Международные соглашения в области звукового вещания. В соответствии с международными соглашениями, зафиксированными в Регламенте радиосвязи в отношении распределения радиочастот, весь мир разделен на три района. Район 1 включает территории Европы (включая СНГ и Монголию) и Африки. Район 2 – территории Северной и Южной Америки и Гренландию. Район 3 – территории Азии (без СНГ и Монголии) и Австралию.
Звуковое и телевизионное радиовещание в нашей стране развивается при комплексном использовании радиоволн различных видов. Диапазоны частот, выделенные для радиовещания, приведены в таблице 14.1.
В диапазоне километровых и гектометровых (длинных и средних) волн принята единая сетка с разносом несущих через 9 кГц, при этом верхняя модулирующая частота должна быть не больше 4,5 кГц. В диапазоне длинных волн частоты несущих следуют с интервалом 9 кГц следующим образом: 155, 164,…, 281 кГц (всего 15 каналов). В диапазоне средних волн – 531 (1-й канал), 540 (2-й), ….,1602 кГц (120-й). Три радиоканала в СВ диапазоне с несущими частотами 1485, 1584 и 1602 кГц выделены для передатчиков с излучаемой мощностью до 1 кВт.
Ширина полосы частот радиоканала в КВ диапазоне установлена равной 9 кГц. Нижняя модулирующая частота определена равной 150 Гц, для частот ниже 150 Гц вводится затухание 6 дБ на октаву. Разнос несущих частот принят равным 10 кГц, а номиналы несущих частот – кратными 5 кГц. Если КВ передатчики обслуживают разные географические зоны, то допускается устанавливать разнос несущих частот равным 5 кГц.
Таблица 14.1. Радиовещательные диапазоны
| Номер диапазона | Наименование волн | Частоты, МГЦ | Длины волн, м |
| Километровые (ДВ) | 0,15 0,285 | 200 735,3 | |
| Гектометровые (СВ) | 0,525 1,605 | 575 187 | |
| Декаметровые (КВ) | 3,20 3,40 | ||
| 3,95 4,00 | |||
| 4,75 4,995 | |||
| 5,006 5,06 | |||
| 5,95 6,20 | |||
| 7,10 7,30 | |||
| 9,50 9,90 | |||
| 11,65 12,05 | |||
| 13,6 13,8 | |||
| 15,10 15,60 | |||
| 21,45 21,85 | |||
| 26,1 26,67 | |||
| Метровые волны (М) | 65,8 74 | 4,55 4,1 | |
| 100 108 | 3,0 2,788 |
В используемом в настоящее время участке радиоспектра 66…74 МГц осуществляется высококачественное моно- и стереофоническое радиовещание (спектр модулирущих частот от 30 до 15000 Гц с использованием частотной модуляции). Номиналы несущих частот выбраны кратными 30 кГц. Вследствие этого разнос несущих частот также кратен 30 кГц и может быть равен 30, 60, 90, 120,…кГц. Участок радиоспектра 100…108 МГц использован для организации стереофонического радиовещания по системе с пилот-сигналом.
Особенности использования для радиовещания различных диапазонов волн. В дневное время основная часть энергии, излученной антенной передатчика километровых волн, приходит в точку приема в виде земной волны. Напряженность поля этой волны не зависит от состояния ионосферы. Условия приема в этом диапазоне волн отличаются стабильностью. Они сравнительно мало зависят от времени суток и сезона, хотя можно отметить, что дальность распространения ночью больше, чем днем, и зимой больше, чем летом. На приеме сильно сказываются атмосферные и промышленные помехи. В нашей стране диапазон длинных волн используют для того, чтобы обслужить программами центрального, республиканского и областного вещания большие территории, в том числе сравнительно мало заселенные районы Севера, Сибири, Дальнего Востока. Земная волна сильно поглощается почвой. Поэтому для вещания приходится применять передатчики мощностью до 500…1000 кВт, хотя экономически это невыгодно.
