Радиосвязь 

Радиосвязь – это способ передачи информации на расстояние с помощью электрических сигналов, которые излучаются в окружающее пространство в виде электромагнитных волн (радиоволн).

Радио (лат. radiare, radio — испускать, облучать, излучать во все стороны; radius — луч), также радиосвязь — способ передачи сообщений на расстояние посредством радиоволн, а также область науки и техники, связанная с изучением физических явлений, лежащих в основе этого способа, и с его использованием для связи, звукового вещания, передачи изображений, сигнализации, контроля и управления, обнаружения различных объектов и определения их местоположения и для других целей. Термин «радио» впервые ввёл в обращение английский физик-химик Уильям Крукс приблизительно в 1873 году.

Чтобы передать сообщение от источника информации к 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. Сигнал не является передаваемым сообщением, а лишь отображает его. Для передачи по радио сообщение преобразовывается в первичный электрический сигнал. В зависимости от характера сообщения первичные сигналы могут быть непрерывными и 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 (состояние) непрерывно меняется во времени в пределах ± Umax.

Дискретные сигналы принимают конечное число вполне определенных значений по состоянию. Эти дискретные состояния передаются непрерывно или в определенные моменты времени (дискретно во времени). Наиболее общим примером дискретных сигналов могут служить сигналы, отображающие текст сообщения, использующий определенный алфавит. Каждая буква или цифра алфавита в простейшем случае выражается дискретным состоянием сигнала.

Для передачи по радио первичный сигнал должен быть преобразован в высокочастотный сигнал. С этой целью используются высокочастотные гармонические колебания, один из параметров которых (амплитуда, частота или фаза) подвергается модуляции, т. е. изменению, прямо пропорциональному значениям первичного сигнала по состояниям. Модуляцию высокочастотных колебаний дискретными сигналами обычно называют манипуляцией. В ряде случаев переносчиком первичного сигнала, в том числе и непрерывного, служит последовательность высокочастотных импульсов (модулируются амплитуды, длительность, временное положение импульсов, частота их заполнения и т. д.).

На передающей стороне (в радиопередатчике) формируется высокочастотный сигнал определённой частоты (несущий сигнал, «несущая частота»). На него накладывается информационный сигнал, который нужно передать (звук, изображение и т. д.) — происходит модуляция несущей частоты информационным сигналом. Модулированный сигнал излучается передающей антенной в пространство в виде радиоволн.

На приёмной стороне радиоволны наводят высокочастотный ток в приёмной антенне, откуда он поступает в радиоприёмник. Система фильтров выделяет из множества наведённых в антенне токов от разных радиопередатчиков и от других источников радиоволн сигнал с определённой несущей частотой, а детектор восстанавливает из него модулирующий информационный (полезный) сигнал. Получаемый сигнал может несколько отличаться от передаваемого радиопередатчиком вследствие влияния разнообразных помех.

Модуляцию

Модуляция (лат. modulatio — размерность) — процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала. Передаваемая информация заложена в управляющем сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим.
Модуляция может осуществляться изменением амплитуды, фазы или частоты высокочастотной несущей.

Эта техника дает несколько важных преимуществ:

1. Позволяет сформировать радиосигнал, который будет обладать свойствами соответствующими свойствам несущей частоты.
2. Позволяет использовать антенны малого размера, ведь размер антенны должен быть пропорционален длине волны.
3. Позволяет избежать интерференции с другими радиосигналами.

Виды модуляции в системах связи

1. Аналоговая модуляция

Предполагает кодирование информации посредством изменения частоты, амплитуды или фазы синусоидального сигнала, относящегося к несущей частоте.

2. Цифровая модуляция

Применяется для передачи кодированных сообщений с помощью дискретных методов. При этом непрерывный транслируемый сигнал квантуется по уровню, дискретизируется по времени. После этого итоговые отчеты, следующие в дискретные временные промежутки, преобразуются до кодовых комбинаций, которыми затем модулируется сигнал-переносчик высокой частоты.

3. Импульсная модуляция

Вариация модулированных сигналов, где несущий сигнал представлен последовательностью импульсов. Определяется изменением параметров импульсных сигналов (длительности, частоты, фазы, амплитуды).

Методы модуляции в системах связи

Модуляция в системах связи осуществляется посредством множества методов, дополнительно классифицируемых на отдельные типы.

1. Амплитудная модуляция

Осуществляется изменением амплитуды несущего сигнала. Ко входу модулирующего устройства поступают опорный и модулирующий сигналы, а у выхода образуется смодулированный. Данный тип прост в исполнении, однако не способен обеспечить достаточную помехоустойчивость.

Существуют следующие виды амплитудной модуляции (АМ):

- Балансная модуляция

Применяется для устранения составляющей несущего сигнала, существующей в спектре модулированного. При этом создается модулированный сигнал без составляющей несущего путем использования специализированных модуляторов — кольцевого или балансного.

