Современные системы радиосвязи реферат

Обновлено: 30.06.2024

Система передачи информации, в которой сигналы электросвязи передаются посредством радиоволн в открытом пространстве, называется радиосистемой. Радиосистемы подразделяются на радиолинии и радиосети.

Двусторонняя радиосвязь предполагает возможность передачи и приема информации каждой радиостанцией. Для этого нужны два комплекта оборудования односторонней связи, т.е. в каждом пункте надо иметь и передатчик и приемник. Двусторонняя связь может быть симплексной и дуплексной (рис. 1.1). При симплексной радиосвязи передача и прием на каждой радиостанции ведутся поочередно. Радиопередатчики в конечных пунктах линии связи в этом случае работают на одинаковой частоте, на ту же частоту настроены и приемники.При дуплексной радиосвязи радиопередача осуществляется одновременно с приемом. Для каждой дуплексной линии радиосвязи должны быть выделены две разные частоты. Это делается для того, чтобы приемник принимал сигналы только от передатчика с противоположного пункта и не принимал сигналы собственного радиопередатчика. Радиопередатчики и радиоприемники обоих корреспондентов дуплексной радиосвязи включены в течение всего времени работы линии радиосвязи.

Симплексная связь используется, как правило, при наличии относительно небольших информационных потоков. Для систем передачи с большой информационной нагрузкой характерна дуплексная связь.

Любая радиолиния передачи информации (связная, звукового или телевизионного вещания) содержит на концах радиопередающие и радиоприемные устройства, снабженные антеннами. Передающая антенна излучает электрический сигнал передатчика в виде радио-волны. Приемная антенна улавливает радиоволну, и с ее выхода электрический сигнал поступает на вход приемника. Линии передачи электромагнитной энергии, соединяющие антенну с радиопередатчиком или с приемником, называются фидерами. Антенно-фидерные устройства - очень важные элементы линии радиосвязи. На практике очень часто применяются антенны, обладающие направленным действием. При передаче направленная антенна излучает энергию радиоволн в определенном направлении. Чем больше направленность антенны, тем при меньшей мощности передатчика возможна радиосвязь. Приемные направленные антенны увеличивают отношение сигнал-помеха на входе приемного устройства, что также позволяет уменьшить необходимую мощность радиопередатчика.

Успешная работа радиолиний зависит не только от конструктивных особенностей и качества изготовления радиоаппаратуры. При сооружении и эксплуатации радиолиний необходимо учитывать особенности распространения радиоволн на пути от передающей до приемной антенны. Эти особенности различны в зависимости от диапазона частот.

Радиоволны на радиолиниях распространяются в естественных условиях, а эти условия разнообразны и непостоянны. Прежде всего необходимо учитывать, что Земля круглая. На пути от передающей до приемной антенны радиоволны должны обогнуть выпуклость Земли.

Таким образом, всякое радиопередающее устройство должно состоять из генератора электрических колебаний, подключенного к передающей антенне, и модулятора, с помощью которого осуществляется модуляция.

В приемном пункте должно находиться устройство, преобразующее энергию электромагнитных волн в энергию электрических колебаний, т.е. приемная антенна. Антенна улавливает электромагнитные волны, излучаемые разными передатчиками, работающими на различных частотах. Чтобы принимать сигналы только одной станции, необходимо иметь избирательное устройство, способное выделить из колебаний различных частот только те колебания, которые передаются нужной радиостанцией. Для решения этой задачи используются электрические колебательные контуры, настраиваемые на частоту принимаемой радиостанции.

Выделенные с помощью колебательного контура высокочастотные колебания нужно подвергнуть обратному преобразованию, т.е. получить из них токи или напряжения, изменяющиеся в соответствии с законом модуляции электрических колебаний в радиопередатчике. Для решения этой задачи приемник должен иметь специальное устройство, которое называется детектором.

Наконец, выделенный сигнал нужно подать на некоторое оконечное устройство, которое запишет его или позволит человеку воспринимать его в виде звука или света (изображения).

Любой колеблющийся электрический заряд является источником переменного электромагнитного поля, излучающего в окружающее пространство. Излучение зарядом электромагнитной волны можно пояснить следующим образом. Рассмотрим два проводящих шара, находящихся на расстоянии L друг от друга (рис. 1.3) [1]. Такая система называется электрическим диполем. После выключения генератора шары будут заряжаться и разряжаться. При этом по проводу L протекают токи зарядки и разрядки емкости, образованной шарами. Емкость шаров много больше емкости отрезков ab и cd провода L, поэтому током смещения между отрезками провода можно пренебречь. Можно считать, что ток проводимости, протекающий в проводе L, замыкается только через ток смещения, протекающий в пространстве между шарами. В этом случае амплитуда тока вдоль провода L остается постоянной. Такой электрический диполь называют диполем Герца.

На рис. 1.3 графически изображено распределение амплитуды тока вдоль провода диполя. На этом же рисунке показаны силовые линии электрического поля диполя для момента времени, когда шары заряжены. Линии тока смещения расположены в пространстве N так же, как и линии электрического поля. При работе генератора г переменный ток смещения вызывает появление переменного магнитного поля, силовые линии которого окружают линии тока смещения. В свою очередь переменное магнитное поле по закону электромагнитной индукции вызывает в окружающем пространстве появление переменного электрического поля и соответствующего тока смещения и т.д. Рассмотренный процесс распространяется в окружающей среде самоподдерживаясь. Если, например, выключить генератор, питающий диполь, то в окружающей среде продолжает распространяться возникшая электромагнитная волна - ток смещения вызывает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, создает переменное электрическое поле и ток смещения в соседних областях пространства. Если генератор, возбуждающий диполь, генерирует напряжение, изменяющееся по гармоническому закону U= L/msincof, то и электромагнитное поле изменяется во времени по гармоническому закону с

. ?? .

