A rádiórelé kommunikáció a rádiójelek többszörös továbbításán alapuló földi rádiókommunikáció egyik fajtája [1] . A rádiórelé kommunikációt általában álló objektumok között végzik.
Történelmileg az állomások közötti rádiórelé kommunikációt közvetítőállomások láncával bonyolították le, amely lehet aktív vagy passzív.
A rádiórelé kommunikáció megkülönböztető jellemzője az összes többi földi rádiókommunikációhoz képest a szűken irányított antennák , valamint a deciméteres , centiméteres vagy milliméteres rádióhullámok használata.
A rádiórelé kommunikáció története 1898 januárjáig nyúlik vissza Johann Mattausch prágai mérnök publikációjával az osztrák Zeitschrift für Electrotechnik folyóiratban (16. v., S. 35-36 ) . A "fordító" (Translator) használata a vezetékes távirati fordítókkal analóg módon meglehetősen primitív volt, és nem volt megvalósítható.
Az első igazán működő rádiórelé kommunikációs rendszert egy 19 éves, olasz származású belga diák, Emile Guarini (Guarini) Foresio (Émile Guarini Foresio) találta fel 1899-ben [2] [4] . 1899. május 27-én Old Style, Emile Guarini -Foresio szabadalmi kérelmet nyújtott be a 142911. számú találmányra a Belga Szabadalmi Hivatalhoz, amelyben először ír le egy készüléket rádiórelé átjátszóhoz (répétiteur) [2] [4 ] ] . Ez a történelmi tény E. Guarini-Foresio elsőbbségének legkorábbi dokumentált bizonyítéka , amely lehetővé teszi számunkra, hogy a jelzett dátumot a rádiórelé kommunikáció hivatalos születésnapjának tekintsük. Ugyanezen 1899 augusztusában és őszén E. Guarini-Foresio nyújtott be hasonló kérelmeket Ausztriában, Nagy-Britanniában, Dániában, Svájcban [2] [4] . Guarini-Foresio találmányának sajátossága volt, hogy egy átjátszóban a vevő és továbbító eszközök kombinációja volt, amely jeleket vett, koheerben demodulálta, majd egy relé vezérlésére használta őket, ami biztosította a frissített jelek képződését, amelyeket aztán újrasugárzott az antennán keresztül. Az elektromágneses kompatibilitás biztosítása érdekében az átjátszó vevő szegmensét védőpajzs veszi körül, amely megvédi a vevő áramköröket az adó erős sugárzásától.
1901-ben Guarini-Foresio Fernand Poncelével együtt sikeres kísérletek sorozatát hajtotta végre, hogy Mechelenben egy közbenső automatikus közvetítővel rádiórelé kommunikációt hozzanak létre Brüsszel és Antwerpen között. Hasonló kísérletet végeztek 1901 végén Brüsszel és Párizs között is [2] [4] .
1931-ben André Clavier , az ITT francia LCT kutatási részlegében dolgozó , bemutatta a rádiókommunikáció megszervezésének lehetőségét ultrarövid rádióhullámok segítségével. Az 1931. március 31-i előzetes tesztek során a Clavier egy 1,67 GHz -es frekvencián működő kísérleti rádiórelévonal segítségével sikeresen továbbított és fogadott telefon- és távíróüzeneteket úgy, hogy két, 3 m átmérőjű parabolaantennát helyezett el az állomás két szemközti partján . Angol csatorna [5] . Figyelemre méltó, hogy az antennák felszerelési helyei gyakorlatilag egybeestek a Louis Blériot La Manche csatornán átívelő történelmi repülés fel- és leszállási helyeivel . André Clavier sikeres kísérlete a kereskedelmi rádiórelé berendezések továbbfejlesztéséhez vezetett. Az első kereskedelmi rádiórelé berendezést az ITT, vagy inkább leányvállalata , az STC adta ki 1934-ben, és a vivőhullám amplitúdómodulációját alkalmazta 0,5 watt teljesítménnyel 1,724 és 1,764 GHz-es frekvencián, amelyet egy klystron segítségével kaptak .
