Radioviestintä on yksi maanpäällisen radioviestinnän tyypeistä, jotka perustuvat radiosignaalien moninkertaiseen välittämiseen [ 1] . Radioreleen viestintä tapahtuu pääsääntöisesti kiinteiden kohteiden välillä.
Historiallisesti radioviestintä asemien välillä on toteutettu käyttämällä välitysasemien ketjua, joka voi olla joko aktiivinen tai passiivinen.
Radiovälitteisen viestinnän erottuva piirre kaikista muista maanpäällisistä radioviestinnöistä on kapeasti suunnattujen antennien sekä desimetrin , senttimetrin tai millimetrin radioaaltojen käyttö.
Radioreleviestinnän historia juontaa juurensa tammikuuhun 1898, jolloin prahalainen insinööri Johann Mattausch julkaisi itävaltalaisessa Zeitschrift für Electrotechnik -lehdessä (v. 16, S. 35 - 36) [2] [3] Hänen käsityksensä "Kääntäjän" (Kääntäjän) käyttäminen analogisesti langallisten lennätinkääntäjien kanssa oli melko alkeellista eikä sitä voitu toteuttaa.
Ensimmäisen todella toimivan radioreleen viestintäjärjestelmän keksi vuonna 1899 19-vuotias italialaista alkuperää oleva belgialainen opiskelija Emile Guarini (Guarini) Foresio (Émile Guarini Foresio) [2] [4] . 27. toukokuuta 1899 Old Style, Emile Guarini -Foresio jätti Belgian patenttivirastolle patenttihakemuksen keksinnölle nro 142911, jossa se kuvasi ensimmäistä kertaa radioreleen toistimen (répétiteur) laitteen [2] [4 ] ] . Tämä historiallinen tosiasia on varhaisin dokumentoitu todiste E. Guarini-Foresion tärkeydestä , minkä ansiosta voimme pitää ilmoitettua päivämäärää radioviestinnän virallisena syntymäpäivänä. Saman vuoden elokuussa ja syksyllä 1899 vastaavat hakemukset jätti E. Guarini-Foresio Itävallassa, Isossa-Britanniassa, Tanskassa ja Sveitsissä [2] [4] . Guarini-Foresion keksintöön kuului vastaanotto- ja lähetyslaitteiden yhdistelmä yhdessä toistimessa, joka vastaanotti signaaleja, demoduloi ne koheerissa ja käytti niitä sitten releen ohjaamiseen, mikä varmisti päivitettyjen signaalien muodostumisen, jotka sitten säteilee uudelleen antennin kautta. Sähkömagneettisen yhteensopivuuden varmistamiseksi toistimen vastaanottosegmenttiä ympäröi suojasuoja, joka on suunniteltu suojaamaan vastaanottopiirejä lähettimen voimakkaalta säteilyltä.
Vuonna 1901 Guarini-Foresio suoritti yhdessä Fernand Poncelen kanssa sarjan onnistuneita kokeita luodakseen radiovälitteisen viestinnän Brysselin ja Antwerpenin välille Mechelenin automaattisen välireleen avulla. Samanlainen kokeilu suoritettiin myös vuoden 1901 lopulla Brysselin ja Pariisin välillä [2] [4] .
Vuonna 1931 André Clavier , joka työskenteli ITT :n ranskalaisessa tutkimusosastossa LCT , osoitti mahdollisuuden järjestää radioviestintää ultralyhyiden radioaaltojen avulla. Alustavien kokeiden aikana 31. maaliskuuta 1931 Clavier lähetti ja vastaanotti onnistuneesti puhelin- ja lennätinviestejä käyttämällä kokeellista radiorelelinjaa, joka toimi taajuudella 1,67 GHz asettamalla kaksi halkaisijaltaan 3 m:n parabolista antennia kahdelle vastakkaiselle rannalle . Englannin kanava [5] . On huomionarvoista, että antennien asennuspaikat olivat käytännössä samat kuin historiallisen Englannin kanaalin Louis Blériotin poikki lennon nousu- ja laskeutumispaikat . André Clavierin onnistunut kokeilu johti kaupallisten radiorelelaitteiden jatkokehitykseen. Ensimmäisen kaupallisen radioreleen julkaisi ITT tai pikemminkin sen tytäryhtiö STC vuonna 1934, ja se käytti kantoaallon amplitudimodulaatiota teholla 0,5 wattia taajuudella 1,724 ja 1,764 GHz, joka saatiin klystronilla .
Ensimmäinen kaupallinen radiorelelinja käynnistettiin 26. tammikuuta 1934. Linja oli 56 km pitkä Englannin kanaalin yli ja se yhdisti Englannin Lympnen ja Ranskan St. Engleveren lentokentät . Rakennettu radiorelelinja mahdollisti yhden puhelin- ja yhden lennätinkanavan lähettämisen samanaikaisesti ja sitä käytettiin Lontoon ja Pariisin välisen lentoliikenteen koordinoimiseen. Vuonna 1940, toisen maailmansodan aikana , linja purettiin.
