Список использованных источников

Структурная схема и принцип работы внешнего блока станции

Структурная схема внутреннего блока цифровой станции

Общая характеристика оконечной станции

РАДИОРЕЛЕЙНОЙ СТАНЦИИ

ТИПОВАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЦИФРОВОЙ

Оконечные цифровые станции радиорелейной связи постоянно совершенствуются, и большинство из них располагает следующими функциональными возможностями:

– программным изменением пропускной способности, режима передачи, частоты настройки и выходной мощности передатчика;

– комплексным контролем рабочих характеристик станций с выводом на экран ПК конфигурации РРЛ, параметров состояния ее устройств, уровней сигналов и показателей качества связи;

– телеметрией и управлением работой ближайшими ПРС.

Современные ЦРРСП малой и средней ёмкости состоят из двух блоков: внешнего Outdoor Unit (ODU) и внутреннего Indoor Unit (IDU). Внешний блок представляет собой малогабаритный контейнер, который совместно с антенной устанавливается на верхней части антенной опоры. Высокочастотная часть блока ODU выполняется по микрополосковой технологии СВЧ [17] и служит для приема и передачи модулированных радиосигналов соответствующего диапазона частот. ODU обеспечивает разделение принимаемых сигналов по частоте, поляризации и направлению; установку по командам с блока IDU требуемых значений частот настройки и уровней выходной мощности; проверку устройств блока в режиме работы «на себя» по СВЧ-сигналу и др. В разных диапазонах частот (от 4 до 40 ГГц) блоки ODU одного производителя близки по исполнению и отличаются только частотно-селективными устройствами и частотой их настройки. Конструктивно ODU приспособлены для работы в широком диапазоне температур (от минус 45 до плюс 50°С), имеют малые размеры и вес (4…8 кг) и обычно крепятся на тыльной стороне антенны или соединяются с ней гибким волноводом.

Внутренний блок IDU содержит входные и выходные интерфейсы для передачи цифровых потоков и выполняет следующие функции:

– сопряжение с линиями связи и цифровой аппаратурой уплотнения;

– программное объединение вспомогательной информации и потоков типа Е1, Е2 и др.;

– формирование, ввод и вывод сигналов телеуправления, служебной связи, резервирования и др.;

– цифровую обработку передаваемой информации, включая помехоустойчивое кодирование/декодирование и модуляцию/демодуляцию сигналов;

– вспомогательную модуляцию для сигналов управления параметрами ODU и демодуляция сигналов с датчиков контроля устройств ODU;

– подачу напряжения питания на внешний блок;

– контроль состояния станции и управление ее параметрами.

Несмотря на широкую номенклатуру цифровых радиорелейных станций, концепция их построения применительно к внешнему и внутреннему блокам, во многом схожа.

На рисунке 11.1 приведена типовая структурная схема внутреннего (модемного) блока оконечной цифровой радиорелейной станции.

Внутренний блок IDU состоит из передающего и приемного трактов. Установленные на входе и выходе этих трактов интерфейсы служат для согласования параметров IDU с транспортными линиями. В зависимости от пропускной способности и варианта применения ЦРРСП интерфейсы блока IDU могут быть электрическими [18] или оптическими [19]. Примеры характеристик интерфейсов приведены в [20, 21]. Принятые цифровые потоки данных преобразуются из квазитроичного кода HDB-3 в двоичный код NRZ и проходят устройства регенерации цифровых сигналов. Регенераторы исключают линейные искажения, внесенные кабелем, выделяют тактовую частоту цифровых потоков и восстанавливают амплитуду, длительность и фронт импульсной последовательности с помощью решающего и формирующего устройств.

После регенерации цифровые потоки объединяются в программируемом мультиплексоре 3 (MUX). В нем объединяются также сигналы служебной связи, телеуправления и синхронизации, которые поступают от блока вспомогательных сигналов 13. В состав MUX может входить преобразователь кода, предназначенный для преобразования одного вида цифровой последовательности в другой, например, в относительный код. Объединенные данные считываются с буферной памяти мультиплексора в последовательном коде и поступают на устройства цифровой обработки и модуляции.

