Принципы ведения радиосвязи. Канал и линия радиосвязи

Слово “радио” происходит от латинского radiare - излучать или испускать лучи и является общим термином, используемым к любым практическим применениям радиоволн. При этом под радиоволнами понимаются электромагнитные волны, распространяющиеся через открытое пространство (среду распространения радиоволн) без искусственных направляющих сред, таких, как провода или трубы - волноводов. При использовании электромагнитных волн в качестве материального носителя для передачи информации на расстояние приходим к радиосвязи как к одному из способов электросвязи, применяющей для обмена информацией электрические системы передачи. Таким образом, радиосвязь - это электросвязь, осуществляемая посредством радиоволн.

В широком смысле радиосвязь представлена несколькими родами связи, использующими для передачи сообщений различные механизмы распространения радиоволн: вдоль земной поверхности, с применением отражения в разных слоях атмосферы или посредством космических ретрансляторов. Каждый род радиосвязи характеризуется своими принципами, определяемыми, главным образом, особенностями диапазонов используемых для передачи сообщений радиоволн. В дальнейшем, говоря о радиосвязи, будет иметься в виду такой ее род, который дает возможность непосредственной связи между пространственно разнесенными точками на земной поверхности без использования промежуточных пунктов связи, осуществляющих переприем (ретрансляцию) сигналов. При этом ретрансляция, в принципе, может быть применима для повышения дальности связи или в других случаях, например, для повышения эффективности связи в сложных условиях помеховой обстановки. Другой отличительной особенностью того рода радиосвязи, который будет рассмотрен ниже, является возможность передачи и приема сообщений в движении.

Все поступающие от источника для передачи посредством радиоволн сообщения преобразуются в передающем оконечном устройстве в первичный электрический сигнал u (t), представляющий собой изменяющееся во времени напряжение (ток), отображающее сообщения. В зависимости от характера сообщений и вида преобразования первичный электрический сигнал может быть дискретным или непрерывным. В качестве передающего оконечного устройства могут выступать микрофон гарнитуры микрофонно-телефонной (МТГ) или телефонной трубки, телеграфный ключ, телеграфный аппарат и другие технические средства.

Характерной особенностью первичных электрических сигналов является их сравнительно медленное изменение во времени, т. е. низкая частота колебаний. Спектры большинства первичных электрических сигналов ограничены максимальной частотой, не превышающей нескольких килогерц. Такие низкочастотные сигналы не могут эффективно излучаться в среду распространения радиоволн, так как для этого необходимы излучатели, имеющие геометрические размеры, соизмеримые с длиной волны сигнала. Поэтому далее в радиопередатчике первичный электрический сигнал преобразуется в удобный для передачи радиосигнал uс(t). Процесс преобразования называется модуляцией для непрерывных первичных сигналов или манипуляцией для дискретных. В процессе модуляции (манипуляции) первичный электрический сигнал выступает в роли модулирующего сигнала, изменяющего один из параметров (амплитуду, частоту, фазу) высокочастотного гармонического колебания несущей частоты.

В общем случае процессу модуляции первичного электрического сигнала предшествует операция его кодирования, в результате которой последовательность элементов сообщения по определенному правилу заменяется последовательностью кодовых символов.

Радиосигналы по аналогии с первичными электрическими сигналами, которые они отображают, могут быть непрерывными (аналоговыми) или дискретными. В некоторых случаях дискретные сигналы называют цифровыми, поскольку их можно представить в цифровой форме - в виде чисел с конечным числом разрядов. В радиосвязи наибольшее применение нашли цифровые сигналы, имеющие только два дискретных значения. Дискретные сигналы могут использоваться для передачи не только дискретных, но и непрерывных сообщений, и обратно, непрерывные сигналы - для передачи дискретных сообщений.

Радиосигнал с выхода радиопередатчика при помощи соединительной линии, которая называется фидером, подводится к передающей антенне и в виде радиоволн излучается ею в открытое пространство. Скорость распространения радиоволн зависит от свойств среды, при этом максимальная скорость имеет место в свободном пространстве (вакууме), и она совпадает со скоростью света в вакууме, равной 3×108 м/с. В других средах скорость радиоволн меньше и определяется относительными диэлектрической и магнитной проницаемостями среды.

В точке приема радиоволны преобразуются приемной антенной в высокочастотный сигнал, который далее по фидеру подается в радиоприемник, где происходит восстановление переданного первичного электрического сигнала u (t). Для этого выполняются операции, обратные тем, которые были осуществлены в радиопередатчике - демодуляция (детектирование) и декодирование сигнала. В приемном оконечном устройстве (например, телефонах МТГ, телеграфном аппарате, громкоговорителе) первичные сигналы преобразуются в сообщения и подаются их получателю.

Задача преобразования принимаемых сигналов в сообщения более сложная, чем преобразование сообщений в радиосигнал, так как преобразованию подвергается не только переданный радиосигнал, а его смесь с другими сигналами (помехами), которые могут исказить переданное сообщение. Наличие помех при передаче сообщений связано с тем, что среда распространения радиоволн является общей для многих источников электромагнитного излучения, т. е. имеет свободный доступ.

Совокупность технических устройств и среды распространения радиоволн, обеспечивающая передачу сообщений от источника к получателю с помощью радиоволн, называется линией радиосвязи (радиолинией). При этом источники и получатели, использующие линии радиосвязи для передачи и приема сообщений, являются абонентами радиосвязи. Абоненты могут передавать сообщения самостоятельно или с помощью радистов (радиотелеграфистов). Абонентов радиосвязи и радистов, осуществляющих непосредственную передачу сообщений по радиолинии, принято называть корреспондентами.

Структурная схема линии радиосвязи, предназначенной для передачи сообщений между абонентами (корреспондентами) А и Б, показана на рис. 2.1. В ней радиопередатчик (передатчик) и передающую антенну принято объединять в радиопередающее устройство, а радиоприемник (приемник) и приемную антенну - в радиоприемное устройство. Кроме того, передающую антенну и фидер, соединяющий ее с передатчиком, называют передающим антенно-фидерным устройством (АФУ) или трактом, а приемную антенну и фидер, связывающий ее с приемником, - приемным АФУ или трактом.

В общем смысле линию радиосвязи можно считать одним из видов канала электросвязи (канала связи), под которым понимается путь прохождения сигналов электросвязи, обеспечивающий при подключении к его окончаниям абонентских оконечных устройств передачу сообщений от источника к получателю (получателям). Каналам электросвязи в зависимости от вида сети связи присваиваются названия, например, телефонный канал, телеграфный канал, канал передачи данных, канал звукового вещания.

Линия радиосвязи может быть одноканальной или многоканальной. В последнем случае ей принадлежит несколько одновременно действующих каналов связи, по которым передаются сигналы, отображающие различные (иногда одинаковые) сообщения. В отличие от одноканальной в состав многоканальной радиолинии могут входить несколько передающих и приемных оконечных устройств, осуществляющих преобразование сообщений от разных источников в первичные электрические сигналы и обратно. Кроме того, в многоканальной линии радиосвязи должны быть предусмотрены устройства, выполняющие функции объединения и разделения сигналов разных абонентов.

Линии радиосвязи могут быть прямыми, соединяющими абонентов непосредственно, без использования промежуточных пунктов (ретрансляторов радиосигналов), или составными, проходящими через такие пункты (в этом случае в состав радиолинии включаются технические устройства ретранслятора, обеспечивающие прием, преобразование, усиление и последующую передачу радиосигналов, принимаемых от обоих корреспондентов).

