Контрольная работа по «Основы радиосвязи, радиовещания и телевидения»

Контрольная работа

по дисциплине «Основы радиосвязи, радиовещания и телевидения»

Вариант 8

Задание 1

Дайте определение радиорелейным системам передачи. Поясните принцип построения радиорелейных систем передачи прямой видимости, отличительные особенности аналоговых и цифровых радиорелейных систем. Составьте структурную схему радиорелейной станции прямой видимости.

Радиосистема передачи, в которой сигналы электросвязи передаются с помощью наземных ретрансляционных станций, называется радиорелейной системой передачи.

Радиорелейные линии представляют собой цепочку ретрансляторов, обеспечивающих поочередную передачу радиосигналов между оконечными станциями. Различают два вида радиорелейных систем передачи (РРСП) - РРСП прямой видимости, станции которых размещаются на расстоянии прямой видимости, и тропосферные РРСП, использующие рассеяние и отражение радиоволн в нижних областях атмосферы при взаимном расположении станций далеко за пределами прямой видимости.

В РРСП прямой видимости для увеличения расстояния между станциями радиорелейных линий антенны ретрансляторов подвешивают на высокие сооружения (мачты, опоры, высотные строения и т.д.). В условиях равнинной местности высота поднятия антенн 60… 100 метров позволяют организовать уверенную связь на расстояниях 40… 60 километров.

Цепочку радиорелейной линии составляют радиорелейные станции трех типов: оконечные радиорелейные станции (ОРС), промежуточные радиорелейные станции (ПРС), узловые радиорелейные станции (УРС).

Большинство станций РРЛ прямой видимости составляют промежуточные радиостанции (ПРС), играющие роль активных ретрансляторов. На всех станциях РРЛ целесообразно иметь однотипную, унифицированную приемопередающую аппаратуру (ППА), удовлетворяющую требованиям заданного частотного плана. Промежуточная станция (ПС), предназначена для приема сигналов от предыдущей станции, их усиления и передачи в направлении следующей станции. Соединение на ПС между передатчиком и приемником осуществляется по промежуточной частоте, т.е. без демодуляции сигналов в приемнике и без модуляции в передатчике. При необходимости может быть осуществлено выделение ТВ программы - для этого демодуляция сигнала промежуточной частоты осуществляется путем его снятия с дополнительного выхода приемника, что не оказывает влияние на качественные показатели сквозных каналов.

В малоканальных РРЛ и особенно в РРЛ с временным разделением применяется построение аппаратуры ПС, при котором демодуляция и модуляция производится на каждой ПС. Это позволяет вводить и выводить ТЛФ каналы на любой ПС. Приведем структурную схему ПС на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема радиорелейной станции прямой видимости (ПС)

На частотах ОВЧ- и СВЧ-диапазона надежная связь с низким уровнем помех может быть получена только в условиях прямой видимости между антеннами, излучающими радиоволны. Расстояние между антеннами радиорелейных систем зависит от структуры земной поверхности и высоты антенн над ней. Типичные расстояния составляют 40 - 50 км при высотах башен и мачт, на которых устанавливаются антенны, около 100 м. Ограниченность расстояния прямой видимости не следует рассматривать как недостаток. Именно за счет невозможности свободного распространения радиоволн на большие расстояния устраняются взаимные помехи между радиорелейными системами передачи внутри одной страны и разных стран. Кроме того, в указанных диапазонах практически отсутствуют атмосферные и промышленные помехи.

Антенны могут работать в режиме передачи и приема для одновременной передачи в противоположных направлениях с использованием двух частот: f1 и f2. При этом, если станция передает сигнал на частоте f1 и принимает на частоте f2, то соседние с ней станции передают на частоте f2, а принимают на частоте f1. Эта пара частот, соответствующая двухчастотному плану частот МСЭ-Р, образует радиочастотный ствол.

Радиорелейные линии (РРЛ) занимают диапазоны ОВЧ и СВЧ, причем граница между аналоговыми и цифровыми радиорелейными системами (РРС) лежит вблизи частоты 11 ГГц.

