: архив : архив журнала "625" : 1999 : #10

• Оглавление обзора • Микроволновые линии   связи • Радиорелейные линии фирмы   ABE Elettronica • Радиорелейные оборудование   фирмы Aurora • Портативные некамерные   микроволновые системы   связи фирмы   Continental Microwave Ltd. • Телевизионное радиорелейное   оборудование фирмы   Gigawave • Портативные некамерные   микроволновые системы   связи фирмы Ikegami • Симплексная РРЛ "Эра-13"   завода "Тайфун" • ТКК • Радиорелейная станция   "Рябина С" (применение при   постороении телесистем)

Микроволновые линии связи
Александр Щербаков, Дмитрий Прохоров, Юрий Федоров

Для большинства существующих или вновь создаваемых телевизионных и радиовещательных компаний одним из первых шагов при организации вещания был выбор помещения для аппаратно-студийного комплекса (АСК) в непосредственной близости от передающего центра или места установки эфирного передатчика. Такое расположение позволяет наиболее просто осуществить соединение выхода собственной выпускающей аппаратной с входом передатчика. По ряду причин не всем удаётся найти помещение, удовлетворяющее этому критерию, и приходится искать выход. Большая часть вещателей решала эту проблему установкой магнитофона и транскодера прямо в помещении РТПЦ и возила кассеты с записанной программой для трансляции.

С развитием компаний и с увеличением объёма собственного вещания возникала необходимость в организации прямых эфиров, трансляции актуальных событий и просто исключения процесса транспортировки кассет к передатчику. Для студий кабельного телевидения требовалось расширение зоны вещания студии и сокращение затрат на содержание нескольких аппаратных. Части телекомпаний удавалось проложить кабельное соединение, другая часть вещателей столкнулась, а многим ещё предстоит столкнуться, с проблемой выбора радиорелейного оборудования для создания линии связи с эфирным передатчиком или головной станцией КСКПТ.

В данной публикации авторы, не претендуя на полноту материала, излагают свое мнение по вопросам, связанным с основными критериями и особенностями выбора однопролётных ТВ РРЛ для местных линий связи.

В настоящее время выпускается широкий спектр радиорелейного оборудования, но многие отечественные производители не утруждают себя разработкой надёжных антенных систем и опорно-поворотных устройств, применяя широко распространённые антенны для приёма спутникового телевидения. Естественно, не включаются в "нижние" блоки многие сервисные функции, присущие профессиональному оборудованию. Это, зачастую, делается по незнанию или с целью удешевления аппаратуры.

Зачем нужны специальные антенные системы и некий набор сервисных возможностей в профессиональном оборудовании и почему это является непременным и обязательным условием становится ясно, когда непосредственно сталкиваешься с реальной эксплуатацией ТВ РРЛ в различных условиях. Зная и понимая, как можно использовать ТВ РРЛ в ежедневной практике вещания, как с её помощью решать ту или иную задачу, пользователь сможет выбрать для себя именно то оборудование, которое наиболее полно будет соответствовать его техническим и финансовым возможностям.

Поскольку с помощью ТВ РРЛ может решаться довольно широкий круг задач, то для выбора того или иного типа оборудования, было бы уместно привести некую классификацию видов работ. Она носит довольно условный характер, хотя и распространена во всем мире, поэтому, мы будем ее придерживаться.

Необходимо отметить, что, приводя подобное разделение возможных областей применения ТВ РРЛ, нами преследуется единственная цель - дать отправную точку для пользователя по выбору радиорелейного оборудования, начиная с постановки задачи, которую следует решать с помощью РРЛ.

Итак:

• внешнее (внестудийное) вещание (Outside Broadcasting - OB) - трансляции из заранее запланированных мест, с прямым выходом в эфир или с незначительной задержкой по времени, т.е. обеспечение прямых, непосредственных телевизионных трансляций с доставкой сигнала до аппаратно-студийного комплекса (АСК);
• тележурналистика или электронный сбор новостей (Electronic News Gathering - ENG) - обеспечение оперативного, прямого эфира из мест актуальных событий (катастрофы, захват заложников, непредвиденные ситуации, кратковременные репортажи с мест событий), т.е. мгновенное реагирование на происходящее с выходом в эфир непосредственно или через кратчайшие интервалы времени после события;
• внешние связи (Inter-cite - IC) - организация временных (неделя, месяц и т.д.) или постоянных каналов передачи (обмена) информации между двумя объектами или внестудийным объектом и аппаратно-студийным комплексом для передачи телевизионных сигналов, каналов звукового сопровождения, цифровых потоков, каналов телефонной, компьютерной связи и т.д.

