Основы проектирования цифровых радиорелейных линий связи

Москва
Горячая линия – Телеком
2014

УДК 621.396.43:621.391.827(075.8) 
ББК 32.884 
      О-75 
Р е ц е н з е н т ы :  канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой беспроводных систем и сетей 

СибГУТИ  С. С. Абрамов; канд. техн. наук, доцент, зав. лабораторией распространения 
радиоволн НИИР  С. И. Старченко; зав. сектором НИИР  В. В. Святогор 

А в т о р ы :  М. А. Быховский, Ю. М. Кирик, В. И. Носов, О. Ю. Сахаров, 
А. С. Сорокин, Н. Б. Сорокин 

О-75 Основы проектирования цифровых радиорелейных линий связи. 
Учебное пособие для вузов / М. А. Быховский, Ю. М. Кирик, 
В. И. Носов и др.; Под ред. профессора  М. А. Быховского. – 
М.: Горячая линия – Телеком, 2014. – 332 с: ил. 
ISBN 978-5-9912-0309-9. 

Систематизированы обширные сведения в области проектирования 
и расчета цифровых радиорелейных линий связи (ЦРРЛ) прямой видимости, а также анализа внутренней и внешней электромагнитной 
совместимости этих линий. Рассмотрены области применения ЦРРЛ, 
основные принципы построения и оборудование современных ЦРРЛ, 
методы расчета трасс ЦРРЛ, методы анализа внутрисистемной и межсистемной ЭМС ЦРРЛ. Приведены практические примеры применения изложенных в книге методов расчетов. Приведено описание оригинального программного комплекса для расчета качественных показателей цифровых радиорелейных линий, учебная версия которого 
доступна для читателей на сайте издательства, а также на сайтах 
МТУСИ и СибГУТИ и предназначена для выполнения студентами 
курсовых и дипломных работ, связанных с проектированием ЦРРЛ.  
Учебное пособие создано на основе педагогического опыта авторов в 
Московском техническом университете связи и информатики (МТУСИ)  
и Сибирском государственном университете  телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ).   
Для студентов высших учебных заведений, изучающих курс «Радиорелейная связь», будет полезна аспирантам, преподавателям и специалистам. 

ББК 32.884 

Адрес издательства в Интернет WWW.TECHBOOK.RU 

Учебное издание 

Основы проектирования цифровых радиорелейных линий связи 

Учебное пособие для вузов 
Под ред. профессора  М. А. Быховского. 

Редактор  Ю. Н. Чернышов 
Компьютерная верстка  Ю. Н. Чернышова 
Обложка художника  О. В. Карповой 

Подписано в печать  15.10.2013.  Формат 60×88/16. Уч. изд. л. 20,75.  Тираж 1000 экз. (2-й завод 100 экз.) 

ISBN 978-5-9912-0309-8                                         ©  Коллектив авторов,  2014 
©  Издательство «Горячая линия – Телеком», 2014 

Введение

Книга «Основы проектирования цифровых радиорелейных линий связи» посвящена вопросам, связанным с построением и расчетом
цифровых радиорелейных линий связи (ЦРРЛ) прямой видимости.
В ней рассмотрены области применения и оборудование современных
ЦРРЛ, основные принципы построения и методы расчета трасс ЦРРЛ.
Значительное внимание в книге уделено анализу внутренней и внешней электромагнитной совместимости (ЭМС) этих систем с другими
радиосистемами (радиорелейными, спутниковыми, системами беспроводного доступа), работающими в общих или соседних полосах частот
совместно с ЦРРЛ.
Книга написана как учебное пособие по современному курсу
«Космические и наземные системы радиосвязи» в той его части, которая относится к радиорелейным линиям связи прямой видимости.
Она будет полезна студентам, бакалаврам и магистрам, а также аспирантам, занимающимся вопросами построения, эксплуатации
и развития телекоммуникационных систем. Книга представляет также интерес для специалистов, работающих в организациях, занятых
проектированием таких систем.
Данное учебное пособие создано путем обобщения обширного разрозненного материала, изложенного в многочисленных публикациях.
В частности, излагаемая методика проектирования ЦРРЛ основана на
разработанной специалистами Научно-исследовательского института
радио «Методике расчета трасс цифровых РРЛ прямой видимости в
диапазоне частот 2...20 ГГц», лежащей в основе ГОСТ Р 53363-2009
«ЦРРЛ. Показатели качества. Методы расчета». При изложении методики анализа ЭМС ЦРРЛ использовались Рекомендации МСЭ-R и
собственные методические наработки авторов. При подготовке книги
учтен опыт преподавания курса «Космические и наземные системы
радиосвязи» в Московском техническом университете связи и информатики (МТУСИ) и в Сибирском государственном университете телекоммуникаций и информатики (СибГУТИ), а также опыт применения
специализированных программных комплексов для проектирования
телекоммуникационных систем. В главах книги даны ссылки на все
использованные при ее написании публикации.
Для облегчения усвоения пройденного материала каждая глава