- Однополосная модуляция

Формирует модулированный сигнал, имеющий одну боковую полосу. Широко используется каналообразующей аппаратурой для эффективного применения мощности радиопередающего оборудования, спектра канала. Однополосный канал превосходит амплитудную модуляцию по мощности и напряжению.

2. Частотная модуляция

Процесс, вызывающий изменения частоты несущего сигнала соответственно мгновенным показателям модулирующего. Характеризуется высокой помехоустойчивостью, однако требует использования высокочастотного диапазона.

Частотная модуляция представлена следующими видами:

- ЧМ с минимальным сдвигом

Модуляция, при которой последовательность, состоящая из прямоугольных информационных импульсов, проходит сквозь фильтр Гаусса.

- Двукратная частотная манипуляция

Простейший вид многократной манипуляции, где модулируемая частота передатчика принимает четыре значения (f).

3. Фазовая модуляция

Процесс, отражающий изменение фазы несущего сигнала соответственно мгновенным значениям модулирующего. Данный тип формирует защищенную от помех связь в микроволновом диапазоне.

Делится на три вида:

- Относительная фазовая модуляция

При данном типе в зависимости от значения информационного элемента меняется только фаза сигнала при сохранной частоте, амплитуде. Отсчет фазы транслируемого сигнала производится относительно предыдущего элемента, а не несущей.

- Двоичная фазовая модуляция

Простой метод, способный передавать один бит на символ.

- Двукратная относительная фазовая манипуляция

При этом способе каждому сочетанию показателей двух соседних разрядов транслируемой кодовой комбинации соответствует одно из 4-х значений разности фаз находящихся рядом посылок.

Смешанные методы модуляции

Такие методы предполагают одновременную модуляцию нескольких параметров сигнала (частота, амплитуда, фаза).

Представлена следующими типами:

- Амплитудно-фазовая манипуляция (квадратурная)

Для повышения пропускной способности здесь применяется одновременная манипуляция фазы и амплитуды. Каждый возможный элемент модулированного сигнала (точка сигнального пространства или сигнальный вектор) характеризуется значением фазы и амплитуды. Повышение скорости передачи достигается увеличением количества «точек» пространства, где существует модулированный сигнал, в число раз, кратное двум.

- Амплитудно-импульсная модуляция

Заключается в изменении прироста амплитуды импульсов соответственно функции сигнала управления при периоде следования импульсов и их постоянной длительности.

- Импульсно-кодовая модуляция

Позволяет отобразить аналоговый непрерывный сигнал как последовательность равноудаленных друг от друга импульсов, амплитуда которых представлена двоичным кодом. Такое преобразование повышает надежность хранения, передачи сигнала.

- Фазоимпульсная модуляция

Представлена задержкой появления импульса относительно начала периода на время, которое соответствует значению информационных символов (модулируемого сигнала). Импульсы при этом отличаются постоянной длительностью.

- Широтно-импульсная модуляция

Управление мощностью, осуществляемое методом пульсирующего включения и выключения энергопотребителя. При этом изменяется длительность импульса (в зависимости от модулирующего сигнала), частота же остается постоянной.

- Аддитивная модуляция

Добавляет модулирующий сигнал к несущей, что позволяет создавать двухтоновые сигналы или добавлять контролируемые сигналы шума, имеющие разную полосу пропускания. Использование данного типа модуляции увеличивает амплитуду выходного сигнала на амплитуду модулирующего.

- Дельта-модуляция

Способ превращения аналогового сигнала в цифровой. Каждый момент отсчета сопровождается сравнением преобразуемого сигнала с пилообразным напряжением, существующем на каждом шаге дискретизации.

ОСОБЕННОСТИ РАДИОКАНАЛА

Канал радиосвязи или радиоканал образуется совокупностью технических средств и среды распространения радиоволн и представляет собой тот путь, по которому обеспечивается передача высокочастотного сигнала (радиосигнала) на расстояние.

Свойства канала радиосвязи:

1. Канал радиосвязи может обладать очень большим затуханием.
2. Затухание канала радиосвязи оказывается переменным в широких пределах. 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.
3. 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.
4. Канал радиосвязи, ограниченный только средой распространения радиоволн, является физически общим для всех существующих средств радиосвязи, радиовещания, радионавигации и т. д. Источниками помех, затрудняющих прием сигналов, являются 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.). Таким образом, сигнал, поступающий на вход приемной аппаратуры, может существенно отличаться от сигнала, действующего на выходе передающей аппаратуры.
5. 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 (в отличие от проводного канала) характеризуется, с одной стороны, широким диапазоном медленных и быстрых изменений затухания, с другой — действием большого количества помех от внешних источников.

ТЕХНИКА РАДИОСВЯЗИ И ЕЕ КЛАССИФИКАЦИЯ

Все существующие радиостанции можно подразделить на те или иные классы (типы) по целому ряду признаков. К таким классификационным признакам можно отнести следующие.

Назначение радиостанции, которое определяет область возможного ее использования, в значительной степени зависящую от обеспечиваемой дальности связи.