Приведённая классификация накладывает определённые требования к конструктивному выполнению ТВ РРЛ, связанному с особенностями работы при организации различных каналов связи. Более подробное рассмотрение видов работ и позволит обрисовать ряд критериев и требований, предъявляемых к оборудованию ТВ РРЛ, которые должны являться, на наш взгляд, основными при выборе того или иного типа радиорелейного оборудования.

Классическая ТВ РРЛ позволяет организовать передачу на расстояние видеосигнала и нескольких (до четырех) сигналов звукового сопровождения при наличии прямой видимости между передающей и приемной антенной и целом ряде других условий. Как правило, комплект такого оборудования включает в себя:

• модулятор, совмещённый с блоками контроля, управления и блоком питания (Transmitter (Tx) Control Unit);
• СВЧ передатчик (Transmitter (Tx) RF Unit);
• СВЧ приемник (Receiver (Rx) RF Unit);
• емодулятор, совмещённый с блоками контроля, управления и блоком питания (Receiver (Rx) Control Unit);
• а антенных блока с опорно-поворотными устройствами;
• комплект кабелей снижения.

Антенны и блоки СВЧ относят к "внешнему" (Outdoor Units) оборудованию, а модулятор и демодулятор к "внутреннему" (Indoor Units) оборудованию.

В зависимости от необходимости, с помощью оборудования РРЛ могут создаваться симплексный канал связи для односторонней передачи сигнала и дуплексный канал связи для двухсторонней передачи.

Для повышения надежности канала связи устанавливаются резервные комплекты оборудования, передающие те же сигналы в том же направлении, при этом, к вышеперечисленным терминам, добавляется слово резервируемый. Например, резервируемый симплекс или резервируемый дуплекс.

Поскольку РРЛ связи внестудийного вещания предназначены для трансляции из заранее запланированных мест, с прямым выходом в эфир или с незначительной задержкой по времени, с доставкой сигнала до аппаратно-студийного комплекса (АСК), где происходит подготовка программы для дальнейшей передачи в эфир или её запись, то аппаратура РРЛ должна выдерживать достаточно жесткие условия транспортирования, многократные циклы развертывания, длительность которых не должна превышать 30...60 минут, иметь небольшие габариты и вес. В её состав должны входить надёжные опорно-поворотные устройства (треноги) с возможностью установки на наклонных поверхностях. Особые требования предъявляются к узлу поворота антенн по азимуту и углу места, который должен обеспечивать плавную подачу и надежную фиксацию антенного блока при сильной ветровой нагрузке.

При подобной специфике работы необходимо учитывать то обстоятельство, что организация канала связи происходит из различных мест и источники видеосигналов или сигналов звукового сопровождения могут иметь некоторый разброс уровней. Следовательно, в ТВ РРЛ, предназначенной для работы в таком режиме, должны быть предусмотрены плавные или дискретные регулировки уровней видео и звука.

Наличие же в профессиональной ТВ РРЛ нескольких каналов для передачи сигналов звукового сопровождения обусловлено спецификой работы при внестудийном вещании. Например, при трансляции спортивного мероприятия могут организовываться следующие каналы связи:

• комментаторский канал;
• канал для передачи интершума;
• канал служебной связи;
• режиссёрский канал.

Если внестудийное вещание является традиционной, хорошо отработанной технологией доставки ТВ сигнала от объекта съемки до аппаратно-студийного комплекса, то электронный сбор новостей включает в себя последние технические достижения и нетрадиционные подходы, позволяющие обеспечивать работу тележурналистов практически "с колес".

Электронный сбор новостей представляет собой автоматизированную систему управления (АСУ) организацией внестудийного вещания, в которой за счет применения современных технических решений сведено к минимуму время на развертывание линии связи и подготовки для выхода в эфир. Отличительными чертами этой технологии являются:

• озможность выдачи "картинки" в прямой эфир из любого места, непосредственно от камеры, минуя промежуточные звенья;
• автоматическая или полуавтоматическая юстировка антенн ТВ РРЛ;
• организация работы нескольких релейных станций на одной частоте в режиме разделения времени;
• краткосрочные (10...20 мин) сеансы связи.

Требования к ТВ РРЛ для организации систем электронного сбора новостей включают в себя как ранее перечисленные, так и достаточно специфические. Для понимания специфики этих требований рассмотрим структуру и основные принципы функционирования систем электронного сбора новостей (рис.1).