Аналоговые РРС предназначены в основном для передачи многоканальных телефонных сигналов в аналоговой форме и сигналов данных с низкой и средней скоростью по каналам ТЧ, а также сигналов телевидения. Цифровые РРС используются для организации цифровых трактов со скоростями от 2 до 140 Мбит/с.

Задание 2

Приведите сравнительную характеристику односайтовой и многосайтовой сотовой транкинговой радиосистемы. Поясните принцип организации радиосвязи, состав базового и коммутационного оборудования.

Транкинговые (пучковые) мобильные радиосистемы строятся на основе использования базовых радиоретрансляционных управляющих пунктов (сайтов), размещённых в определённых точках территории с целью обеспечения электромагнитного покрытия зоны обслуживания (рисунок 2).

Транкинговые  системы по принципу организации радиотелефонной  связи являются  системами групповой радиосвязи, т.  е.  в  системе  связи  составляются разговорные  группы (РГ)  или  радиосети  из  абонентов MS.  РГ (радиосети) формируются  из  условия  общей  заинтересованности  абонентов  в  получаемой информации. Принцип транкинговой связи очень удобен в ведомственных системах (воинские подразделения, пожарная служба, скорая помощь, милиция и т. д.).

Каждой  РГ (радиосети)  на  время  разговора  выделяется  один  дуплексный или  симплексный  радиоканал.  Совокупность  равнодоступных  каналов, выделяемых нескольким РГ, составляет канальную базу системы.

Принцип  организации  радиосвязи  по  радиосетям  позволяет  получить значительную  экономию  радиочастотного  ресурса  при  большом  количестве радиоабонентов. Это  обеспечивает  существенное  снижение  эксплуатационной стоимости транкинговых радиосистем.

В  транкинговых  системах  коммутация  каналов  и  управление осуществляется  на  радиоуровне  базовым  коммутационным  оборудованием сайта. Сайтовый  контроллер  принимает  вызовы  от MS  и  предоставляет  им дуплексные  радиоканалы  для  обеспечения  разговора,  т.  е.  радиосвязь  в  РГ осуществляется  через  сайтовый  радиоретранслятор.  Базовые  контроллеры осуществляют  также  саморегулирование  системы  и  контролируют  качество каналов  в  процессе  работы.  В  сложной  помеховой  обстановке  коммутация может  осуществляться  в  так  называемом  динамическом  режиме,  когда поражённые частоты передачи и приёма автоматически заменяются в процессе  ведения связи.

Рисунок 2 – Структура транкинговой мобильной радиосистемы

Транкинговые ССПС в  зависимости от площади  зоны обслуживания (ЗО) могут  быть  односайтовыми  и  многосайтовыми.  В  многосайтовой  системе  ЗО создается  несколькими  сайтами,  соединенными  между  собой высокоскоростными  каналами  через  зоновый  коммутатор  передачи  данных (ЗКПД) (рисунок 3).

Рисунок 3 – Многосайтовая транкинговая система

Для  этого  в  состав  базового  оборудования  каждого сайта входит каналообразующее  оборудование (КО),  обеспечивающее  формирование цифровых потоков с другими сайтами. Для организации междусайтовой связи используют многоканальные соединительные линии (СЛ). СЛ могут строиться с  помощью  аппаратуры  радиорелейной  связи,  волоконно-оптических  и кабельных  линий  связи.  В  комплект  базового  оборудования  сайтов  входят также антенна (А), базовый ретранслятор (БР) и базовый контроллер (БК).

В  сайте  транкинговой  системы  имеется  возможность  любым  её  абонентом вызывать  на  обмен  информацией (например,  голосовой)  любого  абонента  этого сайта  или  циркулярно  всех  его  абонентов.  В  первом  случае  абонент  сайта  на тастатуре аппарата MS набирает номер (адрес) вызываемого абонента и нажимает кнопку  РТТ.  При  этом  во  временном «окне»,  индивидуальном  для  каждого абонента  сайта,  по  управляющему  каналу  передается  кодограмма  вызова.  Она включает  синхрогруппу,  обеспечивающую  тактовую  синхронизацию  и  фазовый запуск,  а  также  входящую посылку для базовой  станции. Входящая  кодограмма включает два кодовых слова. Первое кодовое слово содержит адрес вызывающей MS и регистрационный сигнал зоны сайта. Второе кодовое слово содержит адреса разговорной  группы  и  вызываемой MS.  Биты  информационной  избыточности двух кодовых слов сосредоточены в конце входящей посылки. После  обработки  входящей  посылки  базовый  контроллер  по  обратному управляющему  каналу  передает  исходящую  кодограмму.  После  регистрации исходящей  кодограммы  вызывающая  и  вызываемая MS  автоматически перестраиваются на разговорный канал.

