Материал: Современные технологии передачи и обработки данных. Никитин Л.Н

сезонных и суточных изменений метеоусловий в тропосфере возможно такое распределение влажности, температуры и давления, при котором показатель преломления с высотой увеличивается, и лучи УКВ приобретают выпуклость, обращенную вниз. Такое преломление радиоволн, называемое отрицательной рефракцией, влечет за собой уменьшение интенсивности и замирание сигнала даже в зоне прямой видимости.

Если же показатель преломления воздуха уменьшается с высотой быстрее, чем при нормальном состоянии тропосферы, возможен прием УКВ на расстоянии, значительно превышающем прямую видимость. Этот случай, называемый сверхрефракцией, особенно часто наблюдается над водной поверхностью в результате резкого изменения влажности воздуха с высотой.

Особо благоприятные условия распространения УКВ за горизонт создаются при наличии в тропосфере слоистых неоднородностей, т. е. резко выраженной границы слоев с различными коэффициентами преломления, возникающих, например, при прохождении фронта холодного воздуха. На границе разнородных слоев радиоволны претерпевают практически зеркальное отражение, причем условия отражения почти одинаковы в широкой полосе частот.

Однако тропосферная рефракция и отражение от слоистых неоднородностей не обеспечивают устойчивую связь на УКВ за линией горизонта, так как эти явления возникают нерегулярно. Поэтому считалось, что устойчивая УКВ связь возможна только в пределах прямой видимости.

С 1956 года начали появляться публикации по материалам экспериментальных исследований устойчивой УКВ радиосвязи на расстояниях, существенно превышающих прямую видимость. Интенсивность поля на этих расстояниях превосходила значения, предсказываемые дифракционной теорией (рис. 5.11, пунктир). Распространение УКВ далеко за пределы прямой видимости объясняется рассеянием энергии волны так называемыми глобулами - турбулентными неоднородностями тропосферы, процесс возникновения которых состоит в следующем. Поступательное

36

движение воздушных масс в вертикальном и горизонтальном направлениях, обусловленное неравномерностью нагревания земной поверхности, при определенной скорости теряет свою устойчивость и переходит в турбулентное движение, носящее вихревой характер. Важнейшей особенностью турбулентного движения в тропосфере является постепенное и последовательное деление крупных вихрей на более мелкие до тех нор, пока энергия вращательного движения самых малых вихрей не переходит за счет преодоление сил вязкости в тепловую. Вихри порождают множество локальных неоднородностей в распределений давления, температуры и влажности, естественно приводящих к локальным неоднородностям индекса преломления. Глобулы и представляют собой сферические или эллиптические неоднородности, в пределах которых индекс преломления отличается от его значений в окружающей среде.

Под действием высокочастотной энергии, излучаемой передающей антенной, каждая глобула возбуждается и превращается во вторичный излучатель. Объем тропосферы, в котором пересекаются диаграммы направленности антенн корреспондирующих станций (рис. 3.4), является объемом рассеяния энергии, часть которой достигает приемной антенны.

Рис. 3.4

Нетрудно показать, что максимальную дальность связи можно определить по формуле

D 8hR ,

37

пространстве (рис. 3.6, сплошная линия). Общее затухание сигнала на участке распространения достигает сотни децибел. Значит, в системах тропосферной связи необходимо использовать достаточно мощные передатчики, высокочувствительные приемники и направленные антенны. С учетом этих соображений в системах тропосферной связи целесообразно использовать диапазон частот от нескольких сотен до нескольких тысяч мегагерц.

Экспериментально установлено, что резкие изменения погоды на трассе, связанные с прохождением теплого и холодного фронтов воздуха, в большинстве случаев снижают уровень сигнала. Это объясняется интенсивным перемешиванием воздушных масс тропосферы, приводящим к увеличению ее однородности. При прохождении резко выраженного фронта уровень сигнала иногда значительно возрастает за счет отражения от слоистых неоднородностей тропосферы.

3.3. Радиорелейная линия связи

По мере того, как увеличивалась потребность в расширении количества линий междугородней связи, разрабатывались системы, способные удовлетворить такие потребности. Одной из таких систем были радиорелейные линии, в которых в качестве носителя сигнала использовался не кабель, а радиоканал. Работая на сверхвысоких частотах (диапазон СВЧ) одна радиорелейная линия способна поддерживать работу тысяч телефонных каналов и нескольких телевизионных каналов одновременно. Использование данного диапазона частот приводит к необходимости размещать ретрансляторы на небольшом расстоянии друг от друга (до 30 километров) в пределах прямой видимости (сверхвысокочастотный сигнал не может завернуть за угол или перепрыгнуть даже через небольшую горку). Необходимость строить через определенное расстояние ретрансляционные вышки с антеннами делает данную технологию достаточно дорогой при организации связи на большое расстояние, но данная технология может найти свое применение, например, для организации фиксированного радиодоступа - высокоскоростной передачи данных между двумя зданиями (со

39

скоростью от 2 Мбит/с и выше). Во многих случаях такое решение будет иметь меньшую стоимость по сравнению с прокладыванием между зданиями оптико-волоконного кабеля (например, в городах, где проложить кабель не всегда просто, или в том случае, когда эти здания разделяет река) .

В условиях недостатка частотного ресурса были созданы, успешно применяются и развиваются беспроводные системы фиксированного доступа, работающие в инфракрасной области (на основе ИК светодиодов и полупроводниковых лазеров). Они обеспечивают рабочую дальность от 300 м до 1-3 км при скорости передачи до 155 Мбит/с. Все основные недостатки этих систем (сравнительно высокая стоимость и некоторая зависимость от погодных условий и загрязнения оптики) с лихвой окупаются отсутствием необходимости получения разрешения на использование радиочастоты, а также быстротой и простотой монтажа. На следующим этапом развития систем фиксированного радиодоступа явилось создание таких протоколов обмена информацией между приемо-передатчиками, которые позволили организовать подключение многих объектов к одному (соединение "точкамноготочка"), что наиболее соответствует задачам организации доступа в Интернет (рис. 3.7). Кроме того, были созданы различные механизмы (например, пакетная передача, работа на изменяющейся частоте), которые позволили увеличить пропускную способность, скорость передачи и эффективность использования частотного ресурса.

40