Аналоговое и цифровое радиовещание

11

12

13

14

1. Система передачи сигналов электросвязи. Канал передачи

Система передачи (связи) предназначается для передачи сообщений. В зависимости от передаваемой информации сообщением могут быть речь, музыка, телевизионное изображение, текст телеграммы, данные ЭВМ и пр. [34].

Сообщением принято называть электрический ток или напряжение на выходе какого-либо преобразователя (например, напряжение на выходе микрофона, который преобразует изменения звукового давления в соответствующие изменения электрического напряжения). Источником сообщений называют физический источник информации вместе с преобразователем (например, диктор с микрофоном - источник информации).

Процесс передачи сообщений разбивается на три основных этапа (рис. 1.1): преобразование сообщения в сигнал; передача сигнала по линии передачи (связи); преобразование полученного сигнала в сообщение.

Рис. 1.1. Структурная схема системы передачи сигналов электросвязи

Сообщение S ( t ) преобразуется передатчиком (П) в сигнал u c ( t ) ,

наиболее удобный для данной линии передачи. Этот процесс называют модуляцией. При этом сообщение является модулирующим сигналом. Модулирующий сигнал изменяет один из параметров (амплитуду, частоту, фазу) высокочастотного колебания передатчика. Высокочастотный модулированный сигнал в системе радиосвязи называют радиосигналом.

Высокочастотный сигнал усиливается и фильтруется в передатчике и поступает в линию передачи.

Процессу модуляции может предшествовать процесс кодирования передаваемого сообщения, например перевод непрерывного (аналогового) сигнала в дискретную (цифровую) форму. В многоканальных системах передачи, обеспечивающих взаимонезависимую передачу нескольких сообщений по общей линии связи, процессу модуляции предшествует еще и

15

операция формирования многоканального сигнала.

Линией передачи (связи) называется среда распространения сигнала от передатчика к приемнику (ПР). Линией передачи могут быть провода, кабель, волновод, световод. В системе радиосвязи линия передачи - это область пространства между передатчиком и приемником (радиочастотный эфир).

При прохождении сигнала по каналу передачи (в частности, по линии передачи) он подвергается действию помех и шумов, что приводит к искажению сигнала. Искажения сигнала на выходе приемника обусловлены в основном:

различными случайными изменениями параметров канала передачи, вызванными возмущениями в среде распространения и техническим несовершенством аппаратуры;

действием внешних помех - атмосферных, индустриальных (промышленных), космических, а также помех от других радиостанций;

наличием принципиально неустранимого собственного шума приемного устройства.

В приемнике переданное сообщение восстанавливается по принятому сигналу u c * ( t ) и передается получателю. Для восстановления сообщения

устройстве, - демодуляция (детектирование), разделение многоканального сигнала, декодирование.

Передатчик, линия передачи и приемник образуют канал передачи (связи), который в общем случае называют каналом передачи сигналов электросвязи. При создании и совершенствовании каналов передачи параметры передающего и приемного устройств (метод обработки сигнала, вид модуляции, выходная мощность, способ приема и пр.) выбирают таким образом, чтобы обеспечить наименьшее отличие переданного S( t ) и принятого S * ( t ) сообщений.

Канал передачи вместе с источником и получателем сообщений образует систему передачи сигналов электросвязи. Существуют системы передачи непрерывных (аналоговых) сигналов и дискретных (в частности, цифровых) сигналов.

Системы передачи цифровых сигналов выгодно отличаются от систем передачи аналоговых сигналов. В цифровых системах возможны регенерация (восстановление) принятых с искажениями (из-за помех и шумов) сигналов и использование помехоустойчивого кодирования. Кроме того, цифровые

16

системы позволяют значительно упростить их включение в автоматическую коммутируемую сеть. В последнее время системы передачи цифровых сигналов находят широкое применение в телефонии, радиовещании, телевидении и др.

2. Номенклатура радиодиапазонов. Диапазоны наземного радиовещания

Длина волны электромагнитного колебания ( ), как известно, связана с частотой колебания ( f ) и скоростью света ( c 3 10 8 м / с ) соотношением

c / f .

Номенклатура радиодиапазонов приведена в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Номенклатура диапазонов частот и волн

17

Радиочастотный эфир является ограниченным природным ресурсом, которым пользуется человечество всех континентов Земли. Распределение радиочастот между отдельными странами и регламентация работы радиосредств проводятся на Всемирных или Региональных административных конференциях радиосвязи (ВАКР, РАКР). В 1979 году в Женеве ВАКР был утвержден Регламент радиосвязи, закрепляющий определенные частотные диапазоны для радиовещания (РВ), служебной и любительской радиосвязи (РС), фиксированной службы радиосвязи (ФСР), подвижной службы радиосвязи (ПСР), подвижной спутниковой службы (ПСС), службы космической эксплуатации (СКЭ), службы космических исследований (СКИ) и пр.

Диапазоны наземного радиовещания (РВ) и телевещания (ТВ)

приведены в табл. 2.2 (диапазоны ТВ для стран бывшего СССР). Диапазоны некоторых средств радиосвязи по Регламенту ВАКР, Регламент распределения радиочастот для Москвы и частоты радио- и телевещательных станций Томска приведены в приложении.

РВ и ТВ на частотах, приведенных в табл. 2.2, ведется по технологии

FDMA (Frequency Division Multiple Access - множественный

(многостанционный) доступ с частотным разделением каналов).