Рис. 1

Приёмный комплекс оборудования системы электронного сбора новостей подразумевает наличие одной или нескольких приёмно- ретрансляционных аппаратных (ПРА), получающих сигнал от мобильных предающих станций и ретранслирующих его в аппаратно-студийный комплекс по стационарным каналам связи.

ПРА оборудуется антеннами с круговой или секторальной диаграммой направленности. Для настройки в азимутальной и угломестной плоскостях по критерию максимума принимаемого сигнала, антенны должны иметь автоматический высокоточный привод с надёжной фиксацией положения на большой высоте размещения в сложных метеоусловиях. Поворот антенн и настройка приемника на требуемую частоту осуществляется в режимах централизованного или местного управления. В первом случае команды настройки поступают из центрального компьютера всей системы, в управляющей программе которого содержится информация о времени и месте выхода в эфир всех имеющихся в системе мобильных передающих станций, а также о закрепленных за ними частотах. Местное управление осуществляется непосредственно из ПРА.

Учитывая особенности передаваемой информации (сюжеты для программ новостей имеют незначительную продолжительность) ПРА может обслуживать несколько мобильных передающих станций, находящихся в зоне действия приемных антенн по определенному расписанию. Таким образом, радиотехническая часть ПРА представляет собой многоканальный приемник радиорелейной линии связи с компьютерным управлением. Естественно, что развертывание системы электронного сбора новостей осуществляется с учетом географических особенностей (площади, высотности застройки, перепада высот и т.д.) той или иной местности, а это, в свою очередь, определяет места расположения и количество приемно-ретрансляционных аппаратных.

Передающая часть системы электронного сбора новостей включает в себя несколько специально оборудованных автомобилей. В зависимости от функционального назначения и сложности выполняемых задач, это может быть микроавтобус грузоподъемностью до 1200 кг. В общем случае оборудование такого автомобиля включает в себя практически полностью автоматизированную передающую часть радиорелейной линии, перевод которой из транспортного в рабочее состояние происходит в течение короткого промежутка времени. При этом антенный блок закрепляется на мачте, установленной на крыше автомобиля. Подъем на требуемую высоту и поворот в нужную сторону антенны производится при помощи системы GPS (Global Position System), определяющей координаты мобильной передающей станции относительно ПРА.

При организации внешних связей (IC), с помощью РРЛ могут быть созданы стационарные каналы передачи информации, носящие временный или постоянный характер. Конфигурация таких соединений может быть двух типов: "точка-точка" ("point-to-point") или "точка-много точек" ("point-to-multipoint").

Наиболее характерным соединением типа "точка-точка" являются РРЛ связи между аппаратно-студийным комплексом и эфирным передатчиком, или между аппаратно-студийным комплексом и аппаратной при создании системы электронного сбора новостей. Для создания таких линий используется оборудование аналогичное оборудованию, применяемому при внестудийном вещании, с теми же требованиями. Однако, с целью снижения стоимости используются упрощенные варианты опорно-поворотных устройств для крепления внешнего оборудования "на трубе" без снижения надёжности фиксации.

Рис. 2. Пример построения сети вещания кабельного телевидения на базе миллиметровой
ТВ РРЛ "СЭТРА"

Соединения типа "точка-много точек" находят применение при создании зоны вещания или её расширении студиями кабельного телевидения, при построении систем "сотового телевидения", не отличающимся по основным принципам функционирования от ТВ РРЛ. Таким образом может решаться задача доведения сигнала студии кабельного телевидения до головных станций СКТВ и КСКПТ (рис.2). Требования к оборудованию в этом случае несколько отличаются от уже перечисленных. Здесь пока не требуется наличие нескольких сигналов звукового сопровождения (телевидение со стереозвуком ещё не получило широкого распространения), да и наличие дополнительных сервисных функций в аппаратуре не всегда необходимо. Важнейшими критериями выбора типа оборудования при решении задач подобного типа, является его стоимость, хотя всегда действует пословица: "дёшево - хорошо не бывает", и наличие свободных частот в том или ином частотном диапазоне для работы ТВ РРЛ в различных направлениях.

Помимо конструктивных требований к ТВ РРЛ, существует ещё целый ряд существенных обстоятельств, зачастую определяющих или значительно сужающих возможность выбора. К ним следует отнести наличие необходимых сертификатов на оборудование ТВ РРЛ и антенные блоки в ней применяемые, а так же возможность использования выбранного типа оборудования по условиям электромагнитной совместимости в конкретном регионе страны и протяжённости трассы РРЛ.