Radioreleviestinnällä tarkoitetaan pääsääntöisesti suoraa näköyhteyttä.
Radioviestintälinjoja rakennettaessa viereisten radioasemien antennit sijoitetaan näköetäisyydelle [1] . Näkölinjan vaatimus johtuu diffraktiohäipymisen esiintymisestä, kun radioaallon etenemisreitti on kokonaan tai osittain suljettu. Diffraktion häipymisestä johtuvat häviöt voivat aiheuttaa voimakkaan signaalin vaimennuksen, jolloin radioviestintä viereisten radioasemien välillä tulee mahdottomaksi. Siksi naapuriradioasemien antennit sijoitetaan vakaata radioviestintää varten yleensä luonnonmäisiin kukkuloihin tai erityisiin tietoliikennetorneihin tai -mastoihin siten, että radioaallon etenemisreitillä ei ole esteitä.
Ottaen huomioon rajoitus, joka koskee naapuriasemien välisen suoran näköyhteyden tarvetta, radioreleviestinnän kantama on rajoitettu pääsääntöisesti 40–50 kilometriin.
Rakennettaessa troposfäärisiä radioreleiden tietoliikennelinjoja käytetään desimetri- ja senttimetriradioaaltojen heijastuksen vaikutusta ilmakehän alemmissa kerroksissa - troposfäärissä - esiintyvistä turbulenteista ja kerroksellisista epähomogeenisuuksista [6] .
VHF-radioaaltojen pitkän kantaman troposfäärien leviämisen vaikutuksen avulla voit järjestää viestintää jopa 300 km:n etäisyydelle ilman suoraa näkyvyyttä radiovälitysasemien välillä. Viestintäaluetta voidaan kasvattaa jopa 450 kilometriin sijoittamalla radioasemat luonnollisille kukkuloille.
Troposfääriselle radioreleen tiedonsiirrolle on ominaista voimakas signaalin vaimennus. Vaimennus tapahtuu sekä signaalin eteneessä ilmakehän läpi että johtuen signaalin osan sironnasta heijastuessaan troposfääristä. Siksi vakaaseen radioviestintään yleensä lähettimet, joiden teho on enintään 10 kW, antennit suurella aukolla (jopa 30 x 30 m²) ja siten suurella vahvistuksella sekä erittäin herkkiä vastaanottimia, joissa on alhainen kohina elementtejä käytetään.
Myös troposfäärisille radioreleen tietoliikennelinjoille on ominaista jatkuva nopea, hidas ja selektiivinen radiosignaalin häipyminen. Nopean häipymisen vaikutusta vastaanotettuun signaaliin vähennetään käyttämällä taajuuden ja spatiaalisen vastaanoton diversiteettiä. Siksi useimmilla troposfääriradioasemilla on useita vastaanottoantenneja.
Esimerkki tunnetuimmista ja laajimmista troposfäärisistä radioreleiden viestintälinjoista ovat:
Toisin kuin radiovälitteiset asemat, toistimet eivät lisää radiosignaaliin lisätietoja. Toistimet voivat olla joko passiivisia tai aktiivisia.
Passiiviset toistimet ovat yksinkertainen radiosignaalin heijastin ilman lähetin-vastaanotinlaitteita ja toisin kuin aktiiviset toistimet, ne eivät voi vahvistaa hyödyllistä signaalia tai siirtää sitä toiselle taajuudelle. Passiivisia radioreletoistimia käytetään, kun radioasemien välillä ei ole suoraa näkyvyyttä; aktiivinen - lisätäksesi viestintäaluetta.
Sekä litteät heijastimet että radioreleen antennit, jotka on yhdistetty koaksiaalisilla tai aaltoputkiliittimillä (ns. back-to-back antennit) voivat toimia passiivisina toistimina.
Tasaisia heijastimia käytetään yleensä pienissä heijastuskulmissa ja niiden hyötysuhde on lähes 100 %. Kuitenkin, kun heijastuskulma kasvaa, litteän heijastimen tehokkuus laskee. Tasaisten heijastimien etuna on mahdollisuus käyttää useita radioreleen taajuuskaistoja välittämiseen.
"Takaisin" kytkettyjä antenneja käytetään yleensä heijastuskulmissa, jotka ovat lähellä 180 °, ja niiden hyötysuhde on 50-60%. Tällaisia heijastimia ei voida käyttää useiden taajuuskaistojen välittämiseen antennien itsensä rajoitusten vuoksi.
