В телекоммуникациях ретранслятор — это электронное устройство, которое принимает сигнал и ретранслирует его. Ретрансляторы используются для расширения передачи, чтобы сигнал мог преодолевать большие расстояния или приниматься по другую сторону препятствия. Некоторые типы ретрансляторов передают идентичный сигнал, но меняют способ его передачи, например, на другой частоте или скорости передачи .
Существует несколько различных типов ретрансляторов; телефонный репитер — усилитель в телефонной линии ; оптический репитер — оптоэлектронная схема, усиливающая световой луч в оптоволоконном кабеле ; а радиоретранслятор — это радиоприемник и передатчик , ретранслирующий радиосигнал.
Ретрансляционная станция — это ретранслятор, используемый в радиовещании и телевидении .
Когда информационный сигнал проходит через канал связи , его качество постепенно ухудшается из-за потери мощности. Например, когда телефонный звонок проходит через проводную телефонную линию , некоторая часть мощности электрического тока , который представляет собой звуковой сигнал , рассеивается в виде тепла на сопротивлении медного провода. Чем длиннее провод, тем больше мощности теряется и тем меньше амплитуда сигнала на дальнем конце. Так что при достаточно длинном проводе звонок на другом конце не будет слышен. Аналогично, чем больше расстояние между радиостанцией и приемником , тем слабее радиосигнал и хуже прием. Ретранслятор — это электронное устройство в канале связи, которое увеличивает мощность сигнала и ретранслирует его, позволяя ему распространяться дальше. Поскольку он усиливает сигнал, ему требуется источник электроэнергии .
Термин «ретранслятор» возник в телеграфии в 19 веке и относился к электромеханическому устройству ( реле ), используемому для регенерации телеграфных сигналов. [1] [2]
Использование этого термина продолжилось в телефонии и передаче данных .
В компьютерных сетях , поскольку ретрансляторы работают с реальным физическим сигналом и не пытаются интерпретировать передаваемые данные , они работают на физическом уровне , первом уровне модели OSI ; многопортовый повторитель Ethernet обычно называют концентратором .
Это используется для увеличения диапазона телефонных сигналов в телефонной линии.
Чаще всего они используются на магистральных линиях , осуществляющих междугородние вызовы. В аналоговой телефонной линии, состоящей из пары проводов, она состоит из схемы усилителя, состоящей из транзисторов , которые используют мощность источника постоянного тока для увеличения мощности аудиосигнала переменного тока в линии. Поскольку телефон представляет собой дуплексную (двунаправленную) систему связи, по паре проводов передаются два аудиосигнала , по одному в каждом направлении. Поэтому телефонные ретрансляторы должны быть двусторонними, усиливающими сигнал в обоих направлениях, не вызывая обратной связи, что существенно усложняет их конструкцию. Телефонные ретрансляторы были первым типом ретрансляторов и одними из первых применений усиления. Развитие телефонных ретрансляторов между 1900 и 1915 годами сделало возможным междугороднюю телефонную связь. Сейчас большинство телекоммуникационных кабелей представляют собой оптоволоконные кабели , в которых используются оптические повторители (ниже).
До изобретения электронных усилителей в качестве усилителей в телефонных репитерах использовались угольные микрофоны с механической связью. На рубеже 20-го века было обнаружено, что ртутные лампы с отрицательным сопротивлением могут усиливать сопротивление, и их начали использовать. [3] Изобретение ламповых повторителей аудионов примерно в 1916 году сделало трансконтинентальную телефонную связь практичной. В 1930-х годах ламповые повторители с гибридными катушками стали обычным явлением, что позволило использовать более тонкие провода. В 1950-х годах устройства с отрицательным сопротивлением были более популярны, и транзисторная версия, называемая повторителем E6, была последним основным типом, используемым в системе Bell , прежде чем низкая стоимость цифровой передачи сделала все ретрансляторы голосового диапазона устаревшими. Репитеры с плавающей частотой были обычным явлением в системах частотного мультиплексирования с середины до конца 20 века.
Это тип телефонного ретранслятора, используемый в подводных подводных телекоммуникационных кабелях .
