Здесь и ниже термином "зона" будем обозначать район земной по­ верхности с размерами примерно 500x500 км. Находящиеся или строящиеся в этом районе предприятия имеют взаимные хозяйст­ венные связи, и поэтому при построении сети обычно требуется обеспечить связь между пунктами по способу "каждый с каждым" Можно привести ряд примеров возможных зон. Большие, трудно­ доступные пространства, сильно пересеченная, изобилующая ре­ ками, болотами, малонаселенная местность островных регионов затрудняют и часто делают невозможными или неэкономичными строительство и эксплуатацию проводных и радиорелейных линий связи. В итоге соответствующей технико-экономической проработ­ ки оказывается целесообразным использование зоновой ВЧ ра­ диосвязи и в ряде центральных районов.

Большое число сетей ВЧ радиосвязи различается структу­ рами (радиальные, кустовые, линейные, звездные, радиальнокольцевые и др.), числом радиостанций и каналов связи, скоро­ стью передачи информации, размерами обслуживаемых зон, дальностью действия, типами используемого оборудования, сте­ пенью автоматизации управления и другими показателями.

4.2. Сигналы и помехи в ВЧ радиолиниях

Для дальнего ионосферного распространения радиоволн в диапазоне ВЧ характерно явление замираний сигнала на входе радиоприемника. Сигнал распространяется по нескольким путям. Во-первых, в пункте приема обнаруживаются лучи, которые рас­ пространяются путем отражений от ионосферы и земной поверх­ ности. Во-вторых, передающая антенна излучает волны в более или менее широком угле, поэтому на ионосферу падает, в сущно­ сти, не один луч, а как бы пучок лучей. Эти лучи отражаются при различной глубине проникновения в ионизированный слой и дости­ гают поверхности Земли в различных точках. В-третьих, неизбеж­ ные неоднородности в ионосфере приводят к тому, что вместо зеркального отражения возникают диффузионные отражения; в итоге луч при выходе из ионосферы содержит множество эле­ ментарных лучей и угловой раствор этого пучка достигает несколь­ ких градусов; в место приема попадает совокупность лучей из раз­ личных пучков. Интерференция этих лучей приводит к явлению замираний. Вследствие многолучевого распространения и разно­ стей хода лучей при прохождении сигнала от передатчика к при­ емнику сигнал в антенне представляет сумму отдельных колеба-

ний с разными фазами и амплитудами, что обусловливает флук­ туации амплитуд и фаз составляющих.

Вреальных каналах время распространения и интенсив­ ность каждого луча изменяются сравнительно медленно, и на про­ тяжении длительности, например, одного элементарного сигнала радиотелеграфного сообщения их можно считать неизменными. Такие замирания называют медленными. Причины замираний на трассах разной протяженности соответственно различны. Соглас­ но экспериментальным данным на трассах протяженностью от 1000 до 2000 км замирания определяются чаще всего интерфе­ ренцией соизмеримых по уровню лучей, а на трассах протяженно­ стью от 2000 до 3000 км преобладает один луч (1F) и замирания вызываются неоднородностью отражающего слоя ионосферы.

ВВЧ радиосвязи применяют различные виды сигналов, не­ прерывных и дискретных. Отличительной особенностью радиоте­ леграфной передачи является кодирование сообщения. Каждый отдельный передаваемый символ (буква алфавита, цифра, знак) имеет свою кодовую комбинацию элементарных посылок. Кодиро­ ванное сообщение преобразуется в радиосигнал путем манипуля­ ции колебаний передатчика. В зависимости от параметра несущих колебаний, который подвергают манипуляции, различают ампли­ тудную, частотную и фазовую манипуляции. Широко применяется многоканальная тональная телеграфия в одной боковой полосе с ослабленной и подавленной несущими; многоканальная тональная телеграфия в двух независимых боковых полосах с ослабленной несущей. Для передачи телефонных сообщений в радиосвязи ис­ пользуются следующие виды сигналов: двухполосная амплитудная телефония с полной несущей; однополосная телефония с полной, ослабленной, и подавленной несущими; телефония в двух незави­ симых боковых полосах. Применяется также однополосная комби­

нированная передача телефонии и телеграфии в независимых бо­ ковых полосах.

Существенное влияние на надежность связи в любом диапа­ зоне радиоволн оказывают действующие в радиоканале помехи. Источники помех многочисленны и разнообразны. По происхожде­ нию помехи можно подразделить на естественные и искусствен­ ные. Естественные помехи создаются главным образом электро­ магнитными процессами в земной атмосфере: грозовые разряды и др. Мощными источниками помех являются космос и тропосфе­ ра. Искусственные помехи могут создаваться многочисленными промышленными установками (индустриальные помехи), излуче­ ниями посторонних радиостанций (непреднамеренные и специ­

ально организованные) и т д. Внутренние помехи радиоаппарату­ ры в основном обусловлены внутренними шумами.