Älykkäiden toistimien ( smart relay ) luominen ansaitsee huomiota viime aikoina ilmenneistä radioreleviestinnän kehittämisen uusista suunnista [7] .
Niiden ulkonäkö liittyy MIMO -tekniikan toteutuksen erityisyyteen radioreleen viestinnässä, jossa on tarpeen tuntea radiorelekanavien siirto-ominaisuudet. Älykkäässä toistimessa suoritetaan niin kutsuttu "älykäs" signaalinkäsittely . Toisin kuin perinteinen operaatiosarja "vastaanotto - vahvistus - uudelleenlähetys", se tarjoaa yksinkertaisimmassa tapauksessa signaalien amplitudien ja vaiheiden lisäkorjauksen ottaen huomioon tilallisten MIMO -kanavien lähetysominaisuudet tietyllä aikavälillä. radioreleen linja [7] . Tässä tapauksessa oletetaan, että kaikilla MIMO -kanavilla on samat vahvistukset. Saattaa olla perusteltua ottaa huomioon vastaanotto- ja lähetysantennien kapeat keilat viestintäetäisyyksillä, joissa suuntakaavioiden laajeneminen ei johda radioaaltojen monitie-etenemisen vaikutuksen havaittavaan ilmenemiseen.
Smart Relay -periaatteen monimutkaisempi toteutus sisältää vastaanotettujen signaalien täydellisen demoduloinnin toistimessa, niille lähetetyn tiedon erottamisen, sen tallentamisen ja sen käyttämisen uudelleen säteilevien signaalien moduloimiseen ottaen huomioon MIMO -kanavan ominaisuudet. tila seuraavaan verkkotoistimeen [7] . Tällainen prosessointi, vaikkakin monimutkaisempi, mahdollistaa maksimaalisen huomioimisen hyödyllisiin signaaleihin niiden etenemispolulla tuotujen vääristymien osalta.
Radioviestinnän järjestämiseen käytetään desi- , sentti- ja millimetriaaltoja .
Kaksisuuntaisen tiedonsiirron varmistamiseksi kukin taajuusalue jaetaan ehdollisesti kahteen osaan suhteessa alueen keskitaajuuteen. Jokaisessa alueen osassa on varattu tietyn kaistan taajuuskanavat. Alueen "alemman" osan taajuuskanavat vastaavat tiettyjä alueen "ylemmän" osan kanavia ja siten, että "alemman" ja "ylemmän" kanavien keskitaajuuksien välinen ero. osa alueesta oli aina sama kaikille saman taajuusalueen taajuuskanaville.
ITU-R F.746:n mukaisesti seuraavat taajuusalueet on hyväksytty näköyhteysradioviestintään:
| Alue (GHz) | Kaistan rajat (GHz) | Kanavan leveys (MHz) | ITU-R:n suositukset | SCRF:n päätökset |
|---|---|---|---|---|
| 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 | ||
| 1 900 - 2 300 | 2,5, 3,5, 10, 14 | ITU-R F.1098 | ||
| 2 300 - 2 500 | 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 | 3 400 - 3 800 | 0,25, 25 | ITU-R F.1488 | |
| neljä | 3.800 - 4.200 3.700 - 4.200 |
29 28 |
ITU-R F.382 | SCRF:n päätös nro 09-08-05-1 |
| 3 600 - 4 200 | 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 | SCRF:n päätös nro 09-08-05-2 |
| 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:n päätös nro 10-07-02 |
| U6 | 6,425 - 7,110 | 3,5, 5, 7, 10, 14, 20, 30, 40, 80 | ITU-R F.384 | SCRF:n päätös nro 12-15-05-2 |
| 7 | ITU-R F.385 | |||
| kahdeksan | ITU-R F.386 | |||
| kymmenen | 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 | ||
| yksitoista | 10 700 - 11 700 | 5, 7, 10, 14, 20, 28, 40, 60, 80 | ITU-R F.387 | SCRF:n päätös nro 5/1,
Päätös SCRF 09-03-04-1, päivätty 28.4.2009 |
| 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 | Valtion radiotaajuuskomitean päätös 09-02-08, 19.03.2009 [8] |
| 12.700 - 13.250 | 12.5, 25 | ITU-R F.746 | ||
| neljätoista | 14.250 - 14.500 | 3.5, 7, 14, 28 | ITU-R F.746 | |
| viisitoista | 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 | SCRF:n päätös nro 08-23-09-001 |
| kahdeksantoista | 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 | SCRF:n päätös nro 07-21-02-001 |
| 23 | 21.200 - 23.600 22.000 - 23.600 |
2,5, 3,5 - 112 3,5 - 112 |
ITU-R F.637 | SCRF:n päätös nro 06-16-04-001 |
| 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 | SCRF:n päätös nro 09-03-04-2 |
| 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 | SCRF:n päätös nro 06-14-02-001 |
| 42 | 40 500 - 43 500 | 7, 14, 28, 56, 112 | ITU-R F.2005 | SCRF:n päätös nro 08-23-04-001 |
| 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 | SCRF:n päätös nro 06-13-04-001 |
| 70/80 | 71 000 - 76 000 / 81 000 - 86 000 | 125, N x 250 | ITU-R F.2006 | SCRF:n päätös nro 10-07-04-1 |
| 94 | 92 000 - 94 000 / 94 100 - 95 000 | 50, 100, N x 100 | ITU-R F.2004 | SCRF:n päätös nro 10-07-04-2 |
Taajuusalueet 2 GHz - 38 GHz kuuluvat "klassisiin" radioreleiden taajuusalueisiin. Radioaaltojen etenemis- ja vaimennuslakeja sekä monitie-etenemisen esiintymismekanismeja näillä alueilla on tutkittu hyvin, ja radioreleen tietoliikennelinjojen käytöstä on kerätty suuri määrä tilastoja. Yhdelle "klassisen" radioreleen taajuusalueen taajuuskanavalle on varattu enintään 28 MHz tai 56 MHz taajuuskaista.