Часть линии радиосвязи, которая создает путь прохождения радиосигналов, принято называть каналом радиосвязи (радиоканалом). Границы канала радио-
связи в зависимости от решаемых задач или исследуемых вопросов могут быть выбраны произвольно, лишь бы по каналу проходили радиосигналы, отображающие сообщения. В одних случаях под каналом радиосвязи понимают совокупность технических устройств, обеспечивающих образование радиосигнала и его излучение в радиопередатчике, а также прием радиосигнала и обратное его преобразование в радиоприемнике, и среды распространения радиоволн. В других случаях, например, при рассмотрении свойств каналов электросвязи, каналом радиосвязи называют только среду распространения радиоволн.

Канал радиосвязи, аналогично радиолинии, является частным случаем канала передачи, под которым понимается комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий передачу сигналов электросвязи в определенной полосе частот или с определенной скоростью между узлами и станциями сети. Радиоканал представляет собой канал передачи, в котором сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн. В зависимости от методов передачи сигналов электросвязи канал передачи может быть аналоговым или цифровым (дискретным). Вид канала радиосвязи, кроме того, определяется типом радиоволн, используемых для передачи сообщений.

Канал передачи, параметры которого соответствуют принятым нормам, называется типовым каналом передачи. Типовые каналы передачи в радиосвязи будут рассмотрены в главе 7.

Показанная на рис. 2.1 линия радиосвязи реализует двустороннюю радиосвязь, так как ее состав позволяет обоим корреспондентам и передавать, и принимать сообщения. При односторонней радиосвязи один из корреспондентов осуществляет только передачу сообщений, и другой (или другие) - только прием.

Двусторонняя радиосвязь может быть симплексной или дуплексной. В первом случае передача и прием информации между корреспондентами производятся поочередно, при этом радиообмен возможен на одной частоте или на разнесенных частотах приема и передачи. В этом случае радиосвязь является симплексной одночастотной (или просто симплексной), а во втором - симплексной двухчастотной. При ведении дуплексной радиосвязи передача и прием информации осуществляются одновременно. Причем, если передатчики корреспондентов включены постоянно, независимо от того, происходит передача информации или нет, радиосвязь принято называть дуплексной, а если передатчики включаются только на время передачи информации, а когда передачи нет, выключаются - полудуплексной.

Для передачи сообщений по радиоканалам используется часть спектра электромагнитных колебаний, находящаяся в пределах от 3 кГц до 3000 ГГц. Эта часть спектра называется радиочастотным спектром (радиоспектром), а частоты радиоспектра - радиочастотами. Согласно международному документу - Регламенту радиосвязи, радиоспектр содержит 9 полос (диапазонов), начиная с четвертой. Деление спектра на диапазоны произведено так, что отношение верхней граничной частоты диапазона к его нижней граничной частоте равно 10. При этом верхняя граничная частота любого диапазона включается в него, а нижняя - исключается. В пределах одного диапазона свойства распространения радиоволн практически одинаковы. В табл. 2.1 приведены соответствующие Регламенту радиосвязи наименования, буквенные обозначения (международные и русские) и границы частотных полос, составляющих радиоспектр.

Волны в диапазоне от 10 м до 1 см часто объединяют названием - ультракороткие волны (УКВ), а под сверхвысокими частотами понимают ДМВ, СМВ и ММВ. Первое объясняется тем, что каждый из диапазонов с номерами от 8 и выше, имея особенности распространения, обладает некоторыми общими для всех диапазонов УКВ свойствами; а второе - тем, что в технических устройствах СВЧ для получения и выделения колебаний высоких частот в резонансных цепях вместо традиционных для более низких частот конденсаторов и катушек индуктивности используются другие конструкции: короткие отрезки проводных линий, металлические полоски, волноводы и коробчатые объемные резонаторы. Кроме того, радиоволны диапазонов от 9 и выше часто называют микроволнами.

Радиоволнам присущи общие для электромагнитных волн законы и явления, важнейшими из которых являются:

прямолинейное распространение радиоволн - распространение радиоволн в однородной (или слабо неоднородной) среде непосредственно от источника к месту приема по прямолинейным или близким к ним траекториям;

отражение радиоволн - изменение направления распространения радиоволн вследствие отражения от поверхности раздела двух сред или от неоднородностей среды;

дифракция радиоволн - изменение структуры поля волны под влиянием препятствий, представляющих собой пространственные неоднородности среды распространения, в частности, приводящие к огибанию радиоволной этих препятствий;

рефракция радиоволн - изменение направления распространения радиоволн вследствие изменения скорости их распространения при прохождении через неоднородную среду;

поглощение радиоволн - уменьшение энергии радиоволны вследствие частичного перехода ее в тепловую энергию в результате взаимодействия со средой;

рассеяние радиоволн - преобразование распространяющихся в одном направлении радиоволн в радиоволны, распространяющиеся в различных направлениях;

многолучевое распространение - распространение радиоволн от передающей к приемной антенне по нескольким траекториям;

интерференционные замирания радиоволн - квазипериодические изменения уровня поля вследствие прихода в место приема множества радиоволн с меняющимися во времени друг относительно друга фазами.

Таблица 2.1

Классификация диапазонов радиочастот и радиоволн

Номер полосы	Границы частот	Наименование частот	Границы длин волн	Наименование волн
		Очень низкие		Мириаметровые, или сверхдлинные (МИМВ, СДВ)
				Километровые, или длинные
	300…3000 кГц			Гектометровые, или средние
				Декаметровые, или короткие (ДКМВ, КВ)
		Очень высокие		Метровые
	300…3000 МГц	Ультравысокие		Дециметровые
		Сверхвысокие		Сантиметровые
				Миллиметровые
	300…3000 ГГц	Гипервысокие		Децимилли- метровые

В радиосвязи передача радиосигналов может производиться двумя путями: вдоль земной поверхности и с излучением в ионосферу и от нее обратно к поверхности Земли.

Исходя их этого, различают земные и ионосферные радиоволны.

Радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости (в масштабе длины волны) земной поверхности, называются земными радиоволнами. Земные радиоволны включают прямые волны (распространяющиеся прямолинейно), волны, отраженные от земли, и поверхностные радиоволны (распространяющиеся вдоль поверхности раздела сред). Ионосферными называются радиоволны, распространяющиеся в свободном пространстве путем отражения от ионосферы или рассеяния в ней. Радиосвязь, использующую ионосферные волны, также определяют как ионосферную.

Ионосферу образует ионизированная область атмосферы, расположенная на высотах от 60…80 до 1000…1200 км над Землей. Основным источником ионизации атмосферы, под действием которой нейтральные молекулы и атомы газов, входящие в состав ионосферы, расщепляются на положительно заряженные ионы и свободные электроны, является ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца, а также корпускулярные потоки, в основном солнечного происхождения. Кроме того, ионизация атмосферы происходит под действием космических лучей дальних звезд и космической пыли, непрерывно попадающих в атмосферу Земли.

Степень ионизации, характеризуемая электронной плотностью, неодинакова по высоте вследствие неоднородности атмосферы. Поэтому ионосфера приобретает сложную многослойную структуру, в ней образуются ионизированные облака, электронная концентрация которых зависит как от высоты облака, так и от степени солнечной активности, толщины атмосферы и некоторых других причин. Распределение интенсивности ионизации по высоте в реальной атмосфере имеет несколько максимумов. Различают три области D, E, F (в порядке возрастания высоты над поверхностью Земли), в пределах которых существуют три ионизированных слоя того же названия. В дневные часы ионизированный слой F распадается на два слоя F1 и F2. Степень ионизации зависит от времени года, суток и географического месторасположения, причем для разных слоев эти зависимости различны. Средние высоты слоев и степень их ионизации (плотность электронов) показаны в табл. 2.2.

Для каждого слоя характерна своя критическая частота fкр, определяемая как наивысшая частота радиосигнала, при которой происходит отражение вертикально направленной радиоволны от этого слоя. При частоте выше критической радиоволна не отражается, а проходит через ионизированный слой ионосферы.

Одновременно с появлением новых электронов в ионосфере часть имеющихся в ней электронов исчезает, присоединяясь к положительным ионам и нейтральным молекулам. Процесс воссоединения заряженных частиц и образования молекул в атмосфере называется рекомбинацией.