Строение атмосферы Земли

В земных условиях радиоволны распространяются в атмосфере. Атмосферу разделяют по высоте на три области: тропосферу, стратосферу и ионосферу. Нижняя область - тропосфера простирается до высоты 7. 10 км в полярных районах и до 16. 18 км над экватором. Тропосфера переходит в стратосферу, верхняя граница которой находится на высоте около 50. 60 км. Стратосфера отличается от тропосферы почти полным отсутствием водяного пара, осадки образуются только в тропосфере. Тропосфера и стратосфера влияют только на распространение УКВ.

Типичными частотами для стационарной связи являются 3—30 МГц. Там главным образом используются ионосферные волны. Для увеличения скорости передачи информации увеличивают частоты до единиц гигагерц. Если расстояния прямой видимости не хватает для требуемой дальности, применяют ретрансляторы. Линии с ретрансляторами называют радиорелейными, для них используют радиоволны гигагерцевого диапазона… Читать ещё >

Современные системы радиосвязи ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Основное применение радиотехники со времени ее появления — радиосвязь. Связь по радио развивалась применительно к стационарным и подвижным объектам. Если один из элементов радиоканала — приемник или передатчик перемещается в пространстве, то связь является мобильной. В настоящее время под мобильной связью понимают более узкий круг радиоустройств, в которых местоположение перемещающегося абонента неизвестно. Современные системы мобильной связи строятся таким образом, чтобы можно было найти абонента и поддерживать с ним мобильную радиосвязь.

Виды связных радиосистем

Существующие системы радиосвязи можно разделить на стационарные и мобильные в зависимости от того, перемещаются ли в пространстве приемник или передатчик и требуется ли определять их местонахождение. По режиму использования радиоканала различают системы односторонней связи, симплексные и дуплексные. В симплексной системе осуществляется двусторонняя связь, но передача и прием ведутся поочередно. В дуплексной ведется одновременно двусторонняя связь.

Стационарные системы связи

Стационарные системы (без поиска подвижных абонентов) бывают следующего вида:

1) радиовещательные;
2) телевизионные;
3) для служебной связи;
4) радиорелейные.

В ряде случаев ретрансляторы располагаются на искусственных спутниках Земли. Такие системы называют спутниковыми. Следует отметить, что спутниковые ретрансляторы применяют и для мобильных систем связи.

Мобильные системы связи

Системы мобильной радиосвязи различаются следующими признаками:

— способом модуляции;
— методом разделения каналов;
— организацией сети.

В первом поколении мобильных систем применялись методы модуляции аналоговыми сигналами, сейчас практически все новые системы являются цифровыми. Основным методом разделения каналов раньше являлся частотный, в соответствии с которым весь отведенный для канала диапазон частот разделялся на участки-подканалы.

В последних системах связи применяют частотное, временное и кодовое разделения каналов. Что касается организации сети мобильной связи, то в первое время применялась транкинговая система, а в последние годы — различные виды беспроводной мобильной связи, особенно сотовая. Существуют также разработанные ранее системы пейджинговой связи, называемые системами персонального вызова.

Это локальные системы радиосвязи, предназначенные для оснащения диспетчерских служб, осуществляющих оперативное управление производством. Для ВДРС используются короткие волны: 1,5-8 МГц и метровые волны: 30-174 МГц.

Пример ВДРС: диапазон УКВ, стационарная радиостанция "Нива-М" и переносная "Карат-М" с радиусом действия 20-30 км. Стационарная радиостанция "Гроза-С" и переносная "Гроза-П" с радиусом действия 200-300 км. Диапазон МВ: радиокомплексы "Гранит-М", "Вивия", "Пальма-М" с радиусом действия 15-25 км. ВДРС позволяют осуществить прямую радиосвязь диспетчера с радиоабонентами в симплексном или дуплексном режимах или радиоабонентов между собой.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАДИОСИСТЕМЫ (ТРС)

Обычные или специализированные радиокомплексы, предназначенные для управления производственными операциями или технологическими процессами и являются собственностью предприятия, которое они обслуживают. Используют ТРС для облегчения выполнения трудоемких, сложных и опасных операций, для замены людей в местах соприкосновения с вредной средой, с опасными для здоровья электромагнитными полями и напряжениями.

Пример ТРС: буровые установки, механизированные бригады портовых грузчиков и т.д.

4. СИСТЕМЫ ПЕРСОНАЛЬНОГО РАДИОВЫЗОВА (СПРВ)

Они служат для передачи сигналов радиовызова перемещающимся абонентам. Система одностороннего действия, не включающая в себя, как правило, радиотелефонного канала. СПРВ используют дециметровый диапазон (ДМВ):160-180 МГц.

5. СИСТЕМЫ АВАРИЙНОЙ РАДИОСВЯЗИ (САРС)

Представляют собой РС общего пользования или специализированные радиокомплексы, предназначенные для передачи сигналов бедствия с помощью радиотелефонов, радиотелеграфа или автоматически. САРС использует специально выделенные частоты в диапазонах СВ, КВ, УКВ, которые регулярно прослушиваются.

6 РАДИОСИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ (РСПД)

Специализированные радиокомплексы, предназначенные для передачи различным радиоабонентам дискретной информации или комбинированные радиокомплексы, допускающие передачу наряду с дискретной и других видов информации. Диапазон у специализированных радиокомплексов - коротковолновый. Добровольский Е.Е. Развитие и совершенствование радиосвязи, радиовещания и телевидения. -М., 2004.

