Распространение волн вдоль линии прямой видимости
Если частота радиосигнала превышает 30 МГц, то огибание им земной поверхности и отражение от верхних слоев атмосферы становятся невозможными. В этом случае связь должна осуществляться в пределах прямой видимости (рисунок 4.2).
При связи через спутник сигнал с частотой свыше 30 МГц не будет отражаться ионосферой. Такой сигнал может передаваться от наземной станции к спутнику и обратно при условии, что спутник не находится за пре делами горизонта. При наземной связи передающая и принимающая антенны должны находиться в пределах эффективной линии прямой видимости. Ис-
Рисунок 4.2 - Распространение сигнала вдоль линии видимости (частота свыше 30 МГц)
пользование термина "эффективный" связано с тем, что волны сверхвысокой частоты искривляются и преломляются атмосферой. Степень и направление искривления зависят от различных факторов. Однако, как правило, искривления сверхвысокочастотных волн повторяют кривизну поверхности Земли. Поэтому такие волны распространяются на расстояние, превышающее оптическую линию прямой видимости.
Передача сигнала в пределах линии прямой видимости
Для любой системы связи справедливо утверждение, что принимаемый сигнал отличается от переданного сигнала. Данный эффект является следствием различных искажений в процессе передачи. При передаче аналогового сигнала искажения приводят к его случайному изменению, что проявляется в ухудшении качества связи. Если же передаются цифровые данные, искажения приводят к появлению двоичных ошибок – двоичная единица может преобразоваться в нуль и наоборот. Рассмотрим различные типы искажений, а также их влияние на пропускную способность каналов связи в пределах прямой видимости. Наиболее важными являются следующие типы искажений [2, 3, 4, 6]:
- затухание и амплитудное искажение сигнала;
- потери в свободном пространстве;
- шум;
- атмосферное поглощение;
- искажение вследствие многолучевого распространения;
- преломление.
Затухание
При передаче сигнала в любой среде его интенсивность уменьшается с расстоянием. В изотропной среде такое ослабление, или затухание, в общем случае логарифмически зависит от расстояния. Как правило, для изотропной среды затухание можно выразить как постоянную потери интенсивности (в децибелах) на единицу длины. Для неизотропной среды затухание может выражаться более сложной функцией расстояния и состава атмосферы. При рассмотрении затухания для инженера-связиста важны три фактора:
- полученный сигнал должен обладать мощностью, достаточной для его обнаружения и интерпретации приёмником;
- чтобы при получении отсутствовали ошибки, мощность сигнала должна поддерживаться на уровне, в достаточной мере превышающем шум;
- при повышении частоты сигнала затухание возрастает, что приводит к искажению.
Первые два фактора связаны с затуханием интенсивности сигнала и использованием усилителей или ретрансляторов. Для двухточечного канала связи мощность сигнала передатчика должна быть достаточной для четкого приема. В то же время интенсивность сигнала не должна быть слишком большой, так как в этом случае контуры передатчика или приемника могут оказаться перегруженными, что также приведет к искажению сигнала. Если расстояние между приемником и передатчиком превышает определенную постоянную, свыше которой затухание становится неприемлемо высоким, для усиления сигнала в заданных точках пространства располагаются ретрансляторы или усилители. Задача усиления сигнала значительно усложняется, если существует множество приемников, особенно если расстояние между ними и передающей станцией непостоянно.
Третий фактор списка известен как амплитудное искажение. Вследствие того, что затухание является функцией частоты, полученный сигнал искажается по сравнению с переданным, что снижает четкость приема. Относительная мощность частотных компонентов полученного и переданного сигналов неодинакова. Для устранения этой проблемы используются методы выравнивания искажения в определенной полосе частот. Одним из возможных подходов может быть использование устройств, усиливающих высокие частоты в большей мере, чем низкие.