Радиоретранслятор — это комбинация радиоприемника и радиопередатчика, которая принимает сигнал и ретранслирует его, благодаря чему двусторонние радиосигналы могут преодолевать большие расстояния. Ретранслятор, расположенный на большой высоте, может позволить двум мобильным станциям, которые в противном случае находятся вне зоны прямой видимости друг друга, обмениваться данными. [1] Ретрансляторы встречаются в профессиональных, коммерческих и государственных системах мобильной радиосвязи, а также в любительском радио .
Системы ретрансляторов используют две разные радиочастоты; мобильные телефоны передают на одной частоте, а ретрансляционная станция 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 как для передачи, так и для приема, необходимы частотно-избирательные 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 передаваемые сигналы .
Ретранслятор — это автоматическая радиорелейная станция, обычно расположенная на вершине горы, высотном здании или радиовышке. Он обеспечивает связь между двумя или более базами, мобильными или портативными станциями, которые не могут напрямую общаться друг с другом из-за расстояния или препятствий между ними.
Репитер 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 выше, чем другие использующие его радиостанции, их радиус действия значительно расширяется.
Поскольку передатчик и приемник включены одновременно, должна существовать изоляция, чтобы собственный передатчик ретранслятора не ухудшал качество приемника ретранслятора. Если передатчик и приемник ретранслятора плохо изолированы, собственный передатчик ретранслятора снижает чувствительность приемника ретранслятора. Проблема аналогична ситуации, когда вы находитесь на рок-концерте и не можете услышать слабый сигнал разговора вместо гораздо более сильного сигнала группы.
В общем, изолировать приемник от передатчика упрощается за счет максимального увеличения разделения между входными и выходными частотами.
При работе через ретранслятор мобильные станции должны передавать на частоте, отличной от выходной частоты ретранслятора. Хотя сайт ретранслятора должен иметь возможность одновременного приема и передачи (на двух разных частотах), мобильные станции могут работать в одном режиме одновременно, чередуя прием и передачу; таким образом, мобильным станциям не нужны громоздкие и дорогостоящие фильтры, необходимые на ретрансляторе. Мобильные станции могут иметь возможность выбрать режим «разговора» для передачи и приема на одной и той же частоте; иногда это используется для местной связи в пределах досягаемости мобильных устройств.
Не существует единого правила разнесения входных и выходных частот для всех радиоретрансляторов. Подойдет любое расстояние, при котором проектировщик сможет обеспечить достаточную изоляцию между приемником и передатчиком.
В некоторых странах в некоторых радиослужбах существуют согласованные соглашения или разделения, требуемые системной лицензией. В случае входных и выходных частот в США, например:
Это всего лишь несколько примеров. В операционных системах существует множество других разделений или промежутков между входными и выходными частотами.
Репитеры одного и того же диапазона работают с входными и выходными частотами в одном и том же диапазоне частот. Например, в двусторонней радиосвязи США 30–50 МГц — это один диапазон, а 150–174 МГц — другой. Репитер со входом 33,980 МГц и выходом 46,140 МГц — это однодиапазонный репитер.
В ретрансляторах того же диапазона основная проблема конструкции заключается в том, чтобы собственный передатчик ретранслятора не мешал приемнику. Уменьшение связи между передатчиком и приемником входной частоты называется изоляцией .
В однодиапазонных ретрансляторах 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 допускает или пропускает полосу (или узкий диапазон) частот.
У дуплексного фильтра есть две ножки: одна настроена на пропускание входной частоты, другая — на пропускание выходной частоты. Обе ножки фильтра соединены с антенной. Приемник ретранслятора подключен к принимающей ветви, а передатчик подключен к передающей ветви. Дуплексер предотвращает ухудшение чувствительности приемника передатчиком двумя способами. Во-первых, ветвь приема значительно ослабляет несущую передатчика на входе приемника (обычно на 90–100 дБ), предотвращая перегрузку (блокировку) несущей входной каскад приемника. Во-вторых, передающая часть ослабляет широкополосный шум передатчика на частоте приемника, также обычно на 90–100 дБ. Поскольку передатчик и приемник работают на разных частотах, они могут одновременно работать на одной антенне.
