Введение
Микроволновая передача - передача информации электромагнитными волнами с длиной волны в диапазоне частот микроволнов от 300 МГц до 300 ГГц (1 м 1 мм длина волны) электромагнитного спектра. Микроволновые сигналы обычно ограничены линией видимости, поэтому для передачи на большие расстояния с использованием этих сигналов требуется серия ретрансляторов, образующих микроволновую ретрансляционную сеть. Возможно использование микроволновых сигналов в связи сверх горизонта с использованием тропосферного рассеяния, но такие системы дорогие и обычно используются только в специализированных ролях. Хотя экспериментальная микроволновая телекоммуникационная линия протяженностью 64 км через Ла-Манш была продемонстрирована в 1931 году, развитие радара во время Второй мировой войны предоставило технологию для практической эксплуатации микроволновой связи. Во время войны британская армия представила беспроводный набор No. 10, который использовал микроволновые реле для мультиплекса восьми телефонных каналов на большие расстояния. Связь через Ла-Манш позволила генералу Бернарду Монтгомери оставаться в постоянном контакте со штаб-квартирой своей группы в Лондоне. В послевоенную эпоху развитие микроволновой технологии было быстрым, что привело к построению нескольких трансконтинентальных систем микроволновых реле в Северной Америке и Европе. Помимо передачи тысяч телефонных звонков одновременно, эти сети также использовались для передачи телевизионных сигналов для трансляции по всей стране, а позже - компьютерных данных. В 1970-х и 1980-х годах на рынке телевещания появились спутники связи, а в 1980-х и особенно в 90-х годах появление систем оптического волокна на больших расстояниях привело к быстрому упадку ретрансляционных сетей, большинство из которых были заброшены. В последние годы наблюдается стремительный рост использования микроволнового спектра новыми телекоммуникационными технологиями, такими как беспроводные сети и спутники прямого вещания, которые передают телевидение и радио непосредственно в дома потребителей. Большие линии зрения снова популярны для передачи соединений между сотовыми вышками, хотя они обычно не организуются в длинные цепочки ретрансляторов.
Microwave transmission is the transmission of information by electromagnetic waves with wavelengths in the microwave frequency range of 300 MHz to 300 GHz (1 m 1 mm wavelength) of the electromagnetic spectrum. Microwave signals are normally limited to the line of sight, so long distance transmission using these signals requires a series of repeaters forming a microwave relay network. It is possible to use microwave signals in over the horizon communications using tropospheric scatter, but such systems are expensive and generally used only in specialist roles. Although an experimental 40 mile (64 km) microwave telecommunication link across the English Channel was demonstrated in 1931, the development of radar in World War II provided the technology for practical exploitation of microwave communication. During the war, the British Army introduced the Wireless Set No. 10, which used microwave relays to multiplex eight telephone channels over long distances. A link across the English Channel allowed General Bernard Montgomery to remain in continual contact with his group headquarters in London. In the post war era, the development of microwave technology was rapid, which led to the construction of several transcontinental microwave relay systems in North America and Europe. In addition to carrying thousands of telephone calls at a time, these networks were also used to send television signals for cross country broadcast, and later, computer data. Communication satellites took over the television broadcast market during the 1970s and 80s, and the introduction of long distance fibre optic systems in the 1980s and especially 90s led to the rapid rundown of the relay networks, most of which are abandoned. In recent years, there has been an explosive increase in use of the microwave spectrum by new telecommunication technologies such as wireless networks, and direct broadcast satellites which broadcast television and radio directly into consumers' homes. Larger line of sight links are once again popular for handing connections between mobile telephone towers, although these are generally not organized into long relay chains.