Введение

книги завершается контрольными вопросами. В главе, затрагивающей вопросы обеспечения ЭМС ЦРРЛ с другими видами радиосистем,
кроме контрольных вопросов приведен также ряд примеров применения изложенных в ней методов для проведения конкретных расчетов.
В последней главе книги дано описание современного специализированного программного комплекса, предназначенного для расчета качественных показателей цифровых радиорелейных линий связи.
Этот комплекс разработан специалистами ООО «Центр телекоммуникационных технологий» (г. Новосибирск) и нашел широкое практическое применение в качестве инструмента проектирования РРЛ
во многих проектных организациях. В приложениях к этой же главе приводятся примеры его использования для конкретных расчетов
нескольких трасс ЦРРЛ.
Демоверсия программного комплекса, а также подробное руководство пользователя могут быть загружены с сайтов www.mtuci.ru,
www.ctt-group.ru и www.sibsutis.ru.
Освоив данный программный
комплекс, студенты смогут выполнять курсовые и дипломные работы, связанные с проектированием ЦРРЛ.
Данная книга написана авторским коллективом. Д.т.н., профессором М.А. Быховским написаны введение и глава 1, им также выполнено научное редактирование книги. Главы 2 и 4 написаны д.т.н.,
профессором В.И. Носовым, глава 3 — к.т.н., доцентом Ю.М. Кириком, глава 5 — к.т.н., профессором А.С. Сорокиным, глава 6 написана
совместно В.И. Носовым, О.Ю. Сахаровым и Н.Б. Сорокиным.

Г л а в а
1

Радиорелейная связь и области
применения ЦРРЛ

1.1. История развития аналоговых
радиорелейных линии связи
Первая однопролетная линия радиорелейной связи прямой видимости (РРЛ) через пролив Па-де-Кале была создана в 1931 г. в
диапазоне метровых волн. В СССР в 1932–1934 гг. также была разработана приемо-передающая аппаратура, работающая на метровых
волнах, и созданы опытные линии связи Москва – Кашира и Москва – Ногинск. В США в 1934 г. была построена РРЛ для передачи
ТВ сигналов, полоса которых составляла 250 кГц. Эта РРЛ работала
на частоте 100 МГц.
С 1939 г. начали создаваться РРЛ с частотной модуляцией, предназначенные для передачи как телевизионных сигналов, так и сигналов телефонии.
Для передачи многоканальной телефонии в таких
системах применялось частотное уплотнение.
Наряду с разработкой радиорелейных многоканальных систем, использующих частотную модуляцию, выдвигаются идеи применения в радиорелейной связи импульсных видов модуляции (ИМ) и временн´ого разделения каналов. Достоинством таких систем являлась простота оборудования
для объединения и разделения отдельных каналов. С середины 1940-х
годов начинают применяться многоканальные РРЛ с импульсными
видами модуляции (РРЛ-ИМ). Первая подобная 8-канальная система, работавшая в диапазоне 5 ГГц, была создана фирмой «ВестернЭлектрик» в 1944 г.
Разработка и внедрение РРЛ-ИМ в СССР начались с 1945 г. Выпускались РРЛ-ИМ с импульсно-фазовой модуляцией с числом ТФ
каналов от 1 до 24. Эти РРЛ работали в диапазонах частот от 70
до 2000 МГц.
Оборудование РРЛ, предназначенных для передачи телевизионных сигналов и большого числа телефонных каналов, создавалось на
основе применения частотной модуляции и частотного уплотнения.

