Μάθημα 10ο Τύποι Ραδιοζεύξεων
4.4 Τύποι ραδιοζεύξεων
Τα φαινόμενα της διάδοσης και οι ιδιαιτερότητες των ραδιοκυμάτων καθορίζουν, ανάλογα με την περίπτωση, τον εξοπλισμό που θα χρησιμοποιήσουμε και τον τρόπο αξιοποίησης του.
Ας δούμε τις βασικότερες εφαρμογές.
4.4.1 Εφαρμογές ραδιοφωνίας
Στις εφαρμογές της ραδιοφωνίας το σήμα απευθύνεται σε πολλούς δέκτες, οι οποίοι ως προς το σύστημα εκπομπής έχουν τυχαία θέση. Πρέπει λοιπόν να χρησιμοποιηθεί μεγάλη ισχύς εκπομπής του φέροντος, για να εξασφαλίζει μεγάλη εμβέλεια και επιπλέον η κάλυψη του χώρου να είναι σφαιρική. Αυτό ισχύει τόσο για τις ραδιοφωνικές εκπομπές στα μεσαία όσο και στην FM ραδιοφωνία, που είναι στη ζώνη των υπερβραχέων. Ιδιαίτερα στην τελευταία περίπτωση, καθώς απαιτείται οπτική επαφή των κεραιών πομπού και δέκτη, η κεραία εκπομπής πρέπει να τοποθετηθεί σε υψόμετρο, σε κάποιο βουνό, λόφο ή ψηλό πύργο, ώστε ο οπτικός ορίζοντας να είναι μεγάλος. Το ίδιο ισχύει, με μεγαλύτερη εμφαση, για τις εκπομπές της τηλεόρασης, που πραγματοποιούνται στις ζώνες των VHFκαι στις ζώνες των UHF κυμάτων.
Αν ο χώρος παραγωγής του προγράμματος (studio) δε βρίσκεται στον ίδιο χώρο με την κεραία εκπομπής, το σήμα μεταφέρεται στην κεραία είτε με ομοαξονικό καλώδιο (αν η απόσταση είναι μικρή) είτε με μικροκυματική κατευθυντική ραδιοζεύξη, όπως αποδίδεται στο σχήμα 4.4.1.
4.4.2 Εφαρμογές ραδιοτηλεφωνίας
Πρόκειται για επικοινωνία μεταξύ συγκεκριμένων ανταποκριτών, που πραγματοποιούνται στη ζώνη των υπερβραχέων (VHF) και δεκατομετρικών κυμάτων (UHF). Εδώ οι ιδιαιτερότητες είναι πολλές. Κάθε ανταποκριτής συμμετέχει σε κάποιο δίκτυο ραδιοτηλεφωνίας, διαθέτει τη δική του μικρή συσκευή εκπομπής και λήψης τον ‘πομποδέκτη’ με μικρή κεραία που μέσω κατάλληλης διάταξης (συζεύκτη) χρησιμοποιείται και για την εκπομπή και για τη λήψη των σημάτων. Στην περίπτωση αυτή δεν έχουμε το δικαίωμα να χρησιμοποιήσουμε μεγάλη ισχύ εκπομπής, διότι στον ίδιο χώρο, στην ίδια πόλη, στην ίδια περιοχή πρέπει να συνυπάρξουν πολλά συστήματα , πολλά ραδιοδίκτυα , όμοια με το δικό μας, που θα εξυπηρετήσουν πολλούς χρήστες. Οι κανόνες λοιπόν χρήσης των συχνοτήτων (των διαθέσιμων διαύλων) και εκμετάλλευσης τέτοιων δικτύων είναι πολύ αυστηροί. Καθορίζονται από τους διεθνείς τηλεπικοινωνιακούς οργανισμούς και εξειδικεύονται από τις αρμόδιες υπηρεσίες κάθε κράτους με μεγάλη αυστηρότητα. Οι χρησιμοποιούμενοι πομποδέκτες υπακούουν σε ακριβείς και προκαθορισμένες προδιαγραφές και ελέγχονται αυστηρά απο τις αρμόδιες αρχές . Η ισχύς εκπομπής τους είναι περιορισμένη και δεν πρέπει σε καμμία περίπτωση να ξεπεράσει συγκεκριμένη τιμή.
