В телекоммуникациях ретранслятор — это электронное устройство, которое принимает сигнал и ретранслирует его. Ретрансляторы используются для расширения передачи, чтобы сигнал мог покрывать большие расстояния или приниматься по ту сторону препятствия. Некоторые типы ретрансляторов передают идентичный сигнал, но изменяют способ его передачи, например, на другой частоте или скорости передачи данных .
Существует несколько различных типов ретрансляторов: телефонный ретранслятор — это усилитель в телефонной линии , оптический ретранслятор — это оптоэлектронная схема, которая усиливает световой луч в оптоволоконном кабеле ; а радиоретранслятор — это радиоприемник и передатчик , который ретранслирует радиосигнал.
Радиорелейная станция — это ретранслятор, используемый в радио- и телевещании .
Когда информационный сигнал проходит через канал связи , он постепенно ухудшается из-за потери мощности. Например, когда телефонный звонок проходит через проводную телефонную линию , часть мощности электрического тока , представляющего собой аудиосигнал , рассеивается в виде тепла на сопротивлении медного провода. Чем длиннее провод, тем больше мощности теряется и тем меньше амплитуда сигнала на дальнем конце. Таким образом, при достаточно длинном проводе звонок не будет слышен на другом конце. 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 повторители 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 .
Используется для увеличения дальности телефонных сигналов в телефонной линии.
Чаще всего они используются в магистральных линиях , по которым осуществляются междугородние звонки. В аналоговой телефонной линии, состоящей из пары проводов, она состоит из схемы усилителя, выполненной из транзисторов , которые используют питание от источника постоянного тока для увеличения мощности переменного аудиосигнала на линии. Поскольку телефон является дуплексной (двунаправленной) системой связи, пара проводов переносит два аудиосигнала , по одному в каждом направлении. Поэтому телефонные повторители должны быть двусторонними, усиливая сигнал в обоих направлениях, не вызывая обратной связи, что значительно усложняет их конструкцию. Телефонные повторители были первым типом повторителей и одними из первых применений усиления. Разработка телефонных повторителей между 1900 и 1915 годами сделала возможной междугороднюю телефонную связь. Сейчас большинство телекоммуникационных кабелей являются волоконно-оптическими кабелями , которые используют оптические повторители (ниже).
До изобретения электронных усилителей механически связанные угольные микрофоны использовались в качестве усилителей в телефонных ретрансляторах. После начала 20-го века было обнаружено, что ртутные лампы с отрицательным сопротивлением могут усиливать, и они были использованы. [3] Изобретение ретрансляторов на аудионной трубке около 1916 года сделало трансконтинентальную телефонию практичной. В 1930-х годах ретрансляторы на вакуумных лампах, использующие гибридные катушки , стали обычным явлением, что позволило использовать более тонкие провода. В 1950-х годах устройства усиления с отрицательным импедансом стали более популярными, и транзисторная версия, называемая ретранслятором E6, была последним основным типом, использовавшимся в Bell System, прежде чем низкая стоимость цифровой передачи сделала все ретрансляторы голосового диапазона устаревшими. Ретрансляторы с частотным лягушачьим ходом были обычным явлением в системах частотного мультиплексирования с середины до конца 20-го века.
Это тип телефонного ретранслятора, используемый в подводных телекоммуникационных кабелях .
Это используется для увеличения диапазона 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. Оптический ретранслятор 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 по другому волокну. Однако оптические усилители разрабатываются для ретрансляторов, чтобы усиливать сам свет без необходимости предварительного преобразования его в электрический сигнал.
Это используется для расширения диапазона покрытия радиосигнала. История радиорелейных ретрансляторов началась в 1898 году с публикации Иоганна Маттауша в австрийском журнале Zeitschrift für Electrotechnik (т. 16, 35 - 36). [2] [4] Но его предложение «Транслятор» было примитивным и не пригодным для использования. Первой релейной системой с радиоретрансляторами, которая действительно функционировала, была та, что была изобретена в 1899 году Эмилем Гварини-Форезио. [2]
Радиоретранслятор обычно состоит из радиоприемника, подключенного к радиопередатчику. Полученный сигнал усиливается и ретранслируется, часто на другой частоте, для обеспечения покрытия за пределами препятствия. Использование дуплексера может позволить ретранслятору использовать одну антенну для приема и передачи одновременно.
Радиоретрансляторы улучшают покрытие связи в системах, использующих частоты, которые обычно имеют распространение в пределах прямой видимости . Без ретранслятора эти системы ограничены в радиусе действия кривизной Земли и блокирующим эффектом рельефа или высоких зданий. Ретранслятор на вершине холма или в высоком здании может позволить станциям, которые находятся вне зоны прямой видимости друг друга, надежно общаться. [5]
Радиоретрансляторы также могут обеспечивать перевод с одного набора радиочастот на другой, например, чтобы позволить двум различным государственным службам взаимодействовать (например, полиции и пожарным службам города или соседним полицейским управлениям). Они также могут обеспечивать связь с телефонной коммутируемой 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 слушают 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 будет использовать одну и ту же антенну для передачи и приема; высокоселективные фильтры, называемые «дуплексерами», отделяют слабый входящий принимаемый сигнал от в миллиарды раз более мощного исходящего передаваемого сигнала. Иногда используются отдельные передающие и принимающие местоположения, соединенные проводной линией или радиосвязью. В то время как 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 «обратной связи», который позволяет осуществлять прямую работу мобильного устройства на одном канале. Это может использоваться, если устройство находится вне досягаемости системы ретранслятора или для связи, не требующей внимания всех мобильных устройств. Каналом «обратной связи» может быть выходная частота ретранслятора; ретранслятор не будет ретранслировать какие-либо сигналы на своей выходной частоте. [9]
Проектировщик системы радиосвязи проанализирует желаемую зону покрытия и выберет местоположение ретрансляторов, высоту над уровнем моря, антенны, рабочие частоты и уровни мощности, чтобы обеспечить предсказуемый уровень надежной связи в проектируемой зоне покрытия.
Ретрансляторы можно разделить на два типа в зависимости от типа обрабатываемых данных:
Этот тип используется в каналах, которые передают 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 частотного разделения каналов (FDM). Аналоговые повторители состоят из линейного усилителя и могут включать электронные фильтры для компенсации искажений частоты и фазы в линии.
Цифровой повторитель используется в каналах, которые передают данные с помощью двоичных цифровых сигналов , в которых данные находятся в форме импульсов с двумя возможными значениями, представляющими двоичные цифры 1 и 0. Цифровой повторитель усиливает сигнал, а также может повторно синхронизировать, ресинхронизировать и изменять форму импульсов. Повторитель, который выполняет функции повторного синхронизации или ресинхронизации, может быть назван регенератором .