Введение. Структурная схема организации радиосвязи. Классификация РРЛ линий связи. Структура системы радиосвязи

Структурная схема системы радиосвязи

Системы радиосвязи предназначены для передачи и приема информации с помощью радиосигналов по линии связи при пространственно разнесенных передающем и приемном устройствах. Информация, выраженная в определенной форме, представляет собой сообщение , которое подлежит передаче на расстояние. Отправителем и получателем сообщений могут выступать как человек, так и различные технические устройства, обеспечивающие формирование, регистрацию, хранение и использование сообщений. Системы связи могут быть разомкнутыми и замкнутыми (с обратными связями). Структурная схема разомкнутой системы связи показана на рис. 2.1.

Для передачи сообщений осуществляют их преобразование в электрические сигналы с помощью устройств формирования первичных сигналов (УФПС). Первичные сигналы подаются на вход радиопередающего устройства, включающего модулятор, возбудитель и антенно-фидерное устройство (АФУ), которое осуществляет передачу сообщений с помощью радиосигналов по линии связи.

В радиоприемном устройстве принятый антенной радиосигнал усиливается и фильтруется в линейном тракте, осуществляется его демодуляция для выделения первичного электрического сигнала, который

используется для восстановления сообщения с помощью устройства восстановления сообщения (УВПС).

Часто приемные и передающие устройства объединяют. Их комбинация образует радиостанцию (РС). Такое построение характерно для авиационных радиостанций.

В теории связи используют понятия "канал связи" и "система радиосвязи", которые определяются следующим образом .

Канал связи - это совокупность передающего устройства, линии связи и приемного устройства. Канал связи имеет один вход и один выход и входит в состав системы связи.

Система радиосвязи - это упорядоченная совокупность канала связи, отправителя и получателя информации (которыми могут быть как человек, так и технические устройства), характеризуемая заданными правилами преобразования сообщения в радиосигнал и восстановления сообщения по принятому сигналу, называется системой радиосвязи.

Если в состав системы входит несколько каналов, источников и потребителей информации, а также устройства уплотнения каналов, которые обеспечивают независимую передачу сообщений от нескольких источников по одной общей радиолинии, то такие системы связи называются многоканальными.

По направлению обмена сообщениями системы радиосвязи делятся на односторонние и двухсторонние. В системе односторонней радиосвязи одна из РС осуществляет только передачу, а другая (или другие) только прием. В системе двухсторонней радиосвязи радиостанции осуществляют передачу и прием. По порядку обмена сообщениями различают симплексные, дуплексные и полудуплексные системы радиосвязи . Симплексной называется двухсторонняя радиосвязь, при которой передачу и прием на каждой станции осуществляют поочередно. В системах дуплексной радиосвязи передача осуществляется одновременно с приемом. Дуплексная связь более оперативна и обеспечивается работой передатчиков и приемников на разных частотах. Системы полудуплексной радиосвязи относятся к симплексным системам, в которых осуществляется автоматический переход с передачи на прием и возможен переспрос корреспондента.

Из-за наличия помех в линии связи и в самой аппаратуре сообщение на выходе радиоприемного устройства отличается от переданного. Способность системы связи противостоять мешающему действию радиопомех и искажений характеризуется помехоустойчивостью. Помехи, под действием которых в передаваемых сообщениях возникают искажения, можно подразделить на аддитивные и мультипликативные. Аддитивные помехи включают внутриприемные шумы, индустриальные помехи и помехи, создаваемые сигналами, излучаемыми многочисленными радиотехническими системами. Мультипликативные помехи, обусловленные особенностями распространения сигналов различных диапазонов, приводят к замиранию радиосигналов и случайным изменениям их уровня вследствие многолучевого распространения. Искажение сообщений помехами в каналах радиосвязи в значительной степени зависит от используемого вида модуляции. Выбирая малочувствительные к наиболее вероятным типам помех законы модуляции, можно повысить помехоустойчивость связи.

Принципы ведения радиосвязи. Канал и линия радиосвязи

Слово “радио” происходит от латинского radiare - излучать или испускать лучи и является общим термином, используемым к любым практическим применениям радиоволн. При этом под радиоволнами понимаются электромагнитные волны, распространяющиеся через открытое пространство (среду распространения радиоволн) без искусственных направляющих сред, таких, как провода или трубы - волноводов. При использовании электромагнитных волн в качестве материального носителя для передачи информации на расстояние приходим к радиосвязи как к одному из способов электросвязи, применяющей для обмена информацией электрические системы передачи. Таким образом, радиосвязь - это электросвязь, осуществляемая посредством радиоволн.

В широком смысле радиосвязь представлена несколькими родами связи, использующими для передачи сообщений различные механизмы распространения радиоволн: вдоль земной поверхности, с применением отражения в разных слоях атмосферы или посредством космических ретрансляторов. Каждый род радиосвязи характеризуется своими принципами, определяемыми, главным образом, особенностями диапазонов используемых для передачи сообщений радиоволн. В дальнейшем, говоря о радиосвязи, будет иметься в виду такой ее род, который дает возможность непосредственной связи между пространственно разнесенными точками на земной поверхности без использования промежуточных пунктов связи, осуществляющих переприем (ретрансляцию) сигналов. При этом ретрансляция, в принципе, может быть применима для повышения дальности связи или в других случаях, например, для повышения эффективности связи в сложных условиях помеховой обстановки. Другой отличительной особенностью того рода радиосвязи, который будет рассмотрен ниже, является возможность передачи и приема сообщений в движении.