1934. január 26-án indították el az első kereskedelmi rádiórelé vonalat. A vonal hossza 56 km volt a La Manche-csatorna felett, és az angliai Lympne és a franciaországi St. Englevere repülőtereit kötötte össze. A kiépített rádiórelé egy telefon- és egy távírócsatorna egyidejű továbbítását tette lehetővé, és a London és Párizs közötti légi forgalom koordinálására szolgált. 1940-ben, a második világháború idején a vezetéket leszerelték.
A rádiórelé kommunikáció alatt általában közvetlen rálátású rádiórelé kommunikációt kell érteni.
A rádiórelé kommunikációs vonalak létesítésekor a szomszédos rádióközvetítő állomások antennái a látómezőn belül helyezkednek el [1] . A rálátás követelménye a diffrakciós fading előfordulása miatt következik be, amikor a rádióhullámok terjedési útja teljesen vagy részben zárva van. A diffrakciós fading miatti veszteségek erős jelgyengülést okozhatnak, így a szomszédos rádiórelé állomások közötti rádiókommunikáció lehetetlenné válik. Ezért a stabil rádiókommunikáció érdekében a szomszédos rádióközvetítő állomások antennáit általában természetes dombokon vagy speciális távközlési tornyokon vagy árbocokon helyezik el úgy, hogy a rádióhullámok terjedésének ne legyen akadálya.
Figyelembe véve a szomszédos állomások közötti közvetlen rálátás szükségességének korlátozását, a rádiórelé kommunikáció hatótávolsága általában 40–50 km-re korlátozódik.
A troposzférikus rádiórelé kommunikációs vonalak építésénél a deciméteres és centiméteres rádióhullámok visszaverődésének hatását használják fel a légkör alsó rétegeiben - a troposzférában - lévő turbulens és rétegzett inhomogenitásokból [6] .
A VHF-rádióhullámok nagy hatótávolságú troposzférikus terjedésének felhasználása lehetővé teszi a kommunikáció megszervezését akár 300 km-es távolságban a rádiórelé állomások közötti közvetlen láthatóság hiányában. A kommunikációs hatótáv akár 450 km-re növelhető a rádiórelé állomások természetes dombokon történő elhelyezésével.
A troposzférikus rádiórelé kommunikációt erős jelcsillapítás jellemzi. A csillapítás akkor következik be, amikor a jel átterjed a légkörön, és a jel egy részének a troposzféráról való visszaverődéskor szóródik. Ezért a stabil rádiókommunikációhoz általában legfeljebb 10 kW teljesítményű adók, nagy rekesznyílású antennák (akár 30 x 30 m²), és ezért nagy nyereség, valamint nagyon érzékeny, alacsony zajszintű vevők. elemeket használnak.
Ezenkívül a troposzférikus rádiórelé kommunikációs vonalakat a rádiójel gyors, lassú és szelektív fadingjának állandó jelenléte jellemzi. A gyors fading hatásának csökkentése a vett jelre a frekvencia és a térbeli vétel diverzitásának használatával érhető el. Ezért a legtöbb troposzférikus rádióközvetítő állomás több vevőantennával rendelkezik.
Példa a leghíresebb és legkiterjedtebb troposzférikus rádiórelé kommunikációs vonalakra:
A rádióközvetítő állomásokkal ellentétben az átjátszók nem adnak hozzá további információkat a rádiójelhez. Az átjátszók lehetnek passzívak vagy aktívak.
A passzív jelismétlők egy egyszerű rádiójel-visszaverő adó-vevő berendezés nélkül, és az aktív jelismétlőkkel ellentétben nem tudják felerősíteni a hasznos jelet vagy átvinni egy másik frekvenciára. A passzív rádiórelé átjátszókat a rádiórelé állomások közötti közvetlen láthatóság hiányában használják; aktív - a kommunikációs hatótáv növelése.
Mind a lapos reflektorok, mind a koaxiális vagy hullámvezető betétekkel összekapcsolt rádiórelé antennák (az úgynevezett back-to-back antennák) passzív átjátszóként működhetnek.
A lapos reflektorokat általában kis visszaverődési szögeknél használják, és hatásfoka közel 100%. A visszaverődési szög növekedésével azonban a lapos reflektor hatékonysága csökken. A lapos reflektorok előnye, hogy több rádiórelé frekvenciasávot is használhatunk továbbításra.