Таким образом, в реальных условиях прием полезного сиг­ нала происходит в присутствии исключительно разнообразных по виду помех, каждая из которых имеет специфические особенности. Учет всех этих индивидуальных свойств различных помех - задача неразрешимая. При исследовании помехоустойчивости связи ре­ ально действующие помехи заменяют специальными модёлями помех. Такие модели, с одной стороны, идеализируют большую часть наблюдаемых помех, а с другой стороны, позволяют мате­ матически оценить влияние помех на прием радиосигналов.

Большинство помех, действующих в реальном канале, можно представить с помощью четырех моделей: импульсной, квазиимпульсной, сосредоточенной и флуктуационной. В дальнейшем вме­ сто выражения "модель помехи" будем говорить просто помеха.

Основной вид помех в ВЧ диапазоне - это сосредоточенные помехи. Под сосредоточенной понимают помеху, энергетический спектр которой сосредоточен в узкой частотной области. Обычно ширина спектра сосредоточенной помехи соизмерима или даже значительно уже полосы частот полезного сигнала. В основном сосредоточенные помехи обусловлены сигналами посторонних радиостанций. Кроме того, их могут создавать различные генера­ торы высоких частот, а также они могут возникать в самой радио­ аппаратуре (комбинационные помехи, переходные помехи в мно­ гоканальной связи и т д.).

Сосредоточенные помехи можно разделить на две основные группы: внутриполосные помехи, попадающие в полосу пропуска­ ния приемника, и внеполосные помехи. Внутриполосные помехи могут возникать как в самом приемнике, так и попадать на его вход извне. Борьбу с возникающими в приемнике внутриполосными по­ мехами ведут путем совершенствования радиоприемной аппара­ туры; борьба с помехами, попадающими извне, основана на ис­ пользовании различия в статистических свойствах помех и полез­ ного сигнала.

Внеполосные сосредоточенные помехи - это в основном сигналы посторонних радиостанций. Такие помехи при приеме по­ давляются применением высокоэффективных селективных цепей и усилителей с линейной амплитудной характеристикой.

Условия распространения сосредоточенных помех и полез­ ных сигналов близки между собой, поэтому статистические харак­ теристики таких помех подобны характеристикам полезного сигна­ ла и зависят от конкретных условий связи. Определяющая роль сосредоточенных помех в ВЧ диапазоне объясняется его высокой

загрузкой, а также большой дальностью распространения коротких волн. Обычно радиосвязь организовывают на частотах, близких

коптимальным, диапазон которых весьма ограничен. Это приводит

кувеличению числа станций, работающих на близких частотах, что усложняет электромагнитную обстановку в ВЧ диапазоне.

Помимо сосредоточенных помех от соседних станций в ВЧ диапазоне существенное значение имеют флуктуационные поме­ хи. Флуктуационная помеха неизбежно присутствует во всех ре­ альных радиоустройствах в виде тепловых шумов. Сумма любых помех от различных источников также имеет характер флуктуационной помехи. Флуктуационный характер, как уже отмечалось, мо­ гут иметь стационарные помехи в условиях многих одновременно работающих станций. Некоторые промышленные установки, а так­ же станции преднамеренных помех могут служить причинами флуктуационных воздействий. Космические помехи, а также мно­ гие виды атмосферных помех имеют флуктуационный характер.

Инаконец, целый ряд помех при прохождении через радиоприем­ ник нормализуются и приобретают свойства нормальной флуктуационной помехи.

Таким образом, ВЧ радиосвязь отличается сложностью и нестационарностью условий распространения радиоволн и помехо­ вых ситуаций. Для обеспечения устойчивой ионосферной радио­ связи в ВЧ диапазоне волн требуется применение адаптивных устройств, входящих в системы связи. Адаптация предполагает автоматическую смену используемых длин волн для перехода в диапазоны с лучшим распространением и минимальными поме­ хами; регулирование мощности передатчиков для улучшения ус­ ловий электромагнитной совместимости и экономии электроэнер­ гии; применение антенн с автоматической регулировкой диаграм­ мы направленности; повышение устойчивости приема; прием с различными видами разнесения; использование помехозащитного кодирования и информационной обратной связи; передачу по па­ раллельным каналам и т д.

4.3. Структура автоматизированной сети ВЧ радиосвязи

Как уже отмечалось в § 4.1, сеть ВЧ радиосвязи должна быть полностью автоматизированной, работающей в адаптивном режи­ ме, т е. способной обеспечивать оптимальные показатели качест-. ва передачи сообщений при неблагоприятных изменениях условий распространения радиоволн и при усилении действия радиопомех. Автоматизированная адаптивная система должна обладать спо­ собностью прогнозировать изменение своего состояния.

	Система контроля	Система управления
	Датчики состояния	Компьютер, принимающий
		решение об адаптивном
	системы связи
		управлении

Т

Структурная

адаптация

lz

Алгоритмическая

адаптация

1

Параметрическая

адаптация

О

Блок формирования команд управления параметрами системы

Рис. 4.1

Укрупненная структурная схема адаптивной автоматизиро­ ванной системы ВЧ радиосвязи показана на рис.4.1. Ее составны­ ми частями являются: подсистема контроля, основывающаяся на датчиках состояния связи; подсистема управления, включающая в себя компьютер, который принимает решения о процессах адап­ тивного управления, блок формирования команд управления па­ раметрами и алгоритмами системы и контура адаптивного управ­ ления; собственно система радиосвязи. Датчики состояния выра­ батывают оперативную информацию о прохождении радиоволн, помеховой обстановке, состоянии радиосредств, показателях ка­ чества каналов связи.

