Acoperirea cu Semnal In Cazul Emitatoarelor Fm Si Am

CUPRINS

1 Radiodifuzarea semnalelor digitale

1.1 Introducere

1.1.1 Scurt istoric al transmisiilor radio

1.2 Sisteme de radiocomunicație

1.3 Propagarea campului electromagnetic

1.3.1 Generalități

1.3.2 Propagarea undelor de radio frecvență

1.3.3 Propagarea undelor din gamele de radiodifuziune [2]

1.4 Antene

1.4.1 Generalități

1.4.2 Antene pentru radioreceptoare

1.4.3 Parametrii antenelor [1]

1.4.4 Probabilitatea acoperirii radio

1.5 Radioemițătoare și radioreceptoare

1.5.1 Tipuri de radioreceptoare [4]

1.5.2 Tipuri de radioemițătoare. Scheme bloc. [1]

1.5.3 Modulația analogică

1.5.4 Modulatia în amplitudine [5]

1.5.5 Modulația în frecvență

1.5.6 Transmisia semnalelor stereo

2 Analiza acoperirii cu semnal a emițatoarelor AM si FM aparținând Studioului Regional de Radio Târgu Mureș

2.1 Acoperirea teritoriului

2.2 Echipamente utilizate pentru acoperirea radio a teritoriului.

2.2.1 Proiectarea și analiza acoperirii Radio FM a zonei deservite de RTM

2.2.2 Măsuratori în teren

2.2.3 Introducerea datelor obținute in program

2.2.4 Realizarea hărtilor de acoperire AM și FM in cazul emițătoarelor care deservesc RTM. 40

2.3 Concluzii

3 Sisteme de radiodifuziune digitale

3.1 Scurt istoric al radiodifuzarii digitale

3.2 DAB – Digital Audio Broadcasting

3.2.1 Principalele beneficii ale ascultătorilor DAB sunt:

3.2.2 Date tehnice

3.2.3 Situatia din ROMANIA

3.2.4 DMB – Digital Multimedia Broadcast

3.2.5 DRM – Digital Radio Mondiale

3.3 HD Radio

4 Bibliography

Radiodifuzarea semnalelor digitale

Introducere

Scurt istoric al transmisiilor radio.

Interacțiunile electrice și magnetice sunt cunoscute din antichitate, dar abia James Clerk Maxwell, pe baza ideilor lui Faraday în mai multe lucrări finalizate în Treatise on Electricity and Magnetism (1873), pune bazele teoriei electromagnetismului, prevăzând existența undelor electromagnetice ca mod de deplasare (cu viteza luminii) a variațiilor câmpului electric și magnetic. Puțin mai târziu (1888), Heinrich Hertz dovedește experimental existența undelor EM (le produce și le măsoară viteza). In 1895 Giuliemo Marconi realizează prima comunicație prin radio la Bologna pe 1,5km distanță, apoi în Anglia (1896, 6,4km) și apoi peste Oceanul Atlantic în 1901 (din St. Johns, Newfoundland, SUA în Poldhu, Anglia. De atunci începe era radiocomunicațiilor, domeniu în continuă dezvoltare și diversificare.

Istoria radiocomunicațiilor se caracterizează prin inventarea aproape simultană a emițătoarelor și receptoarelor. Bazându-se pe experiențele lui Michael Faraday, James Clerk Maxwell a formulat modelul matematic al electromagnetismului în lucrarea “A Treatise on Electricity and Magnetism” apărută în anul 1873. El a arătat că și lumina este o undă electromagnetică (EM) și că toate undele EM se propagă prin spațiu cu aceeași viteză, care depinde de proprietățile dielectrice si magnetice ale mediului.

În anul 1886 Heinrich Rudolph Hertz a confirmat, pe cale experimentală, legile lui Maxwell. Hertz a folosit trei tipuri de radiatoare ca dispositive de transformare a energiei curenților de înaltă frecvență în energia undelor electromagnetice. La început Hertz a folosit dipolul simetric elementar elec¬tric. Acesta se compune din două tije groase sau două sfere metalice legate la secundarul unei bobine de inducție. La apariția unei scântei între sfere (tije), în dipol au loc oscilații amortizate. Dipolul lui Hertz a fost primul generator de oscilații amortizate din lume. Prima antenă de recepție de tip cadru a fost dipolul elemen¬tar magnetic, numit rezonatorul lui Hertz. Acesta a fost o antenă formată dintr-o spiră cu distribuția uniformă a curentului. Mai târziu Hertz a construit o antenă de emisie-recepție cu reflector. Reflectoarele folosite au fost parabolice și cilindrice și au fost realizate din foi metalice. De-a lungul axei focale au fost fixați dipoli simetrici electrici.

