Использование ретрансляторов (репитеров) при построении систем радиосвязи

Компактные рации UHF-диапазона обеспечивают стабильную связь на открытой местности на расстояниях 5 км, а в городе и лесу – до 1,5-2 км. В сложных условиях, во время дождя, при наличии большого количества препятствий дальность связи снижается и порой значительно, так как условия прохождения радиосигнала становятся далеки от идеала.\ Для преодоления препятствий и расширения зоны уверенного приема и передачи сигналов используются специальные устройства, обеспечивающие ретрансляцию сигнала. Эти устройства так и называют – ретрансляторами, а также репитерами.

Ретрансляторы особенно актуальны в сложных условиях:

• В горной местности, где сигналу сложно «пробиться» через рельеф.
• В городах с плотной застройкой, где здания экранируют радиоволны.
• В промышленных зонах и на производственных объектах с большим количеством металлоконструкций. .

Эффективность работы ретранслятора напрямую зависит от правильного места его размещения. Обычно для этого подбирают возвышенные точки или специально сооруженные мачты, чтобы обеспечить максимально возможную зону покрытия.

Кроме того, необходимо обеспечить:

• Электропитание для работы устройства.
• Возможность установки антенны на достаточной высоте для увеличения зоны покрытия.

Важно учитывать:\

Если в качестве абонентских устройств используются портативные (носимые) радиостанции, зона покрытия от ретранслятора будет ограничена расстоянием 25-30 км, даже при установке антенны на значительной высоте.Это связано с мощностью передачи портативной (носимой) радиостанции (5 Вт), которая ограничивает дальность сигнала.\

В случае применения взрывобезопасных радиостанций ATEX, зона покрытия будет еще меньше из-за сниженной мощности передатчика.

.

Ниже приведена схема типового дуплексного ретранслятора:

На ней можно можно выделить следующие ключевые компоненты:

• Приемник

• Принимает сигнал от абонентской радиостанции на частоте f1.

• Передатчик

• Усиливает принятый сигнал и передает его на частоте f2.

• Дуплексный фильтр (дуплексер)

• Позволяет использовать одну общую антенну для приема и передачи.
• При больших разносах частот (4,5–6 МГц) используется компактный дуплексер.
• При малом разнесении частот (400–600 кГц) применяются более габаритные дуплексеры с объемными резонаторами.

• Контроллер

• Управляет передатчиком, включая его только тогда, когда на частоте f1 появляется полезный сигнал.
• Обеспечивает координацию работы приемника и передатчика.

• Источник питания и резервная батарея

• Основное питание подается от сети 220В.
• Резервная батарея обеспечивает работу устройства при отключении электроэнергии.

• Приемо-передающая антенна

• Антенна должна быть достаточно широкополосной, чтобы работать как на частоте приема, так и на частоте передачи.

• Дополнительные модули (по необходимости)

• Шлюзы для подключения к телефонной сети.
• Диспетчерские серверы для отслеживания местоположения абонентов.
• Усилители мощности для увеличения зоны покрытия. .

Ретранслятор работает по следующему принципу: одновременно принимает сигнал на одной радиочастоте - f1, усиливает его и передает на другой - f2. Таким образом, ретранслятор одновременно работает как передатчик и как приемник. Такой режим работы называется дуплексным.

Абонентские радиостанции для работы с ретранслятором программируются в режим полудуплекса (также называемого двухчастотным симплексом). При нажатии на тангенту радиостанция передает на частоте f1, а при отжатии - переходит в режим приема на частоте f2.\

В отличие от ретранслятора, у радиостанции в режиме двухчастотного симплекса прием и передача осуществляется не одновременно, а последовательно (с нажатием тангенты). Таким образом частота f1 является приемной для ретранслятора и передающей для абонентской станции, а частота f2 - наоборот - передающей для ретранслятора и приемной для абонентской рации.

Эхо-репитер - это один из наиболее простых и недорогих способов увеличения дальности действия радиостанций, работающих на одной частоте. Он записывает в свою память информацию, передаваемую на рабочей частоте, и ретранслирует ее на большее расстояние.

Наиболее частое применение эхо-репитера приведено на рисунке 1:

Рис. 1 Принцип работы эхо-репитера

Две портативные станции не могут напрямую связаться друг с другом, так как находятся на большом расстоянии, вне зоны взаимной «радиовидимости» (зоны покрытия) друг друга. Однако они находятся в зоне покрытия базовой станции эхо-репитера, соответственно базовая антенна может принимать сигналы обоих корреспондентов.