Скремблер (рандомизатор или перемешиватель) формирует из принятого цифрового сигнала псевдослучайную последовательность, у которой количество нулей и единиц в потоке примерно равное. Благодаря скремблированию, упрощается процедура выделения тактовой частоты на приемной стороне и обеспечивается на выходе передатчика равномерный спектр радиосигнала. Последний показатель позволяет улучшить электромагнитную совместимость радиосредств.

Канальный кодер 5 служит для повышения помехоустойчивости системы и предполагает внесение по определённому алгоритму проверочной информации. Кодирование может быть одноступенчатым или двухступенчатым (с использованием сверточного и блочного кодов) [22]. За счет внесения избыточности при кодировании на приёмной стороне осуществляется обнаружение и прямое исправление ошибок, благодаря чему улучшается достоверность приема. В результате кодирования снижается требуемое значение ОНШ, при котором достигается заданная вероятность ошибки на бит. Выигрыш в ОНШ от кодирования может составлять 6…8 дБ. Для улучшения работы декодеров в кодере 5 производится временное перемежение бит или символов цифрового потока. На

приёмной стороне деперемежитель переводит групповые ошибки, возникшие на радиолинии, в одиночные.

После помехоустойчивого кодирования цифровой поток поступает на модулятор 6, который формирует радиосимволы на промежуточной частоте (например на МГц) с длительностью . Каждый радиосимвол (радиопосылка) содержит сведения о составе группы переносимых им бит информации. Число бит в группе зависит от порядка модуляции M. Если используется квадратурная QPSK (4-QАМ), фазовая 4-ФМ или относительная DQPSK модуляция, то амплитуда радиосимволов постоянна и два переносимых ими бита информации отображаются одним из четырех значений фаз. При М-QAM (M<4) для отображения состава бит в радиосимволах задействованы разные начальные фазы и амплитуды радиосигнала. В модуляторах форматов 16-QAM и 64-QAM для передачи 4 и соответственно 6 бит информации используется 16 и 64 различных признака. На выходе модулятора присутствуют две боковые полосы частот, спектр которых ограничен полосовым фильтром 7. Причем несущая для снижения мощности передаваемого радиосигнала подавлена на 30…40 дБ.

Далее радиосигнал на промежуточной частоте поступает через устройство разделения и объединения сигналов 9 по соединительному кабелю на внешний блок. Кроме того, на устройство объединения 9 с устройства формирования управляющих сигналов (УФУС) поступают сигналы для управления режимами блока ODU и напряжение 48 В для питания внешнего блока. Сигналы управления передаются на блок ODU путем модуляции низкочастотной несущей в диапазоне частот 6…8 МГц.

В приемном тракте IDU происходит выделение радиосигнала с промежуточной частотой 70 МГц. Этот сигнал доставляется по соединительному кабелю от внешнего блока и проходит через электронный ключ (ЭК), полосовой фильтр 18, корректор 19, усилитель 20 (УПЧ) и поступает на демодулятор 21. ЭК позволяет перевести IDU в режим контроля его устройств передачи и приема, если блок ODU отключен или уровень принимаемых сигналов на его входе недостаточен.

В режиме контроля включается смеситель 15 и генератор «шлейфа» 14 с частотой 380 МГц, которые формируют из поступившего сигнала 310 МГц сигнал с частотой 70 МГц. Если в режиме контроля выходной уровень на стороне приёма соответствует норме, то все устройства блока IDU исправны.

