Особенности радиоканала

Свойства канала радиосвязи:

- во-первых,канал радиосвязи может обладать очень большим затуханием, достигающим нередко 140¸160 дБ. Мощность сиг­нала на входе приемной части канала часто измеряется величи­нами порядка 10^-10¸10^-14 Вт, в то время как для надежной работы аппаратуры, регистрирующей сигнал, требуется мощное достигающая иногда единиц ватт и более. Это значит, что приемная аппаратура канала должна иметь коэффициент усиления по меньшей мере 10¹⁰¸10¹⁴ по мощности или 10⁵¸10⁷ по напряжению.

- Во-вторых, затухание канала радиосвязи оказывается переменным в широких пределах. Напряженность поля электромагнитной волны в точке приема обратно пропорциональна квадрату длины пути, совершенного ею, поэтому изменение уровня канала на входе приемной части канала в реальном диапазоне необходимых дальностей связи достигает 100¸120 дБ. Это создает, свои трудности — трудности обеспечения постоянства выходного уровня сигнала, что необходимо для нормального функционирования регистрирующей аппаратуры.

Большие колебания затухания канала наблюдаются при ведении связи между подвижными объектами, если используются ультракороткие волны, распространение которых зависит от характера рельефа местности, в общем случае быстро меняющегося. Особенно неблагоприятными становятся условия ведения cвязи когда на пути движения встречаются объекты, отражающие волны, так как при этом имеет место прием нескольких интерферирующих между собой лучей, что приводит к замираниям сигнала. Наиболее тяжелые условия связи в этом смысле наблюдаются в гористой местности, в городах и крупных населенных пунктах.

- В-третьих, затухание канала радиосвязи оказывается переменным в силу изменчивости параметров земной атмосферы, изменение наблюдается в большей степени в диапазоне коротких волн при ведении связи отраженными от ионосферы волнами. Прежде всего, в силу протекающих медленных суточных изменений степени ионизации отдельных областей атмосферы возникают суточные колебания уровня сигнала. Кроме того, прием радиоволн, отраженных от ионосферы, сопровождается частыми и довольно быстрыми замираниями сигналов, вызванными интерференцией лучей, пришедших в точку приема различными путями, протяженность которых изменяется в результате флюктуации ионосферы.

- В-четвертых, канал радиосвязи, ограниченный только средой распространения радиоволн, является физически общим для всех существующих средств радиосвязи, радиовещания, радионавига­ции и т. д. Возможность одновременной передачи огромного ко­личества сообщений по радио заложена в частотном различии сигналов, т. е. в различном положении сигналов на частотной оси. Однако если принять во внимание, что организованное использо­вание частотного диапазона, особенно участков, для которых дальность распространения радиоволн практически не ограниче­на (KB), чрезвычайно затруднительно, а потребность в некото­рых участках диапазона превышает их физическую емкость, то легко сделать вывод о возможности или даже неизбежности вза­имных помех при передаче сообщений, приводящих к потере ка­кой-то части информации.

Источниками помех, затрудняющих прием сигналов, являются также такие природные процессы, как грозовые разряды в атмос­фере и радиоизлучения Солнца и Галактики. Кроме того, помехи создаются большим числом промышленных и бытовых электри­ческих установок (имеются в виду электрический транспорт, раз­личного рода электрические двигатели, электросварочные аппа­раты, световые рекламы, медицинское высокочастотное оборудо­вание и т. д.).

Большинство помех природного и промышленного происхож­дения является широкополосными помехами, охватывающими практически весь частотный диапазон или значительную его часть.

Нельзя не принимать во внимание и искусственные или пред­намеренные помехи, специально рассчитанные на срыв передачи сообщений. Относительная легкость осуществления преднамерен­ных помех обусловлена свободным доступом к среде распрост­ранения радиоволн.

Таким образом, сигнал, поступающий на вход приемной аппа­ратуры, может существенно отличаться от сигнала, действующего на выходе передающей аппаратуры.

Существование помех радиоприему, снижающих надежность радиосвязи, создает проблему совместимости электромагнитных полей, создаваемых различными источниками, или проблему электромагнитной совместимости (ЭМС). Проблема ЭМС в пер­вую очередь затрагивает совместимость полей средств радиосвя­зи, так как взаимные помехи между радиостанциями занимают главенствующее положение. В настоящее время все вопросы, от­носящиеся к использованию каналов радиосвязи (технические или организационные), не могут решаться вне связи с решением проблемы ЭМС.

- В-пятых, радиоканал вносит искажения в передаваемый сиг­нал за счет ограничения его спектра частот. К ограничению бес­конечно широкого спектра сигнала, имеющего конечную длитель­ность, прибегают во всех системах связи, поскольку основная энергия сигналов сосредоточена обычно в относительно узкой по­лосе, однако в системах радиосвязи необходимость максималь­ного ограничения спектра вызывается недостаточной емкостью частотного диапазона и стремлением уменьшить вероятность по­падания посторонних помех в полосу пропускания канала.