В местах с большим скоплением оборудования часто не хватает места на вышке для размещения отдельной антенны для каждого ретранслятора. В однодиапазонных ретрансляторах на спроектированных площадках с общим оборудованием ретрансляторы могут быть подключены к общим антенным системам. Они распространены в транкинговых системах , где на одном сайте может быть расположено до 29 повторителей для одной транкинговой системы. (Некоторые архитектуры, такие как сайты iDEN, могут иметь более 29 повторителей.)
В общей системе приемная антенна обычно располагается наверху антенной башни. Размещение приемной антенны вверху помогает улавливать более слабые принимаемые сигналы, чем если бы приемная антенна находилась ниже из двух. Разделив принимаемый сигнал от антенны, многие приемники могут удовлетворительно работать с одной антенной. Устройства, называемые мультисоединителями приемника, разделяют сигнал от антенны на множество соединений приемника. Мультипара усиливает сигналы, поступающие на антенну, затем подает их на несколько приемников, пытаясь компенсировать потери в делителях мощности (или сплиттерах). Они работают аналогично сплиттеру кабельного телевидения, но должны быть изготовлены в соответствии с более высокими стандартами качества, чтобы работать в средах с сильными мешающими сигналами.
На стороне передатчика где-то ниже приемной антенны установлена вторая передающая антенна. Существует электрическая связь, определяемая расстоянием между передающей и приемной антеннами. Желательный нулевой уровень существует, если передающая антенна расположена точно под приемной антенной на минимальном расстоянии. Почти такая же изоляция, как и у низкокачественного дуплексера (около -60 децибел), можно добиться, установив передающую антенну ниже и вдоль центральной линии приемной антенны. Несколько передатчиков можно подключить к одной и той же антенне с помощью фильтров, называемых сумматорами . В передатчиках обычно устанавливаются направленные устройства вместе с фильтрами, которые блокируют любую отраженную мощность в случае неисправности антенны. Антенна должна иметь номинальную мощность, которая будет выдерживать сумму энергии всех подключенных передатчиков одновременно.
Системы суммирования передатчиков имеют потери. Как правило, каждая ножка сумматора имеет потерю мощности 50% (3 децибела). Если два передатчика подключить к одной антенне через сумматор, половина их мощности будет достигать выхода сумматора. (При этом предполагается, что все работает правильно.) Если четыре передатчика подключены к одной антенне, четверть мощности каждого передатчика достигнет выхода суммирующей схемы. Частично эти потери можно компенсировать увеличением усиления антенны. Пятьдесят ватт мощности передатчика на антенну обеспечат мощность принимаемого сигнала на удаленной мобильной радиостанции, почти идентичную 100 ваттам.
В транкинговых системах с большим количеством каналов конструкция объекта может включать несколько передающих антенн для уменьшения 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 разную диаграмму направленности. Каждая антенна будет по-разному взаимодействовать с вышкой и другими близлежащими антеннами. Если бы нужно было измерить уровни принимаемого сигнала, это вызвало бы различия между каналами в одной транкинговой системе. Различия в уровне сигнала между каналами в одной транкинговой системе также могут быть вызваны:
Междиапазонные ретрансляторы иногда являются частью правительственных транкинговых радиосистем. Если одно сообщество находится в транкинговой системе, а соседнее сообщество — в обычной системе, для связи с другим сообществом может быть назначена разговорная группа или агентство-флот-подфлот. В примере, где сообщество находится на частоте 153,755 МГц, передача в разговорной группе транкинговой системы будет повторяться на частоте 153,755 МГц. Сигналы, полученные базовой станцией на частоте 153,755 МГц, будут передаваться по транкинговой системе в назначенной разговорной группе.