2. Характеристика систем радиосвязи ОВД

Радиосвязь является основным видом связи со стационарными и подвижными объектами, а в ряде случаев единственным видом связи, обеспечивающим управление органами и подразделениями внутренних дел при осложнении оперативной обстановки и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Использование радиосвязи позволяет в короткие сроки сконцентрировать в нужном месте необходимое количество оперативных сил и средств для проведения мероприятий, согласовать по месту и времени их действия и осуществлять единое руководство ими.

По диапазонам частот средства радиосвязи, используемые в органах внутренних дел, можно разделить на следующие направления.

ВЧ-диапазон

Используется для организации связи на больших расстояниях, а также мобильными подразделениями специального на значения, участвующими в крупномасштабных антитеррористических операциях.

В рамках реализации Программы запланирована замена старых аналоговых стационарных станций, используемых в настоящее время для организации радиосвязи на региональных участках опорной ведомственной сети связи, на новые цифровые модели.

ОВЧ-диапазон

В данном диапазоне работает основной парк радиосредств органов внутренних дел. В качестве основных направлений развития радиосвязи рассматриваются перевод радиосетей на шаг сетки 12,5 кГц и широкое внедрение режима двухчастотного симплекса с ретрансляцией сигнала.

УВЧ-диапазон

Получил широкое распространение в Московском регионе, в МВД Республики Татарстан, ГУВД Санкт-Петербурга, а также на территории Чеченской Республики и ряде других регионов.

Принципиальное отличие между стандартами АПКО-25 и ТЕТРА заключается в способе доступа к ресурсам системы. ТЕТРА использует многостанционный доступ с временным разделением каналов (МДВР), а АПКО-25 - с частотным разделением (МДЧР).

МДВР ТЕТРА позволяет обеспечить более эффективное использование частотного ресурса, так как на одной несущей можно организовать четыре рабочих канала (в АПКО-25 в настоящее время - два). Однако при этом требуется обеспечить высокий уровень линейности приемопередающего тракта и оконечных усилителей, чего удается достичь только при небольшой выходной мощности абонентского оборудования.

По этой причине зона обслуживания базовых станций ТЕТРА получается меньше (в 1,5-2 раза), чем в АПКО-25, а количество оборудования, необходимого для покрытия одних и тех же территорий, - больше.

Последнее приводит к повышению стоимости системы, снижению надежности работы сети и увеличению времени установления соединений (вероятность нахождения абонентов в разных зонах существенно возрастает). Кроме того, в системах с меньшим количеством зон проще решить вопросы неравномерности трафика во времени, что для ОВД является весьма актуальной задачей, так как наивысшая интенсивность обмена имеет место при возникновении происшествий, остальное время каналы ОВД загружены слабо.

Другим важным преимуществом систем стандарта АПКО-25 является высокая степень защиты информации и системы в целом от несанкционированного доступа. Стандарт АПКО-25 изначально разрабатывался как инструмент для создания систем связи правоохранительных органов, поэтому вопросы защиты отрабатывались на всех стадиях разработки стандарта, что позволило обеспечить высокий уровень конфиденциальности во всех звеньях системы. Стандарт ТЕТРА первоначально был ориентирован на создание систем коммерческой связи, интересы правоохранительных органов стали учитываться позже.

Основные различия стандартов АПКО-25 и ТЕТРА приведены в таблице.

Радиостанции большой мощности

Радиостанции малой мощности

Системы с разнесенным приемом

Прямой режим с большой мощностью

Скоростная передача данных до 96 кбит/с

Совместимость с имеющимися аналоговыми радиостанциями

ДА (в конвенци-ональном режиме)

Возможность работы в любом профессиональном диапазоне частот

Возможность использования имеющихся (аналоговых) зон

Полицейские функции связи

Уязвимым местом стандарта ТЕТРА является ограниченность рабочего диапазона системы. В настоящее время диапазон рабочих частот для ТЕТРА не совпадает с диапазоном, выделенным для ОВД России. Важным преимуществом стандарта АПКО-25 является возможность работы в одной системе новых цифровых радиостанций и аналоговых радиостанций старого парка. Это позволяет осуществить "мягкое" внедрение новых цифровых технологий, что невозможно при использовании стандарта ТЕТРА.

Стандарт ТЕТРА имеет ряд преимуществ.

Первое - возможность организации в ближайшем будущем крупного серийного производства аппаратуры и комплектов специализированных БИС, которые могут быть использованы любыми производителями (в том числе и отечественными) для создания аппаратуры ТЕТРА. Именно для ТЕТРА разработано много прикладных информационных систем и приложений.

Второе - перспектива более гибкой ценовой политики. В настоящее время аппаратура стандарта ТЕТРА является более дорогой, чем АПКО-25. Однако, учитывая, что системы данного протокола планируется использовать как для правоохранительных органов, так и в качестве систем общего пользования, можно предположить, что вскоре за счет выпуска больших серий цены на аппаратуру ТЕТРА существенно снизятся.

Предполагается, что абонентская станция будет стоить не более 300 долл. США. Системы АПКО-25, ориентированные на использование в правоохранительных органах, вряд ли найдут широкое коммерческое применение.

Следовательно, рынок продаж будет гораздо меньше, чем у ТЕТРА, а стоимость абонентского оборудования, соответственно, выше. Тем не менее, инфраструктура систем ТЕТРА будет дороже, поскольку, как было показано выше, для покрытия одних и тех же территорий в TЕТRA требуется большее количество базового оборудования. Сальников. Шайтанов. Химичев. Средства связи и управления ОВД МВД РФ. - СПб.: Академия МВД, 2003.