Согласно "Таблице распределения частот между радиослужбами Российской Федерации", РРЛ, как относящиеся к оборудованию фиксированной службы наземной радиосвязи, могут работать в следующих полосах радиочастот, МГц: 390...470; 1700...2100; 2300...2500; 2500...2700; 7250...7550; 7550...7750; 7900...8400; 8500...8700; 10700...11700; 12750...13250; 14400...15350; 17700...19700; 21200...23600; 25200...27500; 36000...37000; 37000 -39500; 39500...40500.

Насыщенность указанных участков радиочастотного спектра различна, т.к. освоение этих диапазонов длин волн исторически, осуществлялось по принципу "снизу-вверх", т.е. сначала появлялось оборудование низких диапазонов, а затем более высоких. Это объясняется еще и тем, что в нижних участках спектра (от 2 до 13 ГГц) удается достигать дальностей передачи (пролета) 30...40 км и более, а в более высоких участках (от 15 ГГц и выше) - дальность связи существенно снижается. В результате этого, сегодня наблюдается дефицит частот в наиболее освоенных (до 15 ГГц) участках радиоспектра. Эта проблема характерна не только для нашей страны, но у нас она усугубляется ещё и тем, что диапазоны частот до 15 ГГц прочно освоены радиосредствами различных государственных структур (Минобороны, правоохранительные органы, правительственная связь, служба обеспечения безопасности полетов и т.д.).

Сказанное выше подтверждает, что предварительный выбор типа оборудования и частотного диапазона должен производиться очень тщательно, не только на основании конструктивных и функциональных особенностей аппаратуры, но и с учётом реальной электромагнитной обстановки в регионе, так как сложность получения частотного присвоения в органах Главгоссвязьнадзора напрямую зависит от степени насыщенности выбранного участка радиоспектра. Эта проблема особенно актуальна в крупных промышленных центрах с развитой инфрастуктурой систем связи, а также в северных районах нашей страны, где прокладка кабельных коммуникаций затруднена или просто невозможна. В связи с этим целесообразно использование, при длинах трасс от 1 до 15 км ТВ РРЛ, работающих в миллиметровой части радиоспектра и в верхней части сантиметрового диапазона длин волн. Применение подобного оборудования зачастую неоправданно отвергается многими специалистами телерадиокомпаний из-за предубеждений относительно работоспособности миллиметровых станций в условиях сильных осадков - дождя или мокрого снега. Это распространённое предубеждение опровергается достаточно простыми расчётами, подтверждёнными практической эксплуатацией оборудования.

Чтобы остановить свой выбор на каком-либо частотном диапазоне при известной длине трассы, пользователь должен сопоставить все "за" и "против" того или иного типа оборудования и убедиться, хотя бы расчётным путём, что выбранное оборудование обеспечит необходимый энергетический потенциал радиорелейной линии для получения устойчивой связи с некоторой вероятностью ухудшения качественных характеристик или полного отсутствия видеосигнала.

Зная длину предполагаемой линии связи, можно на основе известных соотношений с инженерной точностью оценить энергетический потенциал радиорелейной линии и сделать предварительный выбор ряда частотных диапазонов, в которых может быть достигнута устойчивая связь при известной длине трассы.

Энергетический потенциал радиорелейной линии можно оценить, подставив в приведённую ниже формулу технические данные на оборудование и задавшись некоторыми начальными условиями:

Рпр = Рпер + Gпр + Gпер - (20lg4pd/l + DV) - HS, где:

Рпр - мощность сигнала на входе СВЧ приемника, при которой качественные характеристики передаваемого сигнала не ухудшаются ниже допустимого уровня, дБм;
Рпер - выходная мощность СВЧ передатчика, дБм;
Gпр - коэффициент усиления приемной антенны, дБ;
Gпер - коэффициент усиления передающей антенны, дБ;
d - длина трассы, м;
l - длина волны, м;
DV - значение дополнительного ослабления на трассе, величина которого превышает значение затухания в свободном пространстве в течение не более определённого процента времени "худшего" месяца года, дБ;
HS - суммарные потери в антенно-фидерных трактах, дБ.

Таблица 1. Значения интенсивности дождя, превышаемые в указанном проценте времени "худшего" месяца
Климатический район	Месяцы года	Процент времени "худшего месяца"
		0,1	0,01
Европейская часть РФ и СНГ	VI-VIII	15	72
Северный Кавказ, Крым	VI-IX	18	95
Центральные и южные районы Казахстана	V-VIII	12	57
Юго-восточные районы Дальнего Востока	VI-IX	22	75
Средняя полоса Западно-Сибирской низменности	V-IX	15	60

Конечно, существует ещё целый ряд ограничительных факторов, вытекающих из условий распространения радиоволн различных диапазонов, взаимного расположения антенн на местности (высот подвеса) и т.д. Все эти факторы учитываются при проектировании радиолинии специализированными организациями. Известно, что при распространении радиоволн диапазона свыше 10 ГГц статистически определяющую роль в ослаблении радиоволн играют дожди, хотя и другие механизмы ослабления радиоволны, а именно интерференции при многолучевом распространении и "экранирование" радиоволн сложными неоднородностями диэлектрической проницаемости атмосферы, также могут оказать существенные влияния. Мы же ограничимся рассмотрением только одного фактора - погонного ослабления радиоволн в атмосферных осадках.

Интенсивность дождя Imm , мм/ч	4	10	50	100
Частота сигнала F, ГГц
8	0,025	0,09	0,7	1,9
12	0,09	0,3	2,0	4,8
18	0,25	0,7	4,5	9,0
40	1,2	2,8	12	25
Таблица 2. Погонное ослабление у, дБ/км

Как правило, указанные выше механизмы ослабления радиоволн проявляются не одновременно, а в различные месяцы. Поэтому, произведя, например, расчет устойчивости связи для "худшего" месяца с точки зрения влияния дождей, получим результаты, не сильно отличающиеся от результатов для любого "худшего" месяца. "Худший" месяц года - это месяц, в котором превышение заданного значения ослабления имеет наибольшую вероятность. В таблице 1 приведены значения интенсивности дождя в некоторых климатических районах России и стран СНГ, превышаемые в указанном проценте времени "худшего" месяца.

В таблице 2 приведены некоторые значения зависимости погонного ослабления g, дБ/км от частоты сигнала F, ГГц при различной интенсивности дождя Im, мм/ч.

Теперь обратимся к такому критерию выбора ТВ РРЛ, как качественные параметры видеосигнала и сигналов звукового сопровождения, обеспечиваемых ТВ РРЛ.

Таблица 3.
Отношение сигнала яркости к взвешенной флюктуационной помехе (t=0,33мкс), дБ, не менее		65
Различие в усилении сигналов яркости и цветности, %, не более		±5,8
Расхождение во времени сигналов яркости и цветности, нс, не более		±58
Нелинейность сигнала яркости, %, не более		2,4
Дифференциальное усиление, %, не более		±4,8
Перекрестное искажение яркость - цветность, %, не более		±1,7
Относительная неравномерность (размах) плоской части прямоугольных импульсов частоты строк, %, не более		3,4
Относительная неравномерность (размах) плоской части импульсов полей, %, не более		4
Отклонение амплитуды синусквадратичного импульса длительностью 2Т, %, не более		±5,8
Размах синхроимпульса, мВ		300 ± 10
Неравномерность АЧХ на частотах пакетов, МГц, %, не более	0,5	-5,3.....+5,8
	1,0	-5,3.....+5,8
	2,0	-5,3.....+5,8
	4,0	-5,3.....+5,8
	4,8	-5,3.....+5,8
	5,8	-11,0.....+9,0
Эффективное напряжение звукового сигнала на входе/выходе, дБ, типовое		0 ± 0,5
Неравномерность АЧХ в диапозонах частот: 30-15000 Гц, дБ		+0,5.....-2
Коэффициент нелинейных искажений на частотах 30 - 15000 Гц, %, не более		0,3
Защищенность звукового сигнала от псофометрического шума, дБ, не менее		65
Защищенность от внятной переходной помехи в звуковом канале, дБ, не менее		65
Переходное затухание между каналами, дБ, не менее		65

Качественные параметры видеосигнала и сигналов звукового сопровождения регламентируются рядом соответствующих ГОСТ и практически все производители стараются привести своё оборудование в соответствие. Однако не всем удаётся получать высокое отношение сигнал/шум, хорошую линейность видеосигнала или низкий коэффициент гармоник сигнала звукового сопровождения. Это связано с целым рядом причин, и подробное рассмотрение этого вопроса требует отдельного обсуждения. Как правило, низкая стоимость оборудования говорит сама за себя, поскольку получение хороших качественных параметров и высокой надёжности аппаратуры невозможно без применения специальных мер, которые естественным образом влекут увеличение стоимости.

В качестве критерия выбора приведём лишь некоторые наиболее важные характеристики различных параметров сигналов (таблица 3), которые помогут оценить то или иное оборудование и сделать правильный выбор.

Условия эксплуатации оборудования:

внешнего (СВЧ передатчик, приемник и антенный блок) - температура окружающей среды от -50 до +50°C, относительная влажность до 100%; внутреннего (модемного) - температура окружающей среды от +1 до +35°C, относительная влажность до 80%.

[дальше]