Аналоговое и цифровое радиовещание

31

Fв верхняя частота модуляции.

Напряженность поля сигнала c [ мкВ / м ] вокруг передатчика с

эквивалентной мощностью излучения Pэк [ кВт] на расстоянии r [ км ] за счет поверхностного луча определяется формулой

изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ)) связана с эффективной

напряженности поля сигнала РСТ в точке приема может существенно изменяться во времени (рис. 5.1). Для характеристики изменяющегося поля используют выраженное в процентах относительное время ( T % )

превышения заданной напряженности поля сигнала (для простоты записи

опущен индекс «с»). Величина T характеризует отношение суммарного времени превышения напряженности поля заданного уровня к длительности времени приема T0 :

50 % времени, называется медианной напряженностью поля.

32

Рис. 5.1. Диаграмма, поясняющая понятие относительного времени превышения заданной напряженности поля

Напряженность поля вокруг передатчика РСТ на заданном расстоянии r зависит еще и от характера местности, и места положения на ней приемного устройства. Эти условия учитываются процентом мест приема L , в которых напряженность поля превышает заданный уровень и обозначается как ( L ) . Например, напряженность ( L ) (50 ) превышается в

точек приема.

Таким образом, напряженность поля вокруг передатчика является двумерной случайной величиной, поскольку зависит от места приема и

напряженности поля во времени в точках, расположенных на заданном расстоянии r от передатчика;

R ( L ) функция, учитывающая статистическое распределение

напряженности поля в различных точках приема на заданном расстоянии r

от передатчика.

Выражение (5.8) можно записать в виде

В диапазоне частот 0 ,15 ...10 МГц , когда прием в зоне обслуживания

передатчика осуществляется за счет земной волны, напряженность поля во времени практически не изменяется. Кроме того, на распространение радиоволн в этом диапазоне мало сказывается рельеф местности. Тогда

c ( r,T,L ) Pэк [ дБ / кВт] 'c ( r ) и для расчета зон обслуживания радиостанций

вэтом случае используют экспериментально измеренные зависимости 'c ( r )

при Pэк 1 кВт (рис.5.2).

В диапазоне частот 30 ...300 МГц для определения границ зоны

распределение напряженности поля во времени на заданном расстоянии r от передатчика (функцию R ( T ) , например при T 50 % ) и статистическое распределение напряженности поля для среднеравнинной местности (функцию R ( L ) , например, при L 50 % ). Следует, однако, заметить, что, согласно

рекомендациям Международной организации радиовещания и телевидения, в зоне обслуживания РСТ напряженность поля, создаваемая передатчиком, должна обеспечить качественный прием вещания на массовую аппаратуру в L 50 % мест приема в течение T 90 % времени для моно- и T 99 % времени

для стереовещания. Только в течение соответственно 10 и 1 % времени

допускается появление заметных помех. Эти требования определяют некоторое уменьшение практических зон обслуживания вещательных РСТ по сравнению с зонами, рассчитанными по зависимостям рис.5.3.

При мощности передатчика (или при

напряженность поля полезного сигнала в точке приема, как следует из (5.9), может быть найдена из зависимостей, приведенных на рис.5.2 и 5.3, путем изменения ординаты на величину 'c [ дБ мкВ / м] 10 lg{(1 кВт) / Pэк [ кВт]} .

Наиболее сложной задачей является определение зон обслуживания для диапазона частот 10 ...30 МГц , в котором возможно сверхдальнее многоскачковое распространение радиоволн за счет пространственных лучей.

Если полезный передатчик работает в условиях помех от другого передатчика, то на границе зоны обслуживания должны выполняться условия

соответствующая реальной чувствительности приемника и обеспечивающая на выходе приемника требуемое вых .

При работе радиостанций в условиях взаимных помех происходит некоторое смещение центров их круговых зон обслуживания относительно месторасположения передатчиков (рис.5.4,б).

Взаимные помехи могут иметь место:

а) от РСТ, работающих в совмещенном радиочастотном канале (несущие частоты РСТ одинаковы) и передающих разные или одинаковые программы (как отмечалось выше, одинаковые несущие частоты могут иметь РСТ, находящиеся в разных географических районах);

б) от РСТ, работающих в разных радиочастотных каналах и

Рис. 5.4. Зависимости изменения напряженности поля двух РСТ одинаковой мощности (а) и зоны их обслуживания на равнинной местности (б)

36

Для примера на рис. 5.5 приведены зависимости необходимого защитного отношения при моно- и стереофоническом приеме в диапазоне УКВ.

Для обслуживания радиовещанием как можно большей сплошной территории могут использоваться квадратная или треугольная сетки расположения РСТ с одинаковой мощностью, имеющие в идеальном случае (равнинная местность без лесных массивов и строений) круговые зоны

пересекающимися зонами обслуживания (заштрихованные участки), где возможны помехи от соседних РСТ. Нетрудно показать, что максимальное расстояние между РСТ при квадратной сетке Dкв макс 2 r0 , при треугольной

сетке Dт р макс 3 r0 .

Треугольная сетка расположения РСТ предпочтительнее по двум причинам.

Во-первых, при треугольной сетке площадь пересечения зон обслуживания РСТ меньше.

Во-вторых, треугольная сетка более выгодна экономически. Это следует из того, что каждые четыре РСТ, находящиеся в углах ромба, образованного двумя равносторонними треугольниками, обслуживают площадь

37

S'т р 2 Sт р 2 ,6 r02 , а каждые четыре РСТ, находящиеся в углах квадрата,

обслуживают площадь S кв 2 r02 . При этом S'т р / Sкв 1 ,3 .

Например, при сотовой радиотелефонии расположение базовых станций выполняется по треугольной сетке.

