Виды радиосвязи на ж.д. транспорте

НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

Лекция 1

Введение. История развития радиосвязи.

Основные понятия радиосвязи

1.1 Основы построения устройств радиосвязи

Р а д и о с в я з ь ю называется электрическая связь, предназначенная для передачи сообщений на большое расстояние, посредством электромагнитного излучения, с использованием тока высокой частоты (ВЧ). К а н а л о м радиосвязи или р а д и о л и н и е й называется совокупность технических средств и физической среды, в которой сигналы, отображающие передаваемую информацию, распространяются от ее источника к ее получателю, причем средой распространения служит открытое пространство. Структурная схема канала радиосвязи приведена на рисунке 1.1. Здесь ИС – источник сообщения, ПМ – преобразователь сообщения в сигнал и цепи связи этого преобразователя с радиооборудованием, Пер – радиопередающее устройство, В – пространство распространения радиоволн, Пр – радиоприемное устройство, ПД – цепи связи радиоприемного устройства с последующими цепями и преобразователь сигнала в сообщение, ПС – получатель сообщения. В качестве устройств, обеспечивающих согласование радиопередатчика и радиоприемника со средой, используются антенны.

Рисунок 1.1 - Структурная схема канала радиосвязи

В радиопередатчике осуществляются два основных процесса: г е н е р а ц и я колебаний радиочастоты требуемой амплитуды и мощности и управление одним из параметров этих колебаний в соответствии с мгновенными значениями электрических сигналов с выхода устройства их формирования. Процесс управления с помощью телеграфного сигнала называется м о д у л я ц и е й, процесс управления с помощью телеграфных сигналов – м а н и п у л я ц и е й. С выхода радиопередатчика модулированное колебание радиочастоты поступает в передающую антенну, которая является системой проводов или металлической поверхностью, здесь эти колебания превращаются в радиоволны. Возникновение и отрыв радиоволн от передатчика называются и з л у ч е н и е м. Радиоволны, взаимодействуя с окружающей средой, претерпевают ряд изменений и достигают приемного пункта. Здесь в приемной антенне, аналогичной передающей по конструкции, радиоволны наводят электродвижущую силу (ЭДС) радиочастоты. В связи с большой потерей энергии радиоволн в среде распространения ЭДС имеет весьма малую амплитуду. Поэтому главной задачей радиоприемного устройства является у с и л е н и е принятых модулированных колебаний радиочастоты по напряжению и мощности. Одновременно с усилением осуществляется процесс и з б и р а т е л ь н о с т и - подавления паразитных колебаний, наведенных в приемной антенне электромагнитными волнами от различных источников радиопомех, существующих в радиоканале. После усиления колебаний и освобождения от помех происходит процесс их д е м о д у л я ц и и, т.е. процесс преобразования модулированных (манипулированных) колебаний радиочастоты в электрические телефонные (телеграфные) сигналы звуковой частоты. Последние после дополнительной обработки (усиления, декодирования и т.д.) поступают в устройство преобразования сигналов, а далее непосредственно к получателю информации.

Рассмотрим структурную схему радиоканала более подробно. Передаваемое сообщение преобразуется преобразователем в электрические сигналы, в качестве которого может быть применен телеграфный ключ или микрофон в зависимости от формы сообщения. Радиопередающее устройство состоит из генератора, модулятора, усилителя радиочастоты и передающей антенны. Генерирование тока ВЧ на передающей станции осуществляется генератором высокой частоты ГВЧ. Электрические сигналы, поступая на генератор ГВЧ, управляют током ВЧ, питающим антенну. Изменения тока ВЧ под воздействием передаваемых сигналов приводят к соответствующим изменениям излучаемых волн, которые отображают в себе электрические сигналы, а следовательно, и передаваемое сообщение. Модуляция сигнала необходима для представления его в помехоустойчивой форме, а также для увеличения скорости передачи информации. Так, изменяется один из параметров сигнала, ток звуковой частоты модулируется в ток ВЧ. К выходу усилителя подключается передающая антенна, представляющая собой провод, подвешенный на высоких мачтах над землей. Антенна излучает в окружающее пространство электромагнитную энергию в виде электромагнитных волн (радиоволн). Электромагнитное поле радиоволн распространяясь и встречая на своем пути приемную антенну, наводит в ней ЭДС, создавая ток ВЧ, повторяющий изменения тока в передающей антенне. Далее приступает к работе радиоприемник. Приемник содержит входное устройство, соединенное с приемной антенной, усилитель, детектор или демодулятор и воспроизводящее устройство. Так как, на приемную антенну падают электромагнитные волны от многих передатчиков, которые возбуждают в антенне целый ряд электрических сигналов, возникает необходимость выделения колебания определенного передатчика. Эту функцию выполняет колебательный контур входного устройства, который настраивается на частоту несущего колебания. Входное устройство также позволяет избавится от влияния мешающих станций или существенно ослабить его, тем самым резко увеличивая отношение сигнал/шум. С выхода входного устройства модулированное колебание поступает на демодулятор (или детектор), где осуществляется операция, обратная модуляции: из модулированного колебания получается управляющий электрический сигнал. Этот сигнал после усиления в усилителе поступает в воспроизводящее устройство и преобразуется в звуковой сигнал. Усилитель используется в тех случаях, когда приемник далеко удален от передатчика, поскольку интенсивность электромагнитной волны сильно убывает с увеличением расстояния.

