РАДИОРЕЛЕЙНАЯ СВЯЗЬ И НАПРАВЛЕНИЯ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В МЧС РОССИИ

 RADIO RELAY COMMUNICATION AND DIRECTIONS OF ITS USE IN THE EMERCOM OF RUSSIA

Alexey Zverev

KTN, associate Professor leading researcher at the Mytishchi Research Institute of radio measuring devices Of the Russian Federation, Russia, Mytishchi

Alena Davletshina

 candidate of physical and mathematica l Sciences head of the Department of the Russian Federation,

Russia, Mytishchi

Vladislav Zverev

RF cadet of the FSO Academy,

Russia, Mytishchi

АННОТАЦИЯ

В данной статье поднят вопрос об использовании радиорелейных линий связи для передачи информации в период ликвидации чрезвычайных ситуаций как природного, так и техногенного характера, показана передача информации между станциями, предложена частота, которую целесообразно использовать в приемниках и передатчиках МЧС при ликвидации ЧС.

ABSTRACT

This article discusses the use of radio-relay communication lines for transmitting information during emergency response, both natural and man-made, suggests the frequency that is appropriate to use in receivers and transmitters of the Ministry of emergency situations, and shows the transmission of information to honey stations.

Ключевые слова: чрезвычайные ситуации, оптоволоконные кабели, условия распространения радиоволн, радиорелейные станции, диапазон частот, силы МЧС, пакетные радиосети.

Keywords: emergency situations, fiber-optic cables, radio wave propagation conditions, radio relay stations, frequency range, emergency forces, packet radio networks.

С каждым годом природные катаклизмы не уменьшаются, как правило остаются на прежнем уровне или только увеличиваются. Так сентября 2016 года из – за тайфуна « ЛАЙОНРОК», который бушевал в Приморье, он принес в данный край почти трехмесячную норму осадков. За этим тайфуном пришел еще один «Нептеум». В результате действия этих двух тайфунов было подтоплено 170 населенных пунктов в 27 районах края. В зоне наводнения оказались почти 9 тыс. человек. В крае в целом было подтоплено более трех тысяч домов. Ущерб краю был нанесен более чем в 7 млрд. рублей.  

В январе 2017 года температура в Москве опустилась до отметки минус 29,8⁰ С. Данная  температура в Москве была самой низкой  за период начала XXI века. В мае 2017 года из – за затяжных дождей, в Ставропольском крае, произошел самый большой паводок за последние 50 лет. Было затоплено более двух тысяч жилых домов, ущерб оценивался в 2,6 млрд. рублей. В мае 2017 года на Москву  обрушился ураган. Данный ураган был самым смертоносным за последние десятилетия, скорость ветра достигала 22- 32 метров в секунду.

В период действия урагана погибли 18 человек, пострадали 200 человек. Данный ураган был без прецедентным за всю историю метеонаблюдений в Москве. Летом 2018 года природные пожары охватили примерно 8млн. 674 тыс. га леса. Большая часть очагов пришлась на Амурскую область, Хабаровский, Красноярский край, Еврейскую автономную область. В Иркутской области в начале июня 2019 года прошло крупное наводнение. Из –за сильных затяжных дождей резко поднялся уровень воды в левобережных притоках Ангары. В зону паводка попали 109 населенных пунктов, погибли 25 человек и 6 пропали без вести.

Количество природных катаклизмов можно было бы продолжать и далее, однако стоит задать вопрос, а как осуществлять и организовывать связь в период ликвидации чрезвычайных ситуаций так, чтобы все подразделения имели возможность связаться не только с центром по ликвидации ЧС, а именно КЧС (комиссии по ликвидации ЧС), но могли связываться между спасательными формированиями  для взаимодействия [1с .3,4,5].  

Потребности пакетной передачи данных на небольшие расстояния по радиоканалам постоянно возрастают, в МЧС это связано с организацией связи в период ликвидации ЧС как природного, так и техногенного характера. Важную роль здесь начинают играть радиорелейные станции миллиметрового диапазона длин волн. Это обусловлено их высокой пропускной способностью и простотой юридического оформления.

