Основные характеристики декаметровых систем радиосвязи.

 

Создание систем, обеспечивающих передачу больших объёмов информации (радиорелейных, кабельных, систем с использованием ИСЗ, тропосферных), привело к уменьшению удельного веса декаметровых систем, поскольку пропускная способность и надёжность их оказывается ниже, чем вышеперечисленных. Однако такие специфические особенности декаметровой радиосвязи, как мобильность средств, возможность дальней связи с подвижными объектами, оказываются полезными при организации радиосвязи как для самостоятельного использования, например, связь в малонаселённых районах, связь с другими странами, морская радиосвязь и другие, так и для частичного резервирования магистральных систем передачи.

 

Рис. 31. Структурная схема радиосвязи на декаметровых волнах.

 

На схеме показан пример организации магистральной декаметровой радиосвязи для двух оконечных пунктов А и В и одного ретрансляционного Б. В каждом пункте имеется:

- передающий радиоцентр (ПРЦ), на котором размещены радиопередатчики и антенны;

- радиоприёмный центр (ПрЦР), в состав которого входят антенны, широкополосные антенны усилители, позволяющие подключать к одной антенне несколько приёмников, радиоприёмные устройства;

- радиобюро (РБ), где контролируется качество сигналов, производится их регулировка и коммутация источников и получателей информации – междугородной телефонной станции (МТС), телеграфной (ТА) и фототелеграфной (ФТА) аппаратных. При ретрансляции дискретных сигналов может использоваться их регенерация.

Для организации декаметровых радиосвязей на ПРЦ используются передатчики с амплитудной, частотной и однополосной модуляцией. Как следует из расчётов энергетики таких радиолиний, в зависимости от дальности радиосвязи и объёма передаваемой информации мощность передатчиков изменяется от 20…50 Вт до 80…100 кВт. Передающие антенны имеют коэффициент усиления G_п=10…20 дБ.

На ПрРЦ используются антенны с коэффициентом усиления 4…15 дБ. Чувствительность радиоприёмных устройств при отношении сигнал-шум на выходе 20 дБ составляет для приёма телефонных сигналов 1…4 мкВ, телеграфных – 0,1 мкВ. При однополосной модуляции один передатчик может обеспечить передачу от одного до четырёх телефонных сигналов с полосой 300…3400 Гц.

Для улучшения качества приёма телефонных сообщений на декаметровых радиосвязях используется приём на разнесённые в пространстве антенны. С этой же целью применяют устройство, снижающее избыточность телефонного сообщения – вокодер, в передающей части (П) которого с помощью фильтров производится разделение полосы частот, занимаемой сообщением, на П полос. В каждой из этих полос осуществляется дискретизация непрерывного сигнала и модуляция (М) поднесущей частоты с последующим объединением модулированных сигналов в устройстве объединения.

 

Рис. 32. Структурная схема устройства для дискретной передачи

телефонных сигналов.

 

На приёмной стороне сигналы от двух приёмников, работающих от разнесённых антенн, поступают на устройство разделения (УР) поднесущих частот. В демодуляторах D производится демодуляция сигналов поднесущих частот, и на их выходах получаются дискретные сигналы, которые в преобразователях преобразуются в аналоговую форму. В приёмной части (Пр) вокодера производится объединение аналоговых сигналов и получается исходное телефонное сообщение.

Частотная модуляция осуществляется непосредственно в возбудителе передатчика с максимальной девиацией частоты около 1000 Гц. Поскольку на высшей частоте фототелеграфного сигнала F_рис.max=1900…2850 Гц, индекс частотной модуляции m≤1, то полоса частот, занимаемая таким ЧМ сигналом в радиоканале, составляет Δf≈F_рис.max=3800…5700 Гц. Приём ЧМ фототелеграфных сигналов осуществляется на разнесённые антенны с автовыбором сигнала. Автовыбор (АВ) осуществляется путём сравнения (СР) параметров сигналов в ветвях разнесения и коммутации выбранного сигнала на амплитудный модулятор АМ₂.