Г л а в а 1

Первое отечественное оборудование «Краб» в метровом диапазоне, разработанное в 1953–1954 гг., было использовано для создания
РРЛ Красноводск – Баку. Позже была создана 12-канальная аппаратура «Стрела-П», использующая полосу частот 1600-2000 МГц, а в
1958 г. была разработана первая отечественная РРЛ с частотной модуляцией — Р60/120, работавшая в диапазоне 2 ГГц и позволявшая
передавать до 120 телефонных каналов или один канал телевидения.
Начало развитию радиорелейной промышленности в СССР было
положено в середине 1950-х годов. Радиорелейные линии были намного дешевле кабельных, особенно в условиях огромных пространств
с неразвитой инфраструктурой и сложной геологической структурой
местности. Первая магистральная радиорелейная система Р-600 (Р600М, Р-600-МВ, «Рассвет-2») была создана в 1958 г. В 1970 г. появился комплекс унифицированных радиорелейных систем «КУРС».
Все это позволило в 1960–1970 гг. развить сеть связи нашей страны,
обеспечить качественную передачу сигналов телефонии и наладить
передачу программ центрального телевидения.
В создании отечественных РРЛ и разработке методов их проектирования значительную роль сыграли ведущие специалисты Научноисследовательского института радио С.В. Бородич, В.П. Минашин,
А.В. Соколов, Н.Н. Каменский, А.И. Калинин, Л.В. Надененко и др.
Аналоговые РРЛ с частотной модуляцией получили весьма широкое
распространение во всем мире и постепенно осваивали диапазоны 4,
6, 8 и 11 ГГц.
К концу ХХ века в нашей стране действовала разветвленная магистральная сеть РРЛ, длина которой составляла порядка 100 тыс.
км (около 1200 станций). В 1999 г. на этой сети аналоговые системы
передачи составляли порядка 90 % общей протяженности радиорелейных линий. Основой телевизионной (ТВ) наземной транспортной сети
страны являлись радиорелейные системы передачи. На магистральных и внутризоновых сетях было создано около 300 тысяч аналоговых
ТВ канало-километров.
Радиорелейные линии широко использовались и на внутризоновых сетях, обеспечивая соединение между собой типовых каналов передачи разных местных сетей, относящихся к одной зоне нумерации
телефонной сети. В структуре внутризоновой сети РРЛ применялись
также и кабельные средства с теми же принципами соединения пунктов (узлов) между собой: узловой, лучевой, древовидный, кольцевой,
сотовый, смешанный.
До 1980-х годов радиорелейное оборудование производилось в основном в диапазонах частот от 2 до 8 ГГц. Как правило, оно было
громоздким и дорогостоящим. Аппаратура РРЛ имела значительные
габариты и располагалась на радиорелейных станциях в специальных