Это используется для увеличения дальности передачи сигналов в оптоволоконном кабеле . Цифровая информация передается по оптоволоконному кабелю в виде коротких импульсов света. Свет состоит из частиц, называемых фотонами , которые могут поглощаться или рассеиваться в волокне. Ретранслятор оптической связи обычно состоит из фототранзистора , который преобразует световые импульсы в электрический сигнал, усилителя для увеличения мощности сигнала, электронного фильтра , который изменяет форму импульсов, и лазера , который снова преобразует электрический сигнал в свет и отправляет его. это из другого волокна. Однако для ретрансляторов разрабатываются оптические усилители , позволяющие усиливать сам свет без необходимости предварительного преобразования его в электрический сигнал.
Это используется для расширения диапазона покрытия радиосигнала. История радиорелейных репитеров началась в 1898 году с публикации Иоганна Маттауша в австрийском журнале Zeitschrift für Electrotechnik (т. 16, 35 – 36). [2] [4] Но его предложение «Переводчик» было примитивным и непригодным для использования. Первой реально заработавшей ретрансляционной системой с радиоретрансляторами была изобретена в 1899 году Эмилем Гуарини-Форезио. [2]
Радиоретранслятор обычно состоит из радиоприемника, соединенного с радиопередатчиком. Принятый сигнал усиливается и ретранслируется, часто на другой частоте, чтобы обеспечить покрытие за пределами препятствий. Использование дуплексера может позволить ретранслятору использовать одну антенну как для приема, так и для передачи одновременно.
Радиоретрансляторы улучшают покрытие связи в системах, использующих частоты, которые обычно распространяются в пределах прямой видимости . Без ретранслятора дальность действия этих систем ограничена кривизной Земли и блокирующим эффектом местности или высоких зданий. Репитер на вершине холма или в высоком здании может обеспечить надежную связь станциям, находящимся вне зоны прямой видимости друг друга. [5]
Радиоретрансляторы также могут обеспечивать перевод с одного набора радиочастот на другой, например, для обеспечения взаимодействия двух разных государственных служб (скажем, полиции и пожарных служб города или соседних отделений полиции). Они также могут обеспечивать связь с коммутируемой телефонной сетью общего пользования [6] [7] или спутниковой сетью ( BGAN , INMARSAT , MSAT ) в качестве альтернативного пути от источника к месту назначения. [8]
Обычно ретрансляционная станция слушает на одной частоте A и передает на второй B. Все мобильные станции прослушивают сигналы на канале B и передают на канале A. Разница между двумя частотами может быть относительно небольшой по сравнению с рабочей частотой. скажем, 1%. Часто ретрансляционная станция использует одну и ту же антенну для передачи и приема; высокоселективные фильтры, называемые «дуплексерами», отделяют слабый входящий принятый сигнал от в миллиарды раз более мощного исходящего передаваемого сигнала. Иногда используются отдельные места передачи и приема, соединенные проводной линией или радиолинией. Хотя ретрансляционная станция предназначена для одновременного приема и передачи, мобильные устройства не должны быть оснащены громоздкими и дорогостоящими дуплексерами, поскольку они только передают или принимают в любое время.
Мобильные устройства в системе ретранслятора могут быть снабжены каналом «речевой связи», который обеспечивает прямую работу между мобильными устройствами по одному каналу. Это можно использовать, если система находится вне досягаемости ретранслятора или для связи, не требующей внимания всех мобильных телефонов. Каналом «обходной связи» может быть выходная частота ретранслятора; ретранслятор не будет ретранслировать сигналы на своей выходной частоте. [9]
Разработчик инженерной системы радиосвязи проанализирует желаемую зону покрытия и выберет расположение ретрансляторов, высоту, антенны, рабочие частоты и уровни мощности, чтобы обеспечить предсказуемый уровень надежной связи в расчетной зоне покрытия.
Повторители можно разделить на два типа в зависимости от типа данных, которые они обрабатывают:
Этот тип используется в каналах, передающих данные в виде аналогового сигнала , в котором напряжение или ток пропорциональны амплитуде сигнала, как в аудиосигнале. Они также используются в магистральных линиях, которые передают несколько сигналов с использованием мультиплексирования с частотным разделением каналов (FDM). Аналоговые повторители состоят из линейного усилителя и могут включать в себя электронные фильтры для компенсации частотных и фазовых искажений в линии.
Цифровой ретранслятор используется в каналах, которые передают данные с помощью двоичных цифровых сигналов , в которых данные представлены в виде импульсов только с двумя возможными значениями, представляющими двоичные цифры 1 и 0. Цифровой ретранслятор усиливает сигнал, а также может повторно синхронизировать, ресинхронизировать и изменить форму импульсов. Повторитель, выполняющий функции повторной синхронизации или ресинхронизации, можно назвать регенератором .