ВЧ-связь: принцип работы, описание и устройство

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:

1. По проводам фазы А, В или С;
2. По несущему тросу;
3. 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.