3. Достоинства и недостатки радиосвязи

Радиосвязь - одно из самых простых и надежных средств связи. Рации полезны и удобны, их можно использовать там, где недоступен ни один другой вид связи, системы радиосвязи недороги по цене, легко развертываются и нетребовательны к условиям окружающей.

В зависимости от диапазона радиоволны имеют свои особенности и законы распространения:

Длинные волны сильно поглощаются ионосферой, основное значение имеют приземные волны, которые распространяются, огибая землю. Их интенсивность по мере удаления от передатчика уменьшается сравнительно быстро.

Средние волны сильно поглощаются ионосферой днем, и район действия определяется приземной волной, вечером хорошо отражаются от ионосферы и район действия определяется отраженной волной.

Короткие волны распространяются исключительно посредством отражения ионосферой, поэтому вокруг передатчика существует т. н. зона радиомолчания. Днём лучше распространяются более короткие волны (30 МГц), ночью -- более длинные (3 МГц). Короткие волны могут распространяться на большиме расстояния при малой мощности передатчика.

Ультракороткие волны распространяются по прямой как свет и, как правило, не отражаются ионосферой. Добровольский Е.Е. Развитие и совершенствование радиосвязи, радиовещания и телевидения. -М., 2004.

Несомненные преимущества систем спутниковой связи - большая пропускная способность, глобальность действия и высокое качество связи - обусловили интенсивное развитие спутниковой связи. В настоящее время имеется более 30 крупных спутниковых систем, располагающих собственными спутниками, и более 100 спутников находятся в эксплуатации. Конфигурация систем спутниковой связи существенно зависит от типа ИСЗ, вида связи и параметров земных станций. Для построения систем спутниковой связи используются в основном три разновидности ИСЗ - на высокой эллиптической орбите (ВЭО), геостационарной орбите (ГСО) и низковысотной орбите (НВО).

Недостатки спутниковой связи Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильямс", 2004.

Слабая помехозащищенность. Огромные расстояния между земными станциями и спутником являются причиной того, что отношение сигнал/шум на приемнике очень невелико (гораздо меньше, чем для большинства радиорелейных линий связи). Для того, чтобы в этих условиях обеспечить приемлемую вероятность ошибки, приходится использовать большие антенны, малошумящие элементы и сложные помехоустойчивые коды. Особенно остро эта проблема стоит в системах подвижной связи, так как в них есть ограничение на размер антенны и, как правило, на мощность передатчика.

Влияние атмосферы. На качество спутниковой связи оказывают сильное влияние эффекты в тропосфере и ионосфере.

Ионосферные эффекты. Эффекты в ионосфере обусловлены флуктуациями распределения свободных электронов. К ионосферным эффектам, влияющим на распространение радиоволн, относят мерцание, поглощение, задержку распространения, дисперсию, изменение частоты, вращение плоскости поляризации. Все эти эффекты ослабляются с увеличением частоты. Для сигналов с частотами, большими 10 ГГц, их влияние невелико.

Задержка распространения сигнала. Проблема задержки распространения сигнала так или иначе затрагивает все спутниковые системы связи. Наибольшей задержкой обладают системы, использующие спутниковый ретранслятор на геостационарной орбите. В этом случае задержка, обусловленная конечностью скорости распространения радиоволн, составляет примерно 250 мс, а с учетом мультиплексирования, коммутации и задержек обработки сигнала общая задержка может составлять до 400 мс.

Хотя радио имеет долгую и интересную историю, на вопрос, кто его открыл, однозначного ответа нет. Например, принципы радиосвязи были практически продемонстрированы в 1893 году Николой Теслой, который представил работу беспроводного радио в Сент-Луисе, США. С другой стороны, изобретателем радио часто называют Гульельмо Маркони - человека, получившего первый патент на беспроводной телеграф (Англия, 1896 год). А уже 12 декабря 1901 года Маркони стал первым человеком, передавшим радиосигналы через Атлантический океан. Наконец, нельзя не вспомнить и нашего Александра Попова, представившего в Петербурге 7 мая 1895 года прибор, который обеспечивал генерацию направленных колебаний «атмосферного электричества« (по сути, являлся радиоприёмником).

Радиосигналы происходят в результате направленного перемещения радиоволн. Подобно волнам на пруду, радиоволна представляет собой серию повторяющихся пиков и впадин. Радиоволна генерируется передатчиком, а затем обнаруживается приёмником.

Основные разновидности радиосвязи и их применение

Высокочастотные колебания - составляющие любого радиосигнала, представляют собой направленное наложение двух колеблющихся в пространстве под углом 900 полей, магнитного и электрического. Энергия, которую вырабатывают эти поля, увеличиваются по мере повышения синхронности таких колебаний и помре увеличения площади, на которую распространяется действие этих полей. Соответственно, сила прохождения сигнала, при росте расстояния до его источника падает.

Для передачи радиосигнала применяются антенны. Конструкция любой антенны предусматривает концентрацию радиоволн, которые содержатся в луче, с увеличением степени такой концентрации КПД антенного устройства увеличивается. Конструктивные особенности передатчика и антенны определяют разновидности радиосвязи.

Радиорелейная связь

Функции радиорелейной линии заключаются в приёме и ретрансляции сигналов, которые принимаются либо от другой радиостанции, либо от провода, оптоволоконного, микроволнового, коаксиального кабеля или другого канала интегрированной наземной линии. Радиорелейная связь – важная, хотя уже и постепенно устаревающая технология системы радиосвязи.

Большинство станций радиорелейной связи представляют собой наземную систему связи типа "точка-точка". Типовой представитель - система связи с релейным микроволновым излучением или система спутниковой связи.