При  воздействии  помех  во  время  разговора  БК  автоматически  заменяет выделенный  разговорный  канал.  Такой  процесс  управления  называется динамической перегруппировкой каналов.

БК  предусматривает  также  возможность  организации  радиосвязи  между MS,  минуя  БР (организуется  прямая  связь).  Это  осуществляется  путём перестройки MS на каналы не используемые БР при выходе его из строя. При этом  БК  передает  по  каналу  управления  номер  канала  прямой  связи,  и MS перестраивается на него.

В  настоящее  время  цифровые  транкинговые  системы  связи  вытесняют аналоговые.  Они  обеспечивают  существенное  повышение  качества  речевых сообщений  и  передачи  данных,  расширение  объёма  цифровых  команд управления  по  сравнению  с  аналоговыми  системами,  более  эффективное использование  выделяемой  полосы  частот,  гарантированное  закрытие передаваемой информации.

Однако  в  цифровых  системах  транкинговой  связи   есть  свои  проблемы: большие различия  в мощности передатчиков MS и BS,  а  также  существенные различия  антенн:  в MS  используются  штыревые  антенны  с  малым коэффициентом  направленного  действия,  а  в BS  используются  как  правило, секториальные  антенны  с  высоким  коэффициентом  направленного  действия.

Вследствие  этого  неравенства  в  энергетическом  потенциале  дуплексных радиолиний  между MS  и BS,  что  является  причиной  мёртвых  зон, MS принимает сигналы от BS с высоким уровнем, а BS принимает сигналы от MS с низким  уровнем.  Данный  недостаток  особенно  проявляется  в  цифровых системах  радиосвязи  в  виде  регистрации  больших «пачек»  ошибок,  не поддающихся исправлению.

Этот  недостаток  устраняется  с  помощью  использования  так  называемых «удалённых  приёмников»,  размещенных  соответствующим  образом  в  зоне обслуживания  и  связанных  соединительными  линиями (СЛ)  с  компаратором.

Задание 3

Поясните принцип формирования стереофонических сигналов и их передачу в стереофонических системах радиовещания. Приведите структурную схему одной из систем.

Формирование стереофонических сигналов.

В двухканальных стереофонических системах стереосигналы могут быть сформированы способами АВ, XY, MS и их комбинациями. Способ АВ (рисунок 4, а) часто называют классическим или фазовым. При таком способе формирования стереосигналов микрофоны каналов А и В располагаются друг от друга на расстоянии 0,5...6 м. Они имеют одинаковые чувствительности и диаграммы направленности (круг, восьмерка, кардиоида).

В зависимости от месторасположения источника звука на выходе микрофона получаются электрические сигналы, изменяющиеся по фазе и амплитуде. Наибольшее влияние на стереоэффект оказывает различие фаз сигналов. Способ АВ не нашел широкого применения на практике, так как не позволяет прослушать стереофоническую передачу на монофонические устройства без дополнительных преобразований.

При формировании стереосигналов способом XY (рисунок 4, б) применяют два расположенных в непосредственной близости друг от друга одинаковых однотипных микрофона с диаграммами направленности в виде восьмерки или кардиоиды. Чаще всего капсюли обоих микрофонов объединяют общей конструкцией в виде стереомикрофона. Стереоэффект при таком способе получается вследствие различия интенсивностей звука, воспринимаемых обоими микрофонами. Фазовые различия между звуковыми волнами, воспринимаемыми микрофонами, практически отсутствуют.

