Радиосвязь,_радиовещание,телевидение2

3.4. Построение передающей сети радиовещания

Международные соглашения в области радиовещания. В соот-

ветствии с международными соглашениями, зафиксированными в Регламенте радиосвязи в отношении распределения радиочастот, весь мир разделен на три района. Район 1 включает территории Европы (в том числе СНГ и Монголию) и Африки, район 2 – территории Северной и Южной Америки и Гренландию, район 3 – территории Азии (без СНГ и Монголии) и Австралию.

Звуковое и телевизионное радиовещание в нашей стране развивается при комплексном использовании радиоволн различных видов. Классификация радиочастотных спектров и особенности распространения радиоволн были рассмотрены в гл. 1. Диапазоны частот, выделенные для радиовещания, приведены в табл. 3.1.

В диапазоне километровых и гектометровых(длинных и средних) волн принята единая сетка с разносом несущих через9 кГц, при этом верхняя модулирующая частота должна быть не больше4,5 кГц.

Вдиапазоне длинных волн частоты несущих следуют с интервалом 9 кГц следующим образом: 155, 164, ..., 281 кГц (всего 15 каналов).

Вдиапазоне средних волн– 531 (1-й канал), 540 (2-й), ...,1602 кГц

(120-й). Три радиоканала в СВ диапазоне с несущими частотами

112 Глава 3. Системы и сети звукового вещания

1485, 1584 и 1602 кГц выделены для передатчиков с излучаемой мощностью до 1 кВт.

Ширина полосы частот радиоканала в КВ диапазоне установлена равной 9 кГц. Нижняя модулирующая частота определена равной 150 Гц, для частот ниже 150 Гц вводится затухание 6 дБ на октаву.

Разнос несущих частот принят равным10 кГц, а номиналы несущих частот – кратными 5 кГц. Если КВ передатчики обслуживают разные географические зоны, то допускается устанавливать разнос несущих

организации стереофонического радиовещания по системе с пилотсигналом (см. гл. 6).

Особенности использования для радиовещания различных диапазонов волн. Особенности распространения радиоволн различных видов были нами рассмотрены в главе1. Здесь вновь вернемся к ним, но уже с учетом специфики организации радиовещания. Днем основная часть энергии, излученной антенной передатчика километровых волн, приходит в точку приема в виде земной волны. Напряженность поля этой волны не зависит от состояния ионосферы. Условия приема в этом диапазоне волн отличаются стабильностью. Они сравнительно мало зависят от времени суток и сезона, хотя можно отметить, что дальность распространения ночью больше, чем днем, а зимой больше, чем летом. На приеме сильно сказываются атмосферные и промышленные помехи. В нашей стране диапазон длинных волн используют для того, чтобы обслужить программами центрального, республиканского и областного вещания большие территории, в том числе сравнительно мало заселенные районы Севера, Сибири, Дальнего Востока. Земная волна сильно поглощается почвой. Поэтому для вещания приходится применять передатчики мощностью до 500–1000 кВт, хотя экономически это невыгодно.

Выделенных для нашей страны каналов в диапазоне длинных волн не хватает для передачи всех программ государственного вещания. Для этой цели, а также для республиканского и областного радиовещания используют и диапазонгектометровых волн. Условия распространения в данном диапазоне похожи на условия распространения в диапазоне километровых волн. На более высоких частотах поглощение в почве увеличивается. В этом диапазоне начинает сказываться влияние ионосферной (пространственной) волны. Днем при

высокой концентрации электронов в слоях ионосферы пространственная волна сильно поглощается и возвращается на Землю столь ослабленной, что практически не сказывается на приеме. Ночью дальность распространения заметно увеличивается. В результате возникают помехи радиоприему от удаленных станций, работающих в совмещенных и смежных частотных каналах, и область уверенного приема уменьшается. В зависимости от назначения применяются передатчики мощностью 5…1000 кВт.

На декаметровых волнах область приема земной волны сокращается до нескольких десятков километров. Основную роль играет ионосферное распространение, при котором поглощение энергии сравнительно мало. Это позволяет вести звуковое вещание на значительные расстояния при сравнительно небольшой мощности передатчиков. Снижению мощности способствует применение направленных антенн. В силу указанных свойств этот диапазон широко используют для вещания на другие страны.

Для повышения надежности приема применяют многоволновые системы: программу передают одновременно в различных поддиапазонах волн. Кроме того, рабочие длины волн изменяют в течение времени суток и года в соответствии с изменением условий распространения радиоволн. На станциях, работающих в диапазоне декаметровых волн, устанавливаются передатчики с номинальной мощно-

стью 50, 100, 150, 250, 500 кВт.