Радиорелейная связь и области применения ЦРРЛ
7

зданиях с собственной электростанцией и жилыми помещениями для
обслуживающего персонала.
Установка приемопередатчиков в технологическом помещении на расстоянии до сотни метров до антенн
делало необходимым применение длинных фидерных радиолиний и
дорогих антенно-мачтовых сооружений, которые должны были быть
рассчитаны на установку антенн с большими габаритами (для компенсации потерь радиосигнала в волноводах, длина которых достигала
сотни и более метров).
В течение многих десятилетий РРЛ занимали важное место в создании информационной инфраструктуры во многих государствах мира.
Они использовались для передачи на дальние расстояния сигналов многоканальной телефонии, а также широко применялись для
подачи на станции вещания ТВ программ.
Вторая половина ХХ столетия знаменовалась быстрым развитием радиоэлектроники, связанным с разработкой полупроводниковых
приборов и интегральных схем, позволивших резко сократить габариты и энергопотребление радиоаппаратуры, повысить ее надежность.
Полупроводниковая электроника позволяла реализовывать сложные
алгоритмы обработки сигналов. Последнее давало возможность применять в системах связи сложные методы модуляции и кодирования,
обеспечивавшие высокую помехоустойчивость приема сигналов при
ограниченной энергетике радиолинии. В последней четверти ХХ века промышленность стала выпускать цифровые радиорелейные линии
(ЦРРЛ), постепенно заменявшие аналоговые РРЛ.
Важными достижениями ХХ века стали создание новых спутниковых и волоконно-оптических систем связи (ВОЛС). Эти новые виды телекоммуникационных систем стали конкурентами радиорелейной связи.
Начиная с 1963 г., началось создание спутниковых систем, позволявших осуществлять передачу больших объемов информации (многоканальную телефонию и телевидение) на дальние расстояния,
вплоть до создания линий межконтинентальной связи, что было недостижимо другими, существовавшими в те годы системами.
Волоконно-оптические системы связи появились на телекоммуникационном рынке в конце 1970-х годов. Развитие технологии производства таких систем позволило создавать телекоммуникационные
системы с огромной, не достижимой прежде пропускной способностью. Скорость передачи данных по современным ВОЛС может составлять до нескольких терабит/с (1012 бит/с).
Несмотря на развитие упомянутых новых видов связи, радиорелейная связь не утратила своего значения, и в последней четверти ХХ
столетия были созданы цифровые радиорелейные линии (ЦРРЛ) раз

Г л а в а 1

ной пропускной способности, которые сегодня широко применяются
в разных областях телекоммуникаций.

1.2. Цифровые радиорелейные линии связи
Развитие новейших технологий производства телекоммуникационной аппаратуры и освоение диапазонов частот выше 10 ГГц коренным образом изменили оборудование и структуру РРЛ. Применение
современной элементной базы позволило в десятки и сотни раз уменьшить габариты аппаратуры, ее вес и энергопотребление, повысили
ее надежность.
В типовом исполнении современное радиорелейное оборудование
состоит из наружного блока приемопередатчика, устанавливаемого в
непосредственной близости от параболической антенны и внутреннего модуля. На рис. 1.1 показан наружный блок приемопередатчика
оборудования MINILINK производства компании «Ericsson».

Рис. 1.1. Наружный блок приемопередатчика MINI LINK

Это оборудование является масштабируемым и эффективным решением для организации транспортных радиорелейных каналов. Данное решение применимо как для построения сетей мобильной связи второго и третьего поколений (2G/3G),
так и сетей фиксированной связи, в
том числе предоставляющих широкополосные услуги. Использование
этого оборудования позволяет осуществлять гибкое проектирование и
быстрое
развертывание
современных телекоммуникационных сетей.
Радиорелейные станции FibeAir
1500/1528 производства израильской компании Ceragon (рис. 1.2)
предназначены для высокоскоростной передачи трафика FastEthernet, PDH и SDH и являются альтернативой оптоволоконным линиям передачи.
Оборудование каждой
станции состоит из антенны (диаметром от 30 см до 1,8 м), внешнего
радиочастотного блока и внутреннего блока.
Моноблочная радиосистема ML-WNET отечественной компании
«Микролинк-Связь» предназначена для организации связи по схеме
«точка-точка» в диапазоне частот 0,9...5 ГГц с пропускной способностью до 100 Мбит/с (Ethernet 10/100 Мбит/c) и дальностью действия
до 50 км. Оборудование этой компании (рис. 1.3) имеет габаритные
размеры не более 20×40×30 см и вес около 4 кг.

