Comunicarea prin releu radio este unul dintre tipurile de comunicații radio terestre bazate pe retransmiterea multiplă a semnalelor radio [1] . Comunicarea prin releu radio se realizează, de regulă, între obiecte staționare.
Din punct de vedere istoric, comunicarea prin releu radio între stații a fost realizată folosind un lanț de stații releu, care puteau fi fie active, fie pasive.
O trăsătură distinctivă a comunicațiilor prin releu radio față de toate celelalte tipuri de comunicații radio terestre este utilizarea de antene cu direcționare îngustă , precum și unde radio decimetrice , centimetrice sau milimetrice .
Istoria comunicațiilor prin releu radio datează din ianuarie 1898, odată cu publicarea inginerului praghez Johann Mattausch în jurnalul austriac Zeitschrift für Electrotechnik (v. 16, S. 35 - 36) [2] [3] Cu toate acestea, ideea lui de folosirea unui „traducător” (Translator), prin analogie cu traducătorii de telegrafie cu fir, era destul de primitivă și nu putea fi implementată.
Primul sistem de comunicații cu releu radio care funcționează cu adevărat a fost inventat în 1899 de un student belgian de 19 ani de origine italiană Emile Guarini (Guarini) Foresio (Émile Guarini Foresio) [2] [4] . La 27 mai 1899, Old Style, Emile Guarini -Foresio a depus o cerere de brevet de invenție nr. 142911 la Oficiul Belgian de Brevete, descriind pentru prima dată un dispozitiv pentru un repetitor radioreleu (répétiteur) [2] [4 ] ] . Acest fapt istoric este cea mai timpurie dovadă documentată a priorității lui E. Guarini-Foresio , ceea ce ne permite să considerăm data indicată drept ziua oficială de naștere a comunicațiilor radio releu. În august și toamna aceluiași 1899 cereri similare au fost depuse de E. Guarini-Foresio în Austria, Marea Britanie, Danemarca, Elveția [2] [4] . O caracteristică a invenției lui Guarini-Foresio a fost combinația de dispozitive de recepție și transmisie într-un singur repetor, care a primit semnale, le-a demodulat într-un coerer și apoi le-a folosit pentru a controla un releu, care a asigurat formarea de semnale actualizate, care au fost apoi re-radiat prin antenă. Pentru a asigura compatibilitatea electromagnetică , segmentul de recepție al repetitorului este înconjurat de un scut de protecție conceput pentru a proteja circuitele de recepție de radiația puternică a emițătorului.
În 1901, Guarini-Foresio , împreună cu Fernand Poncele, au efectuat o serie de experimente de succes pentru a stabili comunicația prin releu radio între Bruxelles și Anvers cu un releu automat intermediar la Mechelen. Un experiment similar a fost efectuat și la sfârșitul anului 1901 între Bruxelles și Paris [2] [4] .
În 1931, André Clavier , care lucrează în divizia de cercetare franceză LCT a ITT , a arătat posibilitatea organizării comunicațiilor radio folosind unde radio ultrascurte. În timpul testelor preliminare din 31 martie 1931, Clavier, folosind o linie de releu radio experimentală care funcționează la o frecvență de 1,67 GHz , a transmis și primit cu succes mesaje telefonice și telegrafice prin amplasarea a două antene parabolice cu un diametru de 3 m pe două maluri opuse ale Canalul Mânecii [5] . Este de remarcat faptul că locurile de instalare ale antenelor au coincis practic cu locurile de decolare și aterizare ale zborului istoric peste Canalul Mânecii Louis Blériot . Experimentul de succes al lui André Clavier a condus la dezvoltarea în continuare a echipamentelor comerciale de releu radio. Primul echipament de releu radio comercial a fost lansat de ITT, sau mai degrabă filiala sa STC , în 1934 și a folosit modularea în amplitudine a undei purtătoare cu o putere de 0,5 wați la o frecvență de 1,724 și 1,764 GHz, obținută cu ajutorul unui klystron .
Lansarea primei linii comerciale de releu radio a avut loc la 26 ianuarie 1934. Linia avea o lungime de 56 km peste Canalul Mânecii și făcea legătura între aeroporturile Lympne din Anglia și St. Englevere din Franța. Linia de releu radio construită a făcut posibilă transmiterea simultană a unui canal telefonic și a unui canal telegrafic și a fost folosită pentru coordonarea traficului aerian între Londra și Paris. În 1940, în timpul celui de -al Doilea Război Mondial , linia a fost demontată.