В демодуляторе 21 выделяется цифровая последовательность и восстанавливается форма двоичных импульсов. В декодере 22 осуществляется обнаружение и исправление ошибок. При одноступенчатом декодировании, например, с помощью декодера сверточного кода (декодер максимального правдоподобия Витерби с мягким принятием решения о символе) осуществляется исправление ошибок, начиная с , и получение на его выходе значений . Для меньших значений на входе декодера его исправляющая способность еще выше. Если используется декодирование по алгоритму Рида – Соломона, то эффективное исправление блочных ошибок начинается со значений . В случае каскадного двухступенчатого декодирования с последовательным включением декодеров Витерби и Рида – Соломона их исправляющая способность такова, что на выходе второй ступени . Это значение соответствует квазибезошибочному приему, поскольку при потоке в 30 Мбит/с совершается только одна ошибка за час.

Последующие устройства тракта приема IDU выполняют задачи обратные задачам тракта передачи.

Центральное место в блоке IDU занимает микропроцессор (МП). Он управляет работой всех основных устройств блока, позволяет вести контроль параметров и отображать на ПК конфигурацию РРЛ. Контроль всех параметров аварийных сигналов, показателей качества ЦРРСП ведётся без перерыва связи. При управлении конфигурацией оборудования РРЛ возможна программная установка параметров блоков и станций, замена рабочего ствола на резервный, организация контроля в режимах шлейфов по ПЧ и СВЧ. Контролируемые параметры и события запоминаются и выводятся через процедуру фильтрации на монитор. В частности, регистрируются такие события, как изменение состояния, появление аварии, восстановление после аварии, изменение параметров. Технические показатели могут выводиться как в табличном, так и в графическом виде.

ODU представляет собой приемопередающий модуль (трансивер) с процессорным изменением его частоты настройки и выходной мощности передатчика (рисунок 11.2). Диапазон изменения выходной мощности равен 20...30 дБ, шаг изменения 1...3 дБ. Максимальные значения выходной мощности различных моделей ЦРРСП находится в пределах 0,1…1,0 Вт. В качестве разделительных устройств сигналов приема и передачи используют поляризационный селектор 3 (в ряде моделей циркулятор) и блок частотных развязок 1.

Приемный тракт ODU строится по супергетеродинной схеме с двойным преобразованием частоты и малошумящим усилителем 6 на его входе. Полосовой фильтр 4 снижает уровень мощности передатчика (из-за неидеальности ПС) и помех, попадающих на вход приемника, а также ограничивает просачивание мощности гетеродина с частотой на его вход до значений –120... –130 дБм.

Частотный разнос между несущими передачи и приема соответствует плану распределения частот. Смеситель частоты 7 является балансным или двойным балансным с компенсацией шумов гетеродина и некоторых нежелательных составляющих преобразования. Первая промежуточная частота выбирается высокой ГГц, что позволяет простыми средствами обеспечить должный уровень подавления помех по зеркальному каналу до значений дБ. Требуемые частоты гетеродинов и формируются в синтезаторе частоты 12 под действием команд с устройства выделения управляющих сигналов 14. Долговременная нестабильность частоты гетеродина обычно 10^–5…5·10^–6.

Основное усиление ВЧ-тракта реализуется в усилителе промежуточной частоты 8. Необходимая ширина полосы пропускания ВЧ-тракта обеспечивается за счёт частотной избирательности УПЧ и полосового фильтра 10. Этот фильтр обычно выполнен на поверхностных акустических волнах и настроен на стандартную частоту

В тракте передачи блока ODU радиосигнал на промежуточной частоте 310 МГц проходит устройства линейной коррекции 23, фильтрации 22 и усиления 21. В смесителе частоты 20 производится конвертация сигнала ПЧ на выходную частоту передачи. Процесс преобразования частоты в смесителе (обычно балансном) осуществляется благодаря воздействию сигнала гетеродина, поступающего от синтезатора частоты. При настройке блока на новый канал эта частота гетеродина изменяется одновременно с частотой , подаваемой на См 1. В результате преобразования на выходе См 4 образуются две боковые по-