Расположение радиорелейных станций и диаграммы направленности антенн должны быть установлены так, чтобы обеспечивать минимальные помехи для наземных спутниковых станций. Аналоговые и цифровые схемы основной полосы частот радиорелейной связи аналогичны спутниковым системам, однако процесс обмена и передачи сигналов происходит в атмосфере. Радиорелейные линии могут быть частью соединения между земной станцией и центром коммутации сигнала.

Передача сигналов через спутник

Научные данные (например, снимки, сделанные спутником);
Текущее состояние систем спутника;
Данные о местонахождении спутника в космическом пространстве.

Спутниковая передача сигналов происходит по пути их распространения в прямой видимости от наземной станции к спутнику связи (восходящая линия связи) и обратно к земной станции (нисходящая линия связи). Спутник обычно размещается на геостационарной орбите, на высоте около 18…20 тыс. км над Землей, так что он кажется неподвижным из любой точки, откуда виден. Оттуда спутник действует как ретранслятор в небе. Наземная станция включает в себя антенны, здания и электронику, необходимые для передачи, приёма и последующей обработки сигналов.

Используемый частотный спектр аналогичен тому, который применяется для наземного микроволнового радио. Антенна наземной станции обычно является остронаправленной, в то время как спутниковая антенна имеет увеличенную ширину луча, чтобы покрывать большую часть земной поверхности и иметь возможность одновременно связываться со многими удаленными друг от друга земными станциями.

Сотовая связь

Сотовая связь - форма коммуникационной технологии, позволяющая использовать мобильные телефоны. Мобильный телефон является двунаправленным радиоприёмником, обеспечивающим одновременную передачу и прием сигналов. Сотовая связь основана на географическом разделении зоны покрытия связи на соты и внутри сот. Каждой ячейке выделяется определенное количество частот (или каналов), что позволяет большому количеству абонентов вести разговоры одновременно. Таким образом, покрытие сотовой связи происходит путём пространственного разделения на ячейки с базовыми станциями.

Общим элементом всех технологий сотовой связи является использование определенных радиочастот, а также повторное использование частот. Это позволяет предоставлять услугу большому количеству абонентов при уменьшении количества каналов (ширины полосы). Можно создавать широкие сети связи за счет полной интеграции передовых возможностей мобильного телефона.

Как осуществляется радиосвязь

Радиосвязь работает путём передачи и приема электромагнитных волн. Для распространения и перехвата радиоволн используются передатчик и приёмник. Передатчик излучает электромагнитное поле наружу через антенну; затем приемник улавливает это поле и преобразует его в звуки/изображения.

Генерация и приём радиоволн

Радиоволна действует как носитель информационных сигналов; информация кодируется непосредственно на волне – в виде звуков (голос и музыка) и/или изображений (телевидение). Звуки и изображения преобразуются в электрические сигналы (микрофоном или видеокамерой), усиливаются и используются для формирования несущей волны. Усиленный сигнал подаётся на антенну, которая преобразует электрические сигналы в электромагнитные волны для излучения в космос.

Такие волны излучаются со скоростью света и передаются не только по линии прямой видимости, но и за счет отклонения от ионосферы. Приёмные антенны перехватывают часть этого излучения, возвращая ему форму электрические сигналы, после чего подают сигнал на приёмник.

Кодирование информации в радиоволне

На этом принципе основаны все системы беспроводной связи - от пульта дистанционного управления телевизором до контроля положения спутниковой антенны. Отметим, что в современном мире используются все более сложные технологии для кодирования электромагнитных сигналов, улучшения их качества, увеличения объема информации или обеспечения безопасности передачи. Для этого используются устройства Wi-Fi или Bluetooth.

Телеграфирование

Электрический телеграф в ХХ веке был распространённой формой цифровой передачи сигналов в основной полосе частот с использованием металлических носителей (открытый провод). Но, по сегодняшним меркам, скорость передачи информации при телеграфировании является низкой.

Радиотелефонная связь

Является дальнейшим развитием телеграфирования, и реализуется путём передачи речи по витым парам проводов. Из-за возможностей технических средств полоса пропускания речевых сигналов ограничена частотой 4 кГц, эта полоса сохраняется и до настоящего времени.

Сейчас практически все магистральные системы передачи используют цифровую передачу на основе оптического волокна. Однако передача данных в голосовой полосе, которая представляет собой передачу потока цифровых данных через канал, предназначенный для одного аналогового голосового канала, по-прежнему используется в сети доступа - той части сети, которая находится между помещением абонента и обслуживающим центральным офисом.

Голосовые модемы дополняются и вытесняются в сети доступа технологией цифровой абонентской линии, которая повышает скорость обмена информацией при одновременном снижении стоимости услуг. Кроме того, цифровые абонентские линии имеют постоянное подключение к данным.

Модуляция и детектирование

Виды радиосвязи зависят от типа модуляции сигнала. В радиоустройствах с амплитудной модуляцией (АМ) сила амплитуда сигнала изменяется в пределах от минимума до максимума производимых частот. В радио с частотной модуляцией сигнала (FM) изменяется скорость прохождения сигнала. Когда вы настраиваетесь на радио, номер набора показывает частоту в МГц, на которой транслируется сигнал.

FM-модуляция распространена в коммерческих, а АМ-модуляция – в производственных применениях.

Обратным модуляции процессом является детектирование, при котором из общего высокочастотного сигнала выделяется та его часть, которая содержит информационную составляющую. Первые радиоприёмники были именно детекторными.