Микроволновая радиореле
Микроволновое радиорелейное излучение - технология, широко используемая в 1950-х и 1960-х годах для передачи информации, такой как телефонные звонки на большие расстояния и телевизионные программы между двумя земными точками на узком пульсе микроволн. В микроволновой радиорелейной передаче микроволновой передатчик и направленная антенна передают узкий пучок микроволн, несущий много каналов информации по прямой видимости, на другую релейную станцию, где он принимается направленной антенной и приемником, образуя фиксированную радиосоединение между двумя точками. Связь часто была двунаправленной, используя передатчик и приемник на каждом конце для передачи данных в обоих направлениях. Требование о прямой видимости ограничивает разделение между станциями на горизонте, на более длинных расстояниях приемная станция может функционировать как реле, пересылая полученную информацию на другую станцию в течение ее пути. Цепочки микроволновых ретрансляционных станций использовались для передачи телекоммуникационных сигналов на трансконтинентальные расстояния. Микроволновые ретрансляционные станции часто располагались на высоких зданиях и на вершинах гор, а их антенны были установлены на башнях, чтобы получить максимальный диапазон. Начиная с 1950-х годов сети микроволновых ретрансляционных линий, таких как система AT&T Long Lines в США, осуществляли междугородные телефонные звонки и телевизионные программы. Первая система, получившая название TDX и построенная AT&T, соединила Нью-Йорк и Бостон в 1947 году серией из восьми радиорелейных станций. Недостоверный источник: дата=декабрь 2023 Предыдущие соображения представляют собой типичные проблемы, характеризующие наземные радиоссылки с использованием микроволн для так называемых магистральных сетей: длины хоп-линий в несколько десятков километров (как правило) в основном использовались до 1990-х годов. Полосы частот ниже 10 ГГц и, прежде всего, передаваемая информация представляли собой поток, содержащий блок с фиксированной пропускной способностью. Цель состояла в том, чтобы обеспечить требуемую доступность для всего блока (Plesiochronous digital hierarchy, PDH, или synchronous digital hierarchy, SDH). Избыточность и/или многопутные изменения, влияющие на связь в течение короткого периода времени в течение дня, должны были быть компенсированы архитектурой разнообразия. В 1990-х годах микроволновые радиосигналы стали широко использоваться для городских связей в сотовой сети. Требования относительно расстояния между линиями связи изменились на более короткие переходы (менее , как правило), а частота увеличилась до диапазонов от 11 до 43 ГГц и, в последнее время, до 86 ГГц (диапазон E). Кроме того, планирование маршрутов больше связано с интенсивными осадками и меньше с многопутными, поэтому схемы разнообразия стали менее использоваться. Еще одно большое изменение, произошедшее в течение последнего десятилетия, - это переход к передаче пакетной радиопередачи. Поэтому были приняты новые контрмеры, такие как адаптивная модуляция. Выделяемая мощность регулируется для сотовой и микроволновой систем. Эти микроволновые передачи используют излучаемую мощность, обычно от 0,03 до 0,30 Вт, излучаемую параболической антенной на узком луче, расходящемся на несколько градусов (1-3 4). Микроволновая схема каналов регулируется Международным союзом электросвязи (ITU R) и местными правилами (ETSI, FCC). В последнее десятилетие спектральный спектр для каждой микроволновой полосы стал чрезвычайно переполнен, что побудило использовать методы для увеличения пропускной способности, такие как повторное использование частоты, мультиплексирование по поляризации, XPIC, MIMO.
Previous considerations represent typical problems characterizing terrestrial radio links using microwaves for the so called backbone networks: hop lengths of a few tens of kilometers (typically ) were largely used until the 1990s. Frequency bands below 10 GHz, and above all, the information to be transmitted, were a stream containing a fixed capacity block. The target was to supply the requested availability for the whole block (Plesiochronous digital hierarchy, PDH, or synchronous digital hierarchy, SDH). Fading and/or multipath affecting the link for short time period during the day had to be counteracted by the diversity architecture. During 1990s microwave radio links begun widely to be used for urban links in cellular network. Requirements regarding link distance changed to shorter hops (less than , typically ), and frequency increased to bands between 11 and 43 GHz and more recently, up to 86 GHz (E band). Furthermore, link planning deals more with intense rainfall and less with multipath, so diversity schemes became less used. Another big change that occurred during the last decade was an evolution toward packet radio transmission. Therefore, new countermeasures, such as adaptive modulation, have been adopted. The emitted power is regulated for cellular and microwave systems. These microwave transmissions use emitted power typically from 0.03 to 0.30 W, radiated by a parabolic antenna on a narrow beam diverging by a few degrees (1 to 3 4). The microwave channel arrangement is regulated by International Telecommunication Union (ITU R) and local regulations (ETSI, FCC). In the last decade the dedicated spectrum for each microwave band has become extremely crowded, motivating the use of techniques to increase transmission capacity such as frequency reuse, polarization division multiplexing, XPIC, MIMO.
