Радиоретранслятор представляет собой комбинацию радиоприемника и радиопередатчика, которая принимает сигнал и ретранслирует его, так что двусторонние радиосигналы могут покрывать большие расстояния. Ретранслятор, расположенный на большой высоте, может позволить двум мобильным станциям, которые в противном случае находились бы вне зоны прямой видимости друг друга, общаться. [1] Ретрансляторы используются в профессиональных, коммерческих и правительственных системах мобильной радиосвязи, а также в любительском радио .
Системы ретрансляторов используют две разные радиочастоты; мобильные телефоны передают на одной частоте, а станция ретранслятора принимает эти передачи и передает на второй частоте. Поскольку ретранслятор должен передавать одновременно с приемом сигнала и может даже использовать одну и ту же антенну для передачи и приема, требуются частотно-селективные фильтры, чтобы предотвратить перегрузку приемника передаваемым сигналом. Некоторые ретрансляторы используют два разных диапазона частот для обеспечения изоляции между входом и выходом или для удобства.
В спутнике связи транспондер выполняет аналогичную функцию, но транспондер не обязательно демодулирует ретранслируемые сигналы .
Ретранслятор — это автоматическая радиорелейная станция, обычно расположенная на вершине горы, высоком здании или радиовышке. Он обеспечивает связь между двумя или более базами, мобильными или переносными станциями, которые не могут напрямую общаться друг с другом из-за расстояния или препятствий между ними.
Ретранслятор принимает на одной радиочастоте ( «входной» частоте), демодулирует сигнал и одновременно ретранслирует информацию на своей «выходной» частоте. Все станции, использующие ретранслятор, передают на входной частоте ретранслятора и принимают на его выходной частоте. Поскольку ретранслятор обычно располагается на высоте, превышающей высоту других радиостанций, использующих его, их радиус действия значительно расширяется.
Поскольку передатчик и приемник включены одновременно, должна быть изоляция, чтобы собственный передатчик ретранслятора не ухудшал работу приемника ретранслятора. Если передатчик и приемник ретранслятора не изолированы должным образом, собственный передатчик ретранслятора снижает чувствительность приемника ретранслятора. Проблема похожа на то, как если бы вы были на рок-концерте и не могли услышать слабый сигнал разговора из-за гораздо более сильного сигнала группы.
В общем случае изоляция приемника от передатчика упрощается за счет максимального разнесения входных и выходных частот.
При работе через ретранслятор мобильные станции должны передавать на частоте, отличной от частоты выхода ретранслятора. Хотя ретранслятор должен быть способен одновременно принимать и передавать (на двух разных частотах), мобильные станции могут работать в одном режиме одновременно, чередуя прием и передачу; поэтому мобильным станциям не нужны громоздкие и дорогостоящие фильтры, требуемые на ретрансляторе. Мобильные станции могут иметь возможность выбора режима «обсуждения» для передачи и приема на одной частоте; это иногда используется для локальной связи в пределах досягаемости мобильных устройств.
Не существует установленного правила о разнесении входных и выходных частот для всех радиоретрансляторов. Любое разнесение, при котором проектировщик может получить достаточную изоляцию между приемником и передатчиком, будет работать.
В некоторых странах, в рамках некоторых радиослужб, существуют согласованные соглашения или разделения, которые требуются лицензией системы. В случае входных и выходных частот в Соединенных Штатах, например:
Это всего лишь несколько примеров. Существует много других разделений или интервалов между входными и выходными частотами в операционных системах.
Ретрансляторы одного диапазона работают с входными и выходными частотами в одном и том же диапазоне частот. Например, в двусторонней радиосвязи в США 30–50 МГц — это один диапазон, а 150–174 МГц — другой. Ретранслятор с входом 33,980 МГц и выходом 46,140 МГц — это ретранслятор одного диапазона.
В ретрансляторах одного диапазона центральная проблема проектирования заключается в том, чтобы собственный передатчик ретранслятора не мешал приемнику. Уменьшение связи между передатчиком и приемником входной частоты называется изоляцией .
В ретрансляторах того же диапазона изоляция между передатчиком и приемником может быть создана с помощью одной антенны и устройства, называемого дуплексером . Устройство представляет собой настроенный фильтр, подключенный к антенне. В этом примере рассмотрим тип устройства, называемого полосовым дуплексером . Он пропускает или пропускает полосу (или узкий диапазон) частот.