В диапазонах ДВ и СВ разнос между несущими частотами вещательных радиостанций (РСТ) 9 кГц . Каждой станции присваивается номер канала. В

диапазоне ДВ - 15 каналов (номера каналов: 17 ,18 , ...,31 ). В диапазоне СВ - 120 каналов (номера каналов: 59 ,60 , ...,178 ). Номер канала, умноженный на 9 кГц , определяет частоту несущей. Для диапазона ДВ:

практически исключает взаимные помехи), им могут быть присвоены одинаковые несущие частоты.

Вдиапазоне КВ сетка несущих кратна 5 кГц , разнос несущих, близко расположенных РСТ, - 10 кГц . Если РСТ расположены в удаленных географических зонах, допускается разнос несущих 5 кГц .

Вдиапазонах ДВ, СВ используется амплитудная модуляция (АМ), в диапазоне КВ - АМ и совместимая однополосная модуляция (СОМ). Нижняя

частота модуляции в диапазонах ДВ, СВ, КВ Fн 50 ...150 Гц , верхняя частота в диапазонах ДВ и СВ Fв 4 ,5 ...10 кГц , в диапазоне КВ - Fв 4 ,5 кГц . Полоса частот радиоканала, занимаемая одной РСТ в диапазонах ДВ, СВ, КВ при АМ,

18

f 2 Fв 9 ...20 кГц .

Мощность ДВ- и СВ-передатчиков радиовещательных станций

100 ...2000 кВт .

Мощность КВ-передатчиков радиовещательных станций 10 ...100 кВт .

Таблица 2.2. РВ и ТВ диапазоны (без диапазонов ИСЗ)

Высококачественное моно- и стереофоническое вещание в России в

настоящее время ведется на основе радиосигнала с частотной модуляцией (ЧМ) в двух частотных диапазонах:

в диапазоне УКВ ( 65 ,8 ...73 МГц ) - по стандарту бывшего СССР

(максимальная девиация частоты fд max 50 кГц , постоянная времени цепи

19

в верхней части диапазона FM (100 ...108 МГц ) - по стандарту США ( fд max 75 кГц , п 75 мкс , Fн 0 ,04 кГц , Fв 15 кГц ). Нижняя часть диапазона FM ( 88 ...100 МГц ) для радиовещания в России не используется, т.к. в этом диапазоне работают телевизионные передатчики (см. табл. 2.2).

Частоты несущих вещательных РСТ в диапазоне УКВ кратны 0 ,03 МГц , в диапазоне FM - 0 ,05 МГц . Разнос несущих в пределах одного населенного пункта в диапазоне УКВ не менее 0 ,12 МГц , в диапазоне FM - не менее 0 ,2 МГц .

Мощность УКВ-передатчиков радиовещательных станций 0 ,2 ...15 кВт .

Контрольные вопросы к разделам 1 и 2

1.Что входит в состав системы передачи (связи) ?

2.Что входит в состав канала передачи (связи) ?

3.Что называется сообщением в технике электросвязи ?

4.Что называют линией связи в технике электросвязи ?

5.Какой процесс называется модуляцией ?

6.Что такое линия передачи (связи) при электросвязи ?

7.Какой процесс называется демодуляцией радиосигнала в приемнике ?

12.Какой величине кратен разнос несущих частот радиовещательных станций

вдиапазонах СВ и ДВ ?

13.Какой величине кратен разнос несущих частот радиовещательных станций

вдиапазоне КВ ?

14.Какой величине кратен разнос несущих частот радиовещательных станций

вдиапазоне УКВ ?

15.Какой величине кратен разнос несущих частот радиовещательных станций

вдиапазоне FM ?

20

3.Особенности распространения радиоволн различной длины

Ввакууме (свободном пространстве, не заполненном каким-либо веществом) радиоволны распространяются со скоростью света. В пространстве, заполненном веществом, скорость распространения радиоволн

возможны отражение, преломление, рефракция и дифракция радиоволн.

Отражение радиоволн происходит на границе двух сред с различными электрическими свойствами (радиоволны частично или полностью отражаются от границы двух сред). Если длина волны много меньше линейных размеров отражающей среды ( lот р ), то отражение происходит по законам оптики.

Например, КВ хорошо отражаются от поверхности Земли. Когда отражающая поверхность имеет неровности, отражение будет диффузным (рассеянным).

Преломление радиоволн происходит также на границе двух сред с разными электрическими параметрами. При этом радиоволны меняют направление. Коэффициент преломления зависит от частоты радиоволны и от разницы параметров сред. Чем ниже частота, тем больше коэффициент преломления.

Если параметры среды распространения меняются плавно, то наблюдается явление рефракции радиоволн - плавное искривление траектории распространения. Существенная рефракция имеет место для ДВ, СВ и КВ в

ионосфере Земли, причем чем ниже частота радиоволн, тем больше ионосферная рефракция. Несущественная рефракция происходит в тропосфере Земли. Тропосферная рефракция практически не зависит от частоты радиоволн.

Дифракция радиоволн заключается в их способности в той или иной степени огибать препятствия (горы, строения, выпуклость земного шара и т.д.).

Чем ниже частота радиоволн, тем лучше они огибают препятствие, однако даже для них за крутыми горами, металлическими сооружениями и т.п.

образуются зоны электромагнитного экранирования («зоны молчания»), где прием сигналов радиостанций невозможен.

На распространение радиоволн оказывают существенное влияние Земля и атмосфера. Влияние Земли проявляется в том, что часть энергии радиоволн, распространяющихся вдоль поверхности Земли, поглощается