По показаниям датчиков состояния в системе управления определяется влияние различных параметров на качество радио­ связи для адаптивного управления отдельными звеньями и всей системой в целом. Таким образом, к обобщенным функциям сис­ темы управления можно отнести: контроль за текущим состоянием объектов, основывающийся на сборе и информационной обработ­ ке контролируемых параметров; определение степени несоответ­ ствия значений текущих параметров заданным; принятие решения

68

об изменениях в системе; исполнение решения; автоматическое слежение за основными параметрами системы для прогнозирова­ ния их изменений и т.д. Система управления реализуется на осно­ ве быстродействующей вычислительной техники с достаточно большим объемом памяти. Для принятия решений об адаптивных изменениях параметров сети связи необходимы эффективные ал­ горитмы обработки данных от датчиков состояния системы.

Возможны два основных варианта построения адаптивной системы. В первом экстремум или пороговое значение глобального показателя качества находят путем постоянных пробных измене­ ний параметров или алгоритмов функционирования системы. В таких системах необходимо время на поиск оптимального реше­ ния, однако, алгоритм обработки данных более прост и требует меньшего количества информации для поиска оптимального ре­ шения. Во втором варианте изменения в системе радиосвязи про­ изводятся в результате аналитического определения условий, при которых она обеспечивает экстремум критерия качества. В такой системе также необходимо время для оптимального решения, од­ нако в течение этого времени связь не нарушается. Первый вари­ ант построения адаптивной системы в литературе называют поис­ ковым, второй - беспоисковым.

В ВЧ радиосвязи применяют в основном беспоисковые адап­ тивные системы, содержащие модель системы, в которую заложе­ на информация о ее динамических характеристиках. Применение модели позволяет осуществить необходимую адаптацию системы достаточно простыми средствами и получить существенный выиг­ рыш во времени; при этом управление на моделях по сравнению с управлением на объектах не связано с неизбежными потерями времени на поиск оптимума.

Беспоисковые самонастраивающиеся системы используют в основном две модели системы связи: эталонную и настраивае­ мую. В системах с эталонной моделью адаптивные изменения осуществляются непосредственно, исходя из анализа состояния этой модели и показаний датчиков состояния радиосвязи. В систе­ мах с настраиваемой моделью осуществляются предварительная идентификация параметров модели и последующая подстройка системы на основе информации о параметрах модели.

Использование эталонной модели в автоматизированной системе ВЧ связи затруднено из-за чрезвычайной сложности соз­ дания точной модели такой системы. Поэтому при разработке ав­ томатизированных ВЧ систем, по-видимому, предпочтительны адаптивные системы с настраиваемой моделью.

Собственно система связи в схеме рис.4.1 включает в себя объект управления - сеть абонентских станций и среду, оказы­ вающую влияние на характеристики объекта управления. В авто­ матизированной сети радиосвязи можно выделить три контура адаптивного управления: параметрический, алгоритмический и структурный. Параметрическая адаптация достигается измене­ нием параметров системы связи. При ней можно управлять мощ­ ностью передатчика, осуществлять переход на рабочие частоты с меньшим помеховым фоном и лучшим распространением, изме­ нять скорость передачи дискретных сообщений в отдельных кана­ лах, изменять диаграммы направленности антенн в азимутальной плоскости, выбирать способ модуляции сигнала и т.д. Эти меры обеспечивают приспособление системы радиосвязи к локальным условиям и критериям качества функционирования отдельных каналов.

Условия ЭМС могут потребовать перехода на уровне пара­ метрической адаптации к адаптивным управлениям, когда обеспе­ чивается совокупное управление параметрами системы по оценке глобального показателя качества.

Причины отклонения параметров состояния связи от жела­ тельных норм могут превысить уровень компетенции системы управления в контуре параметрической адаптации. В таком случае заявка на обслуживание абонентов должна передаваться на более высокий уровень обслуживания. Этого можно добиться измене­ ниями в алгоритме функционирования системы радиосвязи, т. е. алгоритмической адаптацией.

Изменения окружающей среды все же могут быть настолько существенными, что адаптационные механизмы на параметриче­ ском и алгоритмическом уровнях не могут обеспечить нормальное функционирование системы, определяемое заданным показате­ лем качества. В этом случае система связи становится непригод­ ной для выполнения заданных функций и поэтому должна обла­ дать адаптационным механизмом еще более высокого уровня, обеспечивающим целенаправленное изменение самой структуры системы. Этот уровень адаптации называют структурным. Струк­ турная адаптация включает и параметрическую, и алгоритмиче­ скую, а алгоритмическая адаптация - параметрическую (см. рис. 4.1) Поэтому нет смысла рассматривать адаптацию высшего уров­ ня в отрыве от низших.