Ионизацию, кроме Солнца, создают метеоры, вторгающиеся в земную атмосферу со скоростями несколько десятков километров в секунду. Метеорное вещество при попадании в плотные слои атмосферы нагревается и испаряется, причем частицы вещества, будучи ионизированными, ионизируют окружающий воздух. За счет этого средний уровень ионизации атмосферы возрастает. Кроме того, за метеором образуется столб ионизированного воздуха, имеющий форму цилиндра, который создает местную ионизацию. След метеора быстро расширяется и рассеивается, существуя в атмосфере от одной до нескольких секунд. Такие ионизированные следы метеоров образуются на высоте 80…120 км над земной поверхностью приблизительно между слоем D и слоем E. Радиосвязь, основанная на использовании отражения радиоволн от ионизированных слоев метеоров, называется метеорной радиосвязью. В линиях метеорной радиосвязи применяется прерывистый режим работы с предварительным накоплением информации и ее последующей передачей в период возникновения метеорных следов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие принципы организации радиосвязи

Радиосвязь - это разновидность беспроводной связи, у которой в качестве сигнала используются, распространяемые в пространстве, радиоволны. Принцип радиосвязи основан на передаче радиосигнала от передающего устройства, содержащего передатчик и передающую антенну, путем перемещения радиоволн в открытом пространстве, приемному устройству, содержащему приемную антенну и радиоприемник. Гармонические колебания с несущей частотой, принадлежащей какому-либо диапазону радиочастот, подвергаются модуляции в соответствии с передаваемым сообщением. Модулированные радиочастотные колебания представляют собой радиосигнал. От передатчика радиосигнал поступает в антенну, с помощью которой в окружающем пространстве возбуждаются соответственно модулированные электромагнитные волны. Свободно перемещаясь, радиоволны достигают приёмной антенны и возбуждают в ней электрические колебания, которые поступают далее в радиоприёмник. Принятый радиосигнал поступает в электронный усилитель, демодулируется, далее выделяется сигнал, аналогичный сигналу, которым были модулированы колебания с несущей частотой в радиопередатчике. После этого, дополнительно усиленный сигнал, преобразуется при помощи соответствующего воспроизводящего устройства в сообщение, аналогичное исходному. В местах приёма на радиосигнал могут накладываться электромагнитные колебания от посторонних источников радиоизлучений, способные помешать качественному воспроизведению сообщений, называемые помехами радиоприёму. Влияние на качество радиосвязи могут оказывать изменение во времени затухания радиоволн на пути распространения от передающей антенны к приёмной и распространение радиоволн одновременно по двум или нескольким траекториям различной протяжённости. В последнем случае электромагнитное поле в месте приёма представляет собой сумму взаимно смещенных во времени радиоволн, интерференция которых также вызывает искажения радиосигнала. Поэтому и эти явления относят к категории помех радиоприёму. Принципы радиосвязи далеко не новы. За это время радиосредства прошли путь от первых передатчиков сигналов азбуки Морзе до систем спутниковой связи. Радиоэфир наполнился музыкой радиостанций, сигналами далеких галактик и нашими разговорами. Однако с тех пор не изменилось главное - радиоволны

На рисунке 1.1 приведена упрощенная структурная схема радиолинии. Передаваемое сообщение поступает на преобразователь (микрофон, телевизионную камеру, телеграфный аппарат или ключ), который преобразует его в электрический сигнал. Последний поступает на радиопередающее устройство, которое состоит из модулятора (М), синтезатора несущей частоты (СЧ) и усилителя модулированных колебаний (УМК). С помощью модулятора один из параметров высокочастотного колебания изменяется по закону передаваемого сообщения. С помощью антенны (А) энергия радиочастотных колебаний передатчика излучается в тракт распространения радиоволн.

На приемном конце радиоволны наводят ЭДС в антенне. Радиоприемное устройство с помощью селективных (избирательных) цепей (СЦ) отфильтровывает сигналы от помех и других радиостанций. В детекторе (Д) происходит процесс, обратный модуляции - преобразование модулированных колебаний в исходный электрический сигнал, который управлял радиопередатчиком. С помощью преобразователя (громкоговорителя, телеграфного аппарата, приемной телевизионной трубки) электрический сигнал связи преобразуется в сообщение, доставляемое абоненту.

Рисунок 1.1 - Структурная схема радиолинии

Рассмотренная радиолиния обеспечивает одностороннюю передачу сообщения, что приемлемо только в службах оповещения. Одностороннюю радиосвязь представляет собой, в сущности, и радиовещание, хотя в этом случае приём ведётся не в одном, а во множестве пунктов. Приём во многих пунктах ведётся также при циркулярной передаче: распоряжения передаются многим исполнителям; сообщения передаются из пресс-центра редакциям газет и т.д.

Для организации двусторонней радиосвязи в каждом пункте надо иметь и передатчик, и приёмник. Если при этом передача и приём на каждой радиостанции осуществляется поочерёдно, то такая связь называется симплексной (рисунок 1.2, а). Двусторонняя радиосвязь, при которой связь между радиостанциями реализуется одновременно, называется дуплексной (рисунок 1.2, б).

При дуплексной радиосвязи передача в одном и другом направлениях ведётся, как правило, на разных несущих частотах. Это делается для того, чтобы приёмник принимал только сигналы от передатчика с противоположного пункта и не принимал сигналов собственного передатчика.

Рисунок 1.2 - Структурные схемы организации: а - симплексной, б - дуплексной радиосвязи

Симплексная связь используется, как правило, при наличии относительно небольших информационных потоков. Для объектов с большой нагрузкой характерна дуплексная связь.

Если необходимо иметь радиосвязь с большим числом объектов, то организуется так называемая радиосеть (рисунок 1.3). Одна радиостанция, называемая главной (ГР), может передавать сообщения как для одного, так и для нескольких подчинённых объектов. Ее радист-оператор следит за порядком в радиосети и устанавливает очередность работы на передачу подчиненных станций (ПР). Последние при соответствующем разрешении могут обмениваться информацией не только с ГР, но между собой. Этот вариант организации радиосети может быть построен на основе как сложного симплекса (рисунок 1.3, а), так и сложного дуплекса (рисунок 1.3, б). В первом случае возможно использование совмещенных приемопередатчиков и общей рабочей радиоволны (частоты). Во втором случае ГР ведет передачу на одной частоте, а принимает на нескольких (по числу подчиненных радиостанций). Для радиосвязи на большие расстояния применяют радиопередатчики мощностью десятки и сотни киловатт. Поэтому, хотя при дуплексной связи приемник настраивается не на ту частоту, на которую настроен свой передатчик, трудно обеспечить его нормальные действия вблизи от мощного передатчика. Исходя из этого, приемник и передатчик приходится размещать на расстоянии в десятки километров друг от друга.

Рисунок 1.3 - Структурные схемы радиосетей: а - сложный симплекс, б - сложный дуплекс

В этих условиях передатчики и передающие антенны располагают на радиостанции, которую называют радиопередающим центром. Приемники и приемные антенны располагают на приемном радиоцентре.

Процессы в электроэнергетических сооружениях, на электрифицированных железных дорогах, в электрических установках и бытовых электроприборах, множество которых имеется в городах, связаны с излучением электромагнитных волн. Поскольку эти излучения могут быть помехами радиоприему, приемный радиоцентр обычно помещается в стороне от населенных пунктов и железных дорог. Для соединения источников сообщения с радиопередатчиками и радиоприемниками и контроля качества радиосвязи в городах оборудуют радиобюро.