Диапазон метровых волн используется для звукового вещания в крупных городах, областного радиовещания на территории с высокой плотностью населения, а также для организации каналов телевизионного вещания. Станции МВ ЧМ оснащаются передатчиками мощностью 2…15 кВт. Атмосферные помехи в этом диапазоне не сказываются, а для борьбы с местными помехами(особенно импульсными от системы зажигания автомобилей и мотоциклов) применяют частотную модуляцию.

Передающая сеть радиовещания. Передающая сеть радиовеща-

ния представляет собой комплекс технических средств(передатчики, антенные устройства, вспомогательное оборудование), осуществляющий излучение сигналов звукового вещания в виде радиоволн. В соответствии с ГОСТ11515–91 передающая сеть относится к тракту вторичного распределения программ. При построении передающей сети, обслуживающей определенную территорию, следует учитывать условия передачи и приема радиосигналов, диапазон радиоволн, особенности расселения жителей на территории, рельеф местности.

При планировании сети определяются места расположения -ра диовещательных станций (РВС) и их мощности, коэффициенты усиления антенн, номера радиоканалов, стоимость различных вариантов и другие параметры сети. Основная задача рационального раз-

114 Глава 3. Системы и сети звукового вещания

мещения РВС – обеспечение удовлетворительного качества приема в пределах всей территории при минимальных затратах на построение сети.

Каждая станция обслуживает вещанием определенную территорию. Зоной обслуживания передатчика называется часть земной поверхности, ограниченная замкнутой кривой, в каждой точке которой с вероятностью не ниже заданной напряженность поля (полезная) передатчика Eпол обеспечивает удовлетворительный прием при наличии помех. Если помехи только природного или промышленного происхождения, то должно выполняться условие Eпол ≥ Emin. Минимальное значение напряженности поля принимается в качестве отправного при планировании передающей сети и определяется требуемым отношением напряжения сигнала звуковой частоты Uc к среднеквадратичному напряжению помехи Uп , измеренному на выходе усилителя звуковой частоты радиоприемника. Отношение Uc Uп называют

защитным отношением по звуковой частоте и по рекомендации Международной электротехнической комиссии (МЭК) принимают рав-

ным 20…40 дБ.

Важным параметром, от которого зависят конфигурация и площадь зоны обслуживания, является защитное отношение по высокой частоте – значение отношения сигнал – помеха по высокой частоте, обеспечивающее на выходе приемника требуемое защитное отношение по звуковой частоте при наличии помех со стороны мешающих станций. Значения защитных отношений по звуковой и по высокой частоте задаются при точно определенных параметрах системы вещания, к которым относятся тип и глубина модуляции, ширина полосы канала, разнос несущих частот передатчиков, избирательность, полоса пропускания приемника и др.

Защитное отношение по высокой частоте определяет границы зоны обслуживания. Если Eпол – напряженность поля полезного сигнала, а Eп – напряженность поля помехи на границе зоны обслуживания, то защитное отношение по высокой частоте, обычно выражаемое в децибелах, A = 20lg(Eпол Eп ).

Защитное отношение А показывает, во сколько раз напряженность поля Eпол передатчика на границе зоны обслуживания должна превышать напряженность поля помех Eп для обеспечения качественного приема.

При отсутствии помех от других передатчиков и небольших изменениях рельефа местности вокруг передатчика зона обслуживания будет иметь форму круга.

По уровню взаимных помех, возникающих в передающей сети, различают РВС, работающие: в совмещенном частотном канале (несущие частоты одинаковы, а РВС передает разные программы);

всинхронной сети (несущие частоты одинаковы и РВС передают одинаковые программы); в разных частотных радиоканалах.

Впервом случае требуемые значения А существенно больше, чем во втором. Если РВС занимают разные радиоканалы и при этом разнос несущих частот превышает удвоенное значение ширины полосы частот, занимаемой спектром радиосигнала, то станции не мешают друг другу.

Задача планирования передающей вещательной сети заключается

втаком размещении РВС и распределении между ними имеющихся частотных каналов, чтобы на данной территории обеспечить качественным приемом наибольшее число слушателей.

Для того чтобы обеспечить заданное значение напряженности поля Е, мВ/м (при использовании земной волны), к антенне необходимо

подвести определенную мощность:

где r – расстояние между передатчиком и приемником; D – коэффициент усиления антенны; w – функция ослабления, зависящая от условий излучения и распространения радиоволн.

Как видно из формулы, требуемая мощность передатчика и напряженность поля связаны квадратичной зависимостью. При необходимости увеличить напряженность поля, например в 2 раза, потребуется установить передатчик по меньшей мере в4 раза большей мощности. Мощность РВС не зависит от того, сколько приемных устройств размещается в зоне обслуживания, поэтому эффективность РВС должна определяться технико-экономическим показателем, зависящим от капитальных затрат на сооружение станции, отнесенных к единице площади зоны обслуживания. Различные варианты организации передающей сети сопоставляют по удельной мощности, равной отношению мощности излучения передатчика к площади зоны обслуживания (кВт/км2).

При построении передающей сети необходимо стремиться к -ми нимальным затратам. Если требуется разместить РВС на обслуживаемой территории равномерно (идеальный вариант), то станции располагают либо по квадратной, либо по треугольной сетке(рис. 3.15). В первом случае станции мощностью Р с радиусом зоны обслуживания r размещают в вершинах квадратов, во втором – в вершинах треугольников.

Как видно из рис. 3.15, экономически более эффективна треугольная сетка размещения станций, так как при ее использовании площади взаимного пересечения зон обслуживания (заштрихованные участки) меньше и потребуется на 30 % меньшее количество передатчиков.

Рис. 3.15. Равномерное распределение радиовещательных станций по территории

а – по квадратной сетке; б – по треугольной сетке

На практике при создании РВС не всегда придерживаются оптимальных решений и РВС размещают в районах с высокой плотностью населения, вблизи крупных городов. Особенно это относится к районам Сибири и Дальнего Востока, где основное население сосредоточено в городах.

Синхронное радиовещание. Синхронным называют способ ра-

диовещания, при котором несколько передатчиков работают на одной частоте и передают одинаковую программу. Синхронное вещание (СР) ведется главным образом в средневолновом диапазоне, где число передатчиков, работающих в одном частотном канале, достигает нескольких десятков. Этот вид вещания является наиболее эффективным способом многократного использования частотных каналов из-за возможности резкого снижения требуемого значения защитного отношения по высокой частоте и увеличения вследствие этого площади зоны обслуживания.

В сетях СР нецелесообразно использовать мощные передатчики, работающие на пространственной волне, так как это может привести к нарушению их работы при повышении уровня помех от мешающих станций или других источников помех. Значительно устойчивее работа синхронной сети при использовании передатчиков малой и сред-

ней мощности. Суммарная мощность этих передатчиков меньше мощности одного передатчика, обеспечивающего такую же напряженность поля на границах зоны обслуживания. Расчет показывает, что при замене передатчиков мощностью20 кВт передатчиками мощностью 1 кВт их потребуется в 4 раза больше, но общий расход энергии сократится при этом в 5 раз. Для того чтобы еще улучшить эконо-

Рис. 3.16. Интерференционная картина в зоне искажений при синхронном радиовещании

мические показатели сети СР при возросшем числе передатчиков, их переводят на дистанционное управление.

Еще одно достоинство сети СР– высокая надежность ее работы благодаря взаимному резервированию синхронно работающих передатчиков. Так, при выходе из строя одного из передатчиков радиослушатель все же имеет возможность принимать информацию, но, естественно, с ухудшением качества.

Недостатком сети СР является наличие некоторой площади между станциями, на которых прием неудовлетворителен. Искажения возникают вследствие интерференции полей соседних передатчиков. При этом из-за разности фаз несущих колебаний напряженность результирующего поля в некоторых местах обслуживаемой территории может быть очень мала (рис. 3.16).

Интерференция полей приводит не только к ослаблению, но и к искажению сигналов в радиоприемнике. Максимумы и минимумы результирующего поля для несущей частоты и боковых полос в -про странстве могут не совпадать. В результате спектр модулированных колебаний заметно изменяется, что при детектировании приводит к частотным и нелинейным искажениям. Область, где эти искажения особенно заметны, называют зоной искажений. В зависимости от длины волны и соотношения напряженностей ширина зоны искажений может составлять от 7 до 15 % расстояния между передатчиками (на рис. 3.16 интерференционная картина для наглядности приведена не в масштабе).

Эти искажения могут проявляться в любой точке зоны искажений в зависимости от фазовых соотношений напряженности полей принимаемых станций. В областях зоны, где искажения заметны, достаточно переключить приемник с внешнейэлектрической( ) антенны на внутреннюю (магнитную), или наоборот. Искажения при этом переключении устраняются потому, что в поле стоячих волн точки мини-

Рис. 3.17. Схема фазовой синхронизации радиовещательных станций сети синхронного радиовещания

мумов электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля не совпадают. В точках минимума (узла) электрической составляющей магнитная составляющая имеет максимум(пучность). Поэтому для современного приемника, в котором предусмотрена возможность переключения с электрической антенны на магнитную, зона искажений практически отсутствует. Однако непременным условием в этом случае является работа передатчиков в режиме фазового синхронизма. При расхождении фаз(частот) излучения передатчиков интерференционные искажения будут перемещаться по территории.

В настоящее время для улучшения синхронизма применяют систему фазовой синхронизации путем непрерывной автоматической подстройки фазы колебания несущей частоты РВС. Для автоподстройки передаются сигналы точных частот. Передачу осуществляют на километровых волнах, обладающих стабильными характеристиками распространения. Этот принцип иллюстрируется рис. 3.17, где ПРС – передающая радиостанция, излучающая сигналы точных частот; ПТЧ – приемник точной частоты. На вход фазового детектора (ФД) поступают частоты с выхода ПТЧ и с синтезатора частот местной радиостанции РВС. Система фазовой автоподстройки(АПФ) обеспечивает стабильность фазы синтезаторов частот всех РВС, работающих в данной синхронной сети.

Почти на всей территории европейской части нашей страны фазовая синхронизация передатчиков всех синхронных сетей осуществляется через радиостанцию, излучающую сигнал точной (образцовой) частоты, равной 66,6 кГц. Суточное отклонение этой частоты от номинального значения не превышает0,7 ×10–5 Гц. Передатчик мощностью 10 кВт работает круглосуточно.

Применяют два типа синхронных сетей: одноволновые и многоволновые. Одноволновые сети бывают однородными и комбинированными. Одноволновые синхронные сети, состоящие из передат-

Рис. 3.18. Построение синхронной сети:

а – одноволновой; б – многоволновой

чиков одинаковой или близкой по значению мощности, применяют для обслуживания вещанием районов с большой концентрацией населения. Между радиостанциями сети на части территории с малой концентрацией населения допускается существование зоны искажений. Комбинированная синхронная сеть состоит из мощной опорной радиостанции (500…1000 кВт) и нескольких маломощных (1…50 кВт), размещаемых в крупных городах и предназначенных для повышения напряженности поля с целью ослабления влияния промышленных помех на качество приема.

Многоволновые синхронные сети предназначены для обслуживания населения больших территорий. В этих сетях зоны обслуживания станций, работающих на разных частотах, располагаются таким образом, что зона искажения передатчиков, работающих на одной частоте,

обслуживается передатчиком, работающим на другой частоте (рис. 3.18). В настоящее время в рамках СНГ работает около40 синхронных сетей вещания, в которых задействовано более 150 РВС.

В последние годы предприятия радиовещания, являющиеся весьма энергоемкими, испытывают значительные трудности из-за высокой стоимости электроэнергии. Этим в основном и объясняются разговоры о том, что радиовещание постепенно отмирает. Однако на земном шаре успешно работают тысячи радиостанций. Мы полагаем, что по мере стабилизации экономической обстановки у нас в стране, радиовещание не только выживет, но и выйдет на новый качественный уровень.

Перспективам развития радиовещания посвящена гл. 6.

Контрольные вопросы

1.Что называют системой звукового вещания?

2.Поясните принципы построения сети распределения программ звукового вещания.

3.Нарисуйте типовую схему тракта формирования программ.

4.Каково назначение центральной аппаратной? Приведите ее структурную схему.

5. В чем заключаются особенности организации междугородных каналов для передачи стереофонических программ?

6.Поясните принципы построения цифровых систем передачи сигналов звукового вещания.

7.В чем заключаются особенности цифровой обработки сигналов звукового вещания?

8.Каким образом регламентируется работа систем радиовещания в мировой практике?

9.Поясните особенности организации радиовещания в различных диапазонах волн.

10.Что называют зоной обслуживания радиовещательного передатчика?

11.Поясните преимущества и недостатки синхронного радиовещания.

12.Каким образом можно уменьшить зону искажений в сети синхронного радиовещания?

Список литературы

1.Выходец А.В., Коваленко В.И., Кохно М.Т. Звуковое и телевизионное вещание. – М.: Радио и связь, 1987. – 448 с.

2.Звуковое вещание: Справочник / Под ред. Ю.А. Ковалгина. – М.: Радио и связь, 1993. – 464 с.

3.Супаков Н.А. Основы радиовещания. – М.: Радио и связь, 1989. – 216 с.

4. Шувалов В.П., Катунин Г.П., Крук Б.И. и др. Системы электросвязи. – М.: Радио и связь, 1987. – 512 с.