Παράδειγμα: Ενδεχομένως το δίκτυο ραδιοτηλεφωνίας του πυροσβεστικού σώματος διαθέτει τη συχνότητα εκπομπής 170,125 MHz. Το αντίστοιχο ραδιοδίκτυο μιάς άλλης υπηρεσίας είναι στη συχνότητα 170,150 MHz. Το ραδιοδίκτυο μιάς τρίτης υπηρεσίας είναι στη συχνότητα εκπομπής 170,100 MHz. Καθένας, δηλαδή, διαθέτει μια ζώνη 25 KHz όπου πρέπει να χωρέσει το φάσμα της δικής του εκπομπής, του διαμορφωμένου φέροντος, που είδαμε στο τρίτο κεφάλαιο. Μέγιστη ισχύς εκπομπής του κάθε πομποδέκτη για όλους είναι τα 25 Watt.
Επισημάνθηκε ότι σ’ αυτές τις ζώνες συχνοτήτων, για να έχουμε σωστή επικοινωνία, απαιτείται οπτική επαφή των κεραιών εκπομπής και λήψης. Προκύπτει ότι η εμβέλεια κάλυψης των συστημάτων αυτών είναι σχετικά μικρή, ιδιαίτερα σε περιοχές με πολλά φυσικά εμπόδια λόγω μορφολογίας εδάφους, εντός πόλεων, εντός κτιρίων κ.λ.π.
Στη ραδιοτηλεφωνία χρησιμοποιούμε τρεις τρόπους επικοινωνίας:
- Την απλή (SIMPLEX) επικοινωνία:
Οι δύο ανταποκριτές διαθέτουν πομποδέκτη (πομπό και δέκτη) με τον περιορισμό, όταν εκπέμπει ο ένας, ο άλλος λαμβάνει και αντίστροφα (σχήμα 4.4.2). Και οι δύο χρησιμοποιούν την ίδια φέρουσα συχνότητα εκπομπής και λήψης.
Σχήμα 4.4.2: Μοντέλο simplexραδιοεπικοινωνίας
- Επικοινωνία πλήρως αμφίδρομη (FULLDUPLEX)
Στους ανταποκριτές που βρίσκονται σε επικοινωνία παρέχεται η δυνατότητα να εκπέμπουν και να λαμβάνουν στον πομποδέκτη τους ταυτόχρονα (ταυτόχρονη ομιλία και ακρόαση). Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιούνται δύο φέρουσες συχνότητες, f1 και f2 . Η συχνότητα εκπομπής του ενός είναι συχνότητα λήψης για τον άλλο, όπως αποδίδεται στο σχήμα 4.4.3.
- Ημιαμφίδρομη ζεύξη με αναμεταδότη (SEMIDUPLEX)
Για να αυξήσουμε την εμβέλεια του συστήματος ραδιοτηλεφωνίας, χρησιμοποιείται αναμεταδότης που τοποθετείται σε υψηλό σημείο, ώστε να εξασφαλίζεται μέσω αυτού η ραδιοεπαφή των απλών συσκευών. Ο αναμεταδότης (repeater) συνδυάζει δέκτη και πομπό (σχήμα 4.4.4) και, καθώς η κεραία του είναι ψηλά, δημιουργεί μεγάλο ραδιοορίζοντα.
Κάθε τερματικός πομποδέκτης (του χρήστη) επικοινωνεί με κάποιον άλλο μέσω του αναμεταδότη ο οποίος, αφού λάβει ένα σήμα, το επανεκπέμπει. Όπως φαίνεται και στο σχήμα, η ζεύξη απαιτεί την χρήση δύο τουλάχιστον συχνοτήτων, f1 και f2 . Οι συσκευές των χρηστών εκπέμπουν φέρον στη μία συχνότητα (παράδειγμα, την f1) και λαμβάνουν στην άλλη συχνότητα (f2). Αντίθετα ο αναμεταδότης έχει συχνότητα λήψης την (f1) και συχνότητα εκπομπής την (f2).