Схема комплекса средств радиосвязи, обслуживающих административный или хозяйственный центр, изображена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Схема комплекса средств радиосвязи

На рисунке: 1 - передающий радиоцентр с радиопередающими устройствами Пер 1 , Пер 2 ,…, Пер n ; 2 - приемный радиоцентр с радиоприемными устройствами Пр 1 , Пр 2 ,…, Пр n ; 3 - город, который связан с радиоцентрами соединительными линиями связи 4 и 5. По линиям 4 на радиоцентр 1 поступают передаваемые сигналы, а по линиям 5 в город передаются сигналы, принятые радиоцентром 2; по этим же линиям передаются сигналы дистанционного контроля работы радиоцентров и сигналы дистанционного управления оборудование. Радиобюро - 6, соединено линиями связи с телеграфной и фототелеграфной аппаратными центрального телеграфа 7 и 8, междугородной телефонной станцией 9, а также радиовещательной аппаратной 10. Радиовещательная аппаратная служит для обмена радиовещательными программами с другими городами или странами

2. Схемы питания узлов проводного вещания

В зависимости от построения сети проводного вещания могут быть однозвенными, двухзвенными и трехзвенными (рис. 2)

Однозвенные сети применяются в маломощных узлах. Сигналы звукового вещания поступают с выхода усилителя станции (УС) на вход абонентских громкоговорителей по абонентским линиям (АЛ). Номинальное напряжение в АЛ принято равным 30 В. К одной АЛ можно подключить несколько десятков абонентских устройств, поэтому однозвенные сети применяют в небольших населенных пунктах.

Для расширения обслуживаемой территории применяют двухзвенные сети. В таких сетях энергия сигналов вещания передается с помощью повышенного напряжения (обычно 240 В) по распределительным фидерным линиям (РФ). В местах расположения абонентов устанавливаются понижающие абонентские трансформаторы (АТ), с помощью которых осуществляется питание АУ через АЛ. Распределительные фидерные линии называют вторым, а абонентские - первым звеном распределения.

При большой нагрузке (более 10 тыс. абонентских устройств) двухзвенная сеть не может обеспечить распределение сигналов с достаточно малыми потерями. В этих случаях создают трехзвенные сети. Территория, обслуживаемая такой сетью, разбивается на зоны, в каждой из которых строят автономные двухзвенные сети. Питание этих сетей осуществляется по высоковольтным (обычно 960 В) магистральным фидерным линиям (МФ) через понижающие трансформаторные подстанции (ТП). Сеть МФ считают третьим звеном распределения.

Все городские узлы проводного вещания можно разделить на две группы: с централизованным и децентрализованным питанием сетей (рис. 2.1).

Рисунок 2 - Схемы однозвенной (а), двухзвенной (б) и трехзвенной (в) сетей проводного вещания

При централизованном питании все мощные усилители сети установлены в одном месте - на станции. Такое построение сети упрощает резервирование и обслуживание станционного оборудования, обеспечение его гарантийным энергоснабжением, но из-за сложности сети она не способна обеспечить высокую надежность работы. При нагрузке более 50ч100 тыс. абонентских устройств централизованные системы неприменимы.

радиосвязь магнитный сигнал электрический носитель

Рисунок 2.1 - Схема узлов проводного вещания с централизованной (а) и децентрализованной (б) системами питания узлов

При децентрализованной системе питания территория города разбивается на районы, в каждом из которых сооружается двухзвенная или трехзвенная сеть.

Для питания этих сетей организуются мощные опорные усилительные станции (ОУС). Управление и контроль всем оборудованием проводного вещания осуществляется из одного пункта, называемого центральной станцией проводного вещания (ЦСПВ).

Для повышения надежности работы проводного вещания предусмотрено резервирование тех звеньев, отказ которых вызывает прекращение подачи программ большому количеству абонентов. В крупных городских узлах такими звеньями являются источники программ, усилительное оборудование ЦСПВ, соединительные линии, усилители ОУС, магистральные фидеры. На рис.2.3 приведена структурная схема узла ПВ города. Из рисунка видно, что к каждой ТП подведен рабочий и резервный магистральные фидеры, причем резервный фидер (РМФ) подведен от другой ОУС. При выключении ОУС или МФ питание ТП переключается на соседние ОУС. Если вблизи нет ОУС, от которой можно провести РМФ, то для резервного питания ТП строят резервную усилительную подстанцию - так называемую блок-подстанцию (БП). Эта подстанция включается только при аварийном отключении МФ. В качестве примера на рис.2.3 приведена схема узла проводного вещания, в состав которого входят четыре ОУС и восемь ТП.

Рисунок 2.3 - Структурная схема узла ПВ города

Распределительные фидеры и абонентские линии - наиболее протяженная и дорогая часть линейных сооружений. В то же время повреждения этой части приводят к прекращению подачи программ только ограниченному числу абонентов. Поэтому для данной части сети применяют меры локализации повреждений, то есть меры, сводящие к минимуму число необслуживаемых абонентов при повреждениях сети.

3. Физические принципы магнитной записи электрических сигналов

Принцип магнитной записи электрических сигналов на движущийся магнитный носитель основан на явлении остаточного намагничивания магнитных материалов. Запись и хранение информации на магнитном носителе производится путем преобразования электрических сигналов в соответствующие им изменения магнитного поля, воздействия его на магнитный носитель и сохранения следов этих воздействий в магнитном материале длительное время, благодаря явлению остаточного магнетизма. Воспроизведение электрических сигналов производится путем обратного преобразования.

При цифровой магнитной записи в магнитную головку поступает ток, при котором поле записи через определенные промежутки времени изменяет свое направление на противоположное. В результате под действием поля рассеяния магнитной головки происходят намагничивание или перемагничивание отдельных участков движущегося магнитного носителя. Для осуществления записи звуконоситель необходимо подготовить, т.е. удалить с него записанные ранее сигналы. Процесс удаления сигналов называется стиранием и осуществляется оно с помощью головки стирания ГС. Питается ГС от генератора стирания и подмагничивания (ГСП).

Транспортирование носителя записи осуществляет движущий механизм ДМ, который в случае использования ленты в качестве звуконосителя называется лентопротяжным (ЛПМ).

Лентопротяжный механизм содержит ведущий двигатель Д 1 , к оси которого лента прижимается прижимным роликом Р; подающий узел, снабженный двигателем Д 2 , и приемный узел, снабженный двигателем Д 3 . Вращающий момент двигателя Д 2 направлен противоположно вращающим моментам двигателей Д 1 и Д 3 . Благодаря подтормаживающему действию двигателя Д 2 лента находится в натянутом состоянии и плотно прилегает к сердечникам головок. Во многих бытовых магнитофонах функции двигателей объединяются в одном с целью уменьшения массы, размеров и снижения стоимости.

Из сказанного следует, что в любом аппарате для магнитной записи можно выделить три основных функциональных узла:

магнитное звено (магнитный носитель и головки);

движущий (чаще всего лентопротяжный) механизм;

электронные блоки (усилители записи и воспроизведения, генератор стирания и подмагничивания, входной и выходной преобразователи).

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Состояние и перспективы развития средств беспроводной связи на железнодорожном транспорте. Оборудование сети мониторинга поездной радиосвязи в ОАО "РЖД" (ЕСМА). Структурная схема мониторинга, технические параметры радиостанций поездной радиосвязи.

дипломная работа , добавлен 15.05.2014


Принципы расчета и построения систем беспроводной связи. Особенности распространения и затухания сигналов в системах радиосвязи с радиальной структурой. Определение максимального расстояния уверенного приема и посредственного, неуверенного приема.

курсовая работа , добавлен 08.10.2012


Устройство общих схем организации радиосвязи. Характеристика радиосистемы передачи информации, в которой сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн в открытом пространстве. Особенности распространения и области применения декаметровых волн.

реферат , добавлен 10.07.2010


Особенности видеосигналов и трудности, возникающие при их записи. Траектория движения магнитной ленты в магнитофоне. Сущность наклонно-строчной записи. Структурная схема конструкции видеомагнитофона. Основные характеристики записи в формате VHS.