De regulă, comunicarea prin releu radio este înțeleasă ca comunicație prin releu radio direct cu linia de vedere.
La construirea liniilor de comunicație prin releu radio, antenele stațiilor radio releu învecinate sunt situate în linia vizuală [1] . Cerința pentru o linie de vedere se datorează apariției decolorării difracției atunci când calea de propagare a undelor radio este închisă complet sau parțial. Pierderile datorate estompării difracției pot provoca o atenuare puternică a semnalului, astfel încât comunicarea radio între stațiile de releu radio vecine devine imposibilă. Prin urmare, pentru comunicații radio stabile, antenele stațiilor radio învecinate sunt de obicei amplasate pe dealuri naturale sau pe turnuri sau catarge speciale de telecomunicații, astfel încât calea de propagare a undelor radio să nu aibă obstacole.
Ținând cont de restricția privind necesitatea unei linii directe de vedere între stațiile învecinate, raza de comunicare prin releu radio este limitată, de regulă, la 40-50 km.
La construirea liniilor de comunicație prin radioreleu troposferic se folosește efectul reflectării undelor radio decimetrice și centimetrice din neomogenități turbulente și stratificate în straturile inferioare ale atmosferei - troposfera [6] .
Utilizarea efectului propagării troposferice pe distanță lungă a undelor radio VHF vă permite să organizați comunicarea pe o distanță de până la 300 km în absența vizibilității directe între stațiile de releu radio. Raza de comunicare poate fi mărită până la 450 km cu amplasarea stațiilor de releu radio pe dealuri naturale.
Comunicarea prin releu radio troposferic se caracterizează printr-o atenuare puternică a semnalului. Atenuarea are loc atât atunci când semnalul se propagă prin atmosferă, cât și datorită împrăștierii unei părți a semnalului la reflectarea din troposferă. Prin urmare, pentru o comunicare radio stabilă, de regulă, emițătoare cu o putere de până la 10 kW, antene cu o deschidere mare (până la 30 x 30 m²) și, prin urmare, un câștig mare, precum și receptoare foarte sensibile cu zgomot redus. sunt folosite elemente.
De asemenea, liniile de comunicație prin releu radio troposferic se caracterizează prin prezența constantă a decolorării rapide, lente și selective a semnalului radio. Reducerea efectului de decolorare rapidă asupra semnalului recepționat se realizează prin utilizarea unei diversități de frecvență și recepție spațială. Prin urmare, majoritatea stațiilor de releu radio troposferice au mai multe antene de recepție.
Un exemplu de cele mai faimoase și extinse linii de comunicație prin releu radio troposferic sunt:
Spre deosebire de stațiile de releu radio, repetitoarele nu adaugă informații suplimentare la semnalul radio. Repetoarele pot fi fie pasive, fie active.
Repetoarele pasive sunt un simplu reflector de semnal radio fără niciun echipament transceiver și, spre deosebire de repetitoarele active, nu pot amplifica semnalul util sau nu-l pot transfera pe o altă frecvență. Repetoarele de releu radio pasive sunt utilizate în absența vizibilității directe între stațiile de releu radio; activ - pentru a mări raza de comunicare.
Atât reflectoarele plate, cât și antenele releu radio conectate prin inserții coaxiale sau ghid de undă (așa-numitele antene back-to-back) pot acționa ca un repetor pasiv.
Reflectoarele plate sunt utilizate în general la unghiuri de reflexie mici și au o eficiență apropiată de 100%. Cu toate acestea, pe măsură ce unghiul de reflexie crește, eficiența unui reflector plat scade. Avantajul reflectoarelor plate este posibilitatea utilizării mai multor benzi de frecvență a releului radio pentru retransmisie.
Antenele conectate „spate în spate” sunt de obicei folosite la unghiuri de reflexie apropiate de 180 ° și au o eficiență de 50-60%. Astfel de reflectoare nu pot fi utilizate pentru a transmite mai multe benzi de frecvență din cauza limitărilor antenelor în sine.