лосы (если не используется смеситель с компенсацией боковой полосы), одна из которых пропускается перестраиваемым полосовым фильтром ПФ 4. После фильтрации выходной сигнал усиливается в СВЧ-усилителе 24 с низким уровнем нелинейных искажений. Его коэффициент передачи изменяется по командам с устройства управления 14, что необходимо для адаптивной регулировки уровня выходной мощности при наличии потерь на радиолинии. Чтобы исключить возможный выход из строя усилителя СВЧ при повышенных на его выходе уровнях мощности, предусматривается устройство защиты выходных СВЧ- каскадов от перегрузки. В состав устройства защиты входят направленный ответвитель 25, амплитудный детектор 26 и усилитель постоянного тока 27. Работа устройства основывается на том, что в случае превышения допустимых значений выходной мощности по цепи обратной связи осуществляется автоматическое уменьшение коэффициента передачи усилителя 21 и снижение выходной мощности передатчика.

Контроль работоспособности устройств внешнего блока при отсутствии сигнала на входе приемника производится путем включения СВЧ-шлейфа по команде с УРУС. В шлейф входят два направленных ответвителя 5 и 16 с ослаблением в 40 дБ, смеситель частоты 18 и электронный ключ 17. Смеситель 18 посредством сигнала с частотой сдвига конвертирует, снятую с помощью ответвителя 16, малую часть выходной мощности с частотой передачи в сигнал с частотой приема. Образованный уровень сигнала на входе МШУ примерно равен –60 дБм.

Для снижения уровня внеполосных помех, образованных в тракте передачи, на выходе УСВЧ устанавливается многозвенный полосовой фильтр 11 с требуемой АЧХ. Обычно необходимо, чтобы спектральные компоненты, отстоящие от центральной частоты канала (радиоствола) на величину, равную символьной скорости , были ослаблены не менее чем на 37 дБ. Уровень побочных излучений на частотах, отстоящих от центральной частоты канала на ПЧ (310 МГц) и 2 ПЧ (620 МГц) должны быть менее –60 и –90 дБм соответственно.

Контроль работоспособности отдельных устройств ODU осуществляется с помощью подключенных к ним датчиков. Снятая с датчиков информация, поступает на вспомогательный низкочастотный модулятор (с частотой несущей 4…8 МГц) устройства разделения и объединения сигналов 15 и после него по коаксиальному кабелю на блок IDU. Напряжение питания (40…48 В), поданные с IDU, трансформируется в преобразователе напряжения (ПН) до номинального значения (обычно равного +7 и –7 В).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время операторы сетей все чаще обращаются к беспроводным технологиям, позволяющим оперативно развернуть системы двухстороннего обмена информацией в сжатые сроки. Цифровые радиорелейные системы являются эффективным решением и хорошим дополнением к проводным средствам связи на местных, внутризоновых и магистральных участках. Новые ЦРРСП обладают высокой спектральной эффективностью и гибкостью в выборе технических характеристик, обеспечивают устойчивую связь на протяженных интервалах, поддерживают процессорные способы управления режимами и конфигурацией сети. Они могут использоваться для построения транспортных телеинформационных линий, радиотрасс военного назначения, обеспечивать обслуживание технологических магистралей, сотовых и корпоративных систем связи и передачи данных.

По материалам данного методического пособия представляется воз-можным:

– определить недостающие базовые параметры цифровой радиорелейной аппаратуры, выбранной для проектирования;

– построить интервалы РРЛ заданного направления;

– рассчитать уровни сигналов и помех на интервалах;

– определить показатели неготовности и качества по ошибкам на участках РРЛ, сравнить результаты с нормами МСЭ и принять решения по обеспечению их выполнения;

– понять структуру построения и принцип работы типовой двухблочной цифровой станции радиорелейной связи для правильного описания работы аппаратуры, выбранной студентом (курсантом) при курсовом проектировании.

1 Справочник по радиорелейной связи / Н. Н. Каменский [ и др.]; под ред. С. В. Бродича. – М.: Радио и связь, 1981. – 416 с.

2 Мордухович, Л. Г. Системы радиосвязи. Курсовое проектирование: учеб. пособие для вузов / Л. Г. Мордухович, А. П. Степанов. – М.: Радио и связь, 1987. – 192 с.