реферат , добавлен 14.11.2010


Описание существующей схемы связи на участке проектирования. Оборудование поездной радиосвязи участка. Описание радиостанции РВС-1-12. Электрический расчет дальности связи в сетях технологической железнодорожной радиосвязи диапазона 160 МГц (ПРС-С).

дипломная работа , добавлен 16.04.2015


Общие принципы работы телевизионных приемников PHILIPS на базе шасси L01.1E AB. Принципиальные и структурные схемы ряда узлов. Принципы работы видеопроцессоров, микроконтроллеров, источников питания. Блок-схема алгоритма диагностики модуля радиоканала.

курсовая работа , добавлен 24.03.2015


Анализ оснащенности участка проектирования системами связи. Требования к стандартам радиосвязи. Преимущества GSM-R, принципы построения, организация каналов доступа, особенности базовой структуры. Энергетический расчет проектируемой системы радиосвязи.

дипломная работа , добавлен 24.06.2011


Системы связи как наиболее распространенный вариант радиоэлектронных систем передачи информации, их классификация и типы, принципы функционирования и структура, управление. УКВ- и СВЧ-системы радиосвязи: сравнительное описание, условия применения.

реферат , добавлен 21.08.2015


Структурная схема системы связи. Сущность немодулированных сигналов. Принципы формирования цифрового сигнала. Общие сведения о модуляции и характеристики модулированных сигналов. Расчет вероятности ошибки приемника в канале с аддитивным "белым шумом".

курсовая работа , добавлен 07.02.2013


Схемотехнические принципы проектирования усилителя электрических сигналов. Обоснование его структурной схемы. Выбор типов и номиналов элементов устройства. Обоснование схемы инверсного и реостатного каскадов. Проверка расчётов по коэффициенту усиления.

Любой вид связи предназначен для передачи информации на расстояние. Информация - это совокупность сведений о событиях в окружающем мире. Формой представления информации является сообщение, которое может представлять собой речь, текст, последовательность чисел и т.д.

Чтобы передать сообщение от источника информации получателю, необходимо использовать любой физический процесс, способный распространяться с некоторой скоростью от источника к получателю информации, например: звуковые колебания, электрический ток в проводниках, свет, электромагнитное поле и др.. физическая величина, определяющая данный процесс, изменяющаяся во времени и отображающая передаваемое сообщение (сила тока, интенсивность электромагнитного поля, яркость света и т.д.называется сигналом. Сигналы не являются передаваемым сообщением, а лишь отображают его. Часто сигнал, полученный в результате преобразования сообщения, называют первичным электрическим сигналом.

В зависимости от характера сообщения.первичные электрические сигналы могут быть непрерывными или дискретными

Непрерывные сигналы принимают любые значения по состояниям в некотором интервале. Такие сигналы описываются на некотором достаточно большом интервале времени непрерывными функциями времени. Типичным примером непрерывного сигнала является речевой сигнал, его амплитуда непрерывно меняется во времени в пределах ±Umax. При передаче такого телефонного сигнала необходимо в первую очередь учитывать его спектр частот.

Известно, что спектр звуков, воспринимаемых человеческим ухом, занимает полосу частот в пределах от 16 до 20000 Гц. Однако передача такого широкого спектра частот по каналам связи сопряжена с определёнными трудностями, связанными с увеличением полосы частот, занимаемой каналом связи, а, следовательно, и с уменьшением количества каналов связи, обеспечиваемых в определённом диапазоне частот. Поэтому при телефонной связи спектр речевого сигнала ограничивают полосой частот от 300 до 3400 Гц, в которой расположены основные частотные составляющие и основная энергия звуков человеческой речи (рис. 2.1).

При этом такое ограничение спектра частот телефонного сигнала не ведёт к заметному искажению сигнала. Ширина спектра 0,3¸3,4 КГц получила название стандартного телефонного канала.

Дискретные сигналы принимают конечное число вполне определённых значений по состоянию. Наиболее общим примером дискретных сигналов могут служить телеграфные сигналы, отображающие текст сообщения с помощью определённого алфавита (кода). При этом каждая буква или цифра кода выражается вполне определённым дискретным состоянием сигнала. На рис.2.2. показаны дискретные состояния, которые принимает сигнал при передаче буквы «Ж» с помощью кода Морзе.

Передача телеграфных сигналов может осуществляться с различной скоростью телеграфирования. Скорость телеграфирования определяется количеством элементарных импульсов, передаваемых в единицу времени (1с) и измеряется в Бодах (Б).

1 Б = 1 имп / 1 с

Для большинства буквопечатающих телеграфных аппаратов скорость телеграфирования составляет 50 Бод.

Первичный электрический сигнал независимо от его вида носит низкочастотный характер. Он может быть непосредственно переданным по проводным линиям связи, но не может эффективно излучаться в среду распространения радиоволн, так как практически невозможно создать антенны, геометрические размеры которых были бы соизмеримы с длинной волн сигнала.

Например, при F=1кГц длина волны l=300(км), а длина антенны L=l/4 = 75(км), что практически не осуществимо.

Следовательно, для передачи по радио первичный электрический сигнал должен быть преобразован в высокочастотный сигнал, способный эффективно излучаться в окружающее пространство.

Такой сигнал принято называть радиосигналом. Преобразование первичных низкочастотных электрических сигналов в радиосигналы осуществляется в радиопередатчиках, являющихся основной частью радиопередающих устройств. Процесс преобразования непрерывных первичных сигналов в радиосигналы носит название модуляции, а дискретных - манипуляции.

Радиосигнал, сформированный и излучённый в окружающую среду в виде радиоволн, распространяясь с определённой скоростью, достигает места расположения получателя информации. При прохождении радиосигнала в среде распространения на него воздействуют другие сигналы, определяемые как свойствами самой среды распространения, так и другими источниками электрических сигналов. В точке получения переданной информации необходимо произвести обратное преобразование радиосигнала в сообщение. Преобразование радиосигналов, пришедших в точку приёма, в исходное сообщение осуществляется радиоприёмным устройством. Задача преобразования принимаемого радиосигнала в сообщение более сложная, чем преобразование сообщения в радиосигнал, так как преобразованию подвергаются не только переданный радиосигнал, а его смесь с другими сигналами (помехами), которые могут исказить переданное сообщение.

Источник информации, радиопередающее устройство, среда распространения радиоволн, радиоприёмное устройство и получатель информации образуют линию радиосвязи (рис. 2.3).

Структурная схема линии радиосвязи, изображённая на рис.2.3., обеспечивает передачу сообщения только в одном направлении - от источника информации к получателю, т.е. одностороннюю радиосвязь. Для обеспечения двусторонней радиосвязи необходимо на каждом конце радиолинии иметь радиопередающее радиоприемное устройство. В этом случае источник информации и получатель информации периодически меняются функциями, выполняемыми в линии радиосвязи, поэтому их принято объединять одним понятием корреспондент.

Для двусторонней радиосвязи режим работы радиолинии может быть симплексным или дуплексным.

Линия радиосвязи, в которой передача и приём сообщений осуществляются поочерёдно, называется симплексной, если же линия радиосвязи обеспечивает одновременную передачу и приём информации, то такая радиолиния называется дуплексной. Линия радиосвязи, которая позволяет одновременно передавать несколько сигналов, отображающих независимые сообщения, называется многоканальной (двухканальной, трёхканальной и т.д.), если же линия радиосвязи предназначена для передачи только одного сигнала, соответствующего одному сообщению, то она называется одноканальной. Таким образом, под каналом радиосвязи понимают часть линии, обеспечивающую передачу и приём сигнала.