Все поступающие от источника для передачи посредством радиоволн сообщения преобразуются в передающем оконечном устройстве в первичный электрический сигнал u (t), представляющий собой изменяющееся во времени напряжение (ток), отображающее сообщения. В зависимости от характера сообщений и вида преобразования первичный электрический сигнал может быть дискретным или непрерывным. В качестве передающего оконечного устройства могут выступать микрофон гарнитуры микрофонно-телефонной (МТГ) или телефонной трубки, телеграфный ключ, телеграфный аппарат и другие технические средства.

Характерной особенностью первичных электрических сигналов является их сравнительно медленное изменение во времени, т. е. низкая частота колебаний. Спектры большинства первичных электрических сигналов ограничены максимальной частотой, не превышающей нескольких килогерц. Такие низкочастотные сигналы не могут эффективно излучаться в среду распространения радиоволн, так как для этого необходимы излучатели, имеющие геометрические размеры, соизмеримые с длиной волны сигнала. Поэтому далее в радиопередатчике первичный электрический сигнал преобразуется в удобный для передачи радиосигнал uс(t). Процесс преобразования называется модуляцией для непрерывных первичных сигналов или манипуляцией для дискретных. В процессе модуляции (манипуляции) первичный электрический сигнал выступает в роли модулирующего сигнала, изменяющего один из параметров (амплитуду, частоту, фазу) высокочастотного гармонического колебания несущей частоты.

В общем случае процессу модуляции первичного электрического сигнала предшествует операция его кодирования, в результате которой последовательность элементов сообщения по определенному правилу заменяется последовательностью кодовых символов.

Радиосигналы по аналогии с первичными электрическими сигналами, которые они отображают, могут быть непрерывными (аналоговыми) или дискретными. В некоторых случаях дискретные сигналы называют цифровыми, поскольку их можно представить в цифровой форме - в виде чисел с конечным числом разрядов. В радиосвязи наибольшее применение нашли цифровые сигналы, имеющие только два дискретных значения. Дискретные сигналы могут использоваться для передачи не только дискретных, но и непрерывных сообщений, и обратно, непрерывные сигналы - для передачи дискретных сообщений.

Радиосигнал с выхода радиопередатчика при помощи соединительной линии, которая называется фидером, подводится к передающей антенне и в виде радиоволн излучается ею в открытое пространство. Скорость распространения радиоволн зависит от свойств среды, при этом максимальная скорость имеет место в свободном пространстве (вакууме), и она совпадает со скоростью света в вакууме, равной 3×108 м/с. В других средах скорость радиоволн меньше и определяется относительными диэлектрической и магнитной проницаемостями среды.

В точке приема радиоволны преобразуются приемной антенной в высокочастотный сигнал, который далее по фидеру подается в радиоприемник, где происходит восстановление переданного первичного электрического сигнала u (t). Для этого выполняются операции, обратные тем, которые были осуществлены в радиопередатчике - демодуляция (детектирование) и декодирование сигнала. В приемном оконечном устройстве (например, телефонах МТГ, телеграфном аппарате, громкоговорителе) первичные сигналы преобразуются в сообщения и подаются их получателю.

Задача преобразования принимаемых сигналов в сообщения более сложная, чем преобразование сообщений в радиосигнал, так как преобразованию подвергается не только переданный радиосигнал, а его смесь с другими сигналами (помехами), которые могут исказить переданное сообщение. Наличие помех при передаче сообщений связано с тем, что среда распространения радиоволн является общей для многих источников электромагнитного излучения, т. е. имеет свободный доступ.

Совокупность технических устройств и среды распространения радиоволн, обеспечивающая передачу сообщений от источника к получателю с помощью радиоволн, называется линией радиосвязи (радиолинией). При этом источники и получатели, использующие линии радиосвязи для передачи и приема сообщений, являются абонентами радиосвязи. Абоненты могут передавать сообщения самостоятельно или с помощью радистов (радиотелеграфистов). Абонентов радиосвязи и радистов, осуществляющих непосредственную передачу сообщений по радиолинии, принято называть корреспондентами.

Структурная схема линии радиосвязи, предназначенной для передачи сообщений между абонентами (корреспондентами) А и Б, показана на рис. 2.1. В ней радиопередатчик (передатчик) и передающую антенну принято объединять в радиопередающее устройство, а радиоприемник (приемник) и приемную антенну - в радиоприемное устройство. Кроме того, передающую антенну и фидер, соединяющий ее с передатчиком, называют передающим антенно-фидерным устройством (АФУ) или трактом, а приемную антенну и фидер, связывающий ее с приемником, - приемным АФУ или трактом.

В общем смысле линию радиосвязи можно считать одним из видов канала электросвязи (канала связи), под которым понимается путь прохождения сигналов электросвязи, обеспечивающий при подключении к его окончаниям абонентских оконечных устройств передачу сообщений от источника к получателю (получателям). Каналам электросвязи в зависимости от вида сети связи присваиваются названия, например, телефонный канал, телеграфный канал, канал передачи данных, канал звукового вещания.

Линия радиосвязи может быть одноканальной или многоканальной. В последнем случае ей принадлежит несколько одновременно действующих каналов связи, по которым передаются сигналы, отображающие различные (иногда одинаковые) сообщения. В отличие от одноканальной в состав многоканальной радиолинии могут входить несколько передающих и приемных оконечных устройств, осуществляющих преобразование сообщений от разных источников в первичные электрические сигналы и обратно. Кроме того, в многоканальной линии радиосвязи должны быть предусмотрены устройства, выполняющие функции объединения и разделения сигналов разных абонентов.

Линии радиосвязи могут быть прямыми, соединяющими абонентов непосредственно, без использования промежуточных пунктов (ретрансляторов радиосигналов), или составными, проходящими через такие пункты (в этом случае в состав радиолинии включаются технические устройства ретранслятора, обеспечивающие прием, преобразование, усиление и последующую передачу радиосигналов, принимаемых от обоих корреспондентов).

Часть линии радиосвязи, которая создает путь прохождения радиосигналов, принято называть каналом радиосвязи (радиоканалом). Границы канала радио-
связи в зависимости от решаемых задач или исследуемых вопросов могут быть выбраны произвольно, лишь бы по каналу проходили радиосигналы, отображающие сообщения. В одних случаях под каналом радиосвязи понимают совокупность технических устройств, обеспечивающих образование радиосигнала и его излучение в радиопередатчике, а также прием радиосигнала и обратное его преобразование в радиоприемнике, и среды распространения радиоволн. В других случаях, например, при рассмотрении свойств каналов электросвязи, каналом радиосвязи называют только среду распространения радиоволн.

Канал радиосвязи, аналогично радиолинии, является частным случаем канала передачи, под которым понимается комплекс технических средств и среды распространения, обеспечивающий передачу сигналов электросвязи в определенной полосе частот или с определенной скоростью между узлами и станциями сети. Радиоканал представляет собой канал передачи, в котором сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн. В зависимости от методов передачи сигналов электросвязи канал передачи может быть аналоговым или цифровым (дискретным). Вид канала радиосвязи, кроме того, определяется типом радиоволн, используемых для передачи сообщений.

Канал передачи, параметры которого соответствуют принятым нормам, называется типовым каналом передачи. Типовые каналы передачи в радиосвязи будут рассмотрены в главе 7.

Показанная на рис. 2.1 линия радиосвязи реализует двустороннюю радиосвязь, так как ее состав позволяет обоим корреспондентам и передавать, и принимать сообщения. При односторонней радиосвязи один из корреспондентов осуществляет только передачу сообщений, и другой (или другие) - только прием.

Двусторонняя радиосвязь может быть симплексной или дуплексной. В первом случае передача и прием информации между корреспондентами производятся поочередно, при этом радиообмен возможен на одной частоте или на разнесенных частотах приема и передачи. В этом случае радиосвязь является симплексной одночастотной (или просто симплексной), а во втором - симплексной двухчастотной. При ведении дуплексной радиосвязи передача и прием информации осуществляются одновременно. Причем, если передатчики корреспондентов включены постоянно, независимо от того, происходит передача информации или нет, радиосвязь принято называть дуплексной, а если передатчики включаются только на время передачи информации, а когда передачи нет, выключаются - полудуплексной.

Для передачи сообщений по радиоканалам используется часть спектра электромагнитных колебаний, находящаяся в пределах от 3 кГц до 3000 ГГц. Эта часть спектра называется радиочастотным спектром (радиоспектром), а частоты радиоспектра - радиочастотами. Согласно международному документу - Регламенту радиосвязи, радиоспектр содержит 9 полос (диапазонов), начиная с четвертой. Деление спектра на диапазоны произведено так, что отношение верхней граничной частоты диапазона к его нижней граничной частоте равно 10. При этом верхняя граничная частота любого диапазона включается в него, а нижняя - исключается. В пределах одного диапазона свойства распространения радиоволн практически одинаковы. В табл. 2.1 приведены соответствующие Регламенту радиосвязи наименования, буквенные обозначения (международные и русские) и границы частотных полос, составляющих радиоспектр.

Волны в диапазоне от 10 м до 1 см часто объединяют названием - ультракороткие волны (УКВ), а под сверхвысокими частотами понимают ДМВ, СМВ и ММВ. Первое объясняется тем, что каждый из диапазонов с номерами от 8 и выше, имея особенности распространения, обладает некоторыми общими для всех диапазонов УКВ свойствами; а второе - тем, что в технических устройствах СВЧ для получения и выделения колебаний высоких частот в резонансных цепях вместо традиционных для более низких частот конденсаторов и катушек индуктивности используются другие конструкции: короткие отрезки проводных линий, металлические полоски, волноводы и коробчатые объемные резонаторы. Кроме того, радиоволны диапазонов от 9 и выше часто называют микроволнами.

Радиоволнам присущи общие для электромагнитных волн законы и явления, важнейшими из которых являются:

прямолинейное распространение радиоволн - распространение радиоволн в однородной (или слабо неоднородной) среде непосредственно от источника к месту приема по прямолинейным или близким к ним траекториям;

отражение радиоволн - изменение направления распространения радиоволн вследствие отражения от поверхности раздела двух сред или от неоднородностей среды;

дифракция радиоволн - изменение структуры поля волны под влиянием препятствий, представляющих собой пространственные неоднородности среды распространения, в частности, приводящие к огибанию радиоволной этих препятствий;

рефракция радиоволн - изменение направления распространения радиоволн вследствие изменения скорости их распространения при прохождении через неоднородную среду;

поглощение радиоволн - уменьшение энергии радиоволны вследствие частичного перехода ее в тепловую энергию в результате взаимодействия со средой;

рассеяние радиоволн - преобразование распространяющихся в одном направлении радиоволн в радиоволны, распространяющиеся в различных направлениях;

многолучевое распространение - распространение радиоволн от передающей к приемной антенне по нескольким траекториям;

интерференционные замирания радиоволн - квазипериодические изменения уровня поля вследствие прихода в место приема множества радиоволн с меняющимися во времени друг относительно друга фазами.

Таблица 2.1

Классификация диапазонов радиочастот и радиоволн

Номер полосы	Границы частот	Наименование частот	Границы длин волн	Наименование волн
		Очень низкие		Мириаметровые, или сверхдлинные (МИМВ, СДВ)
				Километровые, или длинные
	300…3000 кГц			Гектометровые, или средние
				Декаметровые, или короткие (ДКМВ, КВ)
		Очень высокие		Метровые
	300…3000 МГц	Ультравысокие		Дециметровые
		Сверхвысокие		Сантиметровые
				Миллиметровые
	300…3000 ГГц	Гипервысокие		Децимилли- метровые

В радиосвязи передача радиосигналов может производиться двумя путями: вдоль земной поверхности и с излучением в ионосферу и от нее обратно к поверхности Земли.

Исходя их этого, различают земные и ионосферные радиоволны.

Радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости (в масштабе длины волны) земной поверхности, называются земными радиоволнами. Земные радиоволны включают прямые волны (распространяющиеся прямолинейно), волны, отраженные от земли, и поверхностные радиоволны (распространяющиеся вдоль поверхности раздела сред). Ионосферными называются радиоволны, распространяющиеся в свободном пространстве путем отражения от ионосферы или рассеяния в ней. Радиосвязь, использующую ионосферные волны, также определяют как ионосферную.

Ионосферу образует ионизированная область атмосферы, расположенная на высотах от 60…80 до 1000…1200 км над Землей. Основным источником ионизации атмосферы, под действием которой нейтральные молекулы и атомы газов, входящие в состав ионосферы, расщепляются на положительно заряженные ионы и свободные электроны, является ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца, а также корпускулярные потоки, в основном солнечного происхождения. Кроме того, ионизация атмосферы происходит под действием космических лучей дальних звезд и космической пыли, непрерывно попадающих в атмосферу Земли.

Степень ионизации, характеризуемая электронной плотностью, неодинакова по высоте вследствие неоднородности атмосферы. Поэтому ионосфера приобретает сложную многослойную структуру, в ней образуются ионизированные облака, электронная концентрация которых зависит как от высоты облака, так и от степени солнечной активности, толщины атмосферы и некоторых других причин. Распределение интенсивности ионизации по высоте в реальной атмосфере имеет несколько максимумов. Различают три области D, E, F (в порядке возрастания высоты над поверхностью Земли), в пределах которых существуют три ионизированных слоя того же названия. В дневные часы ионизированный слой F распадается на два слоя F1 и F2. Степень ионизации зависит от времени года, суток и географического месторасположения, причем для разных слоев эти зависимости различны. Средние высоты слоев и степень их ионизации (плотность электронов) показаны в табл. 2.2.

Для каждого слоя характерна своя критическая частота fкр, определяемая как наивысшая частота радиосигнала, при которой происходит отражение вертикально направленной радиоволны от этого слоя. При частоте выше критической радиоволна не отражается, а проходит через ионизированный слой ионосферы.

Одновременно с появлением новых электронов в ионосфере часть имеющихся в ней электронов исчезает, присоединяясь к положительным ионам и нейтральным молекулам. Процесс воссоединения заряженных частиц и образования молекул в атмосфере называется рекомбинацией.

Ионизацию, кроме Солнца, создают метеоры, вторгающиеся в земную атмосферу со скоростями несколько десятков километров в секунду. Метеорное вещество при попадании в плотные слои атмосферы нагревается и испаряется, причем частицы вещества, будучи ионизированными, ионизируют окружающий воздух. За счет этого средний уровень ионизации атмосферы возрастает. Кроме того, за метеором образуется столб ионизированного воздуха, имеющий форму цилиндра, который создает местную ионизацию. След метеора быстро расширяется и рассеивается, существуя в атмосфере от одной до нескольких секунд. Такие ионизированные следы метеоров образуются на высоте 80…120 км над земной поверхностью приблизительно между слоем D и слоем E. Радиосвязь, основанная на использовании отражения радиоволн от ионизированных слоев метеоров, называется метеорной радиосвязью. В линиях метеорной радиосвязи применяется прерывистый режим работы с предварительным накоплением информации и ее последующей передачей в период возникновения метеорных следов.

Любой вид связи предназначен для передачи информации на расстояние. Информация - это совокупность сведений о событиях в окружающем мире. Формой представления информации является сообщение, которое может представлять собой речь, текст, последовательность чисел и т.д.

Чтобы передать сообщение от источника информации получателю, необходимо использовать любой физический процесс, способный распространяться с некоторой скоростью от источника к получателю информации, например: звуковые колебания, электрический ток в проводниках, свет, электромагнитное поле и др.. физическая величина, определяющая данный процесс, изменяющаяся во времени и отображающая передаваемое сообщение (сила тока, интенсивность электромагнитного поля, яркость света и т.д.называется сигналом. Сигналы не являются передаваемым сообщением, а лишь отображают его. Часто сигнал, полученный в результате преобразования сообщения, называют первичным электрическим сигналом.