Фильтр дуплексера имеет две ветви, одна настроена на передачу входной частоты, другая настроена на передачу выходной частоты. Обе ветви фильтра соединены с антенной. Приемник-ретранслятор подключен к приемной ветви, а передатчик подключен к передающей ветви. Дуплексер предотвращает ухудшение чувствительности приемника передатчиком двумя способами. Во-первых, приемная ветвь значительно ослабляет несущую передатчика на входе приемника (обычно на 90-100 дБ), предотвращая перегрузку (блокировку) несущей входного каскада приемника. Во-вторых, передающая ветвь ослабляет широкополосный шум передатчика на частоте приемника, также обычно на 90-100 дБ. Благодаря тому, что передатчик и приемник находятся на разных частотах, они могут работать одновременно на одну антенну.
Часто не хватает места на вышке для размещения отдельной антенны для каждого ретранслятора на переполненных площадках с оборудованием. В ретрансляторах того же диапазона на спроектированных, общих площадках с оборудованием ретрансляторы могут быть подключены к общим антенным системам. Это распространено в транкинговых системах , где до 29 ретрансляторов для одной транкинговой системы могут быть расположены на одной площадке. (Некоторые архитектуры, такие как площадки iDEN, могут иметь более 29 ретрансляторов.)
В общей системе приемная антенна обычно располагается наверху антенной вышки. Размещение приемной антенны наверху помогает улавливать более слабые принимаемые сигналы, чем если бы приемная антенна была ниже из двух. Разделяя принятый сигнал от антенны, многие приемники могут удовлетворительно работать с одной антенной. Устройства, называемые приемными мультикаплерами, разделяют сигнал от антенны на множество приемных соединений. Мультикаплер усиливает сигналы, достигающие антенны, затем подает их на несколько приемников, пытаясь компенсировать потери в делителях мощности (или сплиттерах). Они работают аналогично сплиттеру кабельного телевидения, но должны быть построены в соответствии с более высокими стандартами качества, чтобы работать в средах, где присутствуют сильные мешающие сигналы.
Со стороны передатчика вторая передающая антенна устанавливается где-то под приемной антенной. Существует электрическая связь, определяемая расстоянием между передающей и приемной антеннами. Желательный ноль существует, если передающая антенна расположена точно под приемной антенной за пределами минимального расстояния. Почти такую же изоляцию, как у низкосортного дуплексера (около −60 децибел), можно получить, установив передающую антенну ниже и вдоль центральной линии приемной антенны. Несколько передатчиков можно подключить к одной антенне с помощью фильтров, называемых объединителями . Передатчики обычно имеют направленные устройства, установленные вместе с фильтрами, которые блокируют любую отраженную мощность в случае неисправности антенны. Антенна должна иметь номинальную мощность, которая будет обрабатывать сумму энергии всех подключенных передатчиков одновременно.
Системы объединения передатчиков несут потери. Как правило, каждая нога объединителя имеет 50% (3 децибела) потери мощности. Если два передатчика подключены к одной антенне через объединитель, половина их мощности достигнет выхода объединителя. (Это предполагает, что все работает правильно.) Если четыре передатчика подключены к одной антенне, четверть мощности каждого передатчика достигнет выхода схемы объединения. Часть этих потерь можно компенсировать за счет увеличения усиления антенны. Пятьдесят ватт мощности передатчика на антенну создадут мощность принимаемого сигнала на удаленной мобильной радиостанции, которая почти идентична 100 ваттам.
В транкинговых системах со многими каналами проект сайта может включать несколько передающих антенн для снижения потерь в объединенной сети. Например, шестиканальная транкинговая система может иметь две передающие антенны с тремя передатчиками, подключенными к каждой из двух передающих антенн. Поскольку небольшие изменения влияют на каждую антенну, каждая антенна будет иметь немного отличающуюся диаграмму направленности. Каждая антенна будет взаимодействовать с вышкой и другими близлежащими антеннами по-разному. Если бы кто-то измерял уровни принимаемого сигнала, это вызвало бы изменение между каналами в одной транкинговой системе. Изменения в силе сигнала между каналами в одной транкинговой системе также могут быть вызваны:
Кросс-диапазонные ретрансляторы иногда являются частью правительственных транкинговых радиосистем. Если одно сообщество находится в транкинговой системе, а соседнее сообщество — в обычной системе, разговорная группа или агентство-флот-субфлот могут быть назначены для связи с другим сообществом. В примере, где сообщество находится на 153,755 МГц, передача в разговорной группе транкинговой системы будет повторяться на 153,755 МГц. Сигналы, принимаемые базовой станцией на 153,755 МГц, будут передаваться по транкинговой системе в назначенной разговорной группе.