Выделенных для нашей страны каналов в диапазоне длинных волн не хватает для передачи всех программ государственного вещания. Для этой цели, а также для республиканского и областного радиовещания используют и диапазон гектометровых волн. Условия распространения в данном диапазоне похожи на условия распространения в диапазоне километровых волн. На более высоких частотах поглощение в почве увеличивается. В этом диапазоне начинает сказываться влияние ионосферной (пространственной) волны. Днем при высокой концентрации электронов в слоях ионосферы пространственная волна сильно поглощается и возвращается на Землю столь ослабленной, что практически не сказывается на приеме. Ночью дальность распространения заметно увеличивается. В результате возникают помехи радиоприему от удаленных станций, работающих в совмещенных и смежных частотных каналах, и область уверенного приема уменьшается. В зависимости от назначения применяются передатчики мощностью 5 1000 кВт.
На декаметровых волнах область приема земной волны сокращается до нескольких десятков километров. Основную роль играет ионосферное распространение, при котором поглощение энергии сравнительно мало. Это позволяет вести звуковое вещание на значительные расстояния при сравнительно небольшой мощности передатчиков. Снижению мощности способствует применение направленных антенн. В силу указанных свойств этот диапазон широко используют для вещания на другие страны.
Для повышения надежности приема применяют многоволновые системы: программу передают одновременно в различных поддиапазонах волн. Кроме того, рабочие длины волн изменяют в течение времени суток и года в соответствии с изменением условий распространения радиоволн. На станциях, работающих в диапазоне декаметровых волн, устанавливаются передатчики с номинальной мощностью 50, 100, 150, 250, 500 кВт.
Диапазон метровых волн используется для звукового вещания в крупных городах, областного радиовещания на территории с высокой плотностью населения, а также для организации каналов телевизионного вещания. Станции МВ ЧМ оснащаются передатчиками мощностью 2 15 кВт. Атмосферные помехи в этом диапазоне не сказываются, а для борьбы с местными помехами (особенно импульсными от системы зажигания автомобилей и мотоциклов) применяют частотную модуляцию.
Передающая сеть радиовещания.Передающая сеть радиовещания представляет собой комплекс технических средств (передатчики, антенные устройства, вспомогательное оборудование), осуществляющий излучение сигналов звукового вещания в виде радиоволн. При построении передающей сети, обслуживающей определенную территорию, следует учитывать условия передачи и приема радиосигналов, диапазон радиоволн, особенности расселения жителей на территории, рельеф местности.
При планировании сети определяются места расположения радиовещательных станций (РВС) и их мощности, коэффициенты усиления антенн, номера радиоканалов, стоимость различных вариантов и другие параметры сети. Основная задача рационального размещения РВС – обеспечение удовлетворительного качества приема в пределах всей территории при минимальных затратах на построение сети.
Каждая станция обслуживает вещанием определенную территорию. Зоной обслуживания передатчика называется часть земной поверхности, ограниченная замкнутой кривой, в каждой точке, которой с вероятностью не ниже заданной напряженность поля (полезная) передатчика Eпол обеспечивает удовлетворительный прием при наличии помех. Если помехи только природного или промышленного происхождения, то должно быть Eпол ? Eп. Это минимальное значение напряженности поля принимается в качестве отправного при планировании передающей сети и определяется требуемым отношением напряжения сигнала звуковой частоты Uc к среднеквадратичному напряжению помехи Uп, измеренному на выходе усилителя звуковой частоты радиоприемника. Отношение Uc/Uп называют защитным отношением по звуковой частоте и, по рекомендации Международной электротехнической комиссии (МЭК), принимают равным 20 40 дБ.
Важным параметром, от которого зависит конфигурация и площадь зоны обслуживания, является защитное отношение по высокой частоте – значение отношения сигнал-помеха по высокой частоте, обеспечивающее на выходе приемника требуемое защитное отношение по звуковой частоте при наличии помех со стороны мешающих станций. Значения защитных отношений по звуковой и по высокой частоте задаются при точно определенных параметрах системы вещания, к которым относятся тип и глубина модуляции, ширина полосы канала, разнос несущих частот передатчиков, избирательность, полоса пропускания приемника и др.
Защитное отношение по высокой частоте определяет границы зоны обслуживания. Если Eпол – напряженность поля полезного сигнала, а Eп – напряженность поля помехи на границе зоны обслуживания, то защитное отношение по высокой частоте, обычно выражаемое в децибелах,
А = 20 lg(Eпол/Eп).
Защитное отношение А показывает, во сколько раз напряженность поля Eпол передатчика на границе зоны обслуживания должна превышать напряженность поля помех Eп для обеспечения качественного приема.
При отсутствии помех от других передатчиков и небольших изменениях рельефа местности вокруг передатчика зона обслуживания будет иметь форму круга.
По уровню взаимных помех, возникающих в передающей сети, различают радиовещательные станции, работающие: в совмещенном частотном канале (несущие частоты одинаковы, а РВС передает разные программы); в синхронной сети (несущие частоты одинаковы, и РВС передают одинаковые программы); в разных частотных радиоканалах.
В первом случае требуемые значения А значительно больше, чем во втором. Если РВС занимают разные радиоканалы и при этом разнос несущих частот превышает удвоенное значение ширины полосы частот, занимаемой спектром радиосигнала, то станции не мешают друг другу.
Для того чтобы обеспечить заданное значение напряженности поля Е, мВ/м (при использовании земной волны) к антенне необходимо подвести определенную мощность:
, кВт,
где r– расстояние между передатчиком и приемником: D – коэффициент усиления антенны, w – функция ослабления, зависящая, от условий излучения и распространения радиоволн.
Как видно из формулы, требуемая мощность передатчика и напряженность поля связаны квадратичной зависимостью. Различные варианты организации передающей сети сопоставляют по удельной мощности, равной отношению мощности излучения передатчика к площади зоны обслуживания (кВт/км2).
При построении передающей сети необходимо стремиться к минимальным затратам. Если требуется разместить радиовещательную станцию на обслуживаемой территории равномерно (идеальный вариант), то станции располагают либо по квадратной либо по треугольной сетке (рис.14.10). В первом случае станции мощностью Р с радиусом зоны обслуживания r размещают в вершинах квадратов, во втором – в вершинах треугольников.
Количество РВС, требуемое для обеспечения сплошного вещания на определенной территории при различных вариантах размещения, относятся как соответствующие площади. Отсюда следует, что экономически более эффективна треугольная сетка размещения станций, так как при ее использовании площади взаимного пересечения зон обслуживания (заштрихованные участки) меньше и потребуется на 30 % меньшее количество передатчиков. На практике при создании РВС не всегда придерживаются идеализированных построений и станции размещают в районах с высокой плотностью населения, вблизи крупных городов. Особенно это относится к районам Сибири и Дальнего Востока, где основное население сосредоточено в городах.
Рис 14.10. Равномерное распределение радиовещательных станций по территории (а – по квадратной сетке; б – по треугольной)
Синхронное радиовещание. Синхронным называют способ радиовещания, при котором несколько передатчиков работают на одной частоте и передают одинаковую программу. Синхронное радиовещание (СРВ) ведется главным образом в средневолновом диапазоне, где число передатчиков, работающих в одном частотном канале, достигает нескольких десятков. Этот вид вещания является наиболее эффективным способом многократного использования частотных каналов из-за возможности резкого снижения требуемого значения защитного отношения по высокой частоте и увеличения вследствие этого площади зоны обслуживания.
В сетях СРВ нецелесообразно использовать мощные передатчики, работающие на пространственной волне, так как это может привести к нарушению их работы при повышении уровня помех от мешающих станций или других источников помех. Значительно устойчивее работа синхронной сети при использовании передатчиков малой и средней мощности. Суммарная мощность этих передатчиков меньше мощности одного передатчика, обеспечивающего такую же напряженность поля на границах зоны обслуживания. Для того, чтобы еще улучшить экономические показатели сети СРВ при возросшем числе передатчиков их переводят на дистанционное управление.
