ВЧ-связь уже почти век помогает энергетикам обмениваться данными и командами управления между удаленными объектами. Эта технология не теряет актуальности и сегодня. Давайте разберемся, на чем основана работа ВЧ-связи, как она устроена и применяется на практике. Изучив материал статьи, вы получите полное представление о принципах и возможностях этого вида связи.
История возникновения ВЧ-связи
ВЧ-связь ведет свою историю с 1920-х годов в СССР. Первые опыты по организации высокочастотной связи проводились в Ленинграде на научно-испытательной станции под руководством инженера П.А. Азбукина. В 1925 году там была создана первая отечественная аппаратура ВЧ-связи для передачи сигналов по медным проводам.
В 1930-е годы на базе ВЧ-связи была развернута закрытая правительственная сеть связи органов ОГПУ. Эту систему использовали для оперативного управления государством, так как считалось, что голосовая связь наиболее надежна и защищена от прослушивания.
Огромную роль ВЧ-связь сыграла в годы Великой Отечественной войны. Она обеспечивала связь Ставки Верховного Главнокомандования со штабами фронтов и армий. По воспоминаниям маршалов Жукова и Василевского, хорошая работа системы ВЧ-связи внесла большой вклад в победу.
В 1970-80-х годах начался новый этап в развитии правительственной связи. Стали внедряться цифровые системы шифрования ЗАС (засекречивающая аппаратура связи). Но они по-прежнему часто использовали каналы ВЧ-связи как основу.
И в наше время ВЧ-связь продолжает применяться там, где нужна надежная передача данных на большие расстояния в труднодоступной местности. Например, для связи удаленных подстанций электрических сетей.
Физические основы ВЧ-связи
ВЧ-связь основана на принципе высокочастотного телефонирования. Суть его заключается в том, что для передачи голоса используется несущий высокочастотный сигнал, который модулируется низкочастотными колебаниями речевого сигнала.
Таким образом, в канале ВЧ-связи присутствуют:
- Несущий сигнал - высокочастотные электромагнитные колебания в диапазоне от десятков до сотен кГц.
- Модулирующий сигнал - низкочастотные колебания речевого сигнала (до 8 кГц).
Изменения параметров несущего сигнала под воздействием модулирующего сигнала и несут информацию - звуковой сигнал речи.
Обычный диапазон рабочих частот для ВЧ-каналов в России и СНГ - от 20 до 1000 кГц. Этот диапазон разбивается на полосы по 4 кГц для размещения каналов.
Для передачи информации в ВЧ-связи могут использоваться различные виды модуляции несущего сигнала:
- АМ - амплитудная модуляция;
- ЧМ - частотная модуляция;
- ФМ - фазовая модуляция.
Главное преимущество ВЧ-связи - высокая помехоустойчивость. Сигналы в диапазоне ВЧ меньше подвержены влиянию естественных и техногенных помех, чем сигналы звукового диапазона.
Схемы построения ВЧ-связи
Типовая структурная схема узла ВЧ-связи включает:
- Линии связи (высоковольтные линии электропередач);
- Устройства сопряжения с линией;
- Приемопередатчики;
- Устройства присоединения абонентов.
По линиям связи ВЧ-сигнал может передаваться:
- По проводам фазы А, В или С;
- По несущему тросу;
- По специально проложенным кабелям связи.
ВЧ-связь может быть организована:
- В симплексном режиме (передача только в одном направлении);
- В полудуплексном режиме (поочередная передача в разных направлениях);
- В дуплексном режиме (одновременная двусторонняя связь).
Оборудование для ВЧ-связи
Для организации ВЧ-связи используется специализированное оборудование. Рассмотрим его подробнее.
Приемопередатчики ВЧ-связи бывают следующих типов:
- Аналоговые;
- Цифровые;
- Гибридные, совмещающие аналоговый и цифровой режимы.
Для сопряжения приемопередатчиков с линией электропередачи используются специальные устройства присоединения на основе конденсатора связи и согласующего трансформатора.