Сначала целесообразно рассмотреть частотный диапазон и его характеристики. Диапазон частот 40,5- 42,5ГГц. Данный диапазон называют еще квазиоптическим, так как радиоволны в нем распространяются подобно световому лучу. Антенна в данном диапазоне имеет ширину диаграммы направленности около 60см, что всего в три раза больше ширины луча оптических систем передачи беспроводной связи. Следовательно, в данном диапазоне частот, возможно поделить частотный ресурс не только по частоте, и во времени, но и по направлению луча. Это обстоятельство позволит многократно увеличить пропускную способность диапазона [2 с.134,  3 с.31].

Следующей не маловажной особенностью данных частот является возможность их развертывания в сетях со сложной электромагнитной обстановки. В городах в ДМВ - диапазоне установлено большое количество передатчиков, следовательно, развертывание целостной сети на относительно низких частотах будет невозможно. Переход же в данный диапазон практически уберет проблему интерференции. В данном диапазоне частот даже малогабаритные антенны диаметром 30см, имеют коэффициент усиления около 40 дБ. Нетрудно высчитать, что для передачи информации достаточно иметь мощность порядка 0,1Вт (т.е. в 10 раз меньше мощности передатчика мобильного телефона)[3 с.74,4 с.91].

В большинстве стран Европы использование диапазона 58,25 - 63,25 ГГц разрешено без лицензионно. Особенностью данного диапазона состоит в том, что у него имеется наличие локального максимума в молекулах кислорода и водяных парах. Данное явление приводит к ограничению реальной дальности передачи в этом диапазоне не превышающем 1 км. 

Рисунок 1. Затухание радиоволн миллиметрового диапазона

Диапазон длин волн в пределах 40 - 50ГГц имеет незначительные затухания это видно из рисунка 1. Диапазон 71 - 76, а также диапазон 81 - 86 ГГц еще называют диапазоном (Е- Band). Особенностью данных диапазонов является то, что они не требуют лицензирования. Второй особенностью данных диапазонов является минимальное затухание в молекулах кислорода и водяных порах. Примерная дальность передачи информации составляет от 3 до 7 км, скорость передачи при этом составляет порядка нескольких гигабит. Как показывает практика в России наиболее эффективно возможно использовать РРС (радио релейные станции ) с модуляцией QPSK. 16 AM и 64QAM. При использовании модуляции QPSK, при той же скорости передачи, требуется вдвое узкая полоса частот по сравнению c BPSK , данный факт констатирует повышение чувствительности на 3Дб. Ввиду того, что при BPSK сигналы противоположны, а при QPSK они ортогональны, следовательно, вероятность ошибки при QPSK обеспечивается прием вдвое большем отношении сигнал/шум, что компенсирует увеличение чувствительности. Таким образом, использование QPSK вместо BPSK не приведет к потерям, но позволяет вдвое повысить спектральную эффективность за счет сужения полосы в два раза[3 с .39, 5 с. 84].

Таким образом, радиосистема передачи, в которой сигналы электросвязи предаются с помощью наземных ретрансляционных станций называются радиорелейной системой передачи. Следовательно, радиорелейные линии (РРЛ) представляют собой цепочку приемо – передающих станций(оконечных, промежуточных, узловых), которые осуществляют последовательную многократную ретрансляцию, в том числе прием, преобразование, усиление и передачу сигналов.

Рисунок 2. Станции приема и ретрансляции радиорелейных линий

Шесть десятилетий развития РРЛ способствовали продвижению данного вида связи, которые способны конкурировать со всеми другими видами связи, в том числе дополняя их. Сегодня РРЛ являются большой и важной составной частью сетей электросвязи, таких как ведомственные корпоративные, региональные и др. Данный вид связи имеет много достоинств, таких как:

- возможность быстрой установки оборудования, при незначительных капитальных затратах;

- организация многоканальной связи, особенно на участках местности со сложным рельефом местности;

- возможность применения в случаях аварийного восстановления связи при стихийных бедствиях, а также при проведении спасательных операций;

- возможность передачи информации с высоким качеством практически не уступающим ВОЛС (волоконно – оптическим линиям связи).