3 Радиорелейные и спутниковые системы передачи: учебник для вузов / А. С. Немировский, О. С. Данилович [и др.]; под ред. А. С. Немировского. –М.: Радио и связь, 1986. – 392 с.

4 Лобач, В. С. Цифровые микроволновые системы связи: учеб. пособие по курсовому проектированию для вузов / В. С. Лобач. – СПб.: СПбГУТ, 1998. – 23 с.

5 Липкович, Э. Б. Проектирование и расчет систем цифрового спутникового вещания: учеб.-метод. пособие / Э. Б. Липкович, Д. В. Кисель. – Минск: БГУИР, 2006. – 135 с.

6 Рекомендация МСЭ-R Р.676-7. Ослабление в атмосферных газах.

7 Рекомендация МСЭ-R Р.580-5. Показатели направленности антенн.

8 Антипенко, В. А. Расчет показателей готовности трактов цифровых радиорелейных линий связи // Электросвязь. – 2004. –№12. – C. 19–23.

9 Рекомендация МСЭ-R F.1703. Показатели готовности для реальных радиорелейных линий, используемых на гипотетических эталонных трактах и соединениях длиной 27 500 км.

10 Рекомендация МСЭ-R Р.530-11. Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования, требующиеся для проектирования наземных систем прямой видимости.

11 Рекомедация МСЭ-R F.1668. Нормы на показатели качества по ошибкам для реальных цифровых линий фиксированной беспроводной связи, используемых на гипотетических эталонных трактах протяженностью 27 500 км и соединениях.

12 Калинин, А. М. Влияние частотной селективности интерференционных замираний на трассах с гладкими профилями на устойчивость работы цифровых РРЛ // Электросвязь. – 1998. –№3. – C. 25–29.

13 Рекомендация МСЭ-R F.1093-2. Влияние многолучевости распространения радиоволн на проектирование и работу цифровых систем фиксированной беспроводной связи прямой видимости.

14 Рекомендация МСЭ-R F.1705. Анализ и оптимизация показателей качества по ошибкам цифровых фиксированных беспроводных систем для целей ввода в эксплуатацию и технического обслуживания.

15 Рекомендация МСЭ-Т G. 826. Параметры и нормы показателей качества по ошибкам для международных цифровых трактов с постоянной скоростью передачи, равной или выше первичной скорости.

16 Справочник по цифровым радиорелейным системам. Бюро радиосвязи МСЭ. – Женева, 1996. – 391 с.

17 Муравьев, В. В. Сверхвысокочастотные технологии в системах телекоммуникаций: учеб.-метод. пособие. В 3 ч. Ч. 1: Приемопередающие устройства, направляющие системы передачи и пассивные компоненты диапазона СВЧ / В. В. Муравьев, С. А. Кореневский, В. Н. Мищенко. – Минск: БГУИР, 2007 – 80 с.

18 Рекомендация МСЭ-Т G. 703. Физические и электрические характеристики иерархических цифровых стыков.

19 Рекомендация МСЭ-Т G. 957. Оптические стыки оборудования и систем, относящихся к синхронной цифровой иерархии.

20 Битнер, В. И. Нормирование качества телекоммуникационных услуг: учеб. пособие / В. И. Битнер, Г. Н. Попов; под ред. В. П. Шувалова. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004. – 312 с.

21 Никульский, И. Е. Оптические интерфейсы цифровых коммутационных станций и сети доступа. – М.: Техносфера, 2006. – 256 с.

22 Морелос-Сарагоса, Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. / Р. Морелос-Сарагоса. – М.: Техносфера, 2005. – 320 с.

23 Рекомендация МСЭ-R F.1101. Характеристики цифровых фиксированных беспроводных систем, работающих в полосах частот ниже примерно 17 ГГц.

Св. план 2010, поз. 110

Учебное издание

Муравьев Валентин Владимирович

Липкович Эдуард Борисович

Дата добавления: 2014-11-29