Printre noile direcții de dezvoltare a comunicațiilor cu relee radio care au apărut în ultima perioadă, merită atenție crearea de repetoare inteligente ( smart relay ) [7] .
Apariția lor este asociată cu particularitatea implementării tehnologiei MIMO în comunicațiile cu relee radio, în care este necesar să se cunoască caracteristicile de transfer ale canalelor releului radio. Într -un repetor inteligent , se realizează așa-numita procesare a semnalului „inteligentă” . Spre deosebire de setul tradițional de operațiuni „recepție - amplificare - reemisie”, în cel mai simplu caz, acesta prevede o corecție suplimentară a amplitudinilor și fazelor semnalelor, ținând cont de caracteristicile de transmisie ale canalelor MIMO spațiale pe un anumit interval de linia de releu radio [7] . În acest caz, se presupune că toate canalele MIMO au aceleași câștiguri. Poate fi justificat ținând cont de fasciculele înguste ale antenelor de recepție și de transmisie la distanțe de comunicație, în care extinderea diagramelor de directivitate nu duce la o manifestare vizibilă a efectului de propagare pe cale multiplă a undelor radio.
O implementare mai complexă a principiului releului inteligent presupune demodularea completă a semnalelor recepționate în repetor, extragerea informațiilor transmise către acestea, stocarea acesteia și apoi utilizarea acesteia pentru modularea semnalelor re-radiate, ținând cont de caracteristicile canalului MIMO stare în direcția către următorul repetor de rețea [7] . O astfel de prelucrare, deși mai complexă, permite luarea în considerare la maximum a distorsiunilor introduse în semnalele utile de-a lungul căii lor de propagare.
Pentru organizarea comunicațiilor radio se folosesc unde deci- , centimetrice și milimetrice .
Pentru a asigura comunicarea duplex, fiecare interval de frecvență este împărțit condiționat în două părți în raport cu frecvența centrală a intervalului. În fiecare parte a intervalului, sunt alocate canale de frecvență ale unei benzi date. Canalele de frecvență ale părții „inferioare” a gamei corespund anumitor canale ale părții „superioare” a gamei și în așa fel încât diferența dintre frecvențele centrale ale canalelor de la „inferioară” și „superioară” părți ale intervalului a fost întotdeauna aceeași pentru orice canal de frecvență din același interval de frecvență.
În conformitate cu ITU-R F.746, următoarele intervale de frecvență au fost aprobate pentru comunicațiile radio-relee cu linie de vedere:
| Interval (GHz) | Limitele benzii (GHz) | Lățimea canalului (MHz) | Recomandările ITU-R | Deciziile SCRF |
|---|---|---|---|---|
| 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 | |
| patru | 3.800 - 4.200 3.700 - 4.200 |
29 28 |
ITU-R F.382 | Hotararea SCRF Nr.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 | Hotararea SCRF Nr.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 | Hotărârea SCRF Nr. 10-07-02 |
| U6 | 6.425 - 7.110 | 3.5, 5, 7, 10, 14, 20, 30, 40, 80 | ITU-R F.384 | Hotararea SCRF Nr.12-15-05-2 |
| 7 | ITU-R F.385 | |||
| opt | ITU-R F.386 | |||
| zece | 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 | ||
| unsprezece | 10.700 - 11.700 | 5, 7, 10, 14, 20, 28, 40, 60, 80 | ITU-R F.387 | Hotărârea SCRF nr. 5/1,
Decizia SCRF 09-03-04-1 din 28.04.2009 |
| 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 | Hotărârea Comitetului de Stat pentru Frecvențe Radio 09-02-08 din 19.03.2009 [8] |
| 12.700 - 13.250 | 12.5, 25 | ITU-R F.746 | ||
| paisprezece | 14.250 - 14.500 | 3.5, 7, 14, 28 | ITU-R F.746 | |
| cincisprezece | 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 | Hotararea SCRF Nr.08-23-09-001 |
| optsprezece | 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 | Hotararea SCRF Nr.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 | Hotararea SCRF Nr.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 | Hotararea SCRF Nr.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 | Hotararea SCRF Nr.06-14-02-001 |
| 42 | 40.500 - 43.500 | 7, 14, 28, 56, 112 | ITU-R F.2005 | Hotararea SCRF Nr.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 | Hotararea SCRF Nr.06-13-04-001 |
| 70/80 | 71.000 - 76.000 / 81.000 - 86.000 | 125, N x 250 | ITU-R F.2006 | Hotărârea SCRF Nr. 10-07-04-1 |
| 94 | 92.000 - 94.000 / 94.100 - 95.000 | 50, 100, N x 100 | ITU-R F.2004 | Hotărârea SCRF Nr. 10-07-04-2 |
Gamele de frecvență de la 2 GHz la 38 GHz aparțin intervalelor de frecvență „clasice” ale releelor radio. Legile de propagare și atenuare a undelor radio, precum și mecanismele de apariție a propagării pe mai multe căi în aceste intervale, sunt bine studiate și s-a acumulat o mare cantitate de statistici privind utilizarea liniilor de comunicație prin releu radio. Pentru un canal de frecvență din domeniul de frecvență al releului radio „clasic”, este alocată o bandă de frecvență de cel mult 28 MHz sau 56 MHz.
