Частотная и временная синхронизация в любительской связи

Введение:

    Синхронная работа передатчиков изначально разработана для вещательных радиостанций. 

    Синхронным называют способ радиовещания, при котором несколько передатчиков работают на одной частоте и передают одинаковую программу. Синхронное вещание (СР) 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 любительской связи данное определение не является актуальным, так как не существует двух и более радиостанций передающих одну программу (передачу). Однако принцип синхронизма может быть эффективно использован в современных условиях. Это связано с активным развитием цифровых способов передачи и приема информации, внедрения в практику способов обработки сигналов на компьютере (SDR технология). А также при использовании маломощных передатчиков для достижения большой дальности связи. При узкой полосой пропускания приемника необходима взаимная высокая точность установки и стабильность частоты гетеродинов. При полосе пропускания приемника в несколько десятков герц достаточно наличия высокостабильных местных термокомпенсированных гетеродинов  (синтезаторов) работающих в асинхронном режиме. При еще более узкополосном приеме уже необходимо использовать термостатированные гетеродины работающие также в асинхронном или синхронном режиме. В современных любительских передатчиках устанавливаются термокомпенсированные кварцевые задающие генераторы без средств синхронизации с каким либо эталонным сигналом. В более дорогой профессиональной аппаратуре возможно использование термостатированных гетеродинов (синтезаторов частоты). Асинхронная работа передатчиков и приемников возможна на любительском ДВ диапазоне 137 кГц. На частотах выше 1 мГц такая работа неэффективна при узкой частотной полосе из-за взаимного дрейфа частот гетеродинов приемника и передатчика. В любом случае при работе в узкополосных режимах модуляции недостаточно использования штатных трансиверов даже импортного производства, что влечет за собой использование отдельно спроектированных приемников и передатчиков. Но использовать серийное любительское радиооборудование на высоких частотах можно при условии перевода имеющихся трансиверов на синхронный режим работы.

    Синхронизация работы двух и более любительских трансиверов может быть осуществлена по сигналам одной радиостанции передающей сигналы эталонной частоты и времени (ГСВЧ). При этом на всех радиостанциях должен быть уверенный прием сигналов радиостанции ГСВЧ и установлены блоки синхронизации. В таком режиме появляются новые необычные возможности для проведения радиообмена.

Ниже приводится общая блок-схема синхронизации:

    В настоящее для получения синхронного режима работы сети радиолюбительских станций (так же как и радиовещательных) можно применить систему фазовой синхронизации путем непрерывной автоматической подстройки фазы колебания несущей частоты любительской радиостанции. Для автоподстройки передаются сигналы точных частот. Передачу осуществляют на километровых волнах, обладающих стабильными характеристиками распространения. Этот принцип иллюстрируется на рисунке 1, где ПРС - передающая радиостанция, излучающая сигналы точных час­тот; ПТЧ - приемник точной частоты. На вход фазового детектора (ФД) поступают частоты с выхода ПТЧ и с местного синтезатора частот приемопередатчика (опорного генератора). Система фазовой автоподстройки (АПФ) обеспечивает стабильность фазы синтезаторов частот всех радиостанций, работающих в данной синхронной сети.

    Почти на всей территории европейской части нашей страны фазовая синхронизация радиовещательных передатчиков всех синхронных сетей осуществляется через радиостанцию ГСВЧ, 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.

    На территории Сибири эталонные сигналы передаются радиостанцией РТЗ на частоте 50 кГц. В других странах имеются другие стандарты частоты. Для целей синхронизации лучше использовать именно ДВ ГСВЧ радиостанции, так как их поверхностные волны в точке приема имеет более стабильные параметры в течении суток.

    В современных условиях имеется выбор источника синхронизации. Например можно использовать радионавигационный спутниковый приемник сигналов системы GPS, ГЛОНАСС для формирования эталонной опорной частоты. Кроме того можно использовать приемники для наземных систем навигации ЧАЙКА, LORAN-C. И как было указано ранее – сигналы радиостанций ГСВЧ – РБУ, РТЗ в России. За рубежом используются другие стандарты частоты, например станции DCF (Германия), MSF (Великобритания), WWVB (США), BPS (Китай), JJY (Япония) и многие другие станции вещающие на длинных волнах.

    Синхронные сети радиовещания используются также в КВ диапазонах. Для примера допустимое отклонение частоты несущей КВ передатчика регламентировано цифрой ± 10 Гц для передатчика, работающего в индивидуальном или совмещенном частотном канале, и - 0,05 Гц — для передатчика, работающего в синхронной сети.

Преимущества при синхронной работе удаленных радиостанций

1. Построение простых LC гетеродинов синхронизированных единым эталонным сигналом в самодельных конструкциях КВ и УКВ приемопередатчиках. Тем более простая переделка гетеродинов в уже готовых самодельных и устаревших заводских трансиверах и приемниках пылящихся в кладовках и гаражах у радиолюбителей

2. Работа очень малой мощностью в узкополосных режимах работы.

3. Работа в узкополосных режимах модуляции без взаимной расстройки в течении длительного периода времени.

4. Большая дальность радиосвязи (имеет смысл в космической связи).

5. Поверка и синхронизация работы любительских частотомеров, генераторов сигналов, СВЧ гетеродинов и синтезаторов.

6. Значительное повышение стабильности частоты гетеродинов в сантиметровом и миллиметровом диапазоне длин волн. Если например два удаленных радиопередатчика в СВЧ диапазоне синхронизированы одним сигналом (даже не эталонным, а просто стабильным - например сигнал вещательной радиостанции), то с изменением частоты опорного синхронизирующего сигнала одновременно изменяются частоты всех передатчиков в сети и получаем «относительную» стабильность при абсолютной нестабильности общего синхронизирующего сигнала.

7. Временная синхронизация нескольких радиопередатчиков работающих на одной частоте, при использовании для передачи телеметрической информации или синхронизации работы любительских радиомаяков.

Недостатки

1. Необходимость использования внешнего блока синхронизации (приемник эталонного сигнала с узлом синхронизации местного гетеродина).

2. Необходимость в доработке штатного приемопередатчика.

3. Различие приема сигналов ГСВЧ от уверенного до почти полного отсутствия сигнала особенно на границе уверенного приема, что приводит к необходимости использования высокочувствительных и сложных приемников.

4. Высокая стоимость аппаратуры для синхронизации по радионавигационным спутникам GPS, ГЛОНАСС.

5.  Малое распространение приемников для систем «Чайка», LORAN-C в России, например модуль ИФРНС.

Литература:

1. М. Зупаров, курс лекций "Радиовещание"; Ташкентский университет информационных технологий.
2. Комплексное задание по дисциплине «Техника и технология отрасли связи» на тему «Организация радиовещания»

 

Дополнительные материалы для ознакомления:

  1. М. Зупаров, курс лекций "Радиовещание"

  2. Российский приемный модуль ИФРНС

  3. Российский приемник эталонной частоты  ПЭЧ-01

  4. Сеть тактовой синхронизации

  5. Служба эталонного времени, история развития, современное состояния, перспективы

  6. Синхронизация компьютерных сетей

  7. Сверхрегенеративный радиоприем

  8. комплексное задание «Организация радиовещания»


 реферат А. Анкудинов (ua3vvm)
18.03.2009 год