В зависимости от характера сообщения.первичные электрические сигналы могут быть непрерывными или дискретными

Непрерывные сигналы принимают любые значения по состояниям в некотором интервале. Такие сигналы описываются на некотором достаточно большом интервале времени непрерывными функциями времени. Типичным примером непрерывного сигнала является речевой сигнал, его амплитуда непрерывно меняется во времени в пределах ±Umax. При передаче такого телефонного сигнала необходимо в первую очередь учитывать его спектр частот.

Известно, что спектр звуков, воспринимаемых человеческим ухом, занимает полосу частот в пределах от 16 до 20000 Гц. Однако передача такого широкого спектра частот по каналам связи сопряжена с определёнными трудностями, связанными с увеличением полосы частот, занимаемой каналом связи, а, следовательно, и с уменьшением количества каналов связи, обеспечиваемых в определённом диапазоне частот. Поэтому при телефонной связи спектр речевого сигнала ограничивают полосой частот от 300 до 3400 Гц, в которой расположены основные частотные составляющие и основная энергия звуков человеческой речи (рис. 2.1).

При этом такое ограничение спектра частот телефонного сигнала не ведёт к заметному искажению сигнала. Ширина спектра 0,3¸3,4 КГц получила название стандартного телефонного канала.

Дискретные сигналы принимают конечное число вполне определённых значений по состоянию. Наиболее общим примером дискретных сигналов могут служить телеграфные сигналы, отображающие текст сообщения с помощью определённого алфавита (кода). При этом каждая буква или цифра кода выражается вполне определённым дискретным состоянием сигнала. На рис.2.2. показаны дискретные состояния, которые принимает сигнал при передаче буквы «Ж» с помощью кода Морзе.

Передача телеграфных сигналов может осуществляться с различной скоростью телеграфирования. Скорость телеграфирования определяется количеством элементарных импульсов, передаваемых в единицу времени (1с) и измеряется в Бодах (Б).

1 Б = 1 имп / 1 с

Для большинства буквопечатающих телеграфных аппаратов скорость телеграфирования составляет 50 Бод.

Первичный электрический сигнал независимо от его вида носит низкочастотный характер. Он может быть непосредственно переданным по проводным линиям связи, но не может эффективно излучаться в среду распространения радиоволн, так как практически невозможно создать антенны, геометрические размеры которых были бы соизмеримы с длинной волн сигнала.

Например, при F=1кГц длина волны l=300(км), а длина антенны L=l/4 = 75(км), что практически не осуществимо.

Следовательно, для передачи по радио первичный электрический сигнал должен быть преобразован в высокочастотный сигнал, способный эффективно излучаться в окружающее пространство.

Такой сигнал принято называть радиосигналом. Преобразование первичных низкочастотных электрических сигналов в радиосигналы осуществляется в радиопередатчиках, являющихся основной частью радиопередающих устройств. Процесс преобразования непрерывных первичных сигналов в радиосигналы носит название модуляции, а дискретных - манипуляции.

Радиосигнал, сформированный и излучённый в окружающую среду в виде радиоволн, распространяясь с определённой скоростью, достигает места расположения получателя информации. При прохождении радиосигнала в среде распространения на него воздействуют другие сигналы, определяемые как свойствами самой среды распространения, так и другими источниками электрических сигналов. В точке получения переданной информации необходимо произвести обратное преобразование радиосигнала в сообщение. Преобразование радиосигналов, пришедших в точку приёма, в исходное сообщение осуществляется радиоприёмным устройством. Задача преобразования принимаемого радиосигнала в сообщение более сложная, чем преобразование сообщения в радиосигнал, так как преобразованию подвергаются не только переданный радиосигнал, а его смесь с другими сигналами (помехами), которые могут исказить переданное сообщение.

Источник информации, радиопередающее устройство, среда распространения радиоволн, радиоприёмное устройство и получатель информации образуют линию радиосвязи (рис. 2.3).

Структурная схема линии радиосвязи, изображённая на рис.2.3., обеспечивает передачу сообщения только в одном направлении - от источника информации к получателю, т.е. одностороннюю радиосвязь. Для обеспечения двусторонней радиосвязи необходимо на каждом конце радиолинии иметь радиопередающее радиоприемное устройство. В этом случае источник информации и получатель информации периодически меняются функциями, выполняемыми в линии радиосвязи, поэтому их принято объединять одним понятием корреспондент.

Для двусторонней радиосвязи режим работы радиолинии может быть симплексным или дуплексным.

Линия радиосвязи, в которой передача и приём сообщений осуществляются поочерёдно, называется симплексной, если же линия радиосвязи обеспечивает одновременную передачу и приём информации, то такая радиолиния называется дуплексной. Линия радиосвязи, которая позволяет одновременно передавать несколько сигналов, отображающих независимые сообщения, называется многоканальной (двухканальной, трёхканальной и т.д.), если же линия радиосвязи предназначена для передачи только одного сигнала, соответствующего одному сообщению, то она называется одноканальной. Таким образом, под каналом радиосвязи понимают часть линии, обеспечивающую передачу и приём сигнала.

В общем случае под каналом радиосвязи понимают часть радиопередающего устройства, среду распространения радиоволн и часть радиоприёмного устройства. Какие части радиопередающего и радиоприёмного устройства входят в понятие радиоканала, оговаривается отдельно. Наиболее часто канал радиосвязи (радиоканал) ограничивается только средой распространения радиоволн. Это объясняется тем, что наиболее характерные особенности радиоканала, отличающие его от других каналов связи, определяются именно средой распространения. В дальнейшем, если не будет специально оговорено, под радиоканалом будем понимать среду распространения радиоволн.

Таким образом, любое радиопередающее устройство должно обеспечивать выполнение следующих трех функций:

1. Преобразование сообщения в первичный электрический сигнал, которое осуществляется оконечной передающей аппаратурой (микрофон, телеграфный ключ, телеграфный аппарат, передающая телевизионная трубка и т.д.).

2. Преобразование первичного электрического сигнала путём модуляции (манипуляции) высокочастотного колебания в радиосигнал, способный эффективно излучаться и распространяться в виде радиоволн на заданное расстояние. Эту функцию выполняет собственно радиопередатчик.

3. Излучение сформированных радиопередатчиком радиосигналов в виде электромагнитных волн, осуществляемое передающим антенно-фидерным устройством (АФУ).

На приёмном конце линии радиосвязи с помощью радиоприёмного устройства производиться обратное преобразование радиосигналов в сообщение. Радиоприёмное устройство также выполняет следующие три основные функции:

1. Приёмное антенно-фидерное устройство (АФУ) улавливает энергию электромагнитных волн и преобразует её в радиосигнал.

2. Выделение принимаемого радиосигнала из множества сигналов, наводимых в антенне, и преобразование его в первичный низкочастотной сигнал необходимой мощности, осуществляемые радиоприёмником.

3. Преобразование первичного сигнала в сообщение, выполняемое приёмной оконечной аппаратурой (головные телефоны, динамик, приёмный телеграфный аппарат, телевизионная трубка и т.д.). Для обеспечения двусторонней радиосвязи необходимо на каждом конце радиолинии иметь радиопередающее и радиоприёмное устройства, которые организационно, а часто и конструктивно, вместе с устройствами управления объединяются в единый комплекс-радиостанцию.

На рис.2.4 представлена обобщенная структурная схема линии радиосвязи между корреспондентами А и Б.

Основные свойства радиоканала, отличающие его от других каналов связи, определяются, главным образом, свойствами среды распространения. Поэтому, при рассмотрении данного вопроса понятие радиоканала ограничим средой распространения радиоволн.

В радиосвязи в качестве среды распространения используется пространство, окружающее земную поверхность. Такая среда не обладает направленными свойствами, как это имеет место, например в проводных и кабельных линиях связи. В линиях радиосвязи излучённые передающей антенной, распространяются практически во все стороны от излучателя и только незначительная часть их энергии излучается в сторону радиоприёмного устройства корреспондента. Происходит рассеивание энергии радиоволн в среде распространения. Кроме того, за счет поглощения энергии радиоволн в земной поверхности и ионосфере, а также за счет преломления радиоволн происходит дополнительное уменьшение энергии радиоволн, приходящих в точку приёма. В тех случаях, когда энергия радиоволн, пришедших в точку приёма оказывается недостаточной для преобразования её в первичный сигнал, радиосвязь оказывается невозможной.

Первое свойство радиоканала и заключается в том, что в процессе распространения радиоволн из-за их рассеивания и поглощения в земной поверхности и ионосфере происходит резкое уменьшение мощности радиосигналов на входе радиоприёмников. Поэтому радиоканал в отличии от других каналов связи рассматривается, как канал с большим затуханием.

Большое затухание радиоканала приводит к тому, что уровень радиосигнала на входе радиоприёмного устройства оказывается соизмеримым с уровнем флуктуационных токов (собственных шумов) радиоприёмника, что затрудняет, а в некоторых случаях делает и невозможным, распознавание принимаемых сигналов и отделение их от шумов.

«Уменьшить» затухание радиоканала можно за счет выбора оптимальных рабочих частот для данного времени требуемой дальности радиосвязи, а также за счет более направленных и эффективных передающих и приёмных антенных устройств.

Вторым свойством радиоканала является изменение затухания во времени в
весьма широких пределах, поэтому радиоканал принято считать каналом связи с
переменными параметрами.

Изменение затухания радиоканала может происходить по различным причинам. На величину затухания в радиоканале влияют изменения взаимного расположения радиостанций на местности и расстояний между ними, что особенно заметно при осуществлении радиосвязи земными волнами. Поскольку напряжённость электромагнитного поля убывает практически пропорционально квадрату длины пути, проходимому волной в процессе распространения, то любое изменение расстояния между работающими радиостанциями приводит к изменению мощности радиосигнала в точке приёма. Очевидно, что эти изменения особенно сильно влияют на обеспечение радиосвязи между подвижными объектами. Но даже в случаях, когда расстояние между работающими радиостанциями остаётся постоянным, а изменяется только их взаимное расположение на местности, могут происходить достаточно резкие изменения затухания в радиоканале, вызываемые изменениями параметров почвы, а, следовательно, и её поглощающих свойств. Параметры сухой почвы отличаются от параметров влажной почвы и от параметров водной поверхности, а также зависят от вида самой почвы - песок, глина и т.д.

В диапазоне метровых волн, на поглощающие свойства среды распространения сильное влияние оказывают рельеф местности и местные предметы - холмы, горы, растительный покров, строения и т.д. Всё это приводит к изменению величины затухания радиоканала, которое может достигать сотен децибел.

Третьим свойством радиоканала является его общедоступность, т.е. возможность использования одной и той же среды распространения любыми радиотехническими устройствами. Общедоступность среды распространения обеспечивает возможность одновременного функционирования большого количества линий радиосвязи.

Таким образом, на входе приёмного устройства всегда кроме принимаемого радиосигнала будут присутствовать помехи, которые искажают его, а. следовательно, и первичный сигнал, непосредственно отображающих переданное сообщение. Степень искажения первичною сигнала определяет правильность принятого сообщения, т.е. его достоверность.

Итак, для повышения надежности радиосвязи и обеспечения высокой достоверности принятого сообщения необходимо принимать следующие меры:

Осуществлять радиосвязь на оптимально выбранных по радио прогнозам частотах, свободных от помех;

Использовать такие виды радиосигналов, которые обеспечивают требуемую надёжность радиосвязи при возможно меньших значениях степени превышения сигнала над помехой;

Применять эффективные и направленные передающие и приёмные антенны;

Уменьшать полосу пропускания радиоприёмника до возможно меньших значений, определяемых спектром принимаемого радиосигнала.

Радиосвязь организуют между двумя радиостанциями: пере­дающей ПСт и приемной ПрСт (рис. В.1). Первичные электриче­ские сигналы поступают по соединительным линиям на входы α,β устройства А1, предназначенного для объединения первичных электрических сигналов в единый групповой сигнал (ГС). Этот ГС поступает в радиопередатчик.

Радиопередатчиком (РП ) называют устройство для формиро­вания радиочастотного сигнала, подлежащего излучению. Входной групповой сигнал модулирует несущую частоту радиопередатчика. На выходе РП образуется радиочастотный сигнал, который поступает в передающую антенну WА1. Передающей (приемной) антенной называют устройство, предназначенное для излучения (приема) радиоволн. Таким образом, между передающей WА1 и приемной WА2 антеннами распространяются радиоволны. Радио­волнами называют электромагнитные колебания с частотами до 3·10 12 Гц, распространяющиеся в среде без искусственных направ­ляющих линий. Антенна WА2 преобразует принятую радиоволну в радиочастотный сигнал, который поступает в радиопри­емник РПр.

Радиоприемником называют устройство, предназначенное для выделения переданного сигнала из принятого радиочастотного сигнала. Выделенный ГС групповой сигнал подается на устройство А2, которое разделяет его на. первичные электрические сигналы так, что каждый из этих сигналов посту­пает к своему получателю. В А1 и А2 объединение и разделение первичных электрических сигналов может происходить на основе частотного разделения каналов (ЧРК), или временного разделе­ния каналов (ВРК).

Под радиорелейной связью понимают радиосвязь, основанную на ретрансляции радиосигналов дециметровых и более коротких волн станциями, расположенными на поверхности Земли. Сово­купность технических средств и среды распространения радиоволн для обеспечения РРЛ связи образуют радиорелейную линию связи .

Таблица 1

Земной называют радиоволну, распространяющуюся вблизи земной поверхности. Земные радиоволны короче 100 см хорошо распространяются, как правило, только в пределах прямой види­мости. Поэтому радиорелейную линию связи на большие расстоя­ния строят в виде цепочки приемно-передающих радиорелейных станций (РРС ), в которой соседние РРС размещают на расстоя­нии, обеспечивающем радиосвязь прямой видимости, и называют ее радиорелейной линией прямой видимости (РРЛ) . На рис. В.2 это РРС1-РРС2, РРС2-РРСЗ.

Тропосферная радиоволна распространяется между точками земной поверхности по траектории, лежащей целиком в тропосфе­ре. Энергия тропосферной радиоволны короче 100 см рассеивается на неоднородностях тропосферы. При этом часть передаваемой энергии попадает на приемную антенну РРС, расположенной за пределами прямой видимости на расстоянии 250 ...350 км. Це­почка таких РРС образует тропосферную радиорелейную линию (ТРЛ) (рис. В.З).

В зави­симости от метода модуляции, используемого в радиорелейной системе, принято различать аналоговые радиорелейные системы с ЧМ (АРРС), цифровые радиорелейные системы (ЦРРС) и др.

Спутниковая радиосвязь--это связь через ретранслятор, уста­новленный на искусственном спутнике Земли (ИСЗ). Спутнико­вую линию связи (СЛС) образуют две станции, расположенные на Земле, и станция на ИСЗ. Первые получили название земных станций (ЗС), вторая - космической (КС). В отличие от ЗС ра­диостанции РРЛ и ТРЛ называют наземными. Спутниковая ли­ния связи состоит из двух участков: Земля - ИСЗ и ИСЗ - Земля.

Классификация радиорелейных линий связи. Обычно их клас­сифицируют по ряду наиболее существенных признаков. В зависимости от механизма распространения радиоволн различают: РРЛ и ТРЛ.

В зависимости от первичной сети ЕАСС, к которой они принад­лежат, различают магистральные, внутризоновые и местные РРЛ (или ТРЛ).

В зависимости от способа, принятого для формирования ГС, различают аналоговые и цифровые РРЛ (или ТРЛ). В свою оче­редь аналоговые радиорелейные линии связи классифицируют в зависимости от способа, принятого для объединения (разделения) первичных электрических сигналов и метода модуляции несущей: РРЛ (или ТРЛ) с ЧРК и ЧМ и РРЛ с ФИМ-АМ; в зависимости от числа N организуемых каналов ТЧ: малоканальные - N≤24; со средней пропускной способностью - N=60 ...300; с большой пропускной способностью -N=600... 1920.

Цифровые РРЛ клас­сифицируют по способу модуляции несущей: ИКМ-ЧМ, ИКМ-ФМ и другие; в зависимости от скорости передачи двоичных симво­лов В: с малой-В 5<10 Мбит/с, средней В =10...100 Мбит/с и высокой В>100 Мбит/с пропускной способностью.