История
История радиорелейной связи началась в 1898 году с публикации Иоганном Маттаушем в австрийском журнале Zeitschrift für Elektrotechnik. Но его предложение было примитивным и не подходило для практического применения. Первые эксперименты с радиопередатчиками для передачи радиосигналов были проведены в 1899 году Эмилем Гуарини Форезио. Телефонные, телеграфные и факсимильные данные передавались по двунаправленным пучкам 1,7 ГГц на расстояние 64 км между Довером (Великобритания) и Кале (Франция). Излучаемая мощность, производимая миниатюрной трубкой Бархаузена-Курца, расположенной в фокусе тарелки, составляла полватта. В 1933 году военная микроволновая связь между аэропортами в Сент-Инглеверте, Франция, и Лимпне, Великобритания, на расстоянии 300 км, была сопровождена в 1935 году телекоммуникационной связью 300 МГц, первой коммерческой системой микроволнового ретранслятора. Развитие радара во время Второй мировой войны обеспечило большую часть микроволновой технологии, которая сделала возможными практические связи микроволновой связи, особенно клистроновый осциллятор и методы проектирования параболических антенн. Хотя это не широко известно, британская армия использовала беспроводный набор No 10 в этой роли во время Второй мировой войны. Потребность в радиорелейной связи на самом деле началась только в 1940-х годах с использования микроволн, которые путешествовали по линии обзора и поэтому были ограничены расстоянием распространения около 40 миль (64 км) по визуальному горизонту. После войны телефонные компании использовали эту технологию для создания больших микроволновых радиорелейных сетей для передачи телефонных звонков на большие расстояния. В 1950-х годах подразделение американского телефонного оператора AT&T Long Lines построило трансконтинентальную систему микроволновых ретрансляционных линий по всей территории США, которая выросла, чтобы нести большую часть телефонного трафика США на большие расстояния, а также сигналы телевизионной сети. Основная мотивация в 1946 году использовать микроволновое радио вместо кабеля заключалась в том, что большая емкость может быть установлена быстро и с меньшими затратами. В то время ожидалось, что годовые эксплуатационные расходы на микроволновое радио будут выше, чем на кабельное. Существовали две основные причины, по которым внезапно пришлось ввести большую пропускную способность: удовлетворенный спрос на дальние телефонные связи из-за перерыва в военные годы и новый канал телевидения, которому требовалось больше полосы пропускания, чем радио. Прототип был назван TDX и был протестирован с соединением между Нью-Йорком и Мюррей-Хиллом, местом расположения лабораторий Белла в 1946 году. Система TDX была установлена между Нью-Йорком и Бостоном в 1947 году. TDX был модернизирован до системы TD2, которая использовала [трубку Мортона, 416B и позже 416C, произведенную Western Electric] в передатчиках, а затем позже до TD3, которая использовала твердотельную электронику. Примечательными были микроволновые реле связи с Западной Берлин во время холодной войны, которые должны были быть построены и эксплуатироваться из-за большого расстояния между Западной Германией и Берлином на грани технической осуществимости. Кроме телефонной сети, также микроволновые ретрансляционные линии для распространения телевизионных и радиопередач. Это включало в себя соединения из студий в системы вещания, распределенные по всей стране, а также между радиостанциями, например для обмена программами. Военные микроволновые ретрансляционные системы продолжали использоваться в 1960-х годах, когда многие из этих систем были заменены тропосферными спутниковыми системами или спутниковыми системами связи. Когда было сформировано военное подразделение НАТО, большая часть существующего оборудования была передана группам связи. Типичные системы связи, используемые НАТО в течение этого периода времени, состояли из технологий, которые были разработаны для использования телефонными операторами в принимающих странах. Одним из примеров из США является микроволновая реле RCA CW 20A 12 ГГц, которая использует гибкий кабель UHF, а не жесткий волновод, требуемый системами с более высокой частотой, что делает его идеальным для тактических применений. Типичная установка микроволновой реле или портативный фургон имели две радиосистемы (плюс резервная) соединяющие две линии зрения. Эти радио часто несут 24 телефонных канала частотного раз...
Микроволновая связь
Микроволновая связь - это система связи, которая использует пучок радиоволн в диапазоне частот микроволн для передачи видео, аудио или данных между двумя местами, которые могут быть от нескольких футов или метров до нескольких миль или километров друг от друга. Микроволновые связи обычно используются телевизионными вещателями для передачи программ по всей стране, например, или из внешнего вещания обратно в студию. Мобильные устройства могут быть установлены на камеры, что позволяет камерам свободно перемещаться без проводов. Они часто видны на линии соприкосновения спортивных полей на системах Steadicam.
Тропорассеиватель
Наземные микроволновые ретрансляционные линии ограничены расстоянием до видимого горизонта, несколько десятков миль или километров в зависимости от высоты башни. Тропосферное рассеяние ("тропоскаттер" или "рассеяние") - технология, разработанная в 1950-х годах, позволяющая использовать микроволновые связи за горизонтом, на расстоянии нескольких сотен километров. Передатчик излучает пучок микроволн в небо под небольшим углом над горизонтом в сторону приемника. Когда луч проходит через тропосферу, небольшая часть микроволновой энергии рассеивается обратно к земле водяным паром и пылью в воздухе. Чувствительный приемник за горизонтом улавливает отражающийся сигнал. Ясность сигнала, полученная этим методом, зависит от погоды и других факторов, и в результате создание надежной связи радиосвязи сверх горизонта связано с высоким уровнем технических сложностей. Таким образом, тропоскатерные линии используются только в особых случаях, когда спутники и другие каналы связи на большие расстояния не могут быть использованы, например, в военной связи.