По функции, выполняемой радиостанцией в радиоканале, радиостанции подразделяются на приемные, передающие и приемопередающие.

Мощность радиопередатчика. По этому признаку все радиостанции классифицируются следующим образом:

• радиостанции малой мощности, если мощность радиопередатчика не
  превышает 100 Вт;
• радиостанции средней мощности, когда мощность радиопередатчика
  лежит в пределах от 100 до 1000 Вт;
• радиостанции большой мощности, когда мощность радиопередатчика
  не более 1000 Вт.

Диапазон рабочих частот определяет возможность работы радиостанции в том или ином участке радиочастотного диапазона. По этому признаку радиостанции могут быть подразделены на следующие:

• радиостанции гектометровых волн, для которых длина волны ограничена величинами λ=100:1000м;
• радиостанции декаметрового диапазона волн, для которых λ=10:100м;
• радиостанции метрового диапазона волн, использующие для связи волны длиной λ=1:10м и т. д.

Виды сигналов, используемые для передачи сообщений. По этому признаку все радиостанции подразделяются на следующие три типа:

• телеграфные, когда возможно работа только дискретными сигналами;
• телефонные, если для работы используются только непрерывные (аналоговые) сигналы;
• телефонно-телеграфные, когда радиостанция передает и принимает как дискретные, так и непрерывные сигналы.
• факсимильная связь предназначается для передачи документов в виде карт, схем, чертежей, рисунков и буквенно-цифровых текстов в черно-белом или цветном изображении. Данная связь представляет большое удобство, так как на приемном устройстве получается готовый для дальнейшей работы документ с соответствующими подписями и печатями.
• передача данных предназначается для обмена информацией в автоматизированных системах управления войсками и оружием, в информационно-расчетных системах.
• видеотелефонная связь предназначается для обеспечения телефонных переговоров должностных лиц с одновременной передачей подвижных изображений.

Способ транспортировки. По способу транспортировки радиостанции
можно подразделить на следующие:

• неподвижные или стационарные, не меняющие в процессе эксплуатации свое месторасположение;
• возимые, которые могут устанавливаться на любой механизированной транспортной базе (автомобильные, танковые, самолетные, кабельные и т.п.);
• носимые или переносные. В первом случае основным транспортным средством является человек, во втором – любое механизированное средство, не исключающее возможность транспортировки данной радиостанции как носимой на ограниченные расстояния.

Организация радиосвязи

Совокупность технических устройств (радиопередающие, радиоприемные, антенно-фидерные устройства), среды распространения сигнала, образующие канал связи называется линией радиосвязи. Линия радиосвязи может быть одноканальной и многоканальной. В последнем случае ей принадлежит несколько одновременно действующих каналов, по которым передаются сигналы, отображающие различные (иногда одинаковые) сообщения.

Радиосвязь может организовываться по радионаправлениям и радиосетям.

Радионаправление − это способ организации радиосвязи между двумя пунктами управления (командирами, штабами). Связь по радионаправлению может обеспечиваться на одной или двух частотах. При работе на одной частоте возможна только симплексная работа (передача и прием каждым корреспондентом ведутся поочередно). При наличии двух частот связь может осуществляться также и в полудуплексном (имеется возможность в любой момент времени перебить своего корреспондента) или дуплексном (связь между двумя корреспондентами, при которой имеется возможность одновременно вести как передачу, так и прием) режиме при определенном разносе частот передатчика и приемника.

Преимущества радионаправлений:

1. обеспечивается необходимая быстрота и простота установления связи;
2. увеличивается скорость передачи сообщений при обмене, и наиболее полно реализуются данные частотно-диспетчерской службы (ЧДС) при групповом методе назначения частот;
3. повышается маскировка от противника работы радиостанций, особенно при применении линейных или индивидуальных позывных, работе без позывных, а также при ведении приема и передачи на разных частотах;
4. имеется возможность наиболее эффективно использовать антенны направленного излучения, что резко увеличивает дальность связи.

Недостатки радионаправлений:

1. повышенный расход радиосредств на пункте управления, от которого организуется связь по радионаправлениям;
2. необходимо большое количество частот;
3. снижается разведзащищенность пункта управления и его мобильность.

Радиосеть − способ организации радиосвязи между тремя и более пунктами управления (командирами, штабами).

Достоинства радиосетей:

1. уменьшается расход радиосредств на УС ПУ;
2. уменьшается расход радиочастот;
3. улучшается разведзащищенность ПУ и их мобильность;
4. возможность передачи сообщений большому количеству корреспондентов.

Недостатки радиосетей:

1. низкая пропускная способность;
2. затруднено использование данных ЧДС;
3. низкая защищѐнность от преднамеренных помех противника.

Работа в радиосети в зависимости от еѐ назначения может быть организована на общей частоте или различных частотах приѐма и передачи, на одной вызывной и нескольких рабочих частотах, на частотах передатчиков (комбинированная радиосеть), на частотах дежурного приѐма и другими ме-тодами.