A "hátra" kapcsolt antennákat általában 180°-hoz közeli visszaverődési szögben használják, és hatásfoka 50-60%. Az ilyen reflektorok nem használhatók több frekvenciasáv továbbítására maguknak az antennáknak a korlátai miatt.
A rádiórelé kommunikáció fejlesztésének a közelmúltban megjelent új irányai közül az intelligens átjátszók ( smart relay ) létrehozása érdemel figyelmet [7] .
Megjelenésük a MIMO technológia rádiórelé kommunikációban való megvalósításának sajátosságával függ össze , amelyben ismerni kell a rádiórelé csatornák átviteli jellemzőit. Az intelligens átjátszóban úgynevezett "intelligens" jelfeldolgozást hajtanak végre . A hagyományos "vétel - erősítés - újrakibocsátás" műveletsortól eltérően a legegyszerűbb esetben a jelek amplitúdóinak és fázisainak további korrekcióját biztosítja, figyelembe véve a térbeli MIMO csatornák átviteli jellemzőit egy adott intervallumon. a rádiórelé vonal [7] . Ebben az esetben azt feltételezzük, hogy minden MIMO csatorna azonos erősítéssel rendelkezik. Indokolt lehet figyelembe venni a vevő és adó antennák kommunikációs távolságban lévő keskeny nyalábjait, amelyekben az iránydiagramok kiterjesztése nem vezet a rádióhullámok többutas terjedésének hatásának észrevehető megnyilvánulásához.
A smart relay elv egy bonyolultabb megvalósítása a vett jelek átjátszóban történő teljes demodulálása, a hozzájuk továbbított információ kinyerése, tárolása, majd az újrasugárzott jelek modulálása, figyelembe véve a MIMO csatorna jellemzőit. állítsa be a következő hálózati átjátszó irányába [7] . Az ilyen feldolgozás, bár bonyolultabb, maximálisan figyelembe veszi a hasznos jelekbe bevitt torzításokat a terjedési útvonaluk mentén.
A rádiókommunikáció szervezésére deci- , centi- és milliméteres hullámokat használnak .
A duplex kommunikáció biztosítása érdekében minden frekvenciatartományt feltételesen két részre osztanak a tartomány középfrekvenciájához képest. A tartomány minden részében egy adott sáv frekvenciacsatornái vannak lefoglalva. A tartomány "alsó" részének frekvenciacsatornái megfelelnek a tartomány "felső" részének bizonyos csatornáinak, és oly módon, hogy az "alsó" és "felső" csatornák középfrekvenciái közötti különbség legyen. a tartomány részei mindig azonosak voltak az azonos frekvenciatartomány bármely frekvenciacsatornáján.
Az ITU-R F.746 szerint a következő frekvenciatartományokat hagyták jóvá látótávolságú rádiórelé kommunikációhoz:
| Tartomány (GHz) | Sávkorlátok (GHz) | Csatorna szélessége (MHz) | ITU-R ajánlások | SCRF határozatok |
|---|---|---|---|---|
| 0.4 | 0,4061 - 0,430 0,41305 - 0,450 |
0,05, 0,1, 0,15, 0,2, 0,25, 0,6 0,25, 0,3, 0,5, 0,6, 0,75, 1, 1,75, 3,5 |
ITU-R F.1567 | |
| 1.4 | 1,350 - 1,530 | 0,25, 0,5, 1, 2, 3,5 | ITU-R F.1242 | |
| 2 | 1,427-2,690 | 0.5 | ITU-R F.701 | |
| 1.700 - 2.100 1.900 - 2.300 |
29 | ITU-R F.382 | ||
| 1900 - 2300 | 2,5, 3,5, 10, 14 | ITU-R F.1098 | ||
| 2300 - 2500 | 1, 2, 4, 14, 28 | ITU-R F.746 | ||
| 2,290 - 2,670 | 0,25, 0,5, 1, 1,75, 2, 2,5 3,5, 7, 14 | ITU-R F.1243 | ||
| 3.6 | 3400 - 3800 | 0,25, 25 | ITU-R F.1488 | |
| négy | 3.800 - 4.200 3.700 - 4.200 |