В общем случае под каналом радиосвязи понимают часть радиопередающего устройства, среду распространения радиоволн и часть радиоприёмного устройства. Какие части радиопередающего и радиоприёмного устройства входят в понятие радиоканала, оговаривается отдельно. Наиболее часто канал радиосвязи (радиоканал) ограничивается только средой распространения радиоволн. Это объясняется тем, что наиболее характерные особенности радиоканала, отличающие его от других каналов связи, определяются именно средой распространения. В дальнейшем, если не будет специально оговорено, под радиоканалом будем понимать среду распространения радиоволн.

Таким образом, любое радиопередающее устройство должно обеспечивать выполнение следующих трех функций:

1. Преобразование сообщения в первичный электрический сигнал, которое осуществляется оконечной передающей аппаратурой (микрофон, телеграфный ключ, телеграфный аппарат, передающая телевизионная трубка и т.д.).

2. Преобразование первичного электрического сигнала путём модуляции (манипуляции) высокочастотного колебания в радиосигнал, способный эффективно излучаться и распространяться в виде радиоволн на заданное расстояние. Эту функцию выполняет собственно радиопередатчик.

3. Излучение сформированных радиопередатчиком радиосигналов в виде электромагнитных волн, осуществляемое передающим антенно-фидерным устройством (АФУ).

На приёмном конце линии радиосвязи с помощью радиоприёмного устройства производиться обратное преобразование радиосигналов в сообщение. Радиоприёмное устройство также выполняет следующие три основные функции:

1. Приёмное антенно-фидерное устройство (АФУ) улавливает энергию электромагнитных волн и преобразует её в радиосигнал.

2. Выделение принимаемого радиосигнала из множества сигналов, наводимых в антенне, и преобразование его в первичный низкочастотной сигнал необходимой мощности, осуществляемые радиоприёмником.

3. Преобразование первичного сигнала в сообщение, выполняемое приёмной оконечной аппаратурой (головные телефоны, динамик, приёмный телеграфный аппарат, телевизионная трубка и т.д.). Для обеспечения двусторонней радиосвязи необходимо на каждом конце радиолинии иметь радиопередающее и радиоприёмное устройства, которые организационно, а часто и конструктивно, вместе с устройствами управления объединяются в единый комплекс-радиостанцию.

На рис.2.4 представлена обобщенная структурная схема линии радиосвязи между корреспондентами А и Б.

Основные свойства радиоканала, отличающие его от других каналов связи, определяются, главным образом, свойствами среды распространения. Поэтому, при рассмотрении данного вопроса понятие радиоканала ограничим средой распространения радиоволн.

В радиосвязи в качестве среды распространения используется пространство, окружающее земную поверхность. Такая среда не обладает направленными свойствами, как это имеет место, например в проводных и кабельных линиях связи. В линиях радиосвязи излучённые передающей антенной, распространяются практически во все стороны от излучателя и только незначительная часть их энергии излучается в сторону радиоприёмного устройства корреспондента. Происходит рассеивание энергии радиоволн в среде распространения. Кроме того, за счет поглощения энергии радиоволн в земной поверхности и ионосфере, а также за счет преломления радиоволн происходит дополнительное уменьшение энергии радиоволн, приходящих в точку приёма. В тех случаях, когда энергия радиоволн, пришедших в точку приёма оказывается недостаточной для преобразования её в первичный сигнал, радиосвязь оказывается невозможной.

Первое свойство радиоканала и заключается в том, что в процессе распространения радиоволн из-за их рассеивания и поглощения в земной поверхности и ионосфере происходит резкое уменьшение мощности радиосигналов на входе радиоприёмников. Поэтому радиоканал в отличии от других каналов связи рассматривается, как канал с большим затуханием.

Большое затухание радиоканала приводит к тому, что уровень радиосигнала на входе радиоприёмного устройства оказывается соизмеримым с уровнем флуктуационных токов (собственных шумов) радиоприёмника, что затрудняет, а в некоторых случаях делает и невозможным, распознавание принимаемых сигналов и отделение их от шумов.

«Уменьшить» затухание радиоканала можно за счет выбора оптимальных рабочих частот для данного времени требуемой дальности радиосвязи, а также за счет более направленных и эффективных передающих и приёмных антенных устройств.

Вторым свойством радиоканала является изменение затухания во времени в
весьма широких пределах, поэтому радиоканал принято считать каналом связи с
переменными параметрами.

Изменение затухания радиоканала может происходить по различным причинам. На величину затухания в радиоканале влияют изменения взаимного расположения радиостанций на местности и расстояний между ними, что особенно заметно при осуществлении радиосвязи земными волнами. Поскольку напряжённость электромагнитного поля убывает практически пропорционально квадрату длины пути, проходимому волной в процессе распространения, то любое изменение расстояния между работающими радиостанциями приводит к изменению мощности радиосигнала в точке приёма. Очевидно, что эти изменения особенно сильно влияют на обеспечение радиосвязи между подвижными объектами. Но даже в случаях, когда расстояние между работающими радиостанциями остаётся постоянным, а изменяется только их взаимное расположение на местности, могут происходить достаточно резкие изменения затухания в радиоканале, вызываемые изменениями параметров почвы, а, следовательно, и её поглощающих свойств. Параметры сухой почвы отличаются от параметров влажной почвы и от параметров водной поверхности, а также зависят от вида самой почвы - песок, глина и т.д.

В диапазоне метровых волн, на поглощающие свойства среды распространения сильное влияние оказывают рельеф местности и местные предметы - холмы, горы, растительный покров, строения и т.д. Всё это приводит к изменению величины затухания радиоканала, которое может достигать сотен децибел.

Третьим свойством радиоканала является его общедоступность, т.е. возможность использования одной и той же среды распространения любыми радиотехническими устройствами. Общедоступность среды распространения обеспечивает возможность одновременного функционирования большого количества линий радиосвязи.

Таким образом, на входе приёмного устройства всегда кроме принимаемого радиосигнала будут присутствовать помехи, которые искажают его, а. следовательно, и первичный сигнал, непосредственно отображающих переданное сообщение. Степень искажения первичною сигнала определяет правильность принятого сообщения, т.е. его достоверность.

Итак, для повышения надежности радиосвязи и обеспечения высокой достоверности принятого сообщения необходимо принимать следующие меры:

Осуществлять радиосвязь на оптимально выбранных по радио прогнозам частотах, свободных от помех;

Использовать такие виды радиосигналов, которые обеспечивают требуемую надёжность радиосвязи при возможно меньших значениях степени превышения сигнала над помехой;

Применять эффективные и направленные передающие и приёмные антенны;

Уменьшать полосу пропускания радиоприёмника до возможно меньших значений, определяемых спектром принимаемого радиосигнала.

Радиосвязь организуют между двумя радиостанциями: пере­дающей ПСт и приемной ПрСт (рис. В.1). Первичные электриче­ские сигналы поступают по соединительным линиям на входы α,β устройства А1, предназначенного для объединения первичных электрических сигналов в единый групповой сигнал (ГС). Этот ГС поступает в радиопередатчик.

Радиопередатчиком (РП ) называют устройство для формиро­вания радиочастотного сигнала, подлежащего излучению. Входной групповой сигнал модулирует несущую частоту радиопередатчика. На выходе РП образуется радиочастотный сигнал, который поступает в передающую антенну WА1. Передающей (приемной) антенной называют устройство, предназначенное для излучения (приема) радиоволн. Таким образом, между передающей WА1 и приемной WА2 антеннами распространяются радиоволны. Радио­волнами называют электромагнитные колебания с частотами до 3·10 12 Гц, распространяющиеся в среде без искусственных направ­ляющих линий. Антенна WА2 преобразует принятую радиоволну в радиочастотный сигнал, который поступает в радиопри­емник РПр.

Радиоприемником называют устройство, предназначенное для выделения переданного сигнала из принятого радиочастотного сигнала. Выделенный ГС групповой сигнал подается на устройство А2, которое разделяет его на. первичные электрические сигналы так, что каждый из этих сигналов посту­пает к своему получателю. В А1 и А2 объединение и разделение первичных электрических сигналов может происходить на основе частотного разделения каналов (ЧРК), или временного разделе­ния каналов (ВРК).