4. Контрольные вопросы

Глоссарий

Сформированный в передатчике высокочастотный сигнал посылается в радиолинию (высокочастотный кабель, волновод, область пространства, в которой распространяются радиоволны). С выхода линии связи сигнал поступает на приемное устройство системы связи, назначением которого является обратное преобразование высокочастотного сигнала в первичный низкочастотный. Основными функциями приемника помимо усиления и частотной селекции являются демодуляция, а для дискретных сообщений и декодирование принятого сигнала.

Таким образом, становятся определенными основные контуры структурной схемы системы радиосвязи связи общего типа, изображенной на рис. 2. Символом на рисунке обозначена «оценка» ожидаемого на выходе системы радиосвязи сообщения.

В соответствии с делением источников сообщений по характеру возможных состояний сигналы, отображающие эти состояния, можно отнести либо к дискретным по состояниям, либо к непрерывным (аналоговым). В общем случае сигнал связи, как физический процесс, задан в виде непрерывной функции времени. Вместе с тем, передачу как дискретных так и непрерывных по состоянию сигналов можно осуществлять как в виде непрерывных так и дискретных во времени функций. В последнем случае сигнал является отличным от нуля лишь в определенные интервалы времени. Рассмотренная классификация сигналов применима к низкочастотным (первичным), и высокочастотным (модулированным) сигналам. Наиболее существенной особенностью сигналов, используемых для передачи сообщений, является их случайный характер, отражающий случайный характер ожидаемого получателем сообщения. Характеристики сигналов, рассматриваемых как случайные функции времени, определяются их вероятностными распределениями. Конкретные реализации сигнала описываются детерминированными функциями самой различной формы.

В системах связи вводят более общее, чем линия связи, понятие канал (радиоканал ). Под каналом связи в системе понимают определенным образом выделенную часть технических средств. Например, каналом связи может быть названа некоторая последовательность функциональных блоков системы, в частности, линия связи. Часть системы связи, с выхода которой сигналы поступают на вход канала, является источником сигнала для данного канала.

По логике функционирования системы связи на любом этапе преобразования сообщений в сигналы и обратно необходимо стремиться к тому, чтобы обеспечивалось взаимно-однозначное соответствие сообщений и отображающих их сигналов. Однако даже при точном выполнении указанного требования при конструировании любой системы связи следует учитывать наличие посторонних мешающих воздействий, сигналов, называемых помехами связи. В большей или меньшей степени помехи могут возникать на любом этапе преобразования и передачи сигналов. Как правило, наибольшее влияние посторонние мешающие воздействия оказывают на полезные сигналы в процессе распространения по радиолинии. Поэтому при изображении структурных схем систем связи место воздействия помех условно локализуют именно в этом блоке схемы, как показано на рис. 2. Наличие помеховых сигналов непредсказуемой интенсивности и формы нарушает требование взаимно-однозначного соответствия сигналов в системе

Рисунок 2. Обобщенная структурная схема системы радиосвязи

связи. В целях обеспечения наибольшего соответствия принятых сообщений переданным в процессе разработки и конструирования системы возникает необходимость выбора целесообразной формы полезных сигналов, устройств модуляции и демодуляции, правил кодирования и декодирования, выбора структуры приемного устройства и т. д.

В отсутствие помех в системе структура приемного устройства определяется однозначно. Если представить совокупность операций кодирования и модуляции в передающем устройстве символом V (см. рис. 2), так что s = V(a) , то для получения «оценки» первичного сигнала на выходе системы связи необходимо лишь осуществить обратную операцию: . Можно полагать, что в случае воздействия помехового или шумового сигнала «слабой» по отношению к ожидаемому сигналу интенсивности, отличие оценки первичного сигнала в системе от его истинного значения будет незначительным. В свою очередь, преобразование практически неискаженного первичного сигнала в элементы сообщения, соответствующие состояниям источника, является технически решаемой задачей и принципиальных затруднений не вызывает (воспроизведение речевого сигнала осуществляется динамическим громкоговорителем, воспроизведение телевизионного изображения обеспечивает кинескоп и т. д.).

При приеме сигналов, искаженных помехами, структура приемного устройства в целом, блоков демодуляции и декодирования принятого сигнала, в частности, могут быть различными в зависимости от статистических характеристик интенсивных помех, их физических свойств и имеющихся у получателя сообщений предварительных сведений о вероятностных характеристиках ожидаемых и принимаемых сигналов.

В современных условиях проблема выбора структуры приемного устройства сигналов, искаженных интенсивными помехами, (синтез приемника), решается на базе хорошо развитой теории оптимального приема, исходя из определенных критериев оптимальности и использования всей доступной информации о статистике сигналов, поступающих на вход приемника. При этом может получиться, что правила оптимальной обработки принятого сигнала для фиксированного выходного сигнала передающего устройства оказываются существенно различными, зависимыми от свойств и статистических характеристик мешающего воздействия в радиолинии.

В особой помеховой обстановке оптимальное решающее правило приема может оказаться весьма сложным и трудно реализуемым на практике. В ряде случаев по результатам анализа качества функционирования оптимального приемника целесообразнее отказаться от точной реализации оптимального алгоритма и использовать в системе связи более просто реализуемое субоптимальное правило решения, обеспечивающее несколько более худшее, но допустимое качество функционирования системы радиопередачи.