A doua etapă a dezvoltarii radiocomunicațiilor poate fi caracterizată prin trecerea de la undele foarte scurte (66 cm și mai scurte), folosite în experiențele lui Hertz la undele medii și lungi. Având la bază rezonatorul lui Hertz se realizează în tehnica antenelor de receptie – antenele directive tip cadru. În anul 1895 Alexander Popov a utilizat ca antenă conductorul vertical și cel înclinat, puse la pământ. Acestea au fost primele antene nesimetrice utilizate în practică. Din punct de vedere teoretic antenele nesimetrice au fost studiate în anul 1901 de către omul de știință german M. Abraham.

Guilermo Marconi (părintele radioului) a reușit să transmită semnale la distanțe foarte mari. În 1901 el a realizat prima transmisie transatlantică din Poldhu (Cornwall- England) până în Newfoundland, Canada.

În cea de-a treia etapă, începând cu perioada anilor 1924-1927, tehnica antenelor se îmbogățește cu o serie de antene de tipuri noi, sub formă de antene directive de unde scurte. Dipolul lui Hertz este înlocuit cu o antenă simetrică, formată, dintr-un conductor cu lungimea egală cu jumătatea lungimii de undă. Această antenă, numită dipol simetric în , se folosește separat sau ca element component al unor antene complexe. La începutul deceniului al IV-lea apar antena în V și cea rombică. Aceste antene funcționează atât cu unde staționare cât și cu unde progresive. În cel de-al IV-lea deceniu al secolului XX, în domeniul radiocomunicațiilor s-a revenit la utilizarea undelor foarte scurte, însă la un nivel științific și tehnic mai ridicat decât pe timpul când se efectuau primele experiențe cu aceste unde. Utilizarea undelor foarte scurte în radiocomunicații a marcat apariția de noi tipuri de antene, mult diferite de cele utiliza¬te în gama undelor lungi, medii și scurte. Proiectarea acestor antene necesită calcule mult mai complicate iar realizarea lor necesită o tehnologie și o execuție tehnică mult mai pretențioase.

În etapa actuală rezultate importante s-au obținut în domeniul tehnicii antenelor utilizate la noile sisteme de telecomunicații terestre și spațiale, nave și navete spațiale și la stațiile automate interplanetare. Realizarea unor antene, care să intre în compunerea instalațiilor sateliților artificiali, să permită instalarea acestora pe rachete purtătoare și după desprinderea lor să asigure legatura cu centrele de comandă de pe Pamânt, a constituit o mare realizare a savantilor și cercetătorilor, care lucrează în acest domeniu.

Transmiterea fotografiei reversului Lunii de către o stație automată interplanetară în octombrie 1959, transmiterea în anii următori a unor imagini de pe planetele Marte, Mercur și Venus și a unor rezultate ale masurătorilor efectuate în atmosfera și la suprafața acestor planete, au necesitat și instalașii de antene speciale. Faptul că receptionarea imaginilor și a datelor transmise a fost fa-cută în foarte bune condiții a demonstrat înaltul nivel atins de știință și tehnică în acest domeniu.

O dezvoltare deosebită au căpătat în ultimul timp și antenele de unde metrice și decimetrice utilizate în radiorelee la vizibilitate directă, radiorelee troposferice, radiodirijare, ratdiolocație, radioastronomie etc.

În România, în 1914, a fost instalat un post de emisie-receptie, care a stabilit legătura cu Parisul, folosind o antenă de 75 m. În anul 1915 Vasilescu Karpen instalează antena unui post de 40 kW pe doi piloni de câte 80 m. În anul 1916 se instalează o antenă susținută de opt piloni de câte 100 m înaltime pentru un emitator de 150 kw etc.

În ceea ce privește aportul adus dezvoltării teoriei telecomunicațiilor, trebuie amintită activitatea depusă de prof.ing. I. Constantinescu (1884-1963), realizatorul și organizatorul primului laborator de telecomunicatii. Prof. I. Constantinescu a publicat lucrări științifice de valoare și a ținut numeroase conferințe, de înalt nivel științific. Din punct de vedere teoretic s-au ocupat mai îndeaproape de problemele antenelor profesorul Tudor Tanasescu (1901-1961) profesorul Gheorghe Cartianu, profesorul Vasile Catuneanu și profesorul Edmond Nicolau.