Еще одно достоинство сети синхронного радиовещания – высокая надежность ее работы благодаря взаимному резервированию синхронно работающих передатчиков. Так, при выходе из строя одного из передатчиков радиослушатель все же имеет возможность принимать информацию, естественно, с ухудшением качества.
Недостатком сети СРВ является наличие некоторой площади между станциями, на которых прием неудовлетворителен. Искажения возникают вследствие интерференции полей соседних передатчиков. При этом из-за разности фаз несущих колебаний напряженность результирующего поля в некоторых местах обслуживаемой территории может быть очень мала (рис.14.11).
Рис. 14.11. Интерференционная картина в зоне искажений при синхронном радиовещании
Интерференция полей приводит не только к ослаблению, но и искажению сигналов в радиоприемнике. Максимумы и минимумы результирующего поля для несущей частоты и боковых полос в пространстве могут не совпадать. В результате спектр модулированных колебаний заметно изменяется, что при детектировании приводит к частотным и нелинейным искажениям. Область, где эти искажения особенно заметны, называют зоной искажений. В зависимости от длины волны и соотношения напряженностей ширина зоны искажений может составлять от 7 до 15% расстояния между передатчиками (на рис.14.11 интерференционная картина для наглядности приведена не в масштабе).
В настоящее время для улучшения синхронизма применяют систему фазовой синхронизации путем непрерывной автоматической подстройки фазы колебания несущей частоты РВС. Для автоподстройки передаются сигналы точных частот. Передачу осуществляют на километровых волнах, обладающих стабильными характеристиками распространения. Этот принцип иллюстрируется рисунком 14.12, где ПРС – передающая радиостанция, излучающая сигналы точных частот; ПТЧ – приемник точной частоты. На вход фазового детектора (ФД) поступают частоты с выхода ПТЧ и с синтезатора частот местной радиостанции РВС. Система фазовой автоподстройки (АПФ) обеспечивает стабильность фазы синтезаторов частот всех РВС, работающих в данной синхронной сети.
Почти на всей территории Европейской части нашей страны фазовая синхронизация передатчиков всех синхронных сетей осуществляется через радиостанцию, излучающую сигнал точной (образцовой) частоты, равной 66,6 кГц. Суточное отклонение этой частоты от номинального значения не превышает 0,7•10-5 Гц. Передатчик мощностью 10 кВт работает круглосуточно.
Применяют два типа синхронных сетей: одноволновые и многоволновые. Одноволновые сети бывают однородными и комбинированными. Одноволновые синхронные сети, состоящие из передатчиков одинаковой или близкой по значению мощности, применяют для обслуживания вещанием районов с большой концентрацией населения. Между радиостанциями сети на части территории с малой концентрацией населения допускается существование зоны искажений. Комбинированная синхронная сеть состоит из мощной опорной радиостанции (500…1000 кВт) и нескольких маломощных (1…50 кВт), размещаемых в крупных городах и предназначенных для повышения напряженности поля с целью ослабления влияния промышленных помех на качество приема.
Рис. 14.12. Схема фазовой синхронизации радиовещательных станций сети синхронного радиовещания
Многоволновые синхронные сети предназначены для обслуживания населения больших территорий. В этих сетях зоны обслуживания станций, работающих на разных частотах, располагаются таким образом, что зона искажения передатчиков, работающих на одной частоте, обслуживается передатчиком, работающим на другой частоте (рис.14.13). В настоящее время в рамках СНГ работает около сорока синхронных сетей вещания, в которых задействовано более 150 РВС.
Рис. 14.13. Построение синхронной сети: а — одноволновой, б — многоволновой
Последние годы предприятия радиовещания, являющиеся весьма энергоемкими, испытывают значительные трудности из-за высокой стоимости электроэнергии. Этим в основном и объясняются разговоры о том, что радиовещание постепенно отмирает. Однако на земном шаре успешно работают тысячи радиостанций. Мы полагаем, что по мере стабилизации экономической обстановки у нас в стране, радиовещание не только выживет, но и выйдет на новый качественный уровень.