Итак, радиоканал харак­теризуется, с одной стороны, широким диапазоном медленных и быстрых изменений затухания, с другой — действием большого количества помех от внешних источников.

Свободный доступ к среде распространения радиоволн при­водит к тому, что в каналах радиосвязи кроме собственных шумов почти всегда действуют помехи.

Атмосферные помехи вызываются грозовыми разрядами, воз­никающими как в непосредственной близости от пунктов при­ема, так и в удаленных районах. На коротких волнах даже в се­верных широтах обнаруживаются помехи от грозовых разрядов, происходящих в экваториальных зонах. Уровень помех от уда­ленных очагов определяется условиями распространения радио­волн на трассе. Спектральная плотность атмосферных помех максимальна в области звуковых частот и убывает с ростом час­тоты.

Шумы космического происхождения создают общий шумовой фон. Они обусловлены излучением Галактики и внегалактическим излучением. Наибольшая спектральная плотность этих шумов наблюдается в дециметровом и сантиметровом диапазонах и сними приходится считаться, например, при обеспечении космиче­ской радиосвязи.

Промышленные помехи исходят от различных электрических установок, электрического транспорта, медицинских и бытовых приборов. Эти помехи наиболее ощутимы в крупных промышлен­ных центрах. Уровень промышленных помех, как правило, убы­вает с ростом частоты.

Взаимные помехи между различными радиотехническими ус­тройствами возникают в силу ограниченности частотных ресур­сов и несовершенства организации их использования.

Это особенно относится к KB диапазону, так как его заме­чательные свойства привлекают огромное число потребителей. Взаимные помехи между радиостанциями стали основными в этом диапазоне. Они теперь превышают по уровню та­кие виды помех, как промышленные помехи, шумы косми­ческого происхождения и даже атмосферные помехи (за ис­ключением случаев гроз в непосредственной близости от пунк­тов приема).

Критерием качества радиосвязи является степень точности воспроизведения первичных электрических сигналов на выходе радиоканала или, другими словами, достоверность этих сигналов.

Искажения радиосигналов могут возникать при их преобра­зовании (модуляции) и усилении в передатчике за счет физиче­ских свойств среды распространения радиоволн, в результате дей­ствия помех, при усилении в приемнике и, наконец, при обрат­ном преобразовании (демодуляции). Наибольший вес среди на­званных причин, приводящих к искажению радиосигналов, имеют помехи. Качество радиосвязи в условиях действия помех нахо­дится в зависимости от видов используемых радиосигналов.

Один и тот же первичный электрический сигнал можно пре­образовать в различные виды радиосигналов, поэтому существует некоторая возможность их выбора. Однако повышение качества радиосвязи в какой-то конкретной помеховой обстановке с соблю­дением условия передачи радиосигналов со скоростью передачи поступающих первичных сигналов всегда связано с расходом такого ресурса, как полоса частот.

Повышение качества связи может достигаться применением специальной оконечной аппаратуры линии, например аппаратуры для передачи дискретных сигналов, в которой предусмотрено ко­дирование с избыточностью, используемой для обнаружения, за­проса и исправления возникающих в канале передачи ошибок, но при этом качество собственно радиосвязи остается неизмен­ным. Положительный эффект в этом случае достигается за счет задержки передачи сообщений, т. е. за счет временного ресурса.

Естественно теперь поставить вопрос о возможных путях повышения надежности радиосвязи.

Первый путь – это повышение энергетических соотношений в радиоканале, то есть увеличение в конечном счете мощности сигнала, подведенного совместно с помехами ко входу приемника (повышение мощности передатчика, применение передающих и приемных антенн с большим коэффициентом усиления, а приемников – с высокой чувствительностью).

Второй путь – это путь борьбы с замираниями. Наиболее распространенным способом является пространственно разнесенный прием сигналов (прием сигнала двумя или несколькими приемниками на разнесенные в пространстве антенны при автоматическом выборе сигнала с наибольшим уровнем). Кроме рассмотренного находит применение частотное разнесение сигнала, то есть передача его на нескольких частотах одним или несколькими передатчиками с различными способами выбора и сложения сигналов в точке приема.

Третий путь – применение динамической системы использующей группу частот, в которой переход с одной частоты на другую происходит мгновенно.

Таким образом, радиосвязь как род связи имеет ряд достоинств и недостатков.

К достоинствам радиосвязи относятся:

- возможность установления радиосвязи с объектами, местоположение которых не известно, через территорию, занятую противником; через непроходимые и зараженные участки местности;

- возможность установления радиосвязи с объектами, находящимися в движении на земле, в воздухе и в море;

- возможность передачи боевых приказов, распоряжений, донесений и сигналов большому числу корреспондентов.

К недостаткам относятся:

- возможность перехвата переговоров и передач;

- возможность определения противником мест нахождения работающих радиостанций и создания им преднамеренных помех;

- зависимость состояния связи от условий прохождения радиоволн и возможных помех в пункте приема;

- возможность создания непреднамеренных помех при совместной работе;

- сильное влияние на связь высотных ядерных взрывов;

- уменьшение дистанции связи между радиостанциями, работающими в движении.