29 28 |
ITU-R F.382 | Az SCRF 09-08-05-1 sz |
| 3600 - 4200 | 10, 30, 40, 60, 80, 90 | ITU-R F.635 | ||
| U4 | 4.400 - 5.000 4.540 - 4.900 |
10, 28, 40, 60, 80 20, 40 |
ITU-R F.1099 | Az SCRF 09-08-05-2 sz |
| L6 | 5,925 - 6,425 5,850 - 6,425 5,925 - 6,425 |
29,65 90 5, 10, 20, 28, 40, 60 |
ITU-R F.383 | SCRF 10-07-02 számú határozata |
| U6 | 6,425 - 7,110 | 3,5, 5, 7, 10, 14, 20, 30, 40, 80 | ITU-R F.384 | SCRF határozata 12-15-05-2 |
| 7 | ITU-R F.385 | |||
| nyolc | ITU-R F.386 | |||
| tíz | 10.000 - 10.680 10.150 - 10.650 |
1,25, 3,5, 7, 14, 28 3,5, 7, 14, 28 |
ITU-R F.747 | |
| 10,150 - 10,650 | 28, 30 | ITU-R F.1568 | ||
| 10,500 - 10,680 10,550 - 10,680 |
3,5, 7 1,25, 2,5, 5 |
ITU-R F.747 | ||
| tizenegy | 10 700 - 11 700 | 5, 7, 10, 14, 20, 28, 40, 60, 80 | ITU-R F.387 | Az SCRF 5/1. sz. határozata,
SCRF 09-03-04-1 határozat, 2009.04.28. |
| 12 | 11.700 - 12.500 12.200 - 12.700 |
19.18 20 |
ITU-R F.746 | |
| 13 | 12.750 - 13.250 | 3,5, 7, 14, 28 | ITU-R F.497 | Az Állami Rádiófrekvenciás Bizottság 2009. március 19-i határozata [8] 09.02.08. |
| 12.700 - 13.250 | 12.5, 25 | ITU-R F.746 | ||
| tizennégy | 14.250 - 14.500 | 3,5, 7, 14, 28 | ITU-R F.746 | |
| tizenöt | 14.400 - 15.350 14.500 - 15.350 |
3,5, 7, 14, 28, 56 2,5, 5, 10, 20, 30, 40, 50 |
ITU-R F.636 | Az SCRF 08-23-09-001 sz |
| tizennyolc | 17.700 - 19.700 17.700 - 19.700 17.700 - 19.700 18.580 - 19.160 |
7,5, 13,75, 27,5, 55, 110, 220 1,75, 3,5, 7 2,5, 5, 10, 20, 30, 40, 50 60 |
ITU-R F.595 | Az SCRF 07-21-02-001 sz |
| 23 | 21.200 - 23.600 22.000 - 23.600 |
2,5, 3,5 - 112 3,5 - 112 |
ITU-R F.637 | Az SCRF 06-16-04-001 sz |
| 27 | 24.250 - 25.250 25.250 - 27.500 25.270 - 26.980 24.500 - 26.500 27.500 - 29.500 |
2,5, 3,5, 40 2,5, 3,5 60 3,5 - 112 2,5, 3,5 - 112 |
ITU-R F.748 | Az SCRF 09-03-04-2 sz |
| 31 | 31.000 - 31.300 | 3,5, 7, 14, 25, 28, 50 | ITU-R F.746 | |
| 32 | 31.800 - 33.400 | 3,5, 7, 14, 28, 56, 112 | ITU-R F.1520 | |
| 38 | 36.000 - 40.500 36.000 - 37.000 37.000 - 39.500 38.600 - 39.480 38.600 - 40.000 39.500 - 40.500 |
2,5, 3,5 3,5 - 112 3,5, 7, 14, 28, 56, 112 60 50 3,5 - 112 |
ITU-R F.749 | Az SCRF 06-14-02-001 sz |
| 42 | 40 500 - 43 500 | 7, 14, 28, 56, 112 | ITU-R F.2005 | Az SCRF 08-23-04-001 sz |
| 52 | 51.400 - 52.600 | 3,5, 7, 14, 28, 56 | ITU-R F.1496 | |
| 57 | 55.7800 - 57.000 57.000 - 59.000 |
3,5, 7, 14, 28, 56 50, 100 |
ITU-R F.1497 | Az SCRF 06-13-04-001 sz |
| 70/80 | 71 000 - 76 000 / 81 000 - 86 000 | 125, N x 250 | ITU-R F.2006 | Az SCRF 10-07-04-1 sz |
| 94 | 92 000 - 94 000 / 94 100 - 95 000 | 50, 100, N x 100 | ITU-R F.2004 | SCRF 10-07-04-2 sz |
A 2 GHz-től 38 GHz-ig terjedő frekvenciatartományok a "klasszikus" rádiórelé frekvenciatartományok közé tartoznak. A rádióhullámok terjedésének és csillapításának törvényei, valamint a többutas terjedés megjelenésének mechanizmusai ezekben a tartományokban jól tanulmányozottak, és nagy mennyiségű statisztika halmozódott fel a rádiórelé kommunikációs vonalak használatáról. A "klasszikus" rádiórelé frekvenciatartomány egy frekvenciacsatornájához legfeljebb 28 MHz vagy 56 MHz frekvenciasáv van kijelölve.
