Тема 3. Принципы построения систем и сетей радиосвязи

[Л1.стр.474-496;Л.2.стр.257-264]

Изучение темы следует начать с уяснения понятий: радиоканал, система радиосвязи (СРС), радиоствол, линейный сигнал. Рассмотреть классификацию систем радиосвязи. Радиорелейные и спутниковые линии связи являются одним из основных видов линий передачи первичной сети ВСС РФ. Передача сигналов по ним осуществляется в диапазонах дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн , в которых можно разместить рабочие частоты большого числа станций, работающих с широкой полосой частот. Устойчивая связь с нужным качеством в этих диапазонах возможна только в пределах прямой видимости, вследствие чего для увеличения дальности связи используют ретрансляцию сигналов с помощью цепочки приемопередающих станций (в радиорелейных линиях связи) или же размещают ретранслятор, на ИСЗ (в спутниковых линиях связи). С целью увеличения пропускной способности и эффективности СРС делают многоствольными (до нескольких десятков стволов в бортовом ретрансляторе ИСЗ). Для минимизации взаимных помех распределение частот приема и передачи между стволами производят в соответствии с частотным планом. При двухчастотном плане для каждого дуплексного ствола выделяется своя пара рабочих частот, одна их которых используется для приема, а другая – для передачи. При четырехчастотном плане для обратного ствола выбирают рабочие частоты, отличные от рабочих частот прямого ствола. В многоканальных СРС имеются две ступени модуляции. Первая модуляция производится в каналообразующем и групповом оборудовании на сетевых станциях и узлах коммутации (однополосная АМ в аппаратуре ЧРК; ИКМ в аппаратуре ВРК). Вторая модуляция осуществляется в оконечном оборудовании ствола, где ВЧ сигнал промежуточной частоты модулируется (или манипулируется) групповым сигналом. В цифровых РРЛ и ССС наибольшее применение находит фазовая манипуляция (ФМ), которая обеспечивает большую помехозащищенность по сравнению с АМ и ЧМ.

В системах радиосвязи передатчик, включающий модулятор, преобразователь частоты, усилитель мощности (УСВЧ), фидер и передающую антенну предназначен для формирования ВЧ колебаний заданной мощности и номинальной частоты. В модуляторе осуществляется модуляция (манипуляция) ВЧ колебаний информационными (групповыми) сигналами, сформированными в оконечном оборудовании ВЧ ствола. С помощью передающей антенны энергия выходных ВЧ колебаний передатчика преобразуется в энергию электромагнитных волн, далее распространяющихся в свободном пространстве. Приемная антенна обеспечивает преобразование энергии приходящих электромагнитных волн в энергию ВЧ электрических колебаний, которые по фидеру поступают на вход приемника, в котором осуществляется оптимальная обработка полезного сигнала (его выделение из множества других, ослабление мешающего действия помех, усиление) и демодуляция.

Основными типами антенн в диапазонах дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн являются антенны типа «волновой канал» и апертурные антенны (рупорные, зеркальные, параболические). При изучении приемопередающего оборудования следует обратить внимание на ясное понимание назначения каждого из элементов структурных схем приемников и передатчиков (антенн, устройств совмещения, смесителей - преобразователей частоты, гетеродинов, полосовых фильтров, УПЧ, УСВЧ и др.), а также их основных параметров, характеризующих качество работы (стабильность частоты, диаграмма направленности и коэффициент усиления антенн, чувствительность приемника и его коэффициент шума, избирательность и др.).

Ослабление сигнала на его пути от антенны передатчика до антенны приемника обусловлено сферическим расхождением фронта волны по мере его удаления от источника и в свободном пространстве (в космосе) прямо пропорционально квадрату расстояния между передатчиком и приемником. В реальной действительности условия распространения радиоволн существенно отличаются от условий их распространения в свободном пространстве из-за влияния атмосферы Земли и земной поверхности. Для учета этого влияния вводится понятие множителя ослабления поля свободного пространства, который зависит от многих факторов (от рельефа и электрических параметров земной поверхности, от высоты антенн, метеорологических условий и др.). Случайные изменения множителя ослабления приводят к замираниям сигнала на входе приемника и к ухудшению качества связи. Основной причиной быстрых замираний является интерференция прямой и отраженных от земной поверхности или неоднородностей тропосферы волн. Для борьбы с замираниями широко применяется метод разнесенного приема (по пространству, по частоте или их комбинации) Величина пространственного разноса антенн приемников или сдвиг частот двух передатчиков определяется условием статистической независимости (некоррелированности) замираний сигнала на входе этих антенн или на этих частотах приема.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение радиосвязи. Нарисуйте структурную схему системы радиосвязи.

2. Чем отличается радиолиния от радиосети?

3. Поясните смысл симплексной и дуплексной радиосвязи

4. Поясните механизм возникновения интерференционных замираний радиосигнала в месте приема.

5. Назовите основные модуляции и манипуляции несущей радиопередатчика, укажите их достоинства и недостатки

6. Перечислите основные функциональные элементы радиопередатчика и радиоприемника.

7. Изобразите диаграмму уровней сигнала на пролете от выхода передатчика до входа приемника.