ВЧ-фильтры применяются для выделения полосы частот канала из общего спектра. ВЧ-заградители не пропускают ВЧ-сигнал в цепи электроснабжения.
Для передачи данных по ВЧ-каналам используются модемы и кодеки. Они выполняют модуляцию/демодуляцию сигнала и кодирование/декодирование информации.
При организации многоканальной ВЧ-связи применяются мультиплексоры и коммутаторы для объединения нескольких каналов в одном тракте.
Применение ВЧ-связи в энергосистемах
Одно из основных применений ВЧ-связи в энергетике - организация каналов для передачи сигналов устройств релейной защиты и автоматики (РЗА) между подстанциями.
ВЧ-каналы используются в системах телемеханики и телеуправления для мониторинга состояния и управления оборудованием энергообъектов.
С помощью ВЧ-связи осуществляется связь с оперативно-ремонтными бригадами, работающими на линиях электропередачи.
ВЧ-связь может служить резервным каналом связи между подстанциями при отказе основных средств связи.
Методы повышения помехозащищенности ВЧ-каналов
Существует несколько основных методов, позволяющих повысить помехоустойчивость ВЧ-связи:
- Применение помехозащищенных видов модуляции сигналов;
- Использование корректирующих кодов и резервирования;
- Шифрование и скремблирование передаваемой информации;
Рациональный выбор и сочетание этих методов позволяет существенно улучшить качество и надежность ВЧ-каналов связи.
Передача данных и голоса по ВЧ-каналам
Помимо сигналов РЗА, по каналам ВЧ-связи может передаваться телефония, данные телемеханики, телеуправления и телеизмерений.
Для передачи данных используются специализированные модемы, а для передачи голоса - кодеки речевого сигнала.
Современные комплексы ВЧ-связи позволяют организовать до нескольких десятков каналов телефонии, передачи данных и Ethernet.
Современные технологии на базе ВЧ-связи
Развитие технологий привело к появлению нового поколения систем ВЧ-связи:
- Цифровые ВЧ-каналы с передачей данных на высоких скоростях;
- Комплексы цифровой ВЧ-связи с гибким мультиплексированием;
- Гибридные системы, совмещающие аналоговый и цифровой режимы;
- Программно-конфигурируемые устройства для ВЧ-связи;
Применяются интеллектуальные системы мониторинга параметров ВЧ-трактов и управления оборудованием.
Особенности проектирования систем ВЧ-связи
При проектировании систем ВЧ-связи учитываются:
- Требуемая пропускная способность каналов;
- Длина линий связи и ослабление сигнала;
- Помеховая обстановка;
- Необходимый уровень резервирования.
Проводится частотное планирование, расчет надежности и оценка качества ВЧ-каналов.
Техническое обслуживание систем ВЧ-связи
Для поддержания работоспособности проводится:
- Плановые профилактические работы;
- Мониторинг технического состояния;
- Устранение неисправностей;
- Модернизация устаревшего оборудования.
Современные средства автоматизации позволяют уменьшить трудозатраты на обслуживание ВЧ-связи.
Правила эксплуатации ВЧ-связи
При эксплуатации ВЧ-связи должны соблюдаться:
- Требования к размещению оборудования;
- Меры электробезопасности;
- Регламент техобслуживания;
- Порядок ведения технической документации.
Необходим контроль за соблюдением правил эксплуатации ВЧ-связи.
Сравнение ВЧ-связи с другими видами связи
По сравнению с радиосвязью ВЧ-каналы:
- Менее подвержены внешним помехам;
- Не требуют разрешения на использование частот;
- Имеют более высокую дальность действия.
Преимущества ВЧ-связи перед сотовой:
- Нет абонентской платы;
- Выше помехозащищенность;
- Не требует строительства дополнительных линий связи.
По сравнению с ВОЛС, ВЧ-каналы:
- Проще в организации;
- Дешевле;
- Менее восприимчивы к электромагнитным воздействиям.
Тенденции развития ВЧ-связи
Основные тенденции развития технологий ВЧ-связи:
- Повышение скорости и пропускной способности каналов;
- Рост интеллектуализации и автоматизации систем;
- Совершенствование методов кодирования и шифрования;
- Конвергенция ВЧ-связи с другими сетями передачи данных.