В обычных государственных системах междиапазонные ретрансляторы иногда используются для соединения двух агентств, которые используют радиосистемы на разных диапазонах. Например, пожарная часть в Колорадо работала на канале 46 МГц, а полицейское управление - на канале 154 МГц. Они построили междиапазонный ретранслятор, чтобы обеспечить связь между двумя агентствами.
Если одна из систем является симплексной, ретранслятор должен иметь логику, предотвращающую одновременную манипуляцию передатчика в обоих направлениях. Компараторы голосования с матрицей манипуляции передатчика иногда используются для подключения несовместимых базовых станций.
При просмотре записей старых систем примеры междиапазонных коммерческих систем были обнаружены во всех радиослужбах США, где это разрешено правилами. В Калифорнии специальные системы, использующие междиапазонные ретрансляторы, существуют как минимум с 1960-х годов. Исторические примеры межполосных систем включают: [3]
В коммерческих системах производители прекратили производство кросс-диапазонного мобильного радиооборудования с приемлемыми характеристиками для систем общественной безопасности в начале 1980-х годов. В то время некоторые системы были демонтированы из-за отсутствия нового радиооборудования. Спорадическое распространение ионосферных волноводов E может сделать летом неработоспособными частоты 46 МГц и ниже.
На протяжении десятилетий междиапазонные ретрансляторы использовались в качестве фиксированных каналов связи. Линии связи могут использоваться для дистанционного управления базовыми станциями на удаленных объектах или для отправки аудио с сайта приемника разнесения (голосования) обратно в систему объединения разнесения (компаратор голосования). Некоторые устаревшие каналы работают в полосе частот 150–170 МГц в США. Изменения в правилах Федеральной комиссии по связи США не разрешали использование каналов на частоте 150 МГц после 1970-х годов. Новые каналы чаще встречаются на каналах 72–76 МГц (средний диапазон), промежуточных каналах 450–470 МГц или каналах 900 МГц. Эти каналы, известные в лицензировании США как фиксированные станции, обычно соединяют площадку оборудования с диспетчерским офисом.
Современные любительские радиостанции иногда включают в себя возможность междиапазонного повторения, встроенную в радиоприемопередатчик.
В коммерческих системах междиапазонные повторители иногда используются в автомобильных репитерах. Например, портативный компьютер с частотой 150 МГц может обмениваться данными с установленным на автомобиле маломощным приемопередатчиком. Радиостанция с низким энергопотреблением повторяет передачи с портативного устройства через мощную мобильную радиосвязь автомобиля, имеющую гораздо больший радиус действия. В этих системах портативное устройство работает до тех пор, пока оно находится в пределах досягаемости мобильного ретранслятора малой мощности. Мобильная радиосвязь обычно работает на другом диапазоне, чем портативная радиостанция, чтобы уменьшить вероятность того, что мобильный радиопередатчик будет мешать передаче с портативного устройства на автомобиль.
С этими системами существует сложная инженерная проблема. Если у вас есть две автомобильные радиостанции в одном месте, необходимо установить какой-то протокол, чтобы одна портативная передача не активировала два или более мобильных радиопередатчиков. Motorola использует иерархическую систему с PAC*RT: каждый ретранслятор передает тональный сигнал при включении, поэтому используется последний на объекте, который включается. Это значит, что несколько из них не включены одновременно.
Автомобильные ретрансляторы сложны, но могут быть дешевле, чем разработка системы, которая покрывает большую территорию 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 (от 10 до 20 децибел или от 10 до 100 раз) слабее, чем мобильная радиостанция с аналогичной выходной мощностью передатчика.
Радиоретрансляторы обычно размещаются в местах, обеспечивающих максимальную эффективность их использования по назначению:
Популярные в основном в Великобритании общественные радиосистемы обычно состоят из общественного ретранслятора радио (похожего на ретранслятор для радиолюбителей ), предназначенного для использования сообществом и предприятиями, часто используемого для общественных мероприятий , Shopwatch , PubWatch , Neighborhood Watch и взаимодействия с сообществом . 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.