В обычных правительственных системах кросс-диапазонные ретрансляторы иногда используются для соединения двух агентств, которые используют радиосистемы на разных диапазонах. Например, пожарная часть в Колорадо использовала канал 46 МГц, а полицейское управление — канал 154 МГц, они построили кросс-диапазонный ретранслятор, чтобы обеспечить связь между двумя агентствами.
Если одна из систем симплексная, ретранслятор должен иметь логику, предотвращающую манипуляцию передатчика в обоих направлениях одновременно. Для соединения несовместимых базовых станций иногда используются матрично-голосующие компараторы с матрицей манипуляции передатчика.
При изучении записей старых систем примеры коммерческих систем с кросс-диапазонами были найдены в каждой радиослужбе США, где правила разрешали их использование. В Калифорнии определенные системы, использующие ретрансляторы с кросс-диапазонами, существовали по крайней мере с 1960-х годов. Исторические примеры систем с кросс-диапазонами включают: [3]
В коммерческих системах производители прекратили производить кросс-диапазонное мобильное радиооборудование с приемлемыми характеристиками для систем общественной безопасности в начале 1980-х годов. В то время некоторые системы были демонтированы, поскольку новое радиооборудование не было доступно. Спорадическое ионосферное волноводное движение E может сделать частоты 46 МГц и ниже неработоспособными летом.
В течение десятилетий кросс-диапазонные ретрансляторы использовались в качестве фиксированных каналов. Каналы могут использоваться для дистанционного управления базовыми станциями на удаленных объектах или для отправки аудиосигнала с приемника разнесения (голосования) обратно в систему объединения разнесения (голосующий компаратор). Некоторые устаревшие каналы встречаются в диапазоне 150–170 МГц в США. Изменения правил Федеральной комиссии по связи США не допускали каналов 150 МГц после 1970-х годов. Более новые каналы чаще встречаются на 72–76 МГц (средний диапазон), 450–470 МГц промежуточных каналах или каналах 900 МГц. Эти каналы, известные как фиксированные станции в лицензировании США, обычно соединяют площадку оборудования с диспетчерским офисом.
Современные любительские радиостанции иногда включают в себя функцию перекрестного повтора частот, встроенную в радиопередатчик.
В коммерческих системах кросс-диапазонные ретрансляторы иногда используются в автомобильных ретрансляторах. Например, портативное устройство с частотой 150 МГц может связываться с маломощным приемопередатчиком, установленным на транспортном средстве. Маломощное радио ретранслирует передачи с портативного устройства через мощное мобильное радио транспортного средства, которое имеет гораздо больший радиус действия. В этих системах портативное устройство работает до тех пор, пока оно находится в пределах диапазона маломощного мобильного ретранслятора. Мобильное радио обычно находится на другом диапазоне, чем портативное, чтобы уменьшить вероятность помех со стороны мобильного радиопередатчика при передаче с портативного устройства на транспортное средство.
С этими системами связана сложная инженерная проблема. Если вы получаете два автомобильных радиоприемника в одном месте, необходимо установить какой-то протокол, чтобы один портативный передатчик не активировал два или более мобильных радиопередатчиков. Motorola использует иерархическую систему с PAC*RT, каждый ретранслятор передает тон при включении, поэтому последний на месте, который включается, тот и используется. Это делается для того, чтобы несколько из них не были включены одновременно.
Автомобильные ретрансляторы сложны, но могут быть менее затратными, чем проектирование системы, которая охватывает большую площадь и работает со слабыми уровнями сигнала портативных радиостанций. Некоторые модели радиосигналов предполагают, что передатчики портативных радиостанций создают принимаемые сигналы на базовой станции на один-два порядка (10-20 децибел или 10-100 раз) слабее, чем мобильная радиостанция с аналогичной выходной мощностью передатчика.
Радиоретрансляторы обычно размещаются в местах, где они максимально эффективно выполняют свое прямое назначение:
Популярные в основном в Великобритании, общественные радиосистемы обычно состоят из общественного радиоретранслятора (похожего на любительский ретранслятор ), для использования сообществом и бизнесом, часто используемого для гражданских мероприятий , Shopwatch , PubWatch , Neighborhood Watch и Community engagement . В крупных городах обычно используются отдельные системы, разделяющие коммерческое и общественное использование. В то время как в небольших городах отдельные системы обычно используются всем сообществом.