1.2 Диапазоны радиоволн и области их применения

Необходимость регулирования электромагнитных помех заставила человечество осознать, что передавать радиосигналы через атмосферу не очень трудно, на самом деле сложнее остановить их. Поверхность Земли служит проводником и отражает радиосигналы. В слоях атмосферы, называемых ионосферой, солнечный свет разрушает и ионизирует молекулы, т.е. они становятся проводящими. Поэтому характеристики ионосферы в дневное и ночное время различаются, а солнечная активность может также влиять на состояние ионосферы. Также, бурный рост систем и видов связи, использующих для передачи информации электромагнитные волны, приводит к проблеме электромагнитной совместимости радиосистем. Решением данной проблемы является выделение каждой системе связи определенной полосы частот, так называемый д и а п а з о н частот.

Радиоспектр разделяется на диапазоны, которые различаются характеристиками распространения:

- диапазон очень низких частот (ОНЧ) используется для связи с подводными лодками, поскольку только ОНЧ-сигналы распространяются под водой на глубине в несколько метров;

- низкочастотный диапазон (НЧ) (300 кГц – 3 МГц) используется для ближней связи, т.к. радиус действия НЧ-сигналов незначителен;

- высокочастотный диапазон (ВЧ) (3 –30 МГц), сигналы в этом диапазоне распространяются на очень большие расстояния за счет многократного отражения радиоволн от ионосферы и поверхности Земли;

- диапазоны очень высоких частот (ОВЧ) (30 – 300 МГц), ультравысоких частот (УВЧ) (300 МГц - 1 ГГц) и сверхвысоких частот (СВЧ) (свыше 1 ГГц). Сигналы в этих диапазонах распространяются в пределах прямой видимости и отражаются от зданий и других объектов, что улучшает условия приема в зоне действия передатчика.

В таблице 1.1 приведены используемые в настоящее время частоты, диапазоны радиоволн и области их применения.

Таблица 1.1 - Диапазоны радиоволн

Зная несущую частоту (в МГц), можно найти длину волн (в метрах) по формуле =300.

Виды радиосвязи на ж.д. транспорте

Радиосвязь является единственным способом передачи информации между движущимися объектами: с космических кораблей на Землю, с полярных станций и метеостанций, между автомобильными, морскими и железнодорожными средствами передвижения. Радиотехника и радиосвязь проникли практически во все отрасли экономики, науки и культуры. Радиовещание, служебное радиосвязь, телевидение, радиолокация, радионавигация, радиотелеуправление - вот далеко не полный перечень радиотехнических систем, в которых радиоволны используются для передачи телефонных, телеграфных, телевизионных и специальных сигналов на Земле и в космосе.

Р а д и о в е щ а н и е – односторонняя передача информации, заключенной в звуковых сигналах, от передатчика радиовещательной станции через линию связи - околоземное пространство - с помощью электромагнитных волн к приемникам слушателей. Т е л е в и д е н и е – односторонняя передача информации, заключенной в оптическом изображении и звуковых сигналах от передатчика телевизионной станции через околоземное пространство или коаксиальный кабель с помощью электромагнитных волн к телевизионным приемникам слушателей. Р а д и о л о к а ц и я – обнаружение, измерение пространственных координат и опознавание различных объектов с помощью радиотехнических средств. Р а д и о н а в и г а ц и я – определение с помощью электромагнитных волн направления на передатчики – ориентиры (радиомаяки) и установления местоположения самолетов и кораблей.

На железнодорожном транспорте служебная радиосвязь начала внедряться с 1949 года и вскоре прочно вошла во многие звенья управления технологическими процессами эксплуатации железных дорог, а также организации и планирования грузовых и пассажирских перевозок. В зависимости от места, занимаемого в организационной структуре железнодорожного транспорта, все современные средства радиосвязи можно отнести к трем основным группам:

- низовая технологическая радиосвязь, разновидностями которой являются поездная, станционная и ремонтно-оперативная;

- дорожная и отделенческая радиосвязь, реализуемая на базе радиорелейных линий;

- магистральная радиосвязь, осуществляемая по коротковолновым радиолиниям.

Кроме линий радиосвязи, на железнодорожном транспорте применяется промышленное телевидение для ускорения процессов обработки составов на станциях, радиолокация для измерения скорости движения вагонов на сортировочных горках, поездное радиовещание, системы радиотелеуправления объектами. В недалеком будущем, на железнодорожном транспорте будет использоваться радиосвязь в качестве пейджинговых, транкинговых, сотовых и спутниковых сетей.