Способ MS (рисунок 4, в) является частным случаем способа XY. Микрофон канала М имеет диаграмму направленности в виде круга, восьмерки или кардиоиды и воспринимает информацию о всем звуковом поле, а микрофон канала S с диаграммой направленности в виде восьмерки воспринимает информацию с левой и правой стороны звукового поля. Способ MS позволяет проще всего обеспечить прямую совместимость, так как для этого достаточно информации, воспринимаемой микрофоном канала М. Для получения на приемной стороне стереоэффекта при способе MS необходимо осуществлять суммарно-разностное преобразование сигналов.

Независимо от способа формирования в результате соответствующей обработки сигналов получают два сигнала, направляемых по левому и правому каналам к левому и правому громкоговорителям. В дальнейшем будем обозначать канал левого громкоговорителя индексом JI (сигнал Л), а правого — индексом П (сигнал П).

Стереоэффект наилучшим образом проявляется в зоне, называемой зоной оптимального стереоэффекта. Эта зона находится за линией пересечения рабочих осей громкоговорителей (заштрихованная область на рисунке 4, а), она зависит от способа расположения громкоговорителей.

Рисунок 4 – Схемы формирования стереосигналов

Системы стереофонического радиовещания

 Стереофоническое радиовещание можно организовать в любом диапазоне радиоволн. Чаще всего применяют диапазон метровых радиоволн, где можно обеспечить наиболее качественные параметры системы. Для передачи стереосигналов используется частотная модуляция и существующая сеть MB ЧМ передатчиков. Системы стереофонического радиовещания совместимы с монофоническими, и слушатель на обычный радиоприемник принимает стереофоническую передачу как полноценную монофоническую.

Для организации стереофонического радиовещания в метровом диапазоне радиоволн рекомендованы системы с полярной модуляцией поднесущей, система с пилот-тоном и система с двухкратной частотной модуляцией.

Система с полярной модуляцией поднесущей применяется в странах СНГ и Восточной Европы в диапазоне 66...74 МГц. Рассмотрим структурную схему приемопередающего тракта системы (рисунок 5, а, б).

Рисунок 5 – Структурная схема системы стереофонического радиовещания

Стереосигналы левого Л и правого П каналов через цепь предыскажений (RC) поступают в стереомодулятор, в котором формируется полярно-модулированное колебание (ПМК). Это колебание представляет собой амплитудно-модулированный сигнал на поднесущей частоте fп = 31,25 кГц, огибающая положительных амплитуд которого меняется по закону сигнала Л, а отрицательных — по закону сигнала П. В спектр ПМК  входят составляющие монофонического сигнала Л + П и сверхзвуковые частоты, содержащие информацию о сигнале Л — П.

Сформированные ПМК направляют к модулятору MB ЧМ передатчика.

Если несущую передатчика модулировать полярно-модулированными колебаниями без предварительной обработки, то на передачу поднесущей будет расходоваться 55 % максимальной нормированной девиации частоты. Следствием этого будет уменьшение более чем в 2 раза громкости звучания стереофонической передачи по сравнению с монофонической при приеме на монофонический радиоприемник. Для устранения этого недостатка амплитуду поднесущей частоты в стереомодуляторе подавляют в 5 раз (на 14 дБ). Получаемый при этом сигнал называют комплексным стереофоническим сигналом (КСС), который отличается от ПМК только уровнем поднесущей.

В радиоприемнике (рисунок 5, б) после прохождения высокочастотного блока (ВЧ-ПЧ) и частотного детектора (ЧД) выделенный комплексный стереофонический сигнал поступает на стереодекодер, где восстанавливается уровень поднесущей (ВП). Затем в детекторе полярно-модулированных колебаний выделяются сигналы JI и П. Эти сигналы проходят ВС цепи компенсации предыскажений, усилители звуковых частот и воспроизводятся громкоговорителями.

Разделение стереосигналов в стереодекодере осуществляется полярным детектором. Сигнал звуковой частоты Л выделяется на резисторе R1, сигнал П — на резисторе R2.

Помехозащищенность приема стереосигналов получается более низкой, чем монофонических сигналов. Это обусловлено увеличением полосы частот модулирующего сигнала (30...46250 Гц) и сохранением неизменной максимальной девиации частоты (50 кГц) MB ЧМ передатчика. Ухудшение помехозащищенности приводит к уменьшению зоны обслуживания MB ЧМ станцией.