Современные РРЛ позволяют предавать одновременно не только сотни телефонных сигналов, но и обеспечивают видеоконференц-связь, что особенно важно в условиях ликвидации чрезвычайных ситуаций. Из условий передачи известно, что радиосигналы эффективно предаются в условиях прямой видимости, особенно это характерно для частот миллиметрового диапазона. Таким образом, на линиях радиотрансляции применяют процесс усиления сигналов. Протяженность пролетов между соседними станциями зависит от профиля рельефа местности и высот установки антенн. Как правило, ее выбирают близкой к прямой видимости (км)[5 с. 28]. Для поверхности земли с учетом рефракции можно записать формулу.

 ,

где   – высота передающей антенны,  – высота приемной антенны, высоты антенн измеряются в метрах. В данный момент существуют три вида станций РРЛ, а именно оконечные, промежуточные, и узловые.

Пролетом (интервалом)РРЛ называется расстояние между двумя ближайшими станциями

Для структуры МЧС целесообразно рассматривать только оконечные радиорелейные станции, так как в период ликвидации последствий ЧС даже двух станций будет достаточно для передачи информации с пунктов спасательных формирований. Так как максимальное расстояние для частот диапазона 40 ГГ составляет порядка составляет порядка 12 км. В случае подтопления или контроля схода селевых потоков, частично пожаров, возможно обеспечить радиосвязь со всеми подразделениями работающими в зоне ЧС и кроме того, подать сигналы через станции привязки к общегосударственной сети со всеми подразделениями сил МЧС не только города, области, но и МЧС России. 

Рассмотрим далее S - параметры. Данные параметры обеспечивают значения таких видов анализа как  Stability and Gain Circles (круговые диаграммы, стабильность усиления и др. Еще одним важным положением использования данных параметров, является то, что данные параметры являются средством моделирования и позволяют производить интерполяцию внутри  диапазона. Так S₂₁  называют еще коэффициентом передачи. На Рис. 1 представлены графики. Из данных графиков видно, что максимальный коэффициент передачи приходится на частоту около 40 ГГц. Следовательно, необходимо использовать данную частоты для сил МЧС[6 с.23].

Рисунок 3. График параметров S₂₁

На следующем графике представлен КСВН. Данный показатель используется как мера согласования импеданса нагрузки с характеристическим импедансом линии передачи, по которой передаются радиочастотные сигналы. Таким образом, КСВ является мерой глубины согласования нагрузки с линией передачи.

Рисунок 4. КСВН входа и выхода

Из данного графика видно, что КСВН стремится к единице на частоте близкой к 40 ГГц.

Таким образом, изготовление приемников и передатчиков в пределах 40ГГц позволит всем службам МЧС осуществлять ликвидацию ЧС как техногенного так и природного характера более качественно и с высокой достоверностью передачи информации.

Список литературы:

1. www. Interfax. ru.
2. Котов С.Г. Современные тенденции в радиорелейном оборудовании // Вестник связи. 2010. №9. С. 51-52
3. Москалев П.В., Петренко А.А. Системы радиорелейной связи: от гибридных к пакетным // Вестник связи. 2011. №2. С. 51–54.
4. Матвиив Р.М. Системы РРЛ: Время пакетных технологий // Вестник связи. 20 С. 41–42.
5. Радиорелейные линии связи во второй декаде ХХI века // Вестник связи. 2011. №2. С. 55–56.
6. Бакытов А. Б., Нурпеисова Д. А., Медеуов С. А., Дарменалы П. Е.//Критерии качества связи цифровых радиорелейных линий связи. III  Международная конференция технические науки теория и  практика. 2017 С.32- 36