Радиорелейная связь и области применения ЦРРЛ
9

Рис. 1.2. Радиорелейные станции
FibeAir 1500/1528
Рис. 1.3. Радиосистема ML-WNET

Система ML-WNET позволяет осуществлять передачу данных и
пакетной телефонии (VoIP), при этом она имеет достаточно низкую
стоимость и весьма эффективна при решении следующих задач: вынос базовых станций GSM/DECT; объединение сетей передачи данных LAN-LAN; организация «последней мили»; построение частных
сетей; подключение корпоративных пользователей; резервирование
маршрутов сетей передачи данных; организация связи при чрезвычайных ситуациях. Эта радиосистема состоит из легкого наружного
блока, который включает в себя высокочастотную, модемную и мультиплексорную секции. Через разъем на наружном блоке оборудование выдает интерфейсы трафика и сервисные каналы.
Подробное рассмотрение вопросов, связанных с оборудованием
ЦРРЛ, дано в главе 3. Здесь лишь отметим, что современная цифровая радиорелейная станция (ЦРРС) — сложный технический комплекс, в который входит приемопередатчик, модем, мультиплексор,
приемопередающие антенны, система автоматического резервирования, система телеуправления и телесигнализации, контрольно-измерительная аппаратура, устройства служебной связи, система электропитания. Приемопередатчик ЦРРС — устройство, которое выполняет
функции приема и передачи модулированных электрических колебаний заданных частот. Приемник выделяет электрический сигнал заданной частоты из сигналов, принятых приемной антенной. С выхода
приемника сигнал поступает на демодулятор.
Передатчик вырабатывает модулированный электрический сигнал заданной частоты для
последующего его излучения передающей антенной. На вход передатчика сигнал поступает от модулятора. Один комплект приемопередающей аппаратуры, установленный на ЦРРС, образует ствол. Для увеличения пропускной способности на ЦРРС устанавливают несколько
комплектов такой аппаратуры — создают несколько стволов. Радиорелейные линии на основе цифровых ЦРРС стали важной составной
частью цифровых сетей электросвязи — ведомственных, корпоративных, региональных, национальных и даже международных.

Г л а в а 1

Цифровое радиорелейное оборудование применяется там, где организация линий связи, основанная на других технологиях (спутниковая связь, ВОЛС и др.), неосуществима или экономически не оправданна.
Такие условия характерны для многих регионов нашей
страны, имеющих наряду с большой территорией низкую плотность
населения. Времени на развертывание радиорелейной линии уходит
гораздо меньше, чем на строительство ВОЛС. При этом качество передачи информации в правильно спроектированной радиорелейной
линии с применением современного цифрового оборудования не уступает ВОЛС при явном преимуществе в простоте сооружения и невысоких затратах на эксплуатацию и строительство.
Следует также отметить, что современное цифровое радиорелейное оборудование не требует больших расходов на эксплуатацию, поскольку практически все это оборудование предназначено для установки на необслуживаемых объектах. Современные приемопередатчики радиорелейных станций вполне адаптированы к установке на
антенно-мачтовых сооружениях вне помещения. Рабочая температура внешних приемопередатчиков варьируется в пределах от −50 ◦C
до +60 ◦C.
В настоящее время появилось большое количество ЦРРС диапазонов 18, 23 и 36 ГГц, которые выпускаются как зарубежными,
так и отечественными производителями.
Для организации магистральных радиолиний связи используется отечественное оборудование
«Астра» с интерфейсом Ethernet 10 BST, «Вокком» с интерфейсом
E1/Ethernet 10 BST и др.
Современные ЦРРЛ позволяют организовать высокоскоростные
каналы связи, поддерживающие передачу всех видов трафика, включая голосовые сообщения, пакетную передачу данных, видеосигналы
в реальном режиме времени. Это позволяет организовать полноценную систему сбора и передачи информации, проводить селекторные
совещания с применением видео конференц-связи при одновременном
участии большого количества персонала.
Антенны соседних станций ЦРРЛ располагают в пределах прямой видимости.
Для увеличения длины интервала между станциями антенны устанавливают как можно выше — на мачтах (башнях) высотой 10...100 м (радиус видимости — 40...50 км) и на высоких зданиях. Принципиальным отличием радиорелейной станции от
иных радиостанций является дуплексный режим работы, т. е. прием
и передача происходят одновременно (на разных несущих частотах).
Протяженность ЦРРЛ — до 10000 км, скорость передачи данных до
622 Мбит/с. В Российской Федерации для вновь вводимых магистральных радиорелейных линий связи определены скорости передачи,
равные 155 Мбит/с (поток STM-1 синхронной цифровой иерархии,