Задание 4

Поясните принцип формирования полного цветового телевизионного сигнала в системе СЕКАМ. Перечислите состав ПЦТС и назначение составляющих ПЦТС.

Система СЕКАМ разработана специалистами СССР и Франции. В системе СЕКАМ применяется тот же стандарт развертки, что и в системах черно-белого телевидения: информация о цветном изображении закодирована в сигнале яркости и двух цветоразностных сигналах. Цветоразностные сигналы передают в полосе частот сигнала яркости методом частотного перемежения. Используются одинаковые принципы получения гамма-корректированных сигналов основных цветов.

Формирование полного цветового сигнала в совместимых системах цветного телевидения с использованием RGB каналов, который применяется с телевизионными камерами на матричных ПЗС, показано на рисунке 6. Выходные сигналы ФЭП ER, ЕG, ЕВ, пропорциональные яркости цветоделенных изображений, усиливаются в предварительных усилителях (ПУ). Противошумовая коррекция во входных цепях предварительных усилителей способствует ослаблению наиболее заметных на изображении низкочастотных составляющих шума.

В гамма-корректорах (ГК), линеаризирующих амплитудную характеристику телевизионной системы, формируются сигналы Е'R, Е'В, Е'G. Полученные сигналы поступают в кодирующее устройство, где происходит формирование полного цветового телевизионного сигнала. Кодирование в системе СЕКАМ состоит в модуляции двух цветовых поднесущих цветоразностными сигналами, в результате чего образуется сигнал цветности, и в сложении сигналов яркости, цветности и синхронизации.

В цветном телевизоре от антенны до видеодетектора радиосигнал изображения проходит те же преобразования, что и в телевизоре черно-белого изображения. На выходе видеодетектора подключают устройство, с помощью которого формируются сигналы управления цветным кинескопом. В лампово-полупроводниковых телевизорах используется способ непосредственной модуляции, при котором сигнал яркости в негативной полярности подается одновременно на три катода, а ЦРС — на три модулятора кинескопа. В результате матрицирования в цепях модулятор—катод кинескопа получаются управляющие сигналы Е'R, Е'В, Е'G, которые меняют свечение соответствующих участков люминофора на экране кинескопа.

В современных цветных телевизорах модуляция лучей кинескопа осуществляется сигналами основных цветов. Сигналы в негативной полярности подаются на катоды цветного кинескопа. Такое построение облегчает выполнение усилителей, так как размах сигналов основных цветов меньший, чем цветоразностных сигналов.

В системе СЕКАМ осуществляется непрерывная передача сигнала яркости и последовательная (поочередная) передача двух цветоразностных сигналов через строку с запоминанием их на длительность строки в телевизоре. В последнем восстанавливается одновременность цветоразностных сигналов и используется пространственное смещение цветов на экране кинескопа.

Рисунок 6 – Структурная схема формирования ПЦТС

Сигналы основных цветов – ER, ЕG, ЕВ – несут информацию о цвете и яркости изображения. Сигнал яркости несет информацию об изображении и представляет собой огибающую импульсов тока или напряжения, пропорциональных яркости изображения. Сигнал яркости получается путем суммирования сигналов основных цветов в определенных пропорциях. Сигнал цветовой синхронизации и сигнал цветности образуют одна или две цветовых поднесущих, модулированные цветоразностными сигналами. Цветоразностные сигналы несут информацию только о цвете изображения. Сигнал синхронизации служит для синхронизации развертывающих передающего и приемного устройств. Сигнал гашения служит для запирания ЭЛТ кинескопа во время обратного хода развертки.

Сигналы яркости, цветности, синхронизации приемника и гашения объединяются в ПЦТС.

Литература

1 Кохно  М.Т. Звуковое и телевизионное  вещание. – Мн.: Экоперспектива, 2000.

2 Весоловский Кшиштов. Системы подвижной радиосвязи. – М: Горячая линия – Телеком, 2006.

                                                                                              ______________________