Возможность передачи электромагнитных волн открыл Герц (1887 год), наблюдая искру в промежутке знаменитого вибратора. Попов первым догадался заложить полезную информацию, упомянув знаменитого немецкого учёного первым земным посланием. Германия поныне уверена: изобретатель радиосвязи рождён страной Гёте.

Термины

Радиосвязь – вид электросвязи, использующий принцип передачи информации, минуя эфир, посредством электромагнитных волн частотой ниже 3000 ГГц.
Радиовещание – однонаправленная радиосвязь.
Рация (радиостанция) – приёмопередающее устройство радиосвязи.
Поляризация – термин, описывающий поведение вектора электрического поля волны. Различают линейную (занимает одну плоскость), круговую (вращается), эллиптическую (вращается, изменяя периодически амплитуду).

Английский термин прямо затрагивает двунаправленность процесса передачи информации – two-way radio. Ручные рации отделены ныне (2001 год) собственным названием – walkie-talkie. Ранее 40-х годов термины рация, радиостанция употреблялись синонимично. Современный обиход внёс коррективы. Полноценное общение подразумевает использование участниками индивидуального приёмника, передатчика.

История

Вещание шло параллельно развитию связи. Технические средства масс-медиа вполне позволяют общаться, однако передатчики лишены способности принимать информацию. Двустороннее общение предполагает наличие, использование абонентами раций – приёмопередающих устройств.

Спасите наши души

Это интересно! Тонувший Титаник активно опрашивал окружающие корабли, умело применяя азбуку Морзе. Талант радистов настолько развеселил компанию часом ранее, что матросская братия сочла позывные SOS очередной удачной шуткой.

Полученный урок позволил усовершенствовать методы передачи информации. Начиная 1912 годом, военные, гражданские корабли непременно оборудовали средствами дальней беспроводной связи-телеграфами. Первая мировая война явилась временем создания спасательно-охранной службы SOLAS-14. Эксперты разработали ряд основополагающих норм:

Внедрение вахты на частоте 500 кГц (СВ).
Судно снабжается двумя радиоустановками: главная, аварийная.
Дальность передачи сигнала бедствия главного блока — минимум 100 (морских) миль.
Аварийное оборудование функционирует 6 часов автономно, предельное расстояние слышимости – 60..80 морских миль.

Спутниковые каналы передачи информации.
Буквопечатающая радиосвязь УБПЧ.
Цифровой избирательный вызов.

Вкупе технологии повышали предельную дистанцию посыла сигнала бедствия (система INMARSAT, включающая 4 геостационарных спутника, обслуживаемых наземными береговыми станциями), устраняли необходимость в дежурном. Современные SOS принимают специально предназначенные оказывать помощь центры. Берег затем оповещает окрестные плавучие суда. Тонущий корабль волен выбросить аварийный буй. Частота бедствия 1,6 ГГц улавливается спутником, стартует спасательная кампания.

Развитие вещания

Осуществлению чаяний меломанов, призирающих точку-тире, поспособствовал Роберт фон Либен, выпустивший первый газовый триод. Параллельно подсуетился Ли де Форест, американский изобретатель, запатентовавший Аудион. Конструкцию, повторяющую первый триод. Однако название выбрано поудачнее. Оба мало смыслили, подарив последователям право изобрести усилитель (1912 год).

Отдельные исследователи склонны считать первой попыткой радиовещания опыт Реджинальда Фессендена рождественским вечером 1906 года.
Франк Конрад (Электрическая компания Вестингауза, давшая занятие Николе Тесла) в 1916 году стал использовать собственный гараж, передавая информацию, прикрываясь позывными 8XK. Задумка переродилась 2 ноября 1920 года, став коротковолновой станцией KDKA. Сегодня каждый радиолюбитель имеет собственные позывные, позволяя организовать радионаправление собеседникам.
Калифорниец Чарльз Херрольд (1909 год) начал вещание, передав звук. 1919 год 6 ноября подарил Нидерландам первую коммерческую станцию.

Первая радиостанция

Начиная 1920-м, трели певчих заполнили мир. Первый однокорпусной приёмопередатчик-радиостанцию изобрёл австралиец, старший констебль Фредерик Вильям Дауни (1923 год, Виктория). Полиция – исторический родитель технологии. Громоздкие ящики заняли задние сиденья используемых Ланчий патрульных. Эстафету переняли военные лётчики: разведчик стал сообщать обстановку, пропуская этапы возврата, сбрасывания бумажного послания войскам союзников.

Мобильные рации

Мобильный приёмопередатчик изобрёл Дональд Хингс, снабдивший устройствами сотрудников компании CM&S (1937). Система напоминала солидный рюкзак. Вторая мировая война дала мощный толчок развитию технологии. Переносные радиостанции стали незаменимым другом ополчившихся сторон.

Параллельно работала американская компания Моторола. Первая переносная рация SCR-300 вышла в 1940 году. Появление компактных моделей сопутствовало становлению группы Битлз. Полупроводниковая элементная база помогла миниатюризации устройств.

Разновидности

Критериями деления могут являться:

Частота (ДВ, СВ, КВ, УКВ, СВЧ…).
Модуляция (амплитудная, фазовая, частотная, ШИМ, ВИМ…).
Тип сигнала (цифровой, аналоговый, дискретный…).
Поляризация (круговая, линейная, эллиптическая…).
Уровень подготовки абонентов (профессиональная, любительская…).
Назначение (рабочая, служебная, домашняя, технологическая, тестировочная…).
Местоположение абонентов, узлов (космическая, наземная…).
Степень подвижности приёмопередающих устройств (мобильная, стационарная, транспортная…).
Факт участия человека (автоматическая, автоматизированная, живая…).