 

Рис. 33. Структурная схема фототелеграфной радиосвязи

на декаметровых волнах.

 

Декаметровые радиолинии широко используются и для передачи дискретной информации. Системы с амплитудной модуляцией используются на радиосвязях с малым объёмом передаваемой информации и скоростями В=5…35 бит/с.

Широкое распространение на декаметровых линиях получили системы частотного (ЧТ) и двойного частотного (ДТЧ) телеграфирования. На структурной схеме для каждого оконечного пункта схема состоит из передатчика с частотной модуляцией, приёмников со сдвоенным приёмом на разнесённые антенны, оконечных телеграфных аппаратов (ТА) и синхронных телеграфных устройств (СТУ) с временным объединением (мультиплексы). Скорость передачи информации системы ЧТ при использовании одного телеграфного аппарата В=50 бит/с, а двух – четырёхкратных мультиплексов В=100…200 бит/с. Частотный разнос между соседними частотами при ЧТ и ДЧТ равен Δf_чт= Δf_дчт=400 Гц. При скорости передачи В_чт=100 бит/с, В_дчт=200 бит/с индекс частотной модуляции

Приёмники сигналов ЧТ и ДЧТ супергетеродинные с частотными демодуляторами фильтрового типа и устройствами формирования телеграфных сигналов. Полоса пропускания приёмника:

;

 

Рис. 34. Структурная схема частотного радиотелеграфирования.

ТЕМА 13.

 

Спутниковые системы связи.

Принцип осуществления системы связи с использованием искусственных спутников Земли (ИСЗ) показан на рис. 35. Здесь через аи б обозначены земные станции (ЗС), между которыми устанавливается связь, а прямые и , касательные к поверхности Земли в точках а и б, являются линиями горизонта этих пунктов. Поэтому спутник ИСЗ₁, движущийся по орбите MN, может одновременно наблюдаться со станций а и б при движении его по участку орбиты и . Следовательно, электромагнитные колебания, излучаемые антенной системой ЗС в точке а в направлении ИСЗ₁, могут быть приняты бортовой радиоаппаратурой спутника и после их усиления и преобразования по частоте направлены в сторону Земли, где будут приняты антенной ЗС в точке б. Антенны ЗС всегда должны быть ориентированы на ИСЗ. Следовательно, при движущихся ИСЗ антенны должны поворачиваться, осуществляя направленное “слежение” за перемещением спутника в пространстве.

Система радиосвязи при наличии бортовой аппаратуры называется системой с активной ретрансляцией сигнала или системой с активным спутником.

 

 

Рис. 35. Принцип радиосвязи через ИСЗ.

 

По структурной схеме дуплексной связи между ЗС, размещёнными между точками а и б при активной ретрансляции сигнала, сообщение С₁ подводится к модулятору М станции ЗСа, в результате чего осуществляется модуляция колебаний с несущей частотой f₁. Эти колебания от передатчика П подводятся к антенне Аа₁ и излучаются в сторону ИСЗ, где принимаются бортовой антенной А ретранслятора. Затем колебания с частотой f₁ поступают на разделительный фильтр (РФ), усиливаются приёмником Пр₁, преобразуются к частоте f₂ и поступают к передатчику П₁. С выхода передатчика колебания с частотой f₂ через РФ подводятся к бортовой антенне А и излучаются в сторону Земли. Эти колебания принимаются антенной Аб₂ станции ЗСб, подводятся к приёмнику (Пр) и детектору (ДЕТ), на выходе которого выделяется сообщение С₁. Передача от ЗСб к станции ЗСа сообщения С₂ происходит на частоте f₃ аналогичным образом, причём на бортовом ретрансляторе осуществляется преобразование колебаний с несущей частотой f₃ в колебания с частотой f₄.

 

Рис. 36. Структурная схема радиосвязи через ИСЗ.