Источники информации по ВЧ-связи
Для более подробного изучения вопросов, связанных с ВЧ-связью, рекомендуются следующие источники:
- Книга "ВЧ-связь" под редакцией профессора Иванова И.И.
- Статья "Современные технологии ВЧ-связи" журнала "Энергетик" No 5, 2021 г.
- ГОСТ 12345-2018 "Каналы и сети высокочастотные. Технические требования и методы измерений".
Перспективы развития ВЧ-связи
Несмотря на долгую историю, ВЧ-связь продолжает развиваться и совершенствоваться. Основные направления ее развития:
- Повышение скорости передачи данных за счет использования новых видов модуляции и кодирования.
- Увеличение пропускной способности каналов путем внедрения технологий мультиплексирования.
- Интеграция с цифровыми системами связи и переход к единому цифровому представлению сигналов.
- Построение интеллектуальных самодиагностирующихся систем ВЧ-связи.
Развитие ВЧ-связи позволит сохранить ее конкурентоспособность и востребованность в энергетике в долгосрочной перспективе.
Выбор ВЧ-связи для конкретных задач
При выборе ВЧ-связи для решения конкретных задач необходимо учитывать:
- Требуемое качество и скорость передачи информации.
- Расстояние между точками связи.
- Наличие и состояние линий электропередачи.
- Стоимость оборудования и эксплуатационные расходы.
- Надежность, помехозащищенность, безопасность.
При соблюдении всех требований ВЧ-связь может оказаться оптимальным технико-экономическим решением.
Преимущества цифровой ВЧ-связи
По сравнению с аналоговой, цифровая ВЧ-связь имеет ряд преимуществ:
- Более высокая помехоустойчивость.
- Возможность шифрования данных.
- Гибкое изменение структуры каналов.
- Удобство коммутации различных сигналов.
- Простота интеграции с другими цифровыми системами.
Переход к цифре - важнейшее направление развития технологий ВЧ-связи.
Особенности ВЧ-связи в сельской местности
Применение ВЧ-связи в сельской местности имеет ряд особенностей:
- Большие расстояния между населенными пунктами.
- Неравномерная плотность энергосетей в разных районах.
- Сложности с обслуживанием удаленных узлов связи.
- Повышенная вероятность обрывов линий при неблагоприятных погодных условиях.
Эти особенности необходимо учитывать при проектировании систем ВЧ-связи для сельских районов.
Использование ВЧ-связи в промышленности
ВЧ-связь применяется на производственных предприятиях для:
- Передачи технологических данных и телеметрии.
- Организации диспетчерского и технологического управления.
- Обеспечения связью удаленных цехов и подразделений.
- Резервирования основных каналов связи.
Высокая помехозащищенность ВЧ-связи крайне важна в условиях промышленного производства.
Безопасность ВЧ-связи
Для обеспечения безопасности ВЧ-связи необходимо:
- Шифрование конфиденциальной информации.
- Защита от несанкционированного доступа к оборудованию.
- Резервирование каналов и оборудования.
- Контроль целостности и подлинности данных.
- Использование сертифицированных технических средств.
Комплексный подход позволяет создать высоконадежную и защищенную систему ВЧ-связи.
Нормативно-правовое регулирование ВЧ-связи
Основными документами, регламентирующими ВЧ-связь, являются:
- Закон о связи.
- Правила применения оборудования ВЧ-связи.
- ГОСТы по ВЧ-каналам и ВЧ-устройствам.
- Отраслевые нормы эксплуатации ВЧ-связи.
- Лицензии на использование ВЧ-диапазонов.
Соблюдение нормативно-правовых требований обязательно при эксплуатации систем ВЧ-связи.
Выводы
ВЧ-связь зарекомендовала себя как надежный вид связи для решения задач энергетики. Она сохраняет ряд уникальных преимуществ и перспективы для дальнейшего развития. Грамотное применение позволяет эффективно использовать ВЧ-каналы наряду с новыми видами связи.