Рис. 5.6. Схемы размещения РСТ: квадратная сетка (а); треугольная сетка или «пчелиные соты» зон обслуживания (б)

6. Синхронное радиовещание

Принцип синхронного радиовещания заключается в передаче одной и той же программы двумя или несколькими РСТ с равными несущими частотами, одинаковыми начальными сдвигами фаз несущих колебаний и одинаковыми начальными сдвигами фаз модулирующих колебаний.

Синхронное вещание ведется обычно в диапазоне СВ. Число передатчиков, работающих в одном частотном канале, может достигать нескольких десятков. При синхронном вещании используются передатчики малой и средней мощности. При этом их суммарная мощность оказывается меньше, чем мощность одного мощного передатчика при той же зоне обслуживания. Надежность синхронной системы вещания очень высока, так как выход из строя одного или нескольких передатчиков лишь сокращает зону уверенного приема, в то время как выход из строя одного мощного передатчика приводит к полному нарушению радиовещания.

Недостатком синхронного вещания является интерференция радиоволн, приводящая к пучностям и узлам стоячей суммарной радиоволны в средней зоне между РСТ (рис.6.1). В максимумах общая напряженность поля равна сумме напряженностей 1 и 2 , а в минимумах - их разности. В местах

минимумов величина напряженности может быть недостаточной для качественного приема (возможно уменьшение напряженности поля до нуля).

38

Интерференция полей приводит не только к изменениям напряженности поля, но и к искажениям приема из-за того, что максимумы и минимумы результирующего поля для несущей частоты и боковых полос не совпадают (из-за различия их частот).

p

Вид сверху

Рис. 6.1. Интерференционная структура поля несущего колебания в зоне искажений при синхронном РВ двумя РСТ

Для определения расстояния между узлами и пучностями несущего колебания предположим, что приемник расположен в средней зоне между двух

характеризующий несинфазность модуляции). В этом случае значение результирующей напряженности поля с несущей частотой в точке приема есть

неодинаковостью расстояний r1 и r2 от первой и второй РСТ до приемника;

p 12 22 2 1 2 cos ;

arctg{[( 1` / 2 ) sin ] / (1 ( 1` / 2 ) sin } .

Если 1 2 , то

(рис. 6.1,а), зоны искаженного приема сужаются (рис.6.1,б, заштрихованные зоны). Ширина полос в центре зоны интерференции, где искажения наибольшие, равна примерно 0 ,1 . При этом получается, что полосы хорошего

( пол / меш ) 8 дБ .

Напряженность суммарного поля в какой-то конкретной точке зоны искажений зависит от соотношения фаз несущих колебаний передатчиков. Если разность фаз непрерывно изменяется (т.е. частоты колебаний РСТ совпадают по частоте не совсем точно), то интерференционная картина смещается по территории со скоростью, зависящей от расхождения фаз колебаний. Для устранения этого используется режим фазовой синхронизации несущих частот РСТ.

При планировании сети синхронного вещания взаимное расположение и мощность радиостанций выбирают так, чтобы зоны искажений приходились на малонаселенные районы. Если этого не удается добиться, то в зонах искажений иногда строят дополнительные радиостанции, передающие ту же программу, но на другой частоте.

В настоящее время синхронное вещание охватывает более половины радиопередатчиков в большинстве стран Европы, а в Англии — Синхронизация передатчиков осуществляется путем излучения в

эталонной частоты (с относительной нестабильностью не более полученной от государственного атомного стандарта частоты и времени, приема ее на радиоцентрах и ’’привязки’’ к ней несущих частот вещательных передатчиков. На европейской части России эталонный сигнал передается на частоте 66 ,(6 )кГц из подмосковного поселка Менделеево. Для Сибири и

40

Дальнего Востока работает эталонный передатчик на частоте 50 кГц в

Иркутске. В качестве «вторичных» эталонов частоты можно использовать несущие частоты ДВ и СВ радиостанций, работающих в синхронном режиме

[25].

Контрольные вопросы к разделам 5 и 6

1.Что характеризует защитное отношение по высокой частоте?

2.Что характеризует защитное отношение по звуковой частоте?

3.Какой параметр определяет границы зоны обслуживания радиостанции ?

4.От чего зависит защитное отношение по высокой частоте ?

5.Когда взаимные помехи радиостанций наиболее опасны ?

6.Какие условия должны выполняться, если полезный передатчик работает в условиях помех от другого передатчика ?

7.Что происходит с круговыми зонами обслуживания двух радиостанций при их работе в условиях взаимных помех?

8.Какие сетки расположения РСТ с одинаковой мощностью могут использоваться для обслуживания радиовещанием как можно большей сплошной территории?

9.Какая сетка расположения РСТ с одинаковой мощностью предпочтительнее для обслуживания радиовещанием как можно большей сплошной территории?

10.В чем заключается принцип синхронного радиовещания ?

11.Каковы достоинства и недостатки синхронного радиовещания ?

7.Сигналы электросвязи и их характеристики. Модулирующие сигналы электросвязи

Сигналы электросвязи подразделяют на модулирующие и модулированные. Модулирующие сигналы предназначены для подачи на модулятор передающего устройства. Модулированные сигналы предназначены для передачи по линиям связи. Модулированные сигналы получают при помощи модулирующих с использованием различных видов модуляции и кодирования.

Основными модулирующими сигналами связи являются телефонные,

звукового вещания, телевидения, передачи данных (телеграфные, факсимильные, телеметрические и др.).

Сигналы связи характеризуются шириной полосы частот, средним и пиковым значением мощности, пик-фактором, динамическим диапазоном.

Все сигналы связи являются случайными функциями времени и имеют бесконечно широкий спектр. Однако их спектральная плотность распределена