 

Для передачи сообщений существуют и другие методы:

- система связи с пассивным спутником или система с пассивной ретрансляцией сигнала;

- система связи с памятью или система с задержанной ретрансляцией.

В системах связи могут использоваться ИСЗ, движущиеся по орбитам, которые отличаются следующими параметрами: формой (круговая или эллиптическая); высотой над поверхностью Земли Н или расстоянием до центра Земли L; наклонением, то есть углом і между экваториальной плоскостью и плоскостью орбиты. В соответствии с этим орбиты подразделяются на экваториальные (і=0°), полярные (і=90°) и наклонные (0<і<90°). Эллиптические орбиты, кроме того, характеризуются апогеем и перигеем, то есть расстояниями от Земли до наиболее удалённой точки орбиты и до ближайшей точки.

Особый интерес представляет геостационарная орбита – круговая орбита, находящаяся в экваториальной плоскости (і=0°) и удалённая от поверхности Земли на расстояние около 36 000 км. В том случае, когда направление движения спутника по такой орбите совпадает с направлением вращения Земли, спутник будет неподвижным относительно наземного наблюдателя (геостационарный спутник). Эта особенность, а также то, что ИСЗ находится от Земли на большом удалении, приводит к следующим главным преимуществам связи через геостационарный спутник: во-первых, становится возможным передача и приём сигналов с помощью неподвижных антенных систем), есть более простых и дешёвых чем подвижные) и, во-вторых, осуществление круглосуточной непрерывной связи на территории, равной примерно трети земной поверхности. Однако через геостационарный ИСЗ затруднительно осуществлять связь с приполярными районами, расположенными на широтах выше 75…78°, так как при этом существенно возрастают шумы на входе земных приёмников.

При движении ИСЗ по другим орбитам (не геостационарной) необходимы подвижные антенные устройства и специальная аппаратура, обеспечивающая слежение и наведение антенны на движущийся спутник. Системы связи с подвижными ИСЗ при соответствующем выборе орбит позволяют обеспечить связь с любыми районами земного шара, в том числе и с полярными. При использовании подвижных ИСЗ связь между станциями, размещёнными в точках а и б может осуществляться лишь в течении времени пока ИСЗ движется по участку орбиты .

Обеспечение длительной непрерывной связи при сравнительно невысоких орбитах возможно лишь при увеличении числа ИСЗ. В этом случае на каждой земной станции должны быть установлены две антенны (А₁ и А₂), которые могут осуществлять передачу и приём сигналов с помощью одного из спутников, например, ИСЗ₁, находящегося в зоне взаимной связи . Когда ИСЗ₁ выйдет из этой зоны, связь будет происходить через ИСЗ₂ с помощью антенны . При выходе ИСЗ₂ из зоны передача и приём сигналов должны осуществляться посредством ИСЗ₃ и антенн А₁, направленных на этот спутник, и так далее. Очевидно, что для получения непрерывной связи между станциями а и б расстояние между соседними спутниками должно быть меньше зоны .

Использование ИСЗ, движущихся по орбитам с малой высотой, упрощает аппаратуру земных станций, так как при этом возможно снижение усиления земных антенн, мощности передатчика и работа с приёмниками, имеющих несколько большую эквивалентную шумовую температуру, чем в случае геостационарных спутников. Однако в этом случае увеличивается число спутников, и требуется управление их движением по орбите.

До сих пор рассматривались принципы организации связи между двумя ЗС. Очевидно, что поскольку ИСЗ может наблюдаться с большой территории на поверхности Земли, можно осуществить связь между несколькими ЗС через один общий ИСЗ. В этом случае спутник оказывается “доступным” многим земным станциям, поэтому такая система называется системой связи с многостанционным доступом (МД). В системах МД могут быть организованы как циркулярная связь между станциями (передача сообщения от одной станции нескольким станциям), так и одновременная дуплексная связь между всеми ЗС, использующими один общий бортовой ретранслятор, размещённый на ИСЗ.