A 38 GHz-től 92 GHz-ig terjedő sávok a rádiórelé kommunikációhoz a legújabbak és újabbak. Ennek ellenére ezek a tartományok ígéretesnek tekinthetők a rádiórelé kommunikációs vonalak áteresztőképességének növelése szempontjából, mivel ezekben a tartományokban lehetőség nyílik szélesebb frekvenciacsatornák kiosztására.
A rádiórelé kommunikációs vonalak használatának egyik jellemzője:
A rádiórelé kommunikációs redundancia módszerei oszthatók
A "forró" készenléti módszer a redundancia bevezetésén alapul a rádióközvetítő állomások berendezésébe. A "forró" redundancia célja a berendezések megbízhatóságának javítása, és nem befolyásolhatja a rádiójel jellemzőit a kommunikációs csatornában .
A frekvenciadiverzitású vétel módszere a frekvencia-szelektív fading kiküszöbölésére irányul a kommunikációs csatornában. Megvalósítása jelenleg OFDM technológia alapján történik . N-OFDM jelek [7] is használhatók .
A térdiverzitás módszerét arra használják, hogy kiküszöböljék a fadingot, amely a rádióhullámok többutas terjedése miatt következik be egy kommunikációs csatornában. A térbeli diverzitás módszerét leggyakrabban 1-hez közeli visszaverődési együtthatójú felületeken (vízfelszín, mocsarak, mezőgazdasági területek) áthaladó rádiórelé kommunikációs vonalak építésénél alkalmazzák. Megvalósításának legegyszerűbb változata több előtolás elhelyezése a reflektor antenna fókuszsíkjában MIMO technológiák segítségével jelek generálására és fogadására. .
Ez a módszer egyfajta MIMO technológia , és ortogonális polarizáció alkalmazásakor lehetővé teszi az adatátviteli sebesség 2-szeres növelését [9] . A polarizációs diverzitás egyik hátránya, hogy drágább kettős polarizációs antennákat kell használni.
A redundancia legmegbízhatóbb módja a rádiórelé kommunikációs vonalak gyűrűtopológiával történő építése.
A rádiókommunikáció minden típusa közül a rádiórelé kommunikáció biztosítja a legmagasabb jel-zaj arányt a vevő bemenetén adott hibavalószínűség mellett. Éppen ezért, ha megbízható rádiókommunikációt kell megszervezni két objektum között, leggyakrabban rádiórelé kommunikációs vonalakat használnak.
A múltban a rádiórelé kommunikációs vonalakat a televíziós és rádiós műsorszórás kommunikációs csatornáinak megszervezésére, valamint a távíró- és telefonállomások összekapcsolására használták a gyengén fejlett infrastruktúrával rendelkező területeken.
A rádiórelé kommunikációs vonalakat olaj- és gázvezetékek építésénél és karbantartásánál használják fő vagy tartalék optikai kábeles kommunikációs vonalként a telemetriai információk továbbítására.
A rádiórelé kommunikációt a cellás hálózat különböző elemei közötti kommunikációs csatornák szervezésében használják, különösen a gyengén fejlett infrastruktúrájú helyeken.
A modern rádiórelé kommunikációs vonalak nagy mennyiségű információt képesek továbbítani a 2G, 3G , 4G és 5G bázisállomásokról a cellás gerinchálózat fő elemei felé. Legfeljebb 20 km a tornyok között Oroszországban .