Под радиорелейной связью понимают радиосвязь, основанную на ретрансляции радиосигналов дециметровых и более коротких волн станциями, расположенными на поверхности Земли. Сово­купность технических средств и среды распространения радиоволн для обеспечения РРЛ связи образуют радиорелейную линию связи .

Таблица 1

Земной называют радиоволну, распространяющуюся вблизи земной поверхности. Земные радиоволны короче 100 см хорошо распространяются, как правило, только в пределах прямой види­мости. Поэтому радиорелейную линию связи на большие расстоя­ния строят в виде цепочки приемно-передающих радиорелейных станций (РРС ), в которой соседние РРС размещают на расстоя­нии, обеспечивающем радиосвязь прямой видимости, и называют ее радиорелейной линией прямой видимости (РРЛ) . На рис. В.2 это РРС1-РРС2, РРС2-РРСЗ.

Тропосферная радиоволна распространяется между точками земной поверхности по траектории, лежащей целиком в тропосфе­ре. Энергия тропосферной радиоволны короче 100 см рассеивается на неоднородностях тропосферы. При этом часть передаваемой энергии попадает на приемную антенну РРС, расположенной за пределами прямой видимости на расстоянии 250 ...350 км. Це­почка таких РРС образует тропосферную радиорелейную линию (ТРЛ) (рис. В.З).

В зави­симости от метода модуляции, используемого в радиорелейной системе, принято различать аналоговые радиорелейные системы с ЧМ (АРРС), цифровые радиорелейные системы (ЦРРС) и др.

Спутниковая радиосвязь--это связь через ретранслятор, уста­новленный на искусственном спутнике Земли (ИСЗ). Спутнико­вую линию связи (СЛС) образуют две станции, расположенные на Земле, и станция на ИСЗ. Первые получили название земных станций (ЗС), вторая - космической (КС). В отличие от ЗС ра­диостанции РРЛ и ТРЛ называют наземными. Спутниковая ли­ния связи состоит из двух участков: Земля - ИСЗ и ИСЗ - Земля.

Классификация радиорелейных линий связи. Обычно их клас­сифицируют по ряду наиболее существенных признаков. В зависимости от механизма распространения радиоволн различают: РРЛ и ТРЛ.

В зависимости от первичной сети ЕАСС, к которой они принад­лежат, различают магистральные, внутризоновые и местные РРЛ (или ТРЛ).

В зависимости от способа, принятого для формирования ГС, различают аналоговые и цифровые РРЛ (или ТРЛ). В свою оче­редь аналоговые радиорелейные линии связи классифицируют в зависимости от способа, принятого для объединения (разделения) первичных электрических сигналов и метода модуляции несущей: РРЛ (или ТРЛ) с ЧРК и ЧМ и РРЛ с ФИМ-АМ; в зависимости от числа N организуемых каналов ТЧ: малоканальные - N≤24; со средней пропускной способностью - N=60 ...300; с большой пропускной способностью -N=600... 1920.

Цифровые РРЛ клас­сифицируют по способу модуляции несущей: ИКМ-ЧМ, ИКМ-ФМ и другие; в зависимости от скорости передачи двоичных симво­лов В: с малой-В 5<10 Мбит/с, средней В =10...100 Мбит/с и высокой В>100 Мбит/с пропускной способностью.

4. Контрольные вопросы

Глоссарий

Ниже достаточно кратко рассматриваются особенности структурных схем передатчика и приемника типовых СРС с ППРЧ.

Основные элементы структурных схем передатчика и приемника СРС с ППРЧ при цифровой одноканальной модуляции изображены на рис. 1.7, а, б.

На рис.1.8 приведен фрагмент ЧВМ сигнала одноканальной СРС с ППРЧ, где квадратами с наклонной штриховкой обозначены частотные каналы, занятые элементами сигнала.

В такой СРС в интервале между переключениями частот имеется только одна несущая частота и соответствующий канал передачи. При одноканальной модуляции в СРС используется, как правило, медленная ППРЧ, а в качестве информационной модуляции может применяться ЧМ без разрыва фазы, при которой сигнал изменяет несущую частоту от одного скачка к другому, сохраняя в то же время непрерывность фазы. Частотная манипуляция без разрыва фазы позволяет сформировать сигналы со сравнительно узкой шириной спектра. Наиболее эффективная демодуляция таких сигналов может быть осуществлена с помощью ограничителя-дискриминатора . Структурная схема приемного устройства СРС с ППРЧ и ЧМ без разрыва фазы сигнала изображена на рис.1.9.

На рис.1.10, а, б изображены типовые структурные схемы передатчика и приемника СРС с ППРЧ, двоичной ЧМ и смежными по частоте каналами.

В соответствии с потоком исходных двоичных данных частотный манипулятор и генератор обеспечивают перенос двоичных символов 1 и 0 на частоты и . С помощью синтезатора частот и генератора псевдослучайного кода осуществляется перестройка рабочей частоты. В приемном устройстве за счет смесителя и синтезатора частот, управляемого ГПС кода, скачки рабочей частоты устраняются, в результате информационные символы 1 и 0 переносятся на первоначально выбранные частоты и . Принимаемый полезный сигнал СРС с ППРЧ и двоичной ЧМ на выходе ШПФ во время j-го скачка частоты можно записать в виде:

где - частота модуляции; - начальная фаза -го скачка частоты, .

В случае идеальной синхронизации между принятым и опорным сигналами на входе демодулятора будет действовать полезный сигнал

(1.4)

В результате демодуляции принятых сигналов решающее устройство выдает оценку информационной последовательности, .

Реализация ЧВМ со случайной двоичной ЧМ, при которой основной и дополнительный каналы приема разнесены между собой случайным для постановщика помех образом, возможна с помощью приемного устройства, структурная схема которого изображена на рис. 1.11.

Схема приемника состоит из двух одинаковых частей, каждая из которых осуществляет обработку своего информационного символа. Наличие двух независимых синтезаторов частот позволяет излучать передатчиком такие пары частот, разность между которыми может иметь различные значения при каждом скачке частоты. Такое формирование сигналов с ППРЧ затрудняет их разведку, в частности не позволяет определить частоту дополнительного канала, воздействие помех на который может быть более эффективным, чем на канал передачи информации.

Структурная схема приемника, обеспечивающего прием и обработку сигналов с внутрибитовой ППРЧ и неслучайной двоичной ЧМ, приведена на рис. 1.12, где обозначено: – выходные выборки квадратичных детекторов (КД) огибающей, формируемые в моменты времени , - число субсимволов в бите информации; – нормированные выборки; – статистики решения; - выходная статистика.

Применение сигналов с внутрибитовой ППРЧ в условиях помех может быть эффективным при нормировании (взвешивании) выборок и последующим их сложении.

В данной схеме нормирование выборок осуществляется с помощью весовых множителей ( – дисперсия помех), для формирования которых используется канал измерения мощности помехи.

Принцип разнесения (повторения) элементов сигнала находит широкое применение в СРС с ППРЧ для защиты от организованных помех. При этом неотъемлемой частью процедуры демодуляции (или декодирования) является, как указывалось выше, взвешивание и сложение разнесенных сигналов.