Radioreleiden taajuudet 38 GHz:stä 92 GHz:iin ovat tuoreita ja uudempia. Tästä huolimatta näitä alueita pidetään lupaavina radioreleviestintälinjojen suorituskyvyn lisäämisen kannalta, koska näillä alueilla on mahdollista allokoida laajempia taajuuskanavia.
Yksi radioreleen viestintälinjojen käytön ominaisuuksista on:
Radioreleen tietoliikenteen redundanssimenetelmät voidaan jakaa
"Kuuma" valmiustila perustuu redundanssin tuomiseen radiovälitysasemien laitteisiin. "Kuuma" redundanssi on tarkoitettu parantamaan laitteiden luotettavuutta, eikä se voi vaikuttaa viestintäkanavan radiosignaalin ominaisuuksiin .
Taajuusdiversiteettivastaanottomenetelmän tarkoituksena on eliminoida taajuusselektiivinen häipyminen viestintäkanavassa. Sen toteutus tapahtuu tällä hetkellä OFDM - tekniikan pohjalta . N-OFDM- signaaleja [7] voidaan myös käyttää .
Avaruusdiversiteettimenetelmää käytetään poistamaan häipyminen, joka johtuu radioaaltojen monitie-etenemisestä viestintäkanavassa. Spatial diversity -menetelmää käytetään useimmiten radioreleviestintälinjojen rakentamisessa, joka kulkee pintojen yli, joiden heijastuskerroin on lähellä 1 (veden pinta, suot, pellot). Sen toteutuksen yksinkertaisin muunnelma on useiden syötteiden sijoittaminen heijastinantennin polttotasoon käyttämällä MIMO -tekniikoita signaalien tuottamiseen ja vastaanottamiseen. .
Tämä menetelmä on eräänlainen MIMO -tekniikka ja ortogonaalisia polarisaatioita käytettäessä se mahdollistaa tiedonsiirtonopeuden 2-kertaisen lisäämisen [9] . Yksi polarisaatiodiversiteetin haitoista on tarve käyttää kalliimpia kaksoispolarisaatioantenneja.
Luotettavin redundanssimenetelmä on radioreleen tietoliikennelinjojen rakentaminen rengastopologiaa käyttäen.
Kaikista radioviestinnöistä radioreleviestintä tarjoaa suurimman signaali-kohinasuhteen vastaanottimen sisääntulossa tietyllä virhetodennäköisyydellä. Siksi, jos on tarpeen järjestää luotettava radioyhteys kahden kohteen välillä, käytetään useimmiten radioreleen viestintälinjoja.
Historiallisesti radioreleiden viestintälinjoja käytettiin televisio- ja radiolähetysten viestintäkanavien järjestämiseen sekä lennätin- ja puhelinasemien yhdistämiseen alueilla, joilla on huonosti kehittynyt infrastruktuuri.
Radioreleen tietoliikennelinjoja käytetään öljy- ja kaasuputkien rakentamisessa ja kunnossapidossa pää- tai varaoptisena kaapelina telemetrisen tiedon välittämiseen.
Radioreleviestintää käytetään viestintäkanavien järjestämisessä solukkoverkon eri elementtien välillä, erityisesti paikoissa, joissa infrastruktuuri on huonosti kehittynyt.
Nykyaikaiset radioreleviestintälinjat pystyvät siirtämään suuria määriä tietoa 2G-, 3G- , 4G- ja 5G -tukiasemilta solukkoverkon pääelementteihin. Jopa 20 km tornien välillä Venäjällä .