Эхо-репитер принимает передаваемую одним из абонентов информацию и записывает ее в свою память. После того, как корреспондент завершил передачу информации, эхо-репитер ретранслирует записанную информацию на той же частоте. Эту информацию могут принимать оба корреспондента.\ Поэтому если оба корреспондента находятся в зоне прямой радиовидимости, они будут слышать друг друга дважды: первый раз – прямой сигнал, второй раз – повтор от эхо-репитера.

За счет ретрансляции сигнала увеличивается расстояние, на котором можно обмениваться информацией между собой. Если эхо-репитер отключится, то два корреспондента могут работать между собой, но только в пределах взаимной радиовидимости.

Если эхо-репитер установить в автомобиле, то это даст возможность связываться с портативной радиостанции с базой на более дальних расстояниях, чем это возможно при работе с базовой станцией напрямую.\ На рисунке 2 показан пример такого использования. Автомобиль, на котором установлен эхо-репитер, находится в зоне радиовидимости как портативной, так и базовой радиостанций. При этом принимаемый от портативной станции сигнал записывается эхо-репитером и ретранслируется через установленное на автомобиле оборудование на базу.\ Также сигнал, приходящий от базы, записывается и ретранслируется уже в области радиовидимости портативной станции.

Рисунок 2. Одно из возможных применений эхо-репитера.

Эхо-репитер записывает сигнал на определенной частоте, и затем ретранслирует его в эфир на той же частоте. Он не определяет источник получения радиосигнала.\ Поэтому если два эхо-репитера, работающие на одной частоте, окажутся в пределах взаимной радиовидимости, они будут «играть в пинг-понг» - по очереди записывать и передавать друг другу один и тот же сигнал долгое время, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Эффект «пинг-понга» между двумя репитерами

Чтобы такого не происходило, нужно или исключать работу в зоне взаимной радиовидимости двух эхо-репитеров работающих на одной частоте, использовать разные частоты, или использовать так называемые PL-тона (это тона определенной частоты, передающиеся с радиосигналом и управляющие срабатыванием шумоподавителя на приемной стороне).

В последние годы все большую популярность набирают устройства с функцией SFR (Single Frequency Repeater — одночастотный ретранслятор). В отличие от классического двухчастотного ретранслятора, SFR работает на одной симплексной частоте, чередуя прием и передачу.

Стандарт DMR (англ. Digital Mobile Radio – Цифровое Мобильное Радио) позволяет, помимо прочего, осуществлять приём и передачу данных на одной частоте. Этот метод лежит в основе работы одночастотных цифровых ретрансляторов. Данная технология становится возможной за счёт разделения физического канала на два равных временных промежутка (таймслота), которые постоянно чередуются между собой каждые 30 миллисекунд.\ Абонентские радиостанции настраиваются на работу в прямом режиме. Выход на передачу в данном случае будет на первом таймслоте, ретранслятор принимает сигнал и передает его на втором таймслоте.

Преимуществами SFR перед ретрансляторами, работающими по технологии разнесения принимающей и передающей частоты, являются:

• Отсутствие необходимости занимать дополнительную частоту и разносить физические каналы приёма и передачи между собой.
• Отсутствие необходимости добавлять в устройство дополнительную антенну или дуплексный фильтр.

Из вышеперечисленного следует, что устройство, которое используется в качестве SFR, чаще всего будет иметь более простую конструкцию, его будет легче настраивать и устанавливать, оно будет легче, а его габариты меньше (а следовательно, мобильность такого устройства увеличится).

Но существуют и ограничения:

• Осуществление одновременной работы двух радиогрупп на одном канале невозможно, т.к. одна радиогруппа полностью занимает оба временных интервала.
• Обмен информацией, предназначенной для установления контроля соединения, а также управление в радиосети, также недоступны, что приводит к невозможности осуществления ряда функций, таких как передача сигнала тревоги, прерывания уже установленного соединения, подтверждение персонального вызова и т.д.

Решения SFR значительно увеличивает зону покрытия сети радиосвязи простым и доступным способом. Выбор между классическим ретранслятором и устройствами с функцией SFR зависит от конкретных задач и условий эксплуатации.