Наиболее эффективными методами взвешивания выборок каждого частотного элемента сигнала в СРС с -ичной ЧМ, достаточно устойчивыми к изменениям стратегии постановщика помех и хорошо работающими в условиях наихудших шумовых помех в части полосы, являются :

адаптивное взвешивание выходной выборки квадратичного детектора в каждом канале приемника , при котором нормированная выборка на входе сумматора имеет вид:

,

где - дисперсия помехи и собственных шумов в -м частотном канале, оценка которой обеспечивается дополнительным каналом измерения мощности помехи,

самонормирующееся взвешиванне выходной выборки квадратичиого детектора , при котором нормированная выборка на входе сумматора формируется путем деления на сумму выборок по всем каналам приемника

фактически сумма в раз больше возможного значения дисперсии помехи на -м скачке частоты; поэтому вероятностные характеристики СРС с таким взвешиванием близки к характеристикам СРС с методом адаптивного взвешивания выходной выборки КД;

взвешивание выходной выборки квадратичного детектора за счет деления на максимальное значение по всем каналам приемника, в результате чего нормированная выборка на входе сумматора

максимум фактически является оценкой наибольшего значения дисперсии в одном из каналов приемника; в силу этого вероятностные характеристики СРС с данным взвешиванием практически соответствуют характеристикам СРС с адаптивным взвешиванием выходной выборки КД;

взвешивание выходной выборки квадратичного детектора за счет применения мягкого ограничителя , который при анализе вероятностных характеристик СРС моделируется -уровневым квантователем.

После формирования взвешенных выборок указанными выше методами осуществляется их некогерентное сложение и последующее принятие мягких решений о передаче информационных символов 1 или 0.

При использовании принципа частотного разнесения или повторения информационных символов в СРС с ППРЧ может использоваться демодулятор с принятием жестких решений для каждого субсимвола (скачка частоты). При этом выборка имеет вид:

а решение о передаче соответствующего информационного символа принимается на основе мажоритарной логики.

Влияние различных методов взвешивания выходных выборок квадратичного детектора и суммирования субсимволов на вероятностные характеристики СРС с внутрибитовой ППРЧ и двоичной ЧМ детально рассматривается в четвертой главе.

Типовая структурная схема приемника СРС с -ичной ЧМ для случая, когда частотные каналы всего сегмента частот являются смежными, но каждый сегмент может иметь случайно выбранное положение внутри обшей полосы частот , изображена на рис. 1.13, где СВМ-схема выбора максимума.

При использовании в системе радиосвязи -ичной ЧМ блок из бит закодированной цифровой информации передается при помощи одной частоты, выбираемой из частот (а не из двух частот как при двоичной ЧМ) в интервале отведенного времени для передачи каждого частотного элемента. Переход от двоичной к -ичной ЧМ при постоянной скорости передачи информации и энергии сигнала на бит для канала с АБГШ приводит к уменьшению вероятности ошибки в основном канале приема. При -ичной ЧМ передающее устройство СРС может осуществлять передачу па любой рабочей частоте, которая формируется синтезатором. Для такой -ичной СРС демодулятор является обобщением двоичного демодулятора.

На рис. 1.14 представлена более сложная структурная схема приемника СРС со случайной -ичной ЧМ, при которой каждая частота из -набора частот выбирается случайным образом, частотные каналы в этом случае разнесены.

Такая структурная схема приемника, как и для СРС со случайной двоичной ЧМ, обеспечивает более высокую помехоустойчивость СРС при воздействии организованных помех.

Однако необходимость выбора некоторого множества частот из значительно большего числа частот требует анализировать одновременно все частот. Один из способов преодоления этой трудности при неслучайной -ичной ЧМ состоит в использовании специального набора частот, в котором каждая из возможных частот имеет строго определенную связь с остальными частотами . Такая СРС, обеспечивая передачу нескольких бит информации на одной частоте, позволяет реализовать достаточно простой способ обработки сигналов, при котором используется всего лишь один приемник и -демодуляторов.

Для цифровых СРС, в которых для передачи данных используется многоуровневая ЧМ, форма переданного сигнала в -м интервале передачи в общем случае имеет вид:

где - несмещенная минимальная несущая частота; – минимальный разнос по частоте между сигналами в -ичной последовательности; - значение -го символа данных, взятое из последовательности целых чисел, .

В соответствии с (1.5) собственную форму переданных сигналов на каждом скачке частоты (без учета модуляции данных методом -ичной ЧМ, которая не влияет на основную форму выражения и не изменяет спектральных свойств сигнала) можно записать следующим образом:

(1.6)

Для повышения помехоустойчивости СРС с ППРЧ могут применяться -ичная ЧМ, кодирование и разнесение символов по частоте . На рис. 1.15, а, б представлены обобщенные структурные схемы передающего и приемного устройства СРС с ППРЧ, -ичной ЧМ, кодированием данных и сложением разнесенных символов.

На рисунке обозначено: - скорость передачи информации в битах; - частота следования элементарных посылок; - скорость -ичных символов, ; - скорость переключения частотных каналов; - уровень разнесения символов (избыточность); - общая скорость кодирования в информационных битах, приходящихся на -составной канал, .

Реализация такой СРС обеспечивает внутрисимвольную ППРЧ, при котором . -ичные символы образуются путем генерирования одного из возможных тональных сигналов со скоростью передачи знаков . Эта частота смешивается затем со скачкообразно изменяемой несущей частотой, перестраиваемой со скоростью .

На приемной стороне скачки рабочей частоты устраняются, сигнал восстанавливается и поступает на -канальный демодулятор, далее сигнал обрабатывается в соответствии с функциональной схемой приемника СРС. Схема сложения разнесенных по частоте символов соединяется с декодером, что способствует уменьшению вероятности ошибки до уровня, обеспечивающего эффективную работу декодера.

В современных СРС возможно и совместное (комплексное) применение различных методов расширения спектра сигнала.

Наиболее широко используется метод ППРЧ одновременно с методом непосредственной модуляции несущей ПСП. Информационный сигнал в такой СРС сначала расширяется с помощью непосредственной модуляции несущей ПСП , а затем – за счет скачкообразного изменения рабочей частоты. На основе (1.6) собственная форма переданных сигналов ППРЧ-ПСП может быть записана в виде:

, (1.7)

Из выражения (1.7) следует, что в СРС с ППРЧ-ПСП разнос между частотными элементами будет равен , т.е. в раз больше, чем в случае расширения спектра сигнала только за счет одного метода ППРЧ (1.6). Достоинство таких сигналов состоит в том, что можно осуществлять скачки по частоте, величина которых больше ширины спектра ФМШПС. В результате гибридная система радиосвязи с ППРЧ-ПСП осуществляет распределение энергии сигнала по полосе частот значительно большей, чем в СРС с ФМШПС. При этом использование метода ППРЧ позволяет избежать наложения помехи на часть спектра сигнала в течении определенного интервала времени. В случае, если сигнал такой гибридной СРС «попадает» на помеху, то спектр помехи расширяется и фильтруется точно так же, как это осуществляется в СРС с ФМШПС.

Структурные схемы передатчика и приемника гибридной СРС с ППРЧ-ПСП изображены на рис. 1.16,а и на рис. 1.17,а. На рис. 1.16,б и на рис. 1.17,б показаны спектральные плотности мощности сигнала и узкополосной помехи в характерных точках структурных схем.

Как видно на рис. 1.16 информационный сигнал расширяется до ширины полосы , а затем преобразуется в радиосигнал, несущая частота которого скачкообразно с заданным периодом перестраивается в рабочем диапазоне частот .

На приемной стороне СРС вначале устраняются скачки рабочей частоты, сигнал переводится на постоянную несущую частоту, а затем спектр полезного сигнала свертывается до своей первоначальной полосы. Спектр мощности других сигналов, некоррелированных с полезным сигналом, расширяется. Следует отметить, что при реализации гибридных систем ППРЧ-ПСП один и тот же ГПС кода может использоваться как для управления переключением частотных каналов синтезатора, так и для получения модулирующего сигнала при псевдослучайной модуляции.

Комплексное применение различных методов расширения спектра сигналов, наряду с улучшением характеристик помехоустойчивости гибридных СРС, в ряде случаев позволяет преодолеть трудности технической реализации, которые могут возникнуть при формировании сигналов в СРС только с помощью одного из методов расширения спектра .