4.4.3 Μικροκυματικές ραδιοζεύξεις
Επειδή στην περίπτωση των μικροκυματικών ζεύξεων είναι απαραίτητη η οπτική επαφή των κεραιών, η εμβέλεια των συστημάτων είναι περιορισμένη. Γι’ αυτό χρησιμοποιείται συχνά η τεχνική της πολλαπλής αναμετάδοσης του σήματος, όπως φαίνεται στο σχήμα 4.4.5. Οι μικροκυματικές ζεύξεις (γνωστές και με τον όρο RadioLink) χρησιμοποιούνται ευρύτατα από τηλεπικοινωνιακούς οργανισμούς, και όχι μόνο, με ευρύ φάσμα διαμόρφωσης για ζεύξεις λίαν κατευθυντικές ‘σημείου’ πρός ‘σημείο’ (pointtopoint) ή ‘πολλαπλών σημείων’ (pointtomultipoint) με μικρή ισχύ εκπομπής.
4.4.4 Δορυφορικές ζεύξεις
Οι δορυφορικές ζεύξεις είναι μικροκυματικές ζεύξεις ‘σημείου’ προς ‘σημείο’ ή ‘πολλαπλών σημείων’ όπου ο αναμεταδότης έχει τοποθετηθεί πάνω σε δορυφόρο σε τροχιά γύρω από τη γη.
Σχήμα 4.4.6:Δορυφορικές ζεύξεις
Μια πλήρης ζεύξη μέσω δορυφόρου απαιτεί ένα φέρον κύμα για ζεύξη από το σταθμό εκπομπής εδάφους προς το δορυφόρο, του οποίου η συχνότητα ονομάζεται ανερχόμενη (uplinkfrequency), και ένα φέρον για ζεύξη από το δορυφόρο προς το σταθμό εδάφους, του οποίου η συχνότητα ονομάζεται κατερχόμενη (downlinkfrequency) (σχήμα 4.4.6).
Στις δορυφορικές επικοινωνίες, λόγω χρήσης κατευθυντικών κατοπτρικών κεραιών (παραβολικές κεραίες) η απαιτούμενη ισχύς ειναι γενικά μικρή, έως μερικά Watt. Σ’ ένα δορυφόρο τοποθετούνται συνήθως πολλοί αναμεταδότες, για να εξυπηρετηθούν πολλές ανεξάρτητες ραδιοζεύξεις.
Η χρήση των δορυφόρων σήμερα γενικεύεται και αξιοποιούνται για ραδιοφωνικές και τηλεοπτικές εκπομπές, για ραδιοτηλεφωνία και για την κινητή τηλεφωνία.
Στους σταθμούς εδάφους τις περισσότερες φορές με την τεχνική της πολυπλεξίας ομαδοποιούνται τα σήματα που προέρχονται από περισσότερους χρήστες ή από περισσότερες της μιας εφαρμογές. Αυτό γίνεται, για να μην απαιτείται για κάθε εφαρμογή ανεξάρτητη δορυφορική ζεύξη. Για παράδειγμα, δύο τηλεοπτικοί σταθμοί ομαδοποιούν τα σήματα δύο ανεξάρτητων εκπομπών και χρησιμοποιούν για τη ζεύξη κοινό αναμεταδότη στον ίδιο δορυφόρο. Στην κινητή τηλεφωνία ομαδοποιούνται για δορυφορική ζεύξη από τη μία ήπειρο στην άλλη τα σήματα χιλιάδων χρηστών. Η τεχνική της πολυπλεξίας γίνεται με τρόπο πού επιτρέπει πάλι το διαχωρισμό των σημάτων στη λήψη , ώστε να δρομολογηθούν προς τους τελικούς χρήστες. Στο σχήμα 4.4.7 φαίνεται η τεχνική της φασματικής πολυπλεξίας όπου περισσότερα από ένα σήματα ομαδοποιούνται, με τρόπο που οι φασματικές τους ζώνες να μην αλληλοκαλύπτονται. Στη λήψη με κατάλληλα φίλτρα θα διαχωριστούν πάλι και θα δρομολογηθούν σε ανεξάρτητους χρήστες.
Υπάρχουν δορυφόροι υψηλής ή χαμηλής τροχιάς (ΜΕΟ, LEO), ανάλογα με το ύψος που βρίσκονται, ενώ αυτοί των οποίων η κίνηση (περιστροφή) είναι σύγχρονη με την κίνηση της γης ονομάζονται γεωστατικοί δορυφόροι. Η τροχιά τους είναι πάνω από τον ισημερινό σε ακτίνα περίπου 36.000 km και φαίνονται ακίνητοι από οποιοδήποτε σημείο της γης.