Clasificarea undelor radio și denumirea lor se face în multe moduri. Cea mai cunoscută este însa așa numita împărțire zecimală (Tabelul 1.). Denumirea undelor este legată de lungimea de undă în vid.

Tabelul 1.

În cazul radiodifuziunii se folosesc pentru purtatoarele de sunet undele metrice,decametrice,hectometrice si kilometrice. Utilizarea gamelor de purtatoare cu lungimi de unda cat mai mici au avantajul rezistentei la perturbații si astfel se pot creste numarul canalelor care pot fi transmise fara a interfera unele cu altele, largindu-se domeniul de frecvențe disponibile având totuși dezavantajul micșorarii zonelor de serviciu a emițatoarelor.

În anul 1906 inventatorul de origine canadiană Reginald Fessenden a facut prima demonstratie de radiodifuziune sonora.În periada 1919-1921 au început sa se transmita regulat emisiuni radiodifuzate (în Statele Unite și Uniunea Sovietică) apoi în Franța și Anglia (1922) ,în Germania (1923) și in Italia (1924).

La noi în țara prima emisie sonora a avut loc în 1925 urmâna sa fie înființată Societatea De Difuziune Radiofonica cu scopul creerii emisiunilor radiofonice regulate.La 1 noiembrie 1928 a fost inaugurat primul post național de radio, urmând ca in 31 decembrie 1956 sa ia ființa postul național de televiziune.

Radioul este un mijloc de telecomunicație care utilizează undele electromagnetice (UEM). Radio reprezintă prefixul de la "radiotelegrafie", tehnică numită la început telegrafie fără fir(TFF);

Undele electromagnetice au spectrul de frecvențe extins până peste (radiații Gamma dure).

Domeniul radiofrecvenței se extinde de pe la 3 – 30 kHz până la 300GHz; peste această limită începe domeniul undelor (radiațiilor) ionizante (fotonii au suficientă energie pentru a extrage electroni din corpuri, ionizând substanța.

Pentru comunicații prin unde EM se folosește cam toată gama de frecvențe de la sub 100Hz (comunicații cu submarine în imersie) până la peste 100GHz. Radiocomunicațiile cu unde sub circa 30kHz se realizează foarte rar, în scopuri cu totul speciale. Frecvențele uzuale în radiocomunicații sunt în domeniul 30kHz – 30GHz, mai rar până la circa 60GHz. Motivul acestei situații îl constituie faptul că energia oscilațiilor electrice se transformă în energie a undelor EM cu eficiență rezonabilă numai dacă sistemele radiante au dimensiuni fizice comparabile cu lungimea de undă a radiației.

Sisteme de radiocomunicație

Un sistem de radiocomunicație realizează transmiterea semnalelor utile (informații, semnale de test, de sincronizare etc.), la distanță, prin intermediul undelor electromagnetice (UEM).

La nivel elementar, unda poate fi definită ca modul de propagare în spațiu al oscilaților.

UEM reprezintă deci forma sub care oscilațiile câmpului electromagnetic se propagă în spațiu.

Transformarea energiei semnalelor electrice (curenți, tensiuni) în energie a UEM se realizează cu sisteme radiante sau antene de emisie; transformarea energiei UEM în semnale electrice se realizează cu antene de recepție. Eficiența energetică a transformării energiei semnalelor în energie a UEM și invers este destul de mare când dimensiunile fizice ale antenelor sunt de ordinul de mărime al lungimii de undă a radiației λ: λ = c/f, c – viteza de propagare a UEM (în vid și aer c = 3·m/s), f – frecvența UEM. Ca urmare, pentru a folosi antene cu dimensiuni rezonabile (cel mult x100m), frecvența semnalelor trebuie să fie peste circa 100kHz (la 100kHz, λ = 3000m). [1]

Propagarea UEM în diverse medii depinde esențial de frecvență. Numai la frecvențe peste ≈30kHz, domeniu numit uzual al radiofrecvențelor (RF), propagarea energiei EM se face în principal sub formă de UEM în mediul dielectric reprezentat de aerul atmosferic și vidul cosmic.

Semnalele utile – sunete, imagini, date, nu sunt întotdeauna electrice și ca urmare, adesea trebuie mai întâi transformateabile cu lungimea de undă a radiației.

