу прихода сигналов из области рассеяния. Наиболее распространен счетверенный прием с разнесением двух антенн по пространству и двух передатчиков по частоте.

Системы разнесенного приема делят на две группы: системы фильтрового приема и системы автокорреляционного приема.

При фильтровом приеме сигналы от различных антенн сначала выделяются фильтрами, а затем комбинируются. Такие системы обеспечивают обычно кратность не более 4, так как дальнейшее увеличение кратности потребовало бы увеличения числа дорогостоящих антенн и передатчиков.