Тема 4.2 Организация каналов звукового вешания в аналоговых системах передачи

1. Организация каналов звукового вещания в кабельных системах передачи с ЧРК.

2. Организация каналов звукового вещания в аналоговых радиорелейных системах передачи прямой видимости, в спутниковых системах передачи.

В Предыдущей главе отмечалось, что дециметровые и санти­метровые диапазоны волн имеют большие возможности для пере­дачи широкополосных сигналов. Однако распространение этих волн ограничено пределами прямой видимости. Первым шагом для увеличения дальности связи явилось создание радиорелейных линий, затем тропосферных. Размещение ретранслятора на ис­кусственном спутнике Земли (ИСЗ) позволяет создать линию ра­диосвязи, протяженностью несколько тысяч километров. Много­функциональная система спутниковой связи и вещания (рис. 36.1) включает в себя сеть земных станций, часть которых (ЗС₂)­чисто приемные - входит только в систему вещания, часть (ЗС₁, ЗС_з) - приемопередающие служит для передачи программ ве­щания и для организации междугородной телефонной связи. Сиг­налы из центра формирования программ (ЦФП) и междугород­ной телефонной станции (МТС) через приемопередающую станцию ЗС₁ поступают на бортовой ретранслятор, имеющий стволы для передачи телефонных сигналов, телевизионных и радиовеща­тельных программ (Тф, ТВ и РВ). Принятые земными станциями сигналы от бортового ретранслятора поступают на радиотелеви­зионные ретрансляторы (РТР), телецентры, (ТЦ) и Мтс.

Использование излучаемого ИСЗ сигнала сетью приемных ус­тановок и сравнительная простота последних делают спутниковые системы передачи и вещания экономически выгодными. Подсчи­тано, что при дальности связи примерно 1000 км стоимости спутниковых и наземных систем передачи равны, а при дальности свыше 3000... 4000 км стоимость спутниковых систем оказывается в 2 раза меньше.

36.2. СПОСОБЫ РЕТРАНСЛЯЦИИ СИГНАЛА

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

При пассивной ретрансляции бортовой ретранслятор пред­ставляет собой надувную металлизированную сферу, от которой сигнал земной станции отражается и поступает к приемной ан­тенне корреспондента. Отсутствие бортовой аппаратуры сущест­венно уменьшает стоимость линии связи. Однако пассивная ре­трансляция имеет существенный недостаток - к земной станции приходит только слабый отраженный сигнал, не усиленный на борту спутника. Для того чтобы отделить сигнал от помехи, необ ­ ходимо существенно уменьшить полосу пропускания приемного устройства. Расчеты показывают, что полоса пропускания УПЧ радиоприемника не должна превышать 250 Гц. Это дает возмож­ность организовать связь только по одному – двум телеграфным ка­налам.

К спутниковой связи с пассивной ретрансляцией относится также связь, основанная на, отражении сигнала .от Луны. Однако пропускная способность такой линии еще ниже, чем при исполь­зовании ИСЗ. Это связано, во-первых, с большим расстоянием (OK0ЛО 400000 км) от Земли до Луны, что дает большое затухание сигнала., Во-вторых, линия связи через Луну характеризуется МНОГОЛучевым распространением радиоволн, обусловленным су­щественными неровностями лунной поверхности и изменением ориентации Луны по отношению к земным станциям. Наконец, здесь невозможна круглосуточная связь, так как одновременная видимость Луны для земных станций различная. Следовательно, для существующего уровня развития техники связи спутниковые системы с пассивной ретрансляцией неприемлемы.

При активной ретрансляции на борту спутника устанавли­вают приемопередающую ретрансляционную станцию, обеспечи­вающую требуемый уровень сигнала. При мощности бортового ретранслятора 10 Вт обеспечивается прием в полосе пропускания земного приемника 20 МГц. Такая полоса достаточна для пере­дачи сигналов многоканальной телефонии или телевидения. Та­ким образом, для магистральной телефонной связи и сети телеви­зионного вещания пригодны только активные спутники-ретрансля­торы.

36.3. ОРБИТЫ СПУТНИКОВ СВЯЗИ

При выборе типа орбиты для спутниковой системы передачи и вещания необходимо, чтобы находящийся на этой орбите ИСЗ обеспечивал облучение необходимой зоны в течение всего сеанса связи. При этом желательно, чтобы антенны приемных станций не имели сложных устройств непрерывного сопровождения спут­ника. Этим требованиям наиболее полно отвечает круговая гео­стационарная орбита, плоскость которой совпадает с плоскостью экватора, причем спутник движется в направлении движения Зем­ли и период его обращения составляет 24ч.

Высота круговой орбиты должна составлять около 36 000 км, спутник с такой орбиты является неподвижным относительно земной поверхности и называется стационарным. Излучение со стационарного спутника покрывает более 30% поверхности Земли, причем в этих пределах связь через спутник обеспечивается круг­лосуточно. Три стационарных спутника обеспечивают круглосуточ­ную связь между всеми континентами с ретрансляцией через один или два спутника.