Sisteme de radiocomunicație

Un sistem de radiocomunicație realizează transmiterea semnalelor utile (informații, semnale de test, de sincronizare etc.), la distanță, prin intermediul undelor electromagnetice (UEM).

La nivel elementar, unda poate fi definită ca modul de propagare în spațiu al oscilaților.

UEM reprezintă deci forma sub care oscilațiile câmpului electromagnetic se propagă în spațiu.

Transformarea energiei semnalelor electrice (curenți, tensiuni) în energie a UEM se realizează cu sisteme radiante sau antene de emisie; transformarea energiei UEM în semnale electrice se realizează cu antene de recepție. Eficiența energetică a transformării energiei semnalelor în energie a UEM și invers este destul de mare când dimensiunile fizice ale antenelor sunt de ordinul de mărime al lungimii de undă a radiației λ: λ = c/f, c – viteza de propagare a UEM (în vid și aer c = 3·m/s), f – frecvența UEM. Ca urmare, pentru a folosi antene cu dimensiuni rezonabile (cel mult x100m), frecvența semnalelor trebuie să fie peste circa 100kHz (la 100kHz, λ = 3000m). [1]

Propagarea UEM în diverse medii depinde esențial de frecvență. Numai la frecvențe peste ≈30kHz, domeniu numit uzual al radiofrecvențelor (RF), propagarea energiei EM se face în principal sub formă de UEM în mediul dielectric reprezentat de aerul atmosferic și vidul cosmic.

Semnalele utile – sunete, imagini, date, nu sunt întotdeauna electrice și ca urmare, adesea trebuie mai întâi transformate în semnale electrice (curenți și tensiuni) utile cu ajutorul unor traductoare potrivite (microfon, dispozitive videocaptoare etc.). La recepție, semnalele electrice (curenți, tensiuni) sunt transformate în semnale utile de natura celor transmise, folosind, când este cazul, traductoare potrivite (difuzoare, tuburi video, servomecanisme etc.).

Ca urmare, pentru ca energia EM să se propage în spațiu sub formă de UEM și emisia să se facă cu antene de dimensiuni rezonabile, este necesară deplasarea spectrului semnalelor utile în domeniul frecvențelor mai mari – domeniul radiofrecvențelor (RF), considerat în general peste 30kHz. Această deplasare de spectru se face la radioemițător, (RE) printr-un proces numit modulare. La receptor se procedează la extragerea semnalului electric util din cel recepționat, proces numit demodulare. Modularea și demodularea sunt procese esențiale în radiocomunicații.

Modularea se realizează într-un modulator, prin modificarea unui parametru al unui semnal purtător – de regulă o oscilație armonică generată de un oscilator pilor; de regulă, semnalul obținut are putere mică și este necesar un amplificator de RF de putere (ARFP) care asigură nivelul de putere necesar la intrarea în antena de emisie.

La receptor, în antena de recepție, ajung nenumărate semnale. Dintre acestea, cel dorit se selectează prin filtrare – cu sau fără amplificare, într-un bloc numit circuit (selector) de intrare (cu sau fără ARF selectiv). După încă unele eventuale prelucrări (de ex. schimbare de frecvență), semnalul de RF ajunge în demodulator din care se obține semnalul electric util. Acesta este eventual amplificat într-un amplificator de joasă frecvență (AJF) și aplicat traductorului de ieșire potrivit.

Propagarea campului electromagnetic

Generalități

Dacă un conductor este parcurs de un curent electric variabil, în jurul lui se produc un cîmp magnetic și un cîmp electric, ambele variabile. Rezultanta acestor cîmpuri este cîmpul electromagnetic. Orice sistem care produce cîmp electromagnetic variabil poate radia în spațiu unde electromagnetice. Pentru ca radiația să fie eficientă trebuie ca frecvența cîmpului e.m. să fie ridicată și dimensiunile sistemului radiant să fie comparabile cu lungimea de undă. Aceste unde sînt generate de antenele de emisie care reprezintă circuite oscilante deschise. Undele e.m. se propagă în spațiu cu viteza luminii și sunt caracterizate prin: lungimea de undă (λ), intensitate, polarizare. Lungimea de undă reprezintă distanța parcursă în spațiu timp de o perioadă de oscilație:

unde c reprezintă viteza de propagare a luminii în vid (300.000 km/s). Dacă propagarea are loc într-un mediu caracterