Основы проектирования предприятий радиосвязи и вещания

Дисциплина “Основы проектирования предприятий радиосвязи и вещания”. 1. Основные принципы организации радиосвязи и вещания. 1.1.Требования, предъявляемые к системам радиосвязи и вещания. В конце XIX века существующая проводная связь не могла удовлетворять быстрорастущие потребности промышленности, транспорта и судоходства, которые нуждались в беспроволочной связи. 7 мая 1895 года на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге русский ученый А.С.Попов продемонстрировал устройство для приема электромагнитных волн. Через несколько лет состоялись уже первые сеансы радиосвязи при снятии с камней броненосца “Генерал-адмирал Апраксин”. Упрощенная структурная схема радиолинии. Обозначения на схеме: С – сообщение (телефонное, телеграфное, телевизионное и т.д.); П- преобразователь сообщения в электрические сигналы (микрофон, телеграфный аппарат, передающая телевизионная камера и т.д.); ПРД – радиопередающее устройство; М – модулятор; СНЧ – синтезатор несущей частоты; УМК – усилитель модулированных колебаний; А - передающая антенна; Ф – фильтр (для выделения колебаний определенной частоты); Д – демодулятор; П- преобразователь электрических сигналов в сообщение (телефон, телеграфный аппарат, телевизионный приемник и т.д.). Требования, предъявляемые к системам радиосвязи и вещания: 1. Возможность обмена информацией любого пункта с любым другим. 2. Устойчивость связи и вещания в любых метеоусловиях. 3. Минимизация затрат на организацию связи и вещания, а таже их эксплуатацию. 4. Доступность и простота в пользовании широкими группами потребителей. 5. Развитие и увеличение объемов передаваемой информации без изменения принципов организации связи и вещания. 6. Соответствие размещения средств радиосвязи размещению производительных сил. 1.2.Особенности организации радиосвязи и вещания. Радиосвязь организуется с целью передачи сообщения или обмена сообщениями между определенными абонентами или группами абонентов. К основным видам радиосвязи можно отнести: 1. коротковолновую радиосвязь, 2. радиорелейную радиосвязь, 3. спутниковую радиосвязь. Коротковолновая радиосвязь – это малоканальная радиосвязь, которая может быть организована на любые расстояния (до нескольких тысяч километров). Появление данного вида радиосвязи относится к началу 20-х годов прошлого века, когда было открыто свойство коротких волн обеспечивать связь на большие расстояния. Но в виду малой пропускной способности и низкого качества передачи сообщений на магистральных направлениях эти радиолинии используются в качестве резерва. Линии радиорелейной связи используют УКВ диапазон, который обладает преимуществом относительно коротковолнового диапазона – широкополосность. Но так как поверхностная волна этого диапазона распространяется только в пределах прямой видимости, радиорелейные системы связи основаны на ретрансляции сигналов посредством промежуточных станций. В России радиорелейные линии связи начали использовать с середины прошлого века и используются для передачи любых сообщений на магистральных направлениях и зоновых линиях связи. Спутниковая связь. Первый в истории запуск искусственного спутника земли был осуществлен в нашей стране 4 октября 1957 года. В настоящее время в основном используются активные спутниковые ретрансляторы, которые принимают сигнал с земного передатчика, усиливают его, преобразуют в другую полосу частот и излучают в направлении приемной земной станции. Спутниковые системы связи также используют УКВ диапазон и поэтому могут передавать сообщения, в том числе и телевизионное изображение, на большие расстояния. Некоторые исторические сведения о развитии радиосвязи в России: 1965 Выведен на высокоэллиптическую орбиту первый советский связной ИСЗ “Молния-1”, предназначенный для ретрансляции телевидения и телефонно-телеграфных сообщений. 1967 Начала действовать первая в мире распределительная система спутникового телевизионного вещания “Орбита”. Завершено сооружение в Москве уникальной радиотелевизионной башни из предварительно напряженного железобетона высотой 533 м (автор проекта Н.В.Никитин). 1976 Введена в действие первая в мире спутниковая система непосредственного вещания “Экран”. 1988 Введена в действие волоконно-оптическая линия связи Ленинград - Сосновый бор протяженностью 120 км. 1989 Начала работать спутниковая система “Москва - Глобальная”, обеспечивающая прием отечественных телевизионных программ на территории практически всех стран мира. 1991 Создано Министерство связи Российской Федерации – Федеральный орган, организующий и регулирующий работу телекоммуникационного комплекса страны. В Москве и Санкт-Петербурге введены в эксплуатацию первые в России сотовые сети радиосвязи. 1992 Принята программа развития системы спутниковой связи и вещания “Россия”, предусматривающая создание трех подсистем: фиксированной спутниковой службы, подвижной связи и непосредственного телевизионного вещания. 1993 Вступила в действие цифровая подводная волоконно-оптическая линия связи Дания – Россия (Копенгаген – Кингисепп), положившая начало участию России в создании глобального кольца цифровой связи. 1994 Государственная компания “Ротелеком” преобразована в одноименное акционерное общество, контрольный пакет акций которого закреплен за государством. Образована инвестиционная холдинговая компания “Связьинвест”. Выведен на орбиту спутник “Галс” для системы непосредственного телевизионного вещания. Запущен в космос спутник связи нового поколения “Экспресс”, отвечающий мировым стандартам. 1995 11 января утверждена президентская программа “Российский народный телефон”. 16 февраля введен в действие Федеральный закон “О связи”. Завершен первый этап создания мощных супермагистралей связи (Россия – Дания, Италия – Турция – Украина – Россия, Россия – Япония – Корея) на основе цифровых волоконно-оптических и радиорелейных линий связи и современного цифрового оборудования. 1996 В марте введена самая протяженная в мире (около 7,5 тыс. км) цифровая радиорелейная линия Москва – Хабаровск, пропускная способность которой составляет 11500 каналов. Реализация проекта позволила России замкнуть глобальное цифровое кольцо связи и выйти в мировое телекоммуникационное пространство. Обеспечен ввод первой очереди многопрограммного радиовещания системы “Рабита” через космический аппарат “Горизонт”. Особенности радиосвязи по сравнению с другими видами связи: 1. Возможность организации как ненаправленных, так и направленных систем связи. 2. Возможность организации связи с движущимися объектами. 3. Преодоление различных естественных препятствий. 4. Возможность комбинирования линий радиосвязи с проводными линиями. Радиовещание. Принципиальное отличие радиовещания от радиосвязи состоит в том, что в радиовещании информация передается в виде вещательной программы и только в одном направлении – от передающей вещательной радиостанции к приемным устройствам радиослушателей или зрителей. Первая вещательная радиостанция начала работать в Москве в 1922 году и имела мощность 12 кВт, но в это время это была самая мощная радиостанция в мире. Пробное телевизионное вещание было в Москве в 1931 году, а регулярное черно-белое телевизионное вещание с 1939 года. С 1948 года ведется телевизионное вещание в стандарте 625 строк. 2. Классификация и общая характеристика радиолиний. Радиоканал – это совокупность технических средств и среды распространения радиоволн, обеспечивающих преобразование сообщения в электрические сигналы, передачу их в виде электромагнитных колебаний и прием с обратным преобразованием. Один или несколько радиоканалов образуют соответственно одно- или многоканальную радиолинию. Радиолинии классифицируются по большому числу признаков: 1. По назначению: - международные - внутригосударственные 2. По потокам сообщений: - магистральные - зоновые - местные 3. По роду работы: - телефонные - телеграфные - телевизионные, и так далее по виду передаваемой информации 4. По направлению обмена: - односторонняя - двухсторонняя (передача и прием) 5. По характеру связи: - симплексная - дуплексная. При двухсторонней связи, если передача и прием осуществляются поочередно, то такая радиосвязь называется симплексной (рисунок 1). Рис.1. Симплексная связь. Положительные моменты симплексной связи: передатчик и приемник могут размещаться в одном месте, и используется одна частота. Отрицательный – низкий КПД (коэффициент полезного действия) – 50%. Симплексная связь используется, как правило, при наличии небольших информационных потоков. Для объектов с большой нагрузкой характерна дуплексная связь – это двухсторонняя радиосвязь, при которой связь между радиостанциями осуществляется одновременно (рисунок 2). Рис.2. Дуплексная связь. При дуплексной связи передатчик и приемник могут располагаться в непосредственной близости друг от друга, если мощность передатчика не более 5 кВт. В других случаях они располагаются на большом расстоянии. Для координации их работы организуется радиобюро, к которому по соединительным линиям подключаются абоненты (рисунок 3). Оператор радиобюро коммутирует определенных абонентов с определенными передающими и приемными радиосредствами. Рис.3. Использование радио бюро. 6.По используемому диапазону частот. Сейчас используются 9 диапазонов частот (длин волн). Обозначение этих диапазонов приводится в таблице1. Таблица 1. Используемые диапазоны. Номер диапазона (полосы частотного спектра) Обозначение диапазона (полосы) Диапазон частот Диапазон длин волн Метрическое наименование диапазона волн 1 ОНЧ (очень низкие частоты) 3…30 кГц 10…100 км Мириаметровые 2 НЧ 30…300 кГц 1…10 км Километровые 3 СЧ (средние частоты) 300…3000 кГц 10км…100м Гектометровые 4 ВЧ 3…30 МГц 10…100 м Декаметровые 5 ОВЧ (очень ВЧ) 30…300МГц 1…10 м Метровые 6 УВЧ (ультра ВЧ) 300…3000 МГц 10…100 см Дециметровые 7 СВЧ (сверх ВЧ) 3…30 ГГц 1…10 см Сантиметровые 8 КВЧ (крайне ВЧ) 30…300 ГГц 1…10 мм Миллиметровые 9 ГВЧ (гипер ВЧ) 300…3000 ГГц 0,1…1 мм Децимилли-метровые 7. По характеру распространения радиоволн различных диапазонов Длинные волны (ДВ) (с длиной волны 3000 м и выше) – это волны части километрового и мириаметрового диапазонов. Отличительная особенность этих волн – способность поверхностной волны огибать землю. Поэтому напряженность поля значительна на больших расстояниях (1500…2000 км). “-” Но требуются передатчики большой мощности, так как пространственные волны вследствие небольшой частоты отражаются от ионосферы и сильно поглощаются землей. Также недостатком является необходимость строить высокие антенны (несколько сотен метров) и невозможно разместить в этих диапазонах большое число каналов. “+” Но можно организовать надежную связь. Поэтому в этих диапазонах работают мощные радиостанции для всемирной радиосвязи, имеющие стратегическое значение. Они могут обеспечивать бесперебойную радиосвязь с объектами на любом удалении (в том числе с подводными лодками в погружении). В этом диапазоне созданы службы передачи точных частот, службы времени и используются для других научно-исследовательских целей. Средние волны (СВ) (3000 м – 100 м) – часть километрового и гектометровый диапазон. (Распространение волн в этом диапазоне может осуществляться поверхностным и пространственным лучом.) В дневные часы пространственные волны практически отсутствуют, так как сильно поглощаются атмосферой с большой степенью ионизации. Поэтому связь на этих волнах днем осуществляется только поверхностной волной и имеет небольшую дальность распространения (1000…1500 км). Дальность может увеличиться вечером и ночью, так как поглощение ионосферой уменьшается, пространственная волна отражается и в точке приема накладывается на поверхностную. Если фазы этих волн оказываются противоположными, амплитуда волны гасится. Если же при наложении волн фазы совпадают, амплитуда резко возрастает. Такое явление называется замиранием и чаще наблюдается на коротких волнах этого диапазона. Для борьбы с этим явлением используют разнесенный прием (на несколько антенн, расположенных друг от друга на расстоянии кратном длине используемой волны) и автоматическую регулировку усиления. Другой недостаток – большой уровень атмосферных и промышленных помех. Но диапазон очень широко используется во многих странах для организации радиовещания (синхронное радиовещание). Короткие волны (КВ) (100 – 10 м) декаметровый диапазон. Поверхностная волна сильно поглощается землей, дальность распространения не превышает 100 км. Для связи используется пространственная волна. Принципы распространения этих волн будут рассмотрены позднее. Связь на КВ остается пока основным видом межконтинентальной связи, для радиовещания в труднодоступные районы страны и для всех других стран. Ультра короткие волны (УКВ) (длина волны короче 10 м). К этому диапазону относятся волны метрового, дециметрового, сантиметрового, миллиметрового, децимиллиметрового диапазонов. Основное достоинство данного диапазона – возможность передачи широкополосного сигнала. В течение многих лет использование УКВ ограничивалось прямой видимостью между антеннами передатчика и приемника, так как эти волны не могут огибать выпуклости земной поверхности. Степень же ионизации атмосферы недостаточна для отражения этих волн. (Они могут отражаться только в период высокой солнечной активности и то лишь для нижней частоты метрового диапазона 7…10 м). Поэтому для осуществления дальней связи в этом диапазоне необходимо устанавливать промежуточные ретрансляторы или поднимать антенны на большие высоты. Первый принцип используется в радиорелейных системах передачи, по которым можно организовать большое количество каналов связи. Широкополосность этого диапазона дает возможность передать телевизионное изображение, но для увеличения зоны обслуживания ТВ вещания необходимо использовать антенны на высоких башнях. Останкинская телебашня – 533 м. 8. По виду модуляции: Может использоваться: АМ – амплитудная модуляция, ЧМ – частотная модуляция, ФМ – фазовая модуляция, ИМ – импульсная модуляция, Частный случай – частотная и фазовая манипуляция. 9. По количеству каналов: Малоканальные радиолинии – СВ, ДВ, КВ диапазонов, простейшие радиолинии. Многоканальные радиолинии – УКВ диапазона, радиорелейные линии и радиолинии с использованием ИСЗ. 10. По времени действия: - радиолинии, обеспечивающие круглосуточную радиосвязь; - радиолинии с ограниченным временем работы по расписанию. 11. По способу ретрансляции: - прямые; - ретрансляционные радиолинии. 3. Организация радиолиний декаметрового диапазона волн. 3.1. Особенности организации радиолиний в декаметровом диапазоне. Декаметровый диапазон волн – это волны с длиной – 100…10 м, иначе называется «Короткие волны», по значению частот – это высокие частоты: 3…30 МГц. Особенности распространения коротких волн: 1. Энергия поверхностной волны сильно поглощается земной поверхностью, дальность распространения не превышает 100 км и практически не используется. 2. Пространственная волна обладает способностью отражения от верхних слоев атмосферы и поэтому подвержена влиянию изменения ее состояния, что существенно сказывается на особенностях распространения этих волн. Рассмотрим строение газообразной оболочки земли, которая называется атмосферой. Она подразделяется на 3 основных слоя(рисунок 1). Рис.1. Строение атмосферы. Ионосфера – это ионизированный слой малой плотности. Под воздействием ультрафиолетового излучения солнца нейтральные молекулы расщепляются на ионы и электроны, концентрация которых на различных высотах различна, что и влияет на отражение коротких волн. Степень ионизации существенно зависит от активности солнца, которая изменяется со средним периодом 11,3 года (по данным, начиная с 1750 года). Изменение солнечной активности представлено на рисунке 2. Ионосфера неоднородна и представляет совокупность ионизированных слоев или областей, возникших под влиянием солнечной радиации и плавно переходящих одна в другую, представленных на рисунке 3. Слой “F” имеет максимальную электронную концентрацию и является основной отражающей областью. Днем это область как бы расщепляется на 2 слоя “F” и “F”, из которых “F” обладает лучшей отражающей способностью. Ночью ионизация в области “F” ослабевает, но частично сохраняется. Выше области “F” электронная концентрация быстро убывает. В области “E” ионизация происходит, в основном, от мягкого рентгеновского излучения Солнца. Высокая ионизация слоя “E” наблюдается в экваториальных областях, и в этих областях слой “E” обладает отражающей способностью. В средних и высоких широтах данный слой обладает в основном поглощающей способностью, кроме “E - образований” – облаков с повышенной ионизацией. Рисунок 2 – Изменение солнечной активности Рисунок 3 – Строение ионосферы Ионизация области “D” в основном обусловлена рентгеновским излучением Солнца. Ионизация максимальна в полдень и быстро падает, когда Солнце скрывается за горизонтом. Этот слой обладает в основном отражающей способностью, но во время солнечных вспышек резко возрастает ионизация слоя. Это приводит к внезапным ионосферным возмущениям, следствием которых является полное нарушение коротковолновой связи на освещенной половине земного шара на срок от нескольких минут до нескольких десятков минут. Таким образом, разные слои ионосферы в разное время суток обладают разной отражающей способностью в разных географических территориях. Поэтому состояние ионосферы нужно постоянно исследовать. Самым распространенным способом исследования является вертикальное зондирование передатчиком, посылающим частотные импульсы вертикально вверх. За сеанс зондирования снимается полная высотно-частотная характеристика, важнейшими параметрами которой являются критические частоты и высоты слоев. Высота слоя, от которого произошло отражение, определяется по времени возврата отраженного импульса. Критическая частота – это наиболее высокая частота, отраженная от данного слоя. Обозначение: например, fE – критическая частота слоя “E”. Все частоты, меньшие по значению критической частоты данного слоя, отражаются от этого слоя, а все частоты, большие уходят к следующему слою и, если они по значению меньше критической частоты следующего слоя, отражаются от данного слоя и возвращаются на землю. Частоты, большие по значению критической частоты слоя “F”, не отражаясь, уходят в космическое пространство. Изложенный принцип отражения частот представлен на рисунке 4. Рисунок 4 – Вертикальное зондирование Критические частоты, определенные при вертикальном зондировании, использовать практически невозможно, поэтому на базе критических частот определяются максимально применимые частоты (МПЧ) – это максимальная частота, которая отражается от слоя при определенном наклоне луча по отношению к горизонту. То есть, когда сообщение передается на определенное расстояние (рисунок 5). Рисунок 5 Расстоянием скачка называется то расстояние, на котором сигнал может быть принят при однократном отражении от слоя. При отражении от слоя “F” максимальное расстояние скачка – 3000 – 4000 км. Например, при отражении от слоя Fи длине скачка 3000 км, значение максимально-применимой частоты определяется по следующей зависимости: МПЧ (3000 F) = 3,5 f F Значение МПЧ зависит от времени суток, сезона года, географической широты точки отражения и солнечной активности. (Обычно значение МПЧ выше в летние месяцы, чем в зимние.) На рисунке 6 изображено суточное изменение значения МПЧ. Волны с длиной – 10-25 м – получили название дневных, 35-100 м – ночные волны, а волны с длиной 25-35 м – лучше распространяются в часы полуосвещенности. На практике используется не максимально применимые частоты, а оптимальные рабочие частоты (ОРЧ), которые на 15% ниже МПЧ. ОРЧ = 0,85 МПЧ. То есть, на практике уменьшается значение применимой частоты, так как состояние ионосферы постоянно изменяется и для организации связи или вещания необходим запас для возможности отражения волны. Рисунок 6 – Изменение МПЧ за сутки На многих станциях мира ведется вертикальное зондирование, что дает возможность строить прогнозные карты глобального распределения критических частот на несколько месяцев вперед, которые используются для расчета МПЧ и ОРЧ. Классическим видом ионосферного распространения коротких волн является односкачковый вариант, когда волна, отразившись от слоя, возвращается к Земле. Но распространение может быть и двух скачковым (рисунок 7). Волна после первого скачка отражается от Земли и приходит в точку “B” после повторного отражения от слоя “F”. Теоретически отражение может быть много скачковым вплоть до полного огибания Земли. Рисунок 7 – Двух скачковый вариант распространения коротких волн Ограничена не только максимальная длина одного скачка, но и минимальная, поскольку преломление радиоволны может наблюдаться лишь при углах больших некоторого критического (). Этим объясняется существование “зоны молчания” (ЗМ) (рисунок 8). Рисунок 8 Существование “зоны молчания” можно пояснить на графике изменения напряженности поля сигнала для поверхностной и пространственной волны, представленного на рисунке 9. ЗНП – зона неуверенного приема ЗУП – зона уверенного приема Рисунок 9 – График изменения напряженности поля сигнала В декаметровом диапазоне может наблюдаться явление замирания, так как волна распространяется расширяющимся лучом в пределах угла (). Разные участки одной и той же волны отражаются при различной глубине проникновения и поэтому достигают поверхность земли в разных точках (рисунок 10). Рисунок 10 В точке приема “B” появляются лучи, которые распространяются путем однократных или многократных отражений. На приемную антенну воздействует несколько колебаний с разными амплитудами и фазами, что приводит к замираниям (резкое возрастание или падение амплитуды). Для борьбы с этим явлением используется разнесенный радиоприем на несколько антенн, расположенных на расстоянии, кратном длине используемой волны. Этот диапазон широко используется для: - магистральной (резервные каналы) и зоновой связи; - подвижной ведомственной связи; - звукового радиовещания для удаленных районов. 3.2. Уравнение устойчивой связи При использовании декаметрового диапазона параметры тракта обладают непостоянством из-за постоянно изменяющегося состояния ионосферы. Но для устойчивости связи изменение параметров на приемном конце должно быть компенсировано изменением параметров передающего устройства. Аналитическое выражение, устанавливающее взаимосвязь параметров устройств радиолинии в соответствии с параметрами окружающей среды, называется уравнением устойчивости. Первым этапом вывода уравнения устойчивости является определение критерия устойчивости. В качестве такого критерия может быть выбрано соотношение уровня сигнала и помехи на входе приемного устройства, которое называется коэффициентом помехозащищенности приема - П (1). П (1) П= (2) П- коэффициент помехозащищенности приемной антенны (2). U и U - напряжение сигнала и помехи в полосе пропускания на входе приемника; E и E - напряженность поля сигнала и помехи возле приемной антенны. Из (1) и (2) можно вывести минимальную напряженность поля сигнала (3). Если напряженность поля сигнала будет меньше этого минимального значения, сигнал может принят с ошибками (рисунок 11): E= (3) t - промежутки времени, когда сигнал не принят или принят с ошибками. Рисунок 11 – График изменения напряженности поля Из теоремы Котельникова: E = , где: (4) S = S – вероятность ошибочного приема; T – период наблюдения. S - для коммерческой связи. S - для передачи данных. n – кратность разнесения или количество разнесенных антенн, на которые осуществляется прием. Если подставить (3) в (4), то: E = (5) На практике: E = E , где (6) эквивалентная мощность передатчика: P = P (7) Е - единичная напряженность поля, которая определяется по графикам в зависимости от длины волны и времени суток (рисунок 12). Рис. 12. Единичная напряженность поля. Из (6) и (7): P = (8) P= Полученное уравнение называется уравнением устойчивости радиосвязи, которое уравнивает параметры окружающей среды - с параметрами используемых технических средств - P, П, П, , . 3.3 Волновое расписание При организации радиолиний декаметрового диапазона в течение суток необходимо менять используемую длину волны или частоту, учитывая особенности распространения этих волн (смотри раздел 3.2). Используя данные радиопрогнозов и опыт эксплуатации, можно определить, какие волны должны применяться в то или иное время. Под волновым расписанием понимают распорядок работы радиолинии на различных волнах в течение суток. Для составления волнового расписания необходимо предварительно определить оптимальные рабочие волны по следующей последовательности: 1. Определяются географические координаты пунктов связи, трасса радиолинии и длина трассы. 2. Определяется количество скачков (n) и длина одного скачка (l). n = , (1) где L - длина трассы радиолинии; l- максимальная длина одного скачка – 4000 км. При расстоянии между пунктами связи до 4000 км получаем односкачковый вариант организации связи. Рисунок 12. Односкачковый вариант организации связи При расстоянии между пунктами связи более 4000 км можно получить два и большее количество скачков. Например, при расстоянии 6000 км: n = 2 ск. А длина одного скачка: l = = 3000 км. Рисунок 13. Двухскачковый вариант 3. Определяются координаты точек отражения. 4. По базисному времени (в точке передачи) определяется местное время в точках отражения. Если трасса ориентирована вдоль меридиана, то местное время во всех точках одинаково. А, если трасса ориентирована вдоль широты, то местное время во всех точках будет разным и при изменении расстояния на 1000 км местное время меняется на 1 час. 5. По графикам радиопрогнозов определяется значение ОРЧ (оптимальная рабочая частота) для каждой из точек отражения для различных значений базисного времени. 6. Определяются значения ОРЧ для всей радиолинии в целом по минимальному значению ОРЧ всех точек отражения для каждого значения времени. Выбирается минимальное значение, так как частота должна отразиться, учитывая изменяющееся состояние ионосферы. Пример. Таблица 1. Определение значений ОРЧ (ОРВ) Базисное время в т. А. 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 Первая точка отра-жения Местное время 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 ОРЧ, МГц 11,2 11,6 12,0 12,5 13.0 13.7 13.3 12.8 12.4 11.9 11.5 11.5 Вторая точка отра-жения Местное время 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 2 ОРЧ, МГц 11,8 12.0 12,3 13.1 13,9 14.0 13.0 12.5 12.0 11.6 11.2 11.2 ОРЧ всей линии, МГц 11,2 11,6 12,0 12,5 13.0 13.7 13.0 12.5 12.0 11,6 11.2 11.2 ОРВ всей линии, МГц 26.7 25.9 25.0 24.0 23.1 21.9 23.1 24.0 25.0 25.9 26.7 26.7 ОРВ – оптимальная рабочая волна, которая определяется по формуле (2): , (2) где  - значение длины волны; c – скорость света, c = ; f – значение частоты в Гц. 7. Строится график ОРВ радиолинии. Рисунок 14. График оптимальной рабочей волны за сутки Значение оптимальной рабочей волны изменяется непрерывно. Практически использовать такие постоянно изменяющиеся значения волны невозможно. Поэтому используется некоторое количество фиксированных волн, близких по значению к оптимальному, при соблюдении условия: , так как волна должна отразиться от ионосферы, состояние которой постоянно изменяется. Для составления волнового расписания задаются определенным количеством фиксированных рабочих волн, обычно: n = . Рассчитываются рабочие волны по следующей зависимости: =  =  . (3) . . =  q = , где n – заданное количество рабочих волн; - значение оптимальной рабочей волны, соответственно – максимальное или минимальное, определяемое по таблице 1. В данном примере = 26.7 м  = 21.9 м Рассчитанные значения рабочих волн откладываются на графике оптимальной рабочей волны. Рисунок 15. Волновое расписание Абсциссы точек пересечения рабочих волн с оптимальной волной соответствуют времени перехода с одной рабочей волны на другую. Волновое расписание записывается в форме таблицы (таблица 2). Таблица 2. Волновое расписание для круглосуточной работы радиолинии Время перехода с одной рабочей волны на другую , м f, МГц Период работы на данной рабочей волне t  f t- t t  f t- t t  f t- t t   f t- t Эффект от составления волнового расписания: 1. Уменьшаются взаимные помехи между радиоканалами, то есть можно увеличить количество одновременно работающих каналов. 2. Увеличивается устойчивость радиосвязи и вещания. 3. Уменьшается мощность используемых передатчиков, то есть уменьшаются затраты на эксплуатацию радиолиний. 4. Организация систем связи с использованием искусственных спутников земли (ИСЗ) 4.1. Принципы организации спутниковых систем связи Первые ИСЗ запущен в СССР 4 октября 1957 года. Достоинства спутниковых систем связи (ССС): - возможность передачи любых видов информации, в том числе широкополосных (телевизионное изображение), так как спутниковые системы связи организуются в широкополосном диапазоне УКВ. - гибкость в организации связи на больших территориях, так как можно переместить наземные пункты связи, если они находятся в зоне видимости данного спутника, принцип организации связи при этом не изменится. - возможность организации межконтинентальной связи, так как один спутник может охватывать большие территории. Недостатки ССС: - большие единовременные затраты на спутник, его запуск на орбиту, наземное оборудование; - эффективна организация этих систем при организации связи на большие расстояния; - невозможность выделения сигнала в промежуточном пункте. Организация ССС в сантиметровом диапазоне: 1-10 ГГц. Варианты построения ССС: 1. Связь двух приемо-передающих станций через один ИСЗ (рисунок 1). Рисунок 1 Это наиболее простой вариант спутниковой связи. Недостаток – ограниченная дальность передачи сообщения – 12 тыс. км. 2. Разновидностью предыдущего варианта является система спутниковой связи с много станционным доступом (МСД) – рисунок 2. Рисунок 2 Если спутник находится в зоне радио видимости нескольких земных станций, то возможна их работа через один спутниковый ретранслятор. Чтобы станции не создавали взаимных помех, возможно использование трех способов разделения сигналов земных станций: - частотный, - временной, - кодовый. При частотном разделении за каждой станцией закрепляется своя пара частот (приемная и передающая). При временном разделении каждой станции выделяется определенный временной интервал для поочередной передачи сигналов. При кодовом способе кодированные сигналы нескольких станций передаются одновременно в одной полосе частот, а приемники земных станций выделяют только тот сигнал, код которого совпадает с кодом, заложенным в данной станции. 3. Связь оконечных земных станций через два ИСЗ с использованием наземной ретрансляции (рисунок 3). Рисунок 3 Такой вариант обеспечивает большую дальность передачи сигналов, но сигнал проходит длительное время через пункты наземного переприема. Поэтому данный вариант может использоваться только для подачи программ вещания. 4. Связь через два ИСЗ без наземного переприема (рисунок 4). Рисунок 4 Данный вариант построения ССС используется для организации межконтинентальной связи. Комплексы ССС: 1) земной – наземные станции; 2) космический – спутники связи; 3) управления – АСУ ССС. 1)Земные станции могут быть стационарными и мобильными, а также: - приемо-передающими, используемыми в системе связи. - только приемными, которые используются в системе звукового и телевизионного вещания. - только передающие, которые используются в системе звукового и телевизионного вещания или как абонентские станции в спутниковой службе спасения и передающие сигналы “SOS” при аварии. 2)Космический комплекс – это группировка спутников, находящихся на орбите, присущей данной орбите связи. Число спутников определяется видами орбит и назначением данной системы связи (их количество от одного до нескольких десятков). 3)Комплекс управления. В системе управления имеется несколько разнесенных пунктов управления (основной и резервный). Центр управления осуществляет планирование ССС, направлений связи с учетом требуемых зон обслуживания. Центр управления принимает все сигналы, которые выдаются бортовым комплексом управления, анализирует их и выдает необходимые команды управления на спутник. 4.2. Классификация ССС Классифицировать ССС можно по следующим признакам: 1) По способу ретрансляции сигнала; 2) По виду используемых орбит; 3) По назначению линий связи; 4) По числу земных станций, работающих на один ретранслятор. По способу ретрансляции сигнала ССС делятся на: 1. системы с активным ретранслятором. 2. системы с пассивным ретранслятором. При пассивной ретрансляции бортовой ретранслятор – это металлизированная сфера, от которой сигнал отражается. Отсутствие на борту аппаратуры уменьшает стоимость линии связи, увеличивает надежность работы ретранслятора, но сигнал только отражается и не усиливается, чтобы на приемном конце выделить этот слабый сигнал от помехи, надо уменьшить полосу пропускания, то есть уменьшается число каналов. В качестве пассивного ретранслятора может быть использована Луна, но пропускная способность уменьшается, так как расстояние до Луны большое и сигнал сильно затухает, отраженный от Луны луч имеет многолучевой характер, так как поверхность Луны неровная. Еще один недостаток – связь круглосуточная невозможна, так как Луна находится не в одной точке относительно Земли. Активные ретрансляторы используются для передачи больших объемов информации. Устанавливается приемо-передающее оборудование, обеспечивающее усиление сигнала, то есть пропускная способность увеличивается, но наблюдается ограниченность энергоресурсов (используются солнечные батареи), меньшая надежность по сравнению с пассивным ретранслятором, так как любое оборудование имеет меньшую надежность, чем пустая сфера. Виды используемых орбит: 1) эллиптическая 2) круговая Эллиптическая орбита Период обращения спутника – 12 часов. Апогей расположен над северным полушарием, поэтому спутник находится над северным полушарием – 8-9 часов. Спутник постоянно движется относительно земли, следовательно, на неземных станциях необходимо иметь аппаратуру наведения и системы слежения за спутником (прием и передача сигналов должна вестись синхронно). Для организации круглосуточной связи на орбите должно находиться три спутника. Круговая орбита Круговая орбита, находящаяся в области экватора Земли, называется геостационарной. Направления движения ИСЗ и Земли совпадают. Период обращения спутника вокруг Земли равен 24 часам, следовательно, ИСЗ постоянно в одной точке относительно Земли. Достоинства этой орбиты: - простота системы слежения за спутником (не требуется оборудования поворота антенн за спутником), что упрощает наземное оборудование, следовательно, уменьшаются затраты. - возможность организации круглосуточной связи в зоне видимости данного спутника (один спутник охватывается примерно 1/3 земного шара), если на орбиту запустить 3 спутника, то обеспечивается глобальная связь вокруг Земли. Недостатки: - не охватываются приполярные районы; - требуется большая мощность ракетоносителя для вывода спутника на орбиту. По назначению ССС можно подразделить на: 1) многофункциональные - для передачи всех видов сообщений; 2) специализированные - для звукового и телевизионного вещания, гражданской авиации, военной связи и других служб. По числу земных станций, работающих на один ретранслятор ССС можно подразделить на: 1) ССС с двумя наземными станциями, которые могут быть обе приемо-передающими или приемная и передающая; 2) ССС с много станционным доступом (МСД). 4.3. Характеристика современных ССС ССС как составная часть взаимосвязи начали развиваться с 1965 года. С запуском на эллиптическую орбиту спутника “Молния”. Для приема и передачи в сообщении ССС была создана сеть наземных станций - система “Орбита”. В 1971 году был запущен спутник “Молния-2”. Он использовал более высокий диапазон частот – 4-6 ГГц, следовательно, более высокое качество передачи и возможность принимать сигналы цветного телевизионного изображения. В 1976 году запущены спутники “Радуга” и “Экран” серии стационар, то есть спутники использовали стационарную орбиту. Эти спутники используются до сих пор. Основное преимущество (по сравнению со спутником “Молния”) – использование стационарной орбиты (не движется отн7осительно Земли), следовательно, не требуется аппаратура слежения за спутником, занимает меньшую площадь и проще в обслуживании. Спутники “Экран” и наземные установки используются для организации системы непосредственного вещания (НТВ). В настоящее время используются другие спутники серии “стационар”: “Горизонт”, “Радуга”, “Экран”. Спутники нового поколения на геостационарной орбите: “Экспресс”, “Галс”, “Ямал”. Перспективы развития ССС: 1) Предполагается увеличение пропускной способности, увеличение количества передаваемых символов, увеличение излучаемой мощности бортовых ретрансляторов, следовательно, увеличение каналов до 25-30 тыс., идущих по спутниковым системам. 2) Предполагается полная автоматизация обслуживания и управления. 3) Совершенствование методов передачи информации. Например, внедрение цифрового вещательного телевидения со скоростью передачи от 16 до 32 Мбит/сек. 4) Применение на спутниках высоконаправленных антенн в сочетании с коммутацией сигналов на борту спутника, что приведет к упрощению земных станций. Они будут компактными и дешевыми. 5. Организация РРЛС (радиорелейных линий связи) 5.1. Общие принципы построения и классификация РРЛ (радиорелейных линий). 5.2. Характеристика оборудования радиорелейных станций. 5.3. Определение оптимальных технико-экономических параметров РРЛ. 5.1. Общие принципы построения и классификация РРЛ Первая РРЛ была построена в США в 30-х годах XX века между Нью-Йорком и Филадельфией, которая состояла из 6 промежуточных станций. В России впервые РРЛ построены в начале 50-х годов. Достоинства РРЛ: 1) Возможность передачи любой информации (возможность передачи широкополосной информации, так как используется УКВ диапазон). 2) Относительная простота сооружений линий при незначительных затратах на их строительство и эксплуатацию (по сравнению с воздушными и кабельными линиями связи). 3) Легкость решения задач развития и реконструкции сетей. 4) Компактность конструкции. 5) Малая потребляемая мощность, и малое использование цветных металлов. (Промежуточные станции находятся в пределах прямой видимости, потому мощность небольшая передатчиков – несколько десятков ватт.) 6) Возможность создания мобильных систем связи, которые позволяют быстро изменить конфигурацию сети. (Станцию радиорелейной связи можно разместить в автомобиле, например, военные системы радиорелейной связи). Рис. 1. Общая схема РРЛ. РРЛ представляет собой совокупность станций, которые в соответствии с выполняемыми функциями делятся на ОРС, УРС и ПРС (рисунок 1). ОРС (оконечная РР станция), с которой начинается и заканчивается линейный тракт передачи сигналов. Здесь производится преобразование сигналов, поступающих по соединительным линиям от потребителей (МТС, междугородная телевизионная аппаратная, междугородная вещательная аппаратная, другие ведомства). ПРС (промежуточная РР станция). Здесь происходит ретрансляция сигнала, то есть переприем с усилением. При необходимости на любой промежуточной станции могут выделяться какие-либо каналы. Часто ПРС совмещается с телевизионными ретрансляторами, на которые из общего потока сообщений выделяются сигналы программ телевизионного и звукового вещания, и данные ретрансляторы сразу же осуществляют телевизионное и звуковое вещание на находящиеся по близости населенные пункты. УРС (узловые РР станции) располагаются на пересечении крупных пучков РРЛ. Все остальные функции узловой радиорелейной станции совпадают с функциями ПРС. На оконечных и узловых станциях всегда имеется технический персонал, который следит за работой оборудования, выполняет техническое обслуживание – ремонт и профилактику, а также осуществляет контроль и управление с помощью системы телеобслуживания и телесигнализации ближайшими промежуточными станциями, которые, как правило, автоматизированы. Для проведения профилактических и ремонтных работ организуется аварийно-профилактическая служба (АПС), которая оснащается необходимым оборудованием и транспортными средствами для проведения профилактики и ремонтных работ на автоматизированных промежуточных станциях. Территориально АПС находится на УРС и за ней закрепляется 5 или 6 промежуточных радиорелейных станций в каждую сторону. АПС снабжается автомобилем, так как для ликвидации аварии отводится 4,5 часа (рисунок 2). Рис.2. Схема закрепления ПРС по аварийно-профилактическому обслуживанию за АПС. Диапазон используемых частот Используются дециметровый и сантиметровый диапазоны. Ведется разработка оборудования, которое будет использовать миллиметровый диапазон. Это позволяет увеличить количество каналов в оборудовании, уменьшить габариты оборудования, уменьшить потребление электроэнергии. Протяженность пролетов между соседними станциями зависит от рельефа местности и высоты установки антенн. h, h- высота подвеса приемной и передающей антенны. R= 3,57 () R= км h, h= м Рассмотренные РРЛ называются РРЛ прямой видимости. Кроме РРЛ прямой видимости, могут быть организованы тропосферные РРЛ. В 50-х годах ХХ века был открыт эффект дальнего распространения УКВ волн (рисунок 3). Рис 3. Рассеивание ультро-коротких волн в тропосфере. Особенности передачи сигнала по тропосферным линиям: 1. Рассеивание УКВ может происходить от нижних или верхних слоев тропосферы. При рассеивании от верхних слоев протяженность пролета может быть увеличена до 1000 км. При этом антенны можно располагать на подставках, непосредственно на земле. С учетом других особенностей расстояние между соседними станциями составляет от 200 до 400 км. 2. Вследствие значительного рассеивания энергии сигнала мощность передатчика нужно увеличить до 10кВт. (Для сравнения в РРЛ прямой видимости мощность передатчика составляет десятки Ватт). Применяются антенны с большим коэффициентом усиления и чувствительные приемники. 3. Принимаемые сигналы подвержены быстрым и медленным замираниям. Быстрые замирания обусловлены многолучевым характером распространения радиоволн. Для борьбы с быстрыми замираниями применяется разнесенный радиоприем. Медленные замирания связаны с изменением метеорологических условий на трассе. Для борьбы с этим явлением организуется канал образования связи, с помощью которого можно изменить частоту организации связи. 4. Замирание сказывается на передаче широкополосного сигнала, то есть искажается спектр и форма сигнала. Поэтому количество каналов, которое организуется на тропосферных линиях, не превышает 120. Классифицировать РРЛ можно по следующим признакам: 1. По условиям распространения. 2. По емкости ствола. 3. По назначению. По условиям распространения РРЛ бывают: 1. Прямой видимости. 2. Тропосферные. По емкости ствола: 1. Большой емкости (в одном стволе 600 и более каналов). Используется для организации магистральной РР связи большой протяженности. 2. Средней емкости (от 60 до 600 каналов). Используется для внутризоновых РРЛ. 3. Малоканальные РРЛ (от 6 до 60 каналов тональной частоты). Используется для организации местных соединительных линий. По назначению РРЛ можно подразделить на: 1. Магистральные. 2. Зоновые. 3. Местные. 5.2. Характеристика оборудования РР станций В состав каждой РР станции входит следующее оборудование: 1. Приемно-передающая аппаратура. 2. Антенно-фидерное устройство. 3. Антенные опоры с сигнальным освещением мачты. 4. Аппаратура телеуправления и телесигнализации. 5. Каналообразующее оборудование. 6. Средства энергоснабжения. В необходимых случаях станции могут оборудоваться жилыми помещениями. Основное оборудование может размещаться в техническом здании либо в контейнерах, которые расположены на мачте рядом с антенной. Приемо-передающее оборудование На внутризоновых РРЛ применяется оборудование системы “Курс-2” или «Курс-8» (2 или 8 – это количество стволов, которое может организовать данное оборудование). На магистральных РРЛ применяется Р-600, “Восход” – (1320каналов тональной частоты), “Дружба” – (1920 – каналов). Перечисленное оборудование потребляет большое количество электроэнергии, а также имеет низкую надежность. “Электроника - связь” – 11Ц – цифровое приемо-передающее оборудование более надежное и меньше потребляет электроэнергии . Приемо-передающее оборудование на тропосферных линиях функционально не отличается от оборудования РРЛ прямой видимости. Мощность передатчика до 10 кВт. Используются оборудование “Горизонт” – на 60 каналов, ТР – 120 (на 120 каналов), которые позволяют организовать расстояние между промежуточными станциями до 400 км, и ДТР – 12 (на 12 каналов) – до 700 км. Антенны На магистральных и внутризоновых РРЛ применяются рупорно-параболические двух зеркальные и перископические антенны. На малоканальных – применяются однозеркальные параболические антенны. Рупорная антенна – представляет собой рупор, иначе она называется пирамидальной антенной (рисунок 4). Рис.4. Рупорная антенна. Самостоятельно рупорная антенна используется редко. Чаще входит в состав зеркальных антенн, в которых в качестве отражателя или рефлектора используется металлическое зеркало в форме параболоида, в фокусе которого на конце волновода закреплен рупорный облучатель (рисунок 5). Рис. 5. Однозеркальная антенна. Рис. 6. Двух зеркальная антенна Двух зеркальные антенны (рисунок 6) имеют большой коэффициент усиления и большой коэффициент направленного действия. Двух зеркальная антенна имеет более узкую диаграмму направленности с малыми боковыми лепестками (рисунок 7). Рис.7. Диаграмма направленности. Двух зеркальная антенны удобна тем, что конструкция позволяет располагать приемо-передающую антенну непосредственно за зеркалом в контейнере, уменьшая этим длину волновода. Недостаток этой антенны – часть энергии, отражаясь от зеркала, попадает обратно в волновод, что уменьшает эффективность передачи энергии сигнала и приводит к искажениям. От этого недостатка освобождены рупорно-параболические антенны (рисунок 8). Рис. 8. Рупорно-параболическая антенна. Перископическая антенна изображена на рисунке 9: Рис. 9. Перископическая антенна. В качестве фидеров на РР станциях используются: 1. В дециметровом диапазоне – коаксиальный кабель. 2. В сантиметровом диапазоне – волноводы с прямоугольным, круглым и эллиптическим сечением. Антенные опоры. На тропосферных РРЛ антенны располагаются на земле на специальных подставках. Для РРЛ прямой видимости требуется специальные опоры, которые очень дорогостоящие. Это могут быть металлические башни или железобетонные башни. На магистральных РРЛ, чаще всего, используются железобетонные башни, так как они должны быть рассчитаны на установку большого количества антенн. На малоканальных РРЛ устанавливаются металлические мачты более простой конструкции. Оборудование энергопитания состоит из первичного, резервного и гарантированного источников питания. На оконечных и узловых станциях в качестве первичного источника питания применяется внешний источник - линии электропередач. Промежуточные станции часто находятся далеко от таких внешних источников, поэтому они оснащены собственными дизельэлектростанциями, которых может быть две: одна – основная, вторая – резервная. Гарантированный источник питания – аккумуляторные батареи. Для обеспечения высокой надежности работы РРЛ применяется резервирование приемо-передающего оборудования. Применяются две системы резервирования: 1) Постанционная 2) Поучастковая 1) Постанционная система предусматривает для каждого рабочего комплекта приемо-передающего оборудования наличие резервного. При аварии происходит автоматическое переключение на резервное оборудование. Недостаток – большой объем оборудования и длительное время перехода на резервное оборудование (несколько секунд). 2) Поучастковая система – на каждом направлении связи имеется постоянный включенный резервный ствол. При отсутствии аварии ствол не нагружен. Переход на него осуществляется в течение нескольких миллисекунд, если даже уровень шума в рабочем стволе превысит определенное допустимое значение. В этом случае требуется меньший объем оборудования, так как на один резервный ствол приходится 3-4 рабочих ствола. 5.3. Определение оптимальных технико-экономических параметров радиорелейных линий. Для сокращения затрат на строительство радиорелейных линий можно стремиться к уменьшению количества промежуточных станций, но при этом необходимо будет увеличивать мощность передатчиков и поднимать антенны на большую высоту, что приведет со своей стороны к росту капитальных затрат. Поэтому требуется найти оптимальное расстояние между промежуточными станциями по критерию минимизации затрат на строительство радиорелейной линии, которые можно определить по следующему выражению: К = 2К+ К + К, где: К- капитальные затраты на оконечную станцию; К- капитальные затраты на узловую станцию; К- капитальные затраты на промежуточную станцию; L – длина всей РРЛ; R- расстояние между узловыми станциями; R- расстояние между промежуточными станциями; 2 – количество оконечных станций. Преобразуем предыдущее выражение в следующую форму: К = 2К+ На практике сложились следующие соотношения по капитальным затратам и расстоянию между узловыми и промежуточными станциями: 2 К К Исходя из данных соотношений капитальные затраты на радиорелейную линию: К = А, где на практике А = 1,17 1,2. От абсолютной величины капитальных затрат перейдем к удельным капитальным затратам - q на 1 км РРЛ. q = . Затраты на промежуточную станцию состоят из следующих составляющих: К= К+ К(Р, Т) + К(, h) + К(k , h) + К( h), где К- условно постоянные затраты, которые идут на строительство дорог, подведение линий электропередач, то есть затраты, не зависящие от используемого оборудования; К(Р, Т) – затраты на приемо-передающее оборудование, которые зависят от мощности передатчика (Р) и срока службы (Т); К(, h) – затраты на антенну, которые зависят от коэффициента усиления () и высоты антенны (h); К(k , h) – затраты на опору, которые зависят от коэффициента жесткости опоры (k) и высоты опоры (h); К( h) – затраты на фидер, которые зависят от высоты опоры (h), (чем выше опора, тем длиннее фидер). q = ( К+ К+ К+ К) q q~ q- постоянная составляющая; q~ - переменная составляющая. Постоянная составляющая при увеличении расстояния между промежуточными станциями будет уменьшаться, а переменная составляющая наоборот будет расти, так как быстрыми темпами будет увеличиваться мощность передатчика, расти высота антенной опоры и т.д. Изменение постоянной и переменной составляющей в зависимости от изменения расстояния между промежуточными станциями можно изобразить графически на рисунке 10. Рис. 10. Изменение удельных капитальных затрат. Определив в соответствии с критерием оптимальности (q) оптимальное расстояние между промежуточными станциями (R), можно определить оптимальные характеристики используемого оборудования (мощность передатчика, высоту опоры и т. д.). 6. Организация сети звукового вещания 6.1.Задачи и требования, предъявляемые к вещанию Под вещанием подразумевается передача различного рода вещательных программ одновременно большому количеству слушателей или зрителей. Вещание классифицируется по следующим признакам: 1. По видам передаваемых программ. 2. По используемым средствам передачи. Классификацию вещания можно представить в виде схемы (рисунок 1) Рис.1. Виды вещания. Требования, предъявляемые к вещанию: 1. Высокое качество содержания и использования программ вещания. 2. Высокое качество передачи программ вещания. 3. Возможность приема программ вещания на всей территории. 4. Минимальные затраты материалов, трудовых и денежных ресурсов на организацию и эксплуатацию систем вещания. Задачи вещания: 1) Создание содержательных вещательных программ. 2) Доведение этих программ до каждого слушателя. Отрасль связи занимается решением второй задачи, и для этой цели разрабатываются технических средств вещания, строятся здания и осуществляется их эксплуатация. 6.2. Организация единой сети вещания. Сеть звукового вещания – вторичная сеть взаимоувязанных сетей связи, которая может быть представлена в виде блочной структуры (рисунок 2). Рис.2. Единая сеть звукового вещания. ИФП – источник формирования программ вещания (относится к радиокомпаниям); СП – сеть подачи программ вещания – совокупность оборудования и линий, по которым программы вещания подаются от ИФП до передающей сети, если передающая сеть находится на значительном удалении от ИФП; СПВ – сеть проводного вещания; ПРД – передающая сеть вещания – совокупность радиовещательных станций, которые должны обеспечить требуемую напряженность поля сигнала в пределах установленной территории; ПРМ – приемная сеть – совокупность приемных устройств, которые обеспечивают прием программ вещания по эфиру или по проводам (сеть проводного вещания), а также совокупность радиотрансляционных узлов и линейных сооружений сети проводного вещания; ТП – обеспечивает трансляцию с мест событий; РВА – радиовещательная аппаратная – это пункт окончательного формирования программы вещания, где находится пульт звукорежиссера, который контролирует и корректирует программу вещания по звучанию; КРА – коммутационно-распределительная аппаратная, где определяется дальнейший путь следования программы вещания (передающая сеть или сеть подачи); МКЗВ – междугородний канал звукового вещания (создается для подачи программы вещания от источника формирования программы до передающей сети); РВС – радиовещательные станции (осуществляет передачу программ вещания в эфир); ИП – индивидуальное приемное устройство – это может быть эфирный приемник или абонентское устройство сети проводного вещания. 6.3.Организация передающей сети вещания. Наибольший удельный вес по стоимости оборудования в единой сети вещания приходится на передающую сеть. Главное требование к организации передающей сети – обеспечить возможность уверенного приема программ вещания в любом населенном пункте на заданной территории. При этом ЕЕ, где Е - напряженность поля сигнала в точке приема; Е - напряженность поля на границе зоны вещания, определяется в зависимости от используемой длины волны и приоритетов территории по специальным справочникам. Рис.3. Распределение напряженности поля по территории вещания. Для организации вещания в соответствии с установленными требованиями, необходимо иметь каналы в различных диапазонах. Особенности организации передающей сети вещания в диапазоне СВ (средние волны) Ночью появляется возможность отражения пространственной волны от нижних слоев атмосферы, поэтому, чтобы не наводить помехи на соседние государства в приграничных районах, используются направленные антенны, ограничивается мощность передатчика и ширина полосы передаваемых частот. Используются передатчики типа ПДСВ – передатчик длинных и средних волн вещательный. Например, ПДСВ-150 – мощность передатчика 150 кВт. Как правило, мощность используемых передатчиков находится в пределах: 501000 кВт. Антенны используются антенны типа: АРРТ – антенна с регулируемым распределением тока (рисунок 4). Рис.4. Антенна АРРТ. Если менять положение точки заземления, меняется распределение тока в антенне и меняется диаграмма направленности антенны. Организация передающей сети вещания в диапазоне КВ (короткие волны). В данном диапазоне можно организовать вещание на значительном расстоянии, так как используется пространственная волна, делающая скачок на расстояние до 4000 км при относительно небольшой мощности передатчика. Используются передатчики типа: ПКВ – передатчик коротковолновый вещательный. Например, ПКВ-100(100 кВт), наиболее часто используемая мощность передатчика: 50500 кВт. Используются антенны типа: СГД – РА – синфазная горизонтальная диапазонная с апериодическим рефлектором. Например, СГД – РА - 4/4; СГД – РА - 4/8; СГД – РА - 8/16. Первая цифра в маркировке антенны означает количество этажей в антенне, вторая – количество вибраторов, подвешенных в этих этажах (рисунок 5). Рис.5. Антенна СГД – РА.  длина используемой волны, которойкратно расстояние между вибраторами; /2 – кратно расстояние между этажами. Количество вибраторов и этажей влияет на коэффициент направленного действия и на усиление передаваемых сигналов. Антенны конструктивно строятся на определенную длину волны, поэтому количество антенн должно соответствовать количеству используемых волн в течение суток (смотри раздел «Волновое расписание»). Переключение происходит с помощью антенного коммутатора с одной антенны ПРД на другую автоматически. Организация передающей сети вещания в диапазоне УКВ (ультра короткие волны). Может быть организовано большое количество каналов вещания, так как диапазон широкополосный. Полностью задействован для вещания диапазон метровых волн. Основная часть метрового диапазона (МВ) отводится для телевизионного вещания и небольшая – для звукового вещания, в котором организуется МВ – ЧМ вещание, так как в этом диапазоне сказываются промышленные помехи и для борьбы с ним применяется частотная модуляция (ЧМ). Применяются передатчики типа: «Дождь» – 2 мощность 4 кВт по каждой программе «Дождь»- 4 “Мед” – 3(три программы), мощность – 15 кВт по каждой программе. Антенны поднимаются на большую высоту и называются “Штырь -вибраторы”. 6.4.Определение оптимального радиуса вещания. Оптимальный радиус вещания имеет смысл определять для диапазона средних и длинных волн, так как в этих диапазонах вещание можно организовать за счет использования поверхностной волны на большие расстояния. Чем большей мощности будут использоваться передатчики, тем большую территорию можно охватить вещанием. При оптимизации радиуса вещания, необходимо исходить из напряженности на границе вещания: ЕЕ, где Е - напряженность поля сигнала; Е - напряженность поля на границе зоны вещания, которую можно определить по следующему выражению: Е = , где: P - мощность передатчика, r - радиус вещания. и t – коэффициенты, которые зависят от используемого диапазона и рельефа местности, в которой организуется вещание и определяются по специальным таблицам. Из предыдущего выражения выразим мощность передатчика: P = Определяется оптимальный радиус вещания по критерию минимальных капитальных затрат на передающую станцию, которые складываются из следующих составляющих: К = К+ КР = = К+ К , где К - условно постоянные затраты, которые не зависят от мощности передатчика; l – коэффициент, зависящий от используемого диапазона и определяемый по справочникам; К - удельные капитальные затраты на 1 кВт мощности передатчика, зависящий от типа используемого передатчика, может определяться по специальным справочникам. Удельные затраты на 1 км S зоны вещания: q = S = , так как территория зоны вещания примерно представляет собой площадь круга. q= q+ q~ Условно постоянная составляющая будет уменьшаться при увеличении радиуса вещания, а переменная составляющая – увеличиваться, что видно на графике (рисунок 6). Рис.6. Изменение удельных затрат. По критерию минимальных затрат определяется оптимальный радиус вещания по графику. Математически оптимальный радиус вещания можно определить по производной функции удельных затрат от радиуса вещания и приравняв её к нулю. r Определив оптимальный радиус вещания, можно рассчитать мощность используемого передатчика и другие параметры используемого оборудования. 6.5.Размещение вещательных станций по территории. Для выявления общих закономерностей размещения вещательных станций, рассмотрим идеализированный случай при соблюдении следующих условий: 1. Ни одна из частей территории не обладает приоритетом в размещении средств вещания. 2. Требуется сплошное покрытие заданной территории требуемой напряженности поля. Станции можно расположить по четырехугольной или треугольной сетке (рисунок7). Рис.7. Расположение вещательных станций. Зона вещания станций – правильная окружность, так как рассматривается идеализированный случай. d - расстояние между соседними станциями четырехугольной (1) и треугольной (2) сетки. d d S S, таким образом, за счет меньших зон перекрытия вещания при треугольной сетке потребуется меньшее количество станций (на 30%). Соотношение количества станций: =1,3 В вершинах большого треугольника А, В, С (рисунок 8) – расположены станции, которые могут работать в одном частотном канале. Вокруг этих станций в вершинах малых треугольников располагаются станции, которые могут работать только в разных каналах. Рис.8. Мешающее влияние станций, работающих в одном частотном канале. R- радиус мешающего влияния станции В на станцию А и наоборот. D – расстояние между станциями большого треугольника. E и E - максимальная напряженность. Если Е=0, то помех не будет. Если Е0, то возникает Е - напряженность поля помехи на территории зоны вещания соседней станции, работающей в одном частотном канале. Следовательно, количество малых треугольников на территории больших треугольников определит количество частотных каналов, необходимых для сплошного покрытия заданной территории вещанием: N = , где: (1) S- площадь большого треугольника; (2) S - площадь малого треугольника. (3) Подставив (2) и (3) в (1) получим: N = , где: (4) D = R + r - сумма радиуса мешающего влияния и радиуса вещания; d = r - сторона малого треугольника (определена ранее), N = = (5) Величина радиуса вещания и радиуса мешающего влияния связана с: • E - напряженность поля сигнала; (6) • Е - напряженность поля помехи. (7) Подставив (6) и (7) в (5) получим: N = - формула для определения необходимого числа частотных каналов при организации вещания на заданную территорию. - защитное отношение. Чем больше будет установлено, тем больше предъявляемые требования к качеству вещания и потребуется большее количество каналов для заданной территории. 6.6. Организация синхронного радиовещания. Синхронное радиовещание – передача несколькими станциями одной программы одновременно на одной частоте и на одну территорию (рисунок 9). Используется одна частота. Рис. 9. Зона синхронного радиовещания. Цель организации данного вещания – экономия частотных каналов. Синхронное вещание организуется в диапазоне средних волн, так как данный диапазон малоканальный, а данный принцип организации вещания дает возможность использовать одну частоту на большую территорию. Достоинства: 1. Экономия частотных каналов. 2. Высокое равномерное качество вещания по всей территории за счет создания равномерной напряженности поля сигнала (при наложении полей соседних станций). 3. Возможность использовать передатчики оптимальной мощности: P = 10 20 кВт, кроме опорной станции, которая может располагаться в центре территории и иметь большую мощность P = 1501000 кВт. Недостаток: 1. Необходимы устройства синхронизации работы передающих станций, приемники эталонной частоты, устройства сравнения частот, на что идут значительные затраты. Синхронизация бывает: 1. Частотная 2. Фазовая При частотной синхронизации осуществляется подстройка передатчиков относительно эталонной частоты передаваемой опорной станции не реже 1 раза в сутки. В определенное время суток передача программ вещания прекращается, все станции настраиваются на прием несущей частоты опорной станции. Фазовая синхронизация предполагает наличие автоподстройки частоты, которая непрерывно подстраивает частоту каждой станции к опорной частоте при смещении ее фазы. В настоящее время применяются квантовые генераторы несущих частот, которые обеспечивают высокое качество передачи программ вещания и имеют коэффициент нестабильности частот: К. Для сравнения: К - для частотной синхронизации, К - для фазовой синхронизации. На территории России около 40 зон синхронного вещания. 6.7. Организация сети подачи программ вещания. Сеть подачи программ вещания (СППВ) – комплекс технических средств, состоящий из станционного оборудования и междугородных каналов звукового вещания, предназначен для подачи вещательных программ от пунктов формирования до передающих вещательных станций и узлов проводного вещания. СППВ строится по радиально-узловому принципу и подразделяется на: - магистральную - зоновую - внутрирайонную Магистральная сеть организуется для подачи программ центрального вещания в краевые области и республиканские центры, а также для межреспубликанского обмена программами. Зоновые сети доводят программы центрального и областного вещания до районных центров. Внутрирайонные сети для подачи программ вещания до населенных пунктов района. По используемым техническим средствам сети подачи можно подразделить на: - направленные - ненаправленные. Направленные СП организуются по кабельным, радиорелейным линиям, линиям с использованием ИСЗ и направленным линиям коротковолновой связи. Ненаправленные СП используют эфирные каналы вещания во всех диапазонах с использованием ненаправленных антенн. Схема организации магистральной сети подачи с использованием кабельных лин6ий связи (рисунок 10). Рис.10. Магистральная сеть подачи. ОМВА – оконечная междугородняя вещательная аппаратная. В ней создаются междугородные каналы звукового вещания с помощью специального оборудования. Например, АВ 2/3 – аппаратная вещательная, которая сдваивает или страивает каналы тональной частоты для расширения спектра передаваемых частот с целью улучшения качества передаваемых программ вещания. МКЗВ – междугородный канал звукового вещания. СУ – сетевой узел. СУ устанавливается на пересечении крупных пучков магистральных линий связи. УМВА – узловая междугородняя вещательная аппаратная, которая служит для контроля за прохождением программы вещания, или для выделения этой программы вещания в другом направлении.