Но в случае геостационарной орбиты плохо обслуживаются полярные области, поскольку ИСЗ виден под малыми углами воз­вышения к земной поверхности. Это вызывает увеличение шумов и помехи приему. Поэтому для организации связи и вещания в северных широтах необходимы спутники связи с наклоном плоскости орбиты к плоскости экватора около 650. При выборе высо­ты полета спутника следует учитывать, что низкая орбита позво­ляет иметь на спутнике передатчик с низкой мощностью и малой массой, однако из-за экранирующего действия Земли на земные станции невозможно организовать длительные сеансы связи.

В системах связи и вещания СССР нашла применение эллип­тическая орбита с периодом обращения 12 ч. На эту орбиту вы­водятся спутники связи типа «Молния». Положение апогея (около 40 000 км) над определенным меридианом остается примерно неиз­менным, так что при повторяющихся в одно и то же время, сеан­сах работы повторяется также траектория ИСЗ, что облегчает его сопровождение. Зона видимости такого ИСЗ, когда оп находится в районе апогея, примерно такая же, как и зона геостационарного спутника, но она вся расположена в северном полушарии и по­этому очень удобна для обслуживания СССР. При эллиптической орбите движение спутника в области апогея замедляется, а об­ласть перигея (около 500 км) ИСЗ проходит очень быстро.

Облучение всей территории СССР одним ИСЗ возможно в те­чение не менее 8 ч, и поэтому трех ИСЗ, сменяющих друг друга, достаточно для круглосуточной работы.

36.4. МНОГО СТАНЦИОННЫЙ ДОСТУП

Учитывая, что спутник находится в зоне радиовидимости мно­гих земных станций, имеется возможность их одновременной ра­боты через один ретранслятор. Такая одновременная работа по­лучила название многостанционного доступа (МД). При этом спутник-ретранслятор играет роль центральной станции, через которую проходят все абонентские линии данной сети.

Возможны три способа управления многостанционным досту­пом: закрепленные каналы (определенные полосы частот в полосе группового сигнала постоянно выделены для определенных зем­ных станции); программное распределение каналов (частотные полосы предоставляются станциям по расписанию); незакреплен­ные каналы (любая земная станция может получить любой частотный канал, не занятый другой станцией). С точки зрения гибкости системы и с учетом экономических факторов предпочтительной является работа с незакрепленными каналами, несмотря на то, что при этом приходится передавать корреспондентам сведе­ния о наличии свободных каналов.

Как и в обычных системах передачи, при МД возможны три способа разделения сигналов: по " частоте, времени и форме. От­личие состоит в том, что групповой сигнал образуется в ретрансляторе ИСЗ земными станциями, удаленными друг от друга на большие расстояния.

Наиболее распространенным является многостанционный до­ступ с частотным разделением каналов (МД ЧРК). При МД ЧРК каждому сигналу (который сам, в свою очередь, может быть одно- или многоканальным) отводится некоторая полоса частот. Внутри этой полосы частот сигнал может быть образован С помощью различных видов модуляции. В современных системах свя­зи используется, например, метод частотной модуляции ЧРК­ ЧМ), а также метод импульсно-кодовой модуляции сигналов каж­дого канала с последующей двукратной фазовой модуляцией.

Достоинство метода частотного разделения подстволов состоит в простоте аппаратуры. Кроме того, аппаратура МД здесь совмес­тима с большей частью существующей аппаратуры канального преобразования.

Недостатком метода частотного разделения является трудность обеспечения равномерного распределения мощности бортового пе­редатчика между отдельными ЗС. Они удалены от спутника на различные расстояния и поэтому дают на входе ретранслятора сигналы с различными уровнями. Кроме того, для этого метода характерно возникновение переходных помех между станциями из-за несимметрии амплитудно- и фазо-частотных характеристик ретранслятора. Наконец, из-за нелинейности характеристики ре­транслятора 10... 15% его мощности непроизводительно тратятся на нелинейные составляющие. Однако несмотря на указанные не­достатки, метод ЧРК нашел широкое применение в современных спутниковых системах передачи, находящихся в эксплуатации.

Многостанционным доступ с временным разделением каналов (МД ВРК) лишен ряда недостатков, присущих МД ЧРК: не тре­буется регулировать мощность земных передатчиков, так как от­сутствует их взаимное подавление; выходная мощность ретранслятора максимальная независимо от числа передаваемых сигналов.

Основная трудность при МД BPK заключается в требовании чрезвычайно жесткой общесистемной синхронизации. Неточность синхронизации вызывает переходные помехи.

В спутниковых системах связи с МД могут найти применение также шумоподобные, сигналы, разделение которых производится по форме. Преимущества таких систем определяются высокой помехозащищенностью и скрытностью передачи информации. Од­нако их широкое использование ограничивается существенно мень­шей, чем при временном или частотном разделении, пропускной способностью.

Перспективным так же представляется многостанционный доступ с коммутацией сигнала на борту спутника ретранслятора (МД КБ). Идея МД КБ состоит в том, что на борту ИСЗ уста­навливается кроме ретрансляторов коммутирующее устройство, обеспечивающее передачу полученных с земных станций сигналов только на те станции, которым эти сигналы адресованы (в отли­чие от обычных ретрансляторов, которые передают на всю облу­чаемую поверхность Земли).

Сочетание этой системы с антеннами ИСЗ с узкой диаграммой направленности позволяет не только упростить и удешевить зем­ные станции, но и многократно использовать для передачи на участке ИСЗ - Земля одни и те же частоты излучения для рабо­ты с различными районами земного шара.