Общие принципы организации радиосвязи. Классификация радиосистем передачи

Совокупность технических средств и среды распространения ра­диоволн, обеспечивающих передачу сигналов от источника к при­емнику информации, называется радиоканалом (каналом радиосвя­зи). Радиоканал, обеспечивающий радиосвязь в одном азимуталь­ном направлении, называется радиолинией.

Упрощенная структурная схема одноканальной радиолинии при­ведена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема радиолинии

Функционирование радиолинии осуществляется следующим об­разом. Передаваемое сообщение поступает в преобразователь (микрофон, телевизионная передающая камера, телеграфный или факсимильный аппарат и др.), который преобразует его в первич­ный электрический сигнал. Последний поступает на радиопере­дающее устройство радиостанции, которое состоит из модулятора (М), синтезатора несущих частот (СЧ) и усилителя модулированных колебаний (УМК). С помощью модулятора один из параметров несущей частоты (высокочастотного колебания) изменяется по закону первичного сигнала. С помощью антенны (А) энергия радио­частот передатчика излучается в тракт распространения радиоволн.

На приемном конце радиоволны наводят ЭДС в приемной антен­не (А). Радиоприемное устройство радиостанции с помощью селек­тивных (избирательных) цепей (СЦ) отфильтровывает сигналы от помех и других радиостанций. В детекторе (Д) происходит процесс, обратный модуляции, - выделение из модулированных колебаний исходного электрического сигнала. Далее в преобразователе этот сигнал преобразуется в сообщение, которое и поступает к абоненту.

Рассмотренная схема радиолинии обеспечивает односторон­нюю радиосвязь, при которой передачу сообщений осуществляет одна из радиостанций, а другая или другие только прием. Для орга­низации двусторонней радиосвязи, при которой радиостанции осуществляют прием и передачу, в каждом пункте необходимо иметь и передатчик (Пер) и приемник (Пр). Если при этом передача и прием на каждой радиостанции осуществляются поочередно, то такая радиосвязь называется симплексной (рис. 3, а). Симплексная радиосвязь используется, как правило, при наличии относительно небольших информационных потоков. Такая радиосвязь может быть одночастотной (прием и передача на одной частоте) и двух-частотной (прием и передача на разных частотах).

Рис. 3. Структурная схема организации радиосвязи: а - симплексной; б- дуплексной

Двусторонняя радиосвязь, при которой связь между радиостан­циями реализуется одновременно, называется дуплексной (рис. 3, б).

При дуплексной радиосвязи передача в одном и другом направ­лениях ведется обычно на разных несущих частотах. Это делается для того, чтобы радиоприемник принимал сигналы только от радио­передатчика противоположного пункта и не принимал сигналы собственного радиопередатчика.

Если необходимо иметь радиосвязь с большим числом пунктов, то организуется радиосеть, представляющая совокупность радио­линий, работающих на одной общей для всех абонентов, частоте или группе частот. Структурные схемы радиосетей различной слож-

ности приведены на рис. 4 для симплексной радиосвязи и на рис. 5 для дуплексной радиосвязи.

Рис. 4. Радиосеть на основе сложной симплексной радиосвязи

Рис. 5. Радиосеть на основе сложной дуплексной радиосвязи

Сущность функционирования радиосети заключается в следующем. Одна радиостанция, называемая главной (ГР), может передавать сообщения как для одного, так и для нескольких подчиненных радиостанций. Радист-оператор ГР следит за порядком в радиосети и устанавливает очередность работы на передачу подчиненным радиостанциям (ПР). Последние при соответствующем разрешении могут обмениваться сообщениями (информацией) не только с ГР, но и между собой. Такая организация связи может быть реализована как на основе сложного симплекса (рис. А), так и сложного дуплекса (рис. 5). В первом случае возможно использование совмещенных приемопередающих радиоустройств и общей рабочей радиоволны (частоты). Во втором случае ГР ведет передачу на одной частоте, а принимает на нескольких (по числу подчиненных радиостанций). Отметим, что радиосеть может быть организована на основе полудуплексной радиосвязи, при которой на одной радиостанции (как правило,

главной) передача и прием осуществляются одновременно, а на других радиостанциях - попеременно.

Центры крупных промышленных регионов соединяются линиями радиосвязи со многими пунктами. Для чего радиопередатчики и передающие антенны располагают в так называемом передающем радиоцентре, а радиоприемник и приемные антенны располагают на приемном радиоцентре. Для соединения источников сообщения с радиопередатчиками и радиоприемниками и контроля качества радиосвязи в городах оборудуют радиобюро.

На радиосетях большой протяженности для увеличения дальности связи включаются ретрансляционные станции (ретрансляторы). Обобщенная структурная схема ретранслятора приведена на рис. 6. К уже известным обозначениям и понятиям здесь добавляется новое - фидерный тракт, представляющий совокупность устройств передачи электромагнитной энергии от антенны к приемнику (Пр) и от передатчика (Пер) к антенне, содер­жащая фидер и ряд вспомогательных элементов.

Рис. 6. Обобщенная структурная схема ретранслятора

К фидерному тракту предъявляются следующие требования: пе­редача энергии должна осуществляться с малыми потерями; пере­дающий фидер не должен излучать, а приемный - принимать по­сторонние электромагнитные колебания; отражения в трактах, создающие попутные потоки, должны быть минимальными; не должны распространяться волны других (высших) типов.

В современных радиосистемах передачи разница уровней излу­чаемых и принимаемых антеннами радиосигналов весьма велика (150 дБ и более).

Для исключения возможности возникновения паразитных связей между передающими и приемными трактами ретранслятора необ­ходимо использовать две несущие частоты для каждого направле­ния передачи. При этом для передачи радиосигналов в противоположных направлениях может быть использована либо одна и та же пара частот (f_1, f₂), либо две разные пары (f₁ f₂ и f₃ f₄). В зависимо­сти от этого различают два способа (плана) распределения частот приема и передачи в дуплексном режиме: двухчастотный (f₁, f₂) и четырехчастотный (f_1, f₂ и f₃, f₄) планы. Двухчастотный план эконо­мичнее с точки зрения использования занимаемой полосы частот, однако, требует специальных мер для защиты от сигналов противо­положного направления. Четырехчастотный план не требует ука­занных мер защиты, однако он неэкономичен с точки зрения исполь­зования полосы частот. Число радиоканалов (радиостволов), которое может быть организовано в выделенном диапазоне частот, при четырехчастотном плане вдвое меньше, чем при двухчастотном.

Схема комплекса средств радиосвязи, обслуживающего админист­ративный или хозяйственный центр, изображена на рис. 7. Здесь: 1 -передающий радиоцентр с радиопередатчиками Пер 1, Пер 2, ....., Пер N; 2- приемный радиоцентр с радиоприемниками Пр 1, Пр 2,..., Пр N; 3 - город, который связан с радиоцентрами соединительными (про­водными) 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 контроля работы радиоцентров сигналы дистанцион­ного управления оборудованием. Радиобюро 6 соединено линиями связи с телеграфной и фототелеграфной (факсимильной) 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. Аппаратные связаны с источниками передаваемых сообщений, такими как сети абонентского телеграфа, телефонные и др.

Существует множество различных классификаций радиосистем передачи (РСП) в зависимости от признаков, положенных в их основу. Приведем классификацию РСП по наиболее важным при­знакам:

по принадлежности к различным службам в соответствии с Рег­ламентом радиосвязи различают РСП фиксированной службы (радиосвязь между фиксированными пунктами), радиовещательной службы (передача сигналов для непосредственного приема населе­нием), РСП подвижной службы (радиосвязь между движущимися друг относительно друга объектами);

Рис. 7. Схема комплекса средств радиосвязи

по назначению различают международные, магистральные, внутризоновые, местные РСП, военные РСП, технологические РСП (для обслуживания объектов железнодорожного транспорта, линий электропередачи, нефте- и газопроводов и т. д.), космические РСП (обеспечивающие радиосвязь между космическими аппарата­ми или между земными пунктами и космическими аппаратами);

по диапазону используемых радиочастот или радиоволн (см. табл. 1);

по виду передаваемых сигналов различают РСП аналоговых сигналов (телефонных, радиовещательных, факсимильных, телеви­зионных, сигналов телеметрии и телеуправления), РСП цифровых сигналов (телеграфных, сигналов от ЭВМ) и комбинированные РСП;

по способу разделения каналов (канальных сигналов) различают многоканальные РСП с частотным разделением, временным, фазовым и комбинированным разделением каналов; существуют также специальные РСП с разделением канальных сигналов по форме (например, асинхронно-адресные системы с кодово-адресным разделением сигналов);

по виду линейного сигнала различают аналоговые, цифровые и смешанные (гибридные) РСП. В аналоговых РСП на вход радиока­нала (ствола) поступает аналоговый сигнал, соответственно анало­говым является и радиосигнал; к аналоговым РСП относятся и импульсные РСП, т.е. системы с импульсной модуляцией (и вре­менным разделением каналов); в цифровых РСП на вход радио­ствола и тракт распространения (см. рис. 1) поступает цифровой сигнал; в смешанных РСП линейный сигнал состоит из аналогового линейного сигнала и поднесущей, модулированной цифровым сигналом;

по виду модуляции несущей аналоговые РСП подразделяются на системы с частотной, однополосной и амплитудной модуляциями, а цифровые РСП - на системы с амплитудной, частотной, фазо­вой и амплитудно-фазовой манипуляциями;

по пропускной способности различают РСП с малой, средней и высокой пропускной способностью; наиболее часто употребляе­мые границы пропускной способности различных аналоговых и цифровых РСП приведены в табл. 2.

Таблица 2

'Или канал передачи изображения телевидения с одним или несколькими каналами передачи звуковых сигналов телевидения и звукового вещания.

По характеру используемого физического процесса в тракте распространения радиоволн различают: системы радиосвязи и радиовещания на длинных, средних и коротких радиоволнах без ретрансляторов; радиорелейные системы передачи прямой видимо­сти (РРСП), где происходит распространение радиоволн в пределах прямой видимости; тропосферные радиорелейные системы пере­дачи (ТРСП), где используется дальнее тропосферное распростране­ние радиоволн за счет их рассеяния и отражения в нижней области тропосферы при взаимном расположении радиорелейных станций за пределами прямой видимости; спутниковые системы передачи (ССП), использующие прямолинейное распространение радиоволн с ретрансляцией их бортовым ретранслятором искусственного спут­ника Земли (ИСЗ), находящимся в пределах радиовидимости земных станций, между которыми осуществляется радиосвязь; ионосферные РСП на декаметровых волнах (дальнее распространение декамет-ровых волн за счет отражения от слоев ионосферы); космические РСП (прямолинейное распространение радиоволн в космическом пространстве и атмосфере Земли); ионосферные РСП на метровых волнах (дальнее распространение метровых волн благодаря рассея­нию их на неоднородностях ионосферы) и др.

Для построения многоканальных телекоммуникационных систем самое широкое распространение получили радиорелейные и спут­никовые системы передачи, использующие дециметровый, санти­метровый и миллиметровый диапазоны радиоволн. В этом же диапазоне строятся и современные системы подвижной (мобиль­ной) радиосвязи самого различного назначения. Более ранние системы подвижной радиосвязи использовали отдельные участки метровых волн. Поэтому представляется необходимым рассмот­реть особенности распространения этих видов радиоволн.