Benzile de la 38 GHz la 92 GHz pentru comunicațiile prin releu radio sunt recente și mai noi. În ciuda acestui fapt, aceste intervale sunt considerate promițătoare din punctul de vedere al creșterii debitului liniilor de comunicație cu relee radio, deoarece în aceste intervale este posibil să se aloce canale de frecvență mai largi.
Una dintre caracteristicile utilizării liniilor de comunicație prin releu radio este:
Metodele de redundanță de comunicație prin releu radio pot fi împărțite
Metoda standby „fierbinte” se bazează pe introducerea redundanței în echipamentele stațiilor radioreleu. Redundanța „fierbinte” are ca scop îmbunătățirea fiabilității echipamentelor și nu poate afecta caracteristicile semnalului radio din canalul de comunicație .
Metoda de recepție a diversității de frecvență are ca scop eliminarea estompării selective a frecvenței în canalul de comunicație. Implementarea sa se realizează în prezent pe baza tehnologiei OFDM . Semnalele N-OFDM [7] pot fi de asemenea utilizate .
Metoda diversității spațiului este utilizată pentru a elimina decolorarea care apare din cauza propagării pe mai multe căi a undelor radio într-un canal de comunicație. Metoda diversităţii spaţiale este utilizată cel mai des în construcţia liniilor de comunicaţie prin releu radio care trec peste suprafeţe cu coeficient de reflexie apropiat de 1 (suprafaţa apei, mlaştini, câmpuri agricole). Cea mai simplă variantă a implementării sale este plasarea mai multor fluxuri în planul focal al antenei reflector folosind tehnologii MIMO pentru generarea și recepția de semnale .
Această metodă este un fel de tehnologie MIMO și, la utilizarea polarizărilor ortogonale, permite creșterea ratei de transfer de date de 2 ori [9] . Unul dintre dezavantajele diversității de polarizare este necesitatea de a folosi antene cu polarizare dublă mai scumpe.
Cea mai fiabilă metodă de redundanță este construirea liniilor de comunicație prin releu radio folosind topologia inelă.
Dintre toate tipurile de comunicații radio, comunicația prin releu radio oferă cel mai mare raport semnal-zgomot la intrarea receptorului pentru o anumită probabilitate de eroare. De aceea, dacă este necesară organizarea unei comunicații radio fiabile între două obiecte, cel mai des sunt folosite linii de comunicație prin releu radio.
Din punct de vedere istoric, liniile de comunicație prin releu radio au fost folosite pentru organizarea canalelor de comunicații pentru televiziune și radiodifuziune, precum și pentru conectarea stațiilor de telegraf și telefonie din zonele cu infrastructură slab dezvoltată.
Liniile de comunicație prin releu radio sunt utilizate în construcția și întreținerea conductelor de petrol și gaze ca linii de comunicații prin cablu optic principal sau de rezervă pentru transmiterea informațiilor telemetrice.
Comunicarea prin releu radio este utilizată în organizarea canalelor de comunicație între diverse elemente ale unei rețele celulare, în special în locurile cu infrastructură slab dezvoltată.
Liniile moderne de comunicație prin releu radio sunt capabile să transmită cantități mari de informații de la stațiile de bază 2G, 3G , 4G și 5G către principalele elemente ale rețelei de bază celulară. Până la 20 km între turnuri în Rusia .