Принцип действия

Перенос информации неизвестной субстанцией неимоверно сложно объяснить. Учёные, пытаясь сохранить лицо, отписываются трёхэтажными формулами, употребляя замысловатые термины. Корпускулярно-волновой дуализм продолжает настойчиво демонстрировать неполноценность современных научных взглядов.

Важный момент! Изначально технология изобретена радистами, выступала альтернативой проводной связи. Параллельно бурно развивается развлекательная отрасль – вещание.

Радиоволна

Схема возникновения электромагнитной волны доподлинно неизвестна. Экспериментально установлена структура, поясняемая иллюстрацией:

Вектор напряжённости электрического поля лежит в одной плоскости. Амплитуда изменяется, следуя синусоиде.
Вектор напряжённости магнитный занимает перпендикулярную плоскость. Форма аналогичная.
Волна распространяется вдоль траверсы, сохраняя параметры.

Направление вектора устанавливали путём действия на электрические заряды. Частотный диапазон определён экспертами:

Нижняя граница – 0,03 Гц (10 млн. км).
Верхняя граница – 3 ТГц (0,1 мм).

Мера поглощения энергии средой определена частотой. Любительской связи отдали наихудшие варианты, максимально плохо преодолевающие эфир.

Излучение-приём

Практиков мало интересует действительное положение вещей. Важно одно: волна переносит:

Энергию.
Момент.
Угловой момент.

Природа неизвестна — вещь работает. Первопроходец Герц шёл следующим эмпирическим путём:

Получил электрические колебания LC-контура. Частоту заранее оценил, пользуясь уравнениями Максвелла.
Начал разворачивать витки индуктивности, сформировав два прямолинейных плеча вибратора.
Меж обкладками конденсатора расположенного поблизости аналогичного контура наблюдал искру.

Постепенно зародилась идея (Попов) передавать информацию беспроводным методом. Первые радиостанции сильно напоминали телеграф.

Поляризация

Герц быстро заметил: лучшую пару составляют приёмный и передающий вибраторы, расположенные параллельно. Понятие поляризации родилось много позже. Однако Попов знал результат эксперимента, использовав одинаковую ориентацию антенн. Избранное положение позволяло вести приём с любого азимута – необходимый критерий стабильности функционирования системы подвижных объектов (морских судов).

Вибратор Герца обладал линейной поляризацией. Параметр приёмной и передающей сторон обязан быть идентичен. Помимо линейной различают:

Антенна

Нужную поляризацию обеспечивает конструкция антенны, организуя электромагнитную совместимость системы приёмник-передатчик. Попов использовал штырь-вибратор Герца. Получил линейную поляризацию. Спутниковые тарелки обеспечивают различные характеристики. Запад преимущественно рад линейной поляризации, некоторые каналы Российской Федерации – задают круговую. Дань наследию тяжёлого прошлого: спутники-шпионы, постоянно движущиеся, обеспечивают наилучшие показатели, задействовав принципы круговой поляризации.

Модуляция

Амплитудная модуляция кодирует информацию изменением уровня сигнала несущей частоты. Приёмной стороне подойдёт кристаллический детектор, описанный выше, исторически явившийся первой ласточкой. Технология активно стала использоваться гражданскими диапазонами КВ. Сравнительно длинная волна легко огибает земную поверхность, покрывая тысячи миль.
Частотная модуляция изменяет частоту несущей предопределённым образом. Изобретена Эдвином Армстронгом (1933 год). Технология улучшает качество звучания, составляя базис развлекательных радиостанций. Факт использования УКВ-диапазона объясняет теорема Котельникова.

Дальняя связь капризна, лепту вносят солнечная активность, погодные условия. Частотная модуляция замечательно противостоит разрядам молнии. Факт доказан компанией Дженерал Электрик (1940 год).

Выбор частот

Страны определили вещанию, связи полосы. Широким массам отданы диапазоны, демонстрирующие максимальные недостатки: значительное затухание, поглощение парами воды. Преимущества достались армии, спасателям, полиции.

Типичный диапазон УКВ (FM) вещания – 87,5..108 МГц.
СССР занимал вдобавок полосу 65,8..74 МГц.
Япония доныне довольствуется отрезком 76..95 МГц.

Обычно частоты даются с шагом 100 кГц. Южная Корея, США, Филиппины, Карибы задействуют лишь нечётные множители каналов. Европа, Греция, Африка поступают наоборот. И только Италия уменьшила шаг вдвое (50 кГц). Частоты каналов фазовой модуляции ниже УКВ сегодня устарели.

Любительские

Радиолюбителям страны выделяют ограниченные диапазоны:

Длинные волны – 135,7..137,8 кГц.
Средние волны – 472..479 кГц. Международная практика ограничивает излучение мощностью 1 Вт. Россия запрещает.
Короткие волны предполагают использование передатчика мощностью максимум 1 кВт. Диапазоны: 1,8; 3,5; 7; 10; 14; 18; 21; 25; 28 МГц.
УКВ (FM). 50; 70; 220 МГц запрещены российским законодательством. Разрешенные: 144..146; 430..440; 1260..1300 МГц; 2,4; 5,65; 10; 24; 47; 75,5; 122,25; 134; 241 ГГц.

Радиолюбитель обязан сдать экзамен государственной комиссии, получив позывной.

Гражданские

Частоты доступны гражданам, включая лишённых личных позывных (см. выше). История развития вопроса красноречиво иллюстрируется примером США, осваивающего грабли. Послевоенный бум заставил правительство пересмотреть ряд вопросов. Радиолюбителям вырезали скромный надел 460-470 МГц, одновременно ограничили мощность передатчиков (класс А – 60 Вт, класс В – 5 Вт), немедля вызвав критику профессионалов:

Дороговизна оборудования.
Невозможность связи горожан. Короткие волны гасятся любыми препятствиями.

