Радиосвязь,_радиовещание,телевидение2

Рис. 11.14. Структурная схема демодулятора группового сигнала

где DfD – предельно допустимая девиация промежуточной частоты; Fmax » 8,5 МГц – максимальное значение частоты группового сигнала ТВ ствола. ФНЧ 4 выделяет из группового сигнала ТВ сигнал, который затем усиливается и корректируется устройством5 и подается на вход ТВ передатчика или ретранслятора. Туда же поступает и сигнал звукового сопровождения, который выделяется полосовым фильтром 6 из группового сигнала и демодулируется с помощью устройств8, 9. Аналогичным способом осуществляется выделение сигналов звукового вещания.

Звуковые сигналы по РРЛ передаются с использованием двойной ЧМ. К достоинствам такого способа передачи следует отнести высокую помехоустойчивость звуковых сигналов и простоту схемного выполнения аппаратуры. Нелинейность амплитудной характеристики ТВ ствола РРЛ приводит к образованию высших гармоник и комбинационных составляющих спектров ТВ сигнала и частотно-модулирован- ных звуковых поднесущих. Наиболее опасными являются комбинационные продукты от низкочастотных составляющих спектров ТВ сигнала, главным образом от гармоник кадровой частоты. Эти продукты

попадают в спектр частотно-модулированных звуковых сигналов и являются причиной переходных помех из канала изображения в звуковые каналы. Значительная доля переходных помех в каналах звука образуется и от сигнала цветности, особенно при передаче сигналов, соответствующих желтым, зеленым и голубым цветам в ТВ изображении. На передачу звуковых сигналов оказывает влияние также сигнал цветовой синхронизации, расположенный в интервале КГИ и имеющий размах 540 и 500 мВ в красной и синей строках соответственно. Из-за нелинейных искажений возникают импульсные переходные помехи в звуковых каналах в моменты времени, когда передаются эти сигналы (низкочастотная помеха типа «рокот»). Использование режекторных фильтров для подавления сигналов цветовой синхронизации на 6 дБ уменьшает переходные помехи в каналах зву-

ка примерно на 6–15 дБ в зависимости от состояния РРЛ. При этом качество цветного ТВ изображения остается неизменным.

11.6. Тропосферные радиорелейные линии

Общие сведения. Открытие эффекта дальнего тропосферного распространения дециметровых и сантиметровых волн позволило существенно расширить инженерные возможности создания многоканальных РРЛ. Созданы тропосферные РРЛ пропускной способностью до 120 каналов ТЧ с расстоянием между соседними станциями 300…400 км, а в отдельных случаях и600–800 км. Для России с ее огромной территорией тропосферные РРЛ представляют особый интерес, поскольку позволяют обеспечить современными средствами

связи отдаленные и труднодоступные районы Севера и Дальнего Востока. Для тропосферных РРЛ выделены полосы частот в диапазо-

нах 1,0; 2,0 и 4,5 ГГц.

Основные особенности дальнего тропосферного распространения радиоволн ультравысоких частот. Во-первых, это очень сильное ослабление сигнала на участке распространения. Затухание сигнала достигает 210…250 дБ в худшие по условию распространения радиоволн зимние месяцы, т.е. превышает затухание на участке РРЛ прямой видимости на 80…120 дБ. Для обеспечения устойчивой связи в условиях большого общего затухания приходится создавать аппаратуру с энергетическими параметрами, значительно лучшими, чем параметры РРЛ прямой видимости. Мощность передатчика достигает 3…10 кВт, а в отдельных случаях – и 100 кВт, размеры антенн могут превышать 1000 м2, используются малошумящие входные усилители, специальные устройства понижения порогового уровня ЧМ сигнала.

Во-вторых, при дальнем тропосферном распространении радиоволн сигнал подвержен быстрым, медленным и очень медленным (сезонным) изменениям (флуктуациям).

Быстрые флуктуации сигнала определяются интерференцией волн переизлученных движущимися неоднородностями тропосферы. Перемещение неоднородностей вызывает изменение фаз составляющих приходящей волны, что и приводит к быстрым замираниям. Скорость быстрых замираний характеризуется квазипериодом, т.е. средним за пятиминутный сеанс временем между двумя пересечениями (в одну сторону) сигналом медианного уровня. Квазипериод находится обычно в пределах 0,1…10 с.

Медленные замирания – это изменения во времени усредненных за 4…7 мин значений уровня сигнала. Такой интервал усреднения позволяет отделить быстрые интерференционные замирания от медленных, природа которых связана с изменением интенсивности и количества неоднородностей в объеме рассеяния.

Сезонные изменения сигнала (очень медленное замирание) определяются изменениями метеорологических условий: сигнал летом на 5…14 дБ больше, чем зимой.

Для нормального функционирования участка линии в99,9 % времени запас уровня сигнала на быстрые замирания должен составлять 28 дБ. В тропосферных РРЛ такой запас энергетики обеспечить трудно или даже практически невозможно. Для борьбы с интерференционными замираниями можно использовать такие методы, как разнесенный прием, оптимальный прием широкополосных сигналов, адаптивные системы с обратной связью. На практике для борьбы с замираниями чаще всего используются системы разнесенного приема, которые рассмотрим более подробно.

Борьба с замиранием на тропосферных РРЛ. Разнесенный при-

ем основан на том, что сигнал на выходе приемного устройства образуется комбинацией нескольких входных сигналов, несущих одну и ту же информацию, но по-разному пораженных замираниями. При этом комбинирование осуществляется так, чтобы выходной сигнал флуктуировал значительно меньше, чем входные.

На тропосферных РРЛ могут быть применены следующие методы разнесения:

-пространственное разнесение антенн (обычно перпендикулярно трассе) на расстояние D Х 100l , где l – длина волны;

-частотное разнесение, использующее независимость замирания сигнала на частотах, разнесенных на величину, превышающую радиус частотной корреляции;

-разнесение по углу прихода луча, при котором используются одна приемная антенна и несколько облучателей, каждый из которых создает свою диаграмму направленности, сдвинутую относительно соседних по азимуту либо по углу места;

-комбинированное разнесение, например при счетверенном приеме разнесения пар сигналов по частоте и в пространстве или по частоте и углу.

После того как полученоN копий флуктуирующего радиосигнала,

необходимо их наиболее рационально использовать, т.е. получить такую их комбинацию, при которой потери передаваемой информации будут минимальными. Применяются три способа комбинирования разнесенных сигналов:

1.Автовыбор, при котором к выходу устройства комбинирования подключается всегда тот из N сигналов, уровень которого максимален.

2.Линейное сложение, при котором все N разнесенных сигналов складываются с одинаковым весом. Это означает, что усиление всех разнесенных приемников должно быть одинаковым.

3.Оптимальное сложение, использование которого обеспечивает максимальное отношение сигнал – шум на выходе приемного устрой-

Рис.11.15. Структурная схема устройства сдвоенного приема

ства. При оптимальном сложении усиление в каждой ветви разнесения непрерывно должно поддерживаться пропорциональным отношению напряжения сигнала к среднеквадратичному значению шума.

Технически реализация систем сложения может осуществляться как до детектора, так и после (в тракте низкой частоты). При сложении сигналов до детектора необходимо предварительно фазировать радиосигналы отдельных ветвей разнесения. Структурная схема приемника с линейным сложением двух пространственно разнесенных сигналов представлена на рис. 11.15 [1]. В нем имеется устройство автоподстройки фазы одного из гетеродинов 8, состоящее из фазового дискриминатора 6, цепи управления фазой(фазовращателя) 5 и общей для двух трактов системой параллельной АРУ9, обеспечивающей идентичность коэффициентов передачи.

Упрощенная структурная схема приемного устройства с оптимальным сложением после детектора представлена на рис. 11.16 [1]. В данном случае сигналы с выходов частотных детекторов3, 13 поступают одновременно на управляемые усилители4, 14 и фильтры шумов. Полоса пропускания фильтров располагается выше верхней частоты передаваемого полезного сообщения. Шумы детектируются в детекторах 6, 9 и подаются на устройство сравнения, которое управляет уровнем складываемых сигналов.

Потенциальные возможности разнесенного приема ограничены, поскольку увеличение кратности разнесения связано почти пропорционально с ростом объема оборудования. Поэтому дальнейшее

Рис. 11.16. Структурная схема приемного устройства с оптимальным сложением

1, 11 – приемные антенны; 2, 12 – высокочастотные части приемников; 5, 10 – ФВЧ; 7– устройство сравнения; 8 – устройство сложения

улучшение качества и надежности тропосферных РРЛ потребовало разработки новых методов борьбы с замираниями. Такими способами являются использование оптимального приема широкополосных сигналов и адаптивный прием.

На отечественных линиях связи широко применяется аппаратура тропосферной радиорелейной связи типа«ТР-120», «Горизонт», «Тропа-2,4». Последний тип аппаратуры является цифровым, работающим в диапазоне 4,4…4,7 ГГц, который рассчитан на передачу до 60 каналов ТЧ.

Контрольные вопросы

1.Объясните принципы организации связи с помощью РРЛ прямой видимости.

2.Каково назначение оконечных, промежуточных и узловых радиорелейных станций?

3.Назовите типы и дайте общую характеристику РРЛ прямой видимости.

4.Какие виды модуляции применяются в современных РРЛ?

5.Дайте общую характеристику аппаратуре РРЛ прямой видимости.

6.Каким способом формируется цифровой ствол РРЛ?

7.В чем заключаются особенности передачи ТВ сигналов по РРЛ?

8.Нарисуйте структурную схему передающей аппаратуры ТВ ствола РРЛ.

9.Каким способом осуществляется передача сигналов звукового сопровождения ТВ программ по РРЛ?

10.Объясните принципы организации связи с помощью тропосферных -ра диорелейных систем передачи.

11.Перечислите конструктивные особенности тропосферных РРЛ связи.

12.Как осуществляется борьба с замираниями на тропосферных РРЛ?

Список литературы

1.Системы радиосвязи / Под ред. Н.И. Калашникова. – М.: Радио и связь, 1988. – 352 с.

2.Радиорелейные и спутниковые системы передачи / Под ред. А.С. Немировского. – М.: Радио и связь, 1986. – 392 с.

3.Сманцер А.Н., Шендерович Н.М., Стрижевский Н.З. Передача сигналов телевиде-

ния по радиорелейным линиям. – М.: Радио и связь, 1983. – 216 с.

Глава 12. Спутниковые системы радиосвязи, радиовещания и телевидения

12.1. Принципы построения спутниковых систем связи

Искусственные спутники Земли (ИСЗ) связного назначения широко используются для передачи различных сообщений, организации ТВ, телефонных, телеграфных и других каналов связи.

Основной принцип создания спутниковых систем связи заключается в размещении ретрансляторов на ИСЗ. Следовательно, спутниковая система связи представляет собой РРЛ с одной промежуточной станцией, размещенной на ИСЗ. При построении спутниковых систем связи используются идеи и принципы, реализуемые в РРЛ.

По способу ретрансляции сигнала спутниковые системы делят на системы с пассивной и активной ретрансляцией.

Система, которая работает без бортовой аппаратуры, называется системой связи с пассивным спутником, или системой с пассивной ретрансляцией. В этом случае сигналы, посланные с Земли, отражаются поверхностью ИСЗ обратно без предварительного усиления. В качестве пассивных спутников могут использоваться как специальные -от ражатели различной формы (в виде сферических баллонов, объемных многогранников и др.), так и естественный спутник Земли– Луна. При

достаточном усилении земных антенн и высокой чувствительности приемника земной станции (ЗС) этот метод радиосвязи может найти применение в системах с малой пропускной способностью. Пропускная способность подобных систем связи при современном уровне техники не превышает двух – трех телефонных сообщений.

Система радиосвязи при наличии бортовой аппаратуры называется системой с активной ретрансляцией сигнала, или системой с активным спутником. При этом энергоснабжение бортового ретранслятора осуществляется от солнечных батарей, находящихся на ИСЗ.

Активная ретрансляция является основной в современных системах передачи. Для примера рассмотрим структурную схему дуплексной связи между двумя ЗС при активной ретрансляции сигнала (рис. 12.1).

В данном случае передаваемый в одном направлении сигнал U1 подводится к модулятору 9 ЗС 8, в результате чего осуществляется модуляция колебаний с несущей частотой f1. Эти колебания от передатчика 10 подводятся к антенне11 и излучаются в сторону ИСЗ, где принимаются бортовой антенной 7 ретранслятора 1. Далее колебания

Рис. 12.1. Структурная схема радиосвязи через ИСЗ

4 – второй приемник ретранслятора; 5 – второй передатчик ретранслятора; 12 – детектор ЗС 8; 13 – приемник ЗС 8; 14 – приемная антенна ЗС 8; 16 – передающая антенна ЗС 15; 17 – передатчик ЗС 15; 18 – модулятор ЗС 15

с частотой f1 поступают на разделительный фильтр6, усиливаются приемником 2, преобразуются в частоту f2 и поступают к передатчику 3 бортового ретранслятора. С выхода передатчика 3 колебания с частотой f2 через РФ подводятся к бортовой антенне и излучаются в сторону Земли. Эти колебания принимаются антенной19 ЗС 15, подводятся к приемнику 20 и детектору 21, на выходе которого выделяется сигнал U1. Передача от ЗС 15 к ЗС 8 сигнала U 2 происходит на частоте f3 аналогичным образом, причем на бортовом ретрансляторе осуществляется преобразование колебаний с несущей частотой f3 в колебания с частотой f4.

ЗС соединяются с узлами коммутации сети связи(например, с междугородной телефонной станцией – МТС), с источниками и потребителями программ телевидения, звукового вещания с помощью наземных соединительных линий.

Очень распространенным и экономически выгодным является использование связных ИСЗ для организации ТВ и радиовещания.

В настоящее время под спутниковым ТВ и радиовещанием понимается как передача ТВ сигналов(со звуковым сопровождением), так

и радиовещательных звуковых сигналов от одного или нескольких земных передатчиков, связанных с центрами формирования ТВ и радиопрограмм, через ИСЗ на сеть земных приемных установок и распределение этих программ с целью доведения их до абонентов(телезрителей или радиослушателей) с помощью наземных средств связи (ретрансляторов различной мощности, СКТВ, средств коллективного и индивидуального приема). Как правило, в зоне обслуживания связным ИСЗ располагается сеть приемных ЗС различных типов. Для обеспечения высокого качества принимаемых ТВ и звуковых сигналов в спутниковых системах связи из-за очень больших расстояний между ЗС и ИСЗ принимают следующие меры [1]:

1)увеличивают мощность передатчика ЗС до 5…10 кВт;

2)усложняют приемопередающие антенны ЗС;

3)используют малошумящие усилители (смесители на входе приемников);

4)повышают эффективность приема с ЧМ за счет увеличения девиации частоты.

Взависимости от типа ЗС и назначения системы спутниковой связи различают следующие службы радиосвязи:

-фиксированная спутниковая служба (ФСС) – служба радиосвязи между ЗС, расположенными в определенных фиксированных пунктах, при использовании одного или нескольких спутников;

-подвижная спутниковая служба – между подвижными ЗС с участием одного или нескольких ИСЗ;

-радиовещательная спутниковая служба (РВСС) – служба радиосвязи, в которой сигналы спутниковых ретрансляторов предназначены для непосредственного приема населением. При этом непосредственным считается как индивидуальный, так и коллективный прием на сравнительно простые и недорогие установки с абонентским качеством. В нашей стране к ФСС относятся системы«Орбита-2», «Экран», «Москва»; РВСС только создается.

12.2. Орбиты спутников связи

Орбита – это траектория движения ИСЗ в пространстве. В системах связи могут использоваться ИСЗ, движущиеся по орбитам, которые отличаются следующими параметрами: формой (круговая или эллиптическая); высотой над поверхностью Земли Н или расстоянием от центра Земли; наклонением, т.е. углом i между экваториальной плоскостью и плоскостью орбиты. В зависимости от выбранного угла i орбиты подразделяются на экваториальные (i = 0), полярные (i = 90°) и наклонные (0 << i < 90°) . Эллиптические орбиты, кроме того, харак-

390 Глава 12. Спутниковые системы радиосвязи, радиовещания и телевидения

теризуются апогеем и перигеем, т.е. расстояниями от Земли соответственно до наиболее удаленной и до ближайшей точки орбиты.

Движение ИСЗ определяется законом Кеплера, причем для точных расчетов орбиты спутника должно учитываться не только притяжение Земли, но и поля тяготения других небесных тел (Луны, Солнца и других планет).

Особый интерес представляет геостационарная орбита – круговая орбита, находящаяся в экваториальной плоскости (i = 0) и удаленная от поверхности Земли на расстояние около 36 000 км. Если запустить ИСЗ на такую орбиту, то период обращения спутника вокруг Земли будет равен 24 ч, т.е. периоду обращения Земли вокруг своей оси. При условии совпадения направления вращения Земли с направлением движения спутника по орбите такой спутник будет казаться неподвижным относительно земного наблюдателя, т.е. стационарным относительно Земли (геостационарным). В действительности спутник, математически точно запущенный на геостационарную орбиту(ГСО), не остается неподвижным, а из-за эллиптичности Земли, действия возмущающих внешних сил медленно уходит из заданной точки и совершает периодические (суточные) колебания по долготе и широте. Поэтому на ИСЗ должна быть система автоматической стабилизации и удержания его в заданной точке ГСО. Это следствие является очень важным, так как позволяет осуществлять через ИСЗ круглосуточные радиосвязь и радио- и ТВ вещание и использовать земные приемные установки с простыми неподвижными антеннами, не требующими автоматического наведения на ИСЗ. Зона видимости одного геостационарного ИСЗ охватывает почти треть поверхности Земли, однако полярные районы, находящиеся выше 75–78° северной и южной широт, обслуживаются плохо, так как ИСЗ виден в этих районах под малыми углами с земной поверхности. Это вызывает дополнительное ослабление сигналов в атмосфере Земли, повышенный уровень шумов

иухудшение условий приема из-за отражений сигнала от поверхности Земли и местных предметов.

Внастоящее время на ГСО находятся несколько сотен ИСЗ связи

ивещания, что приводит к необходимости международного регулирования и координации использования этой орбиты во избежание взаимных помех между различными системами связи. В нашей стране на ГСО в настоящее время находятся ИСЗ типа«Горизонт», «Экран», «Экспресс», «Галс».

Вближайшее время планируется запуск на ГСО спутников новой спутниковой системы связи «Ямал». Группа ИСЗ «Ямал-100» будет работать по принципу ФСС, а спутники «Ямал-300» будут использоваться для РВСС. Спутниковая система «Ямал» создается для обслуживания газопроводов, создания систем служебной связи, мониторинга земной поверхности и выполнения других специальных функ-