27 МГц

Был найден компромисс – средняя область КВ-диапазона, задействованная медициной, промышленностью. США стали регистрировать радиолюбителей, аппаратура постепенно дешевела. Отчётность бесстрастно показала резкий рост желающих общаться средствами эфира: 500.000 официальных пользователей (январь 1977 года). СССР разрешили обывателям засорять 27 МГц 30 декабря 1988 года. Шизофреники скажут: вот, развалили Союз радиолюбители. Параноики добавят музыкантов, алкоголиков, тунеядцев, интеллигенцию, отдельных студентов…

Советские органы выделили передатчикам мощностью 0,5 Вт 10 полузасекреченных каналов, шагом 12,5 кГц. Промышленность выпустила радиостанции Урал-Фермер. Результат виден невооружённым глазом. Фермеры отказались наводнять Урал сельскохозяйственной продукцией. Радиостанции мощностью ниже 10 Вт не подлежат государственной регистрации. Соглашения постоянно меняются, уточняйте сведения, получая свежие цифры.

Сегодня диапазон 27 МГц международный, предъявляет единственное ограничение: мощность передатчика ниже 10 Вт. Широко используют дальнобойщики. Весомые преимущества коротких волн позволяют им огибать препятствия. Мировая практика предусматривает ряд соглашений, исполняемых производителями:

Первый канал – 26,965 МГц.
Шаг – 10 кГц.
Присвоены номера каналов – 1..40.
С9EF – 27,065 МГц – служба спасения. Использование местами прекращено, любителям общаться запрещено по-прежнему. С9Е (см. ниже) эксплуатировать разрешается. 21 декабря 2012 года канал начала отслеживать Гражданская Аварийная Связь. Часть территории РФ охвачено проектом бесплатного оказания экстренной помощи.

Дальнобойщики зачастую наводняют C15EA, С15EF (27,135 МГц).
27,140 МГц традиционно занималась игрушечными станциями, управляемой детской техникой.
С19EF, C19EA (27,185) отвели целям передачи сводок (погода, наличие пробок). Использование мешает работе частоты 27,19 МГц.
27,19 МГц общепринятый способ организации дальней связи волнами однополосной модуляции.
Российский 20-й канал (частотная модуляция) был выделен обладателям усилителей. Мощность передатчиков достигает сотен Вт, помогая преодолеть волне гигантские расстояния.
27-й российский канал аналог предыдущего. Используют амплитудную модуляцию.

Загруженность эфира заставила искать способы впихнуть больше информации. Изобрели нулевой канал 26,96 МГц, сообразно ввели еще 40 каналов (шаг 10 кГц). Радиолюбители быстро разрубили путы, выдумав незамысловатую систему обозначений, учитывающую ералаш:

ДМВ: 433,075..434,775 МГц

Максимальная выходная мощность нерегистрируемого передатчика ограничена цифрой 0,01 Вт. Более мощную аппаратуру настраивают. Международным сообществом частоты/устройства называются LPD433 (маломощная аппаратура 433 МГц). Используются:

Промышленностью.
Медициной.
Научными организациями.
Бытовые устройства: пульты управления, радиосигнализация, любительские радиостанции, не требующие регистрации.

433,075 (1).
433,1 (2).
433,2 (6).
433,3 (10).
433,35 (12).
433,475 (17).
433,625 (23).
433,8 (30).

Зарубежная практика пестрит необычными правилами:

Любители США проходят регистрацию согласно лицензии FCC.
Великобритания раздаёт лицензии диапазона 432..440 МГц заядлым радистам, допуская мощности 400 Вт. Каналы 1..14 считают выходными, 62..69 – входными.

ДМВ: 446, 00625..446,09375 МГц

Систему часто называют PMR446 (аналог FRS США), максимальная мощность передатчика – 0,5 Вт. Общепринятый вызывной, аварийный канал – 8; автомобильный (эквивалент 15 канала 27 МГц) – 2. Столь неровные цифры призваны уберечь от помех соседние диапазоны. Номера каналов-частоты:

446,00625.
446,01875.
446,03125.
446,04375.
446,05625.
446,06875.
446,08125.
446,09375.

Принципы построения каналов

Проектировщик решает последовательно круг задач:

Выбор частотного диапазона.
Обоснование метода модуляции.
Обеспечение электромагнитной совместимости путём указания соответствующих конструкций антенн.
Расчёт мощности, дальности.
Решение вопроса о необходимости применение кодирования информации, включая избыточность пакетов.
Определение конструкции устройств, возможности покупки готовых узлов системы.
Указание способов монтажа, транспортировки, хранения, использования.
Гарантийные условия.

Инженер обязан уметь найти необходимые сведения, преследуя специфические цели заказчика. Знать наизусть громадный объем не позволяют современные технологии обучения, переподготовки персонала. Перечень литературы зачастую пестрит иностранными изданиями. Важный пункт – знание английского языка, умение пользоваться мировой паутиной.

Процесс обмена информацией

Преимущества изобретения Попова доступны сторонам, выполнившим ряд условий:

Единая частота.
Одинаковая поляризация.
Верный выбор пространственного направления.

Принцип универсален. Корабли, самолёты, солдаты, полиция снабжены позывными. Организации сажают централизованных операторов, заправляющих общением. Радиолюбители равноправны.

Описанную схему называют полудуплексной. Означает наличие возможности взаимного общения, но поочерёдно. Полнодуплескная схема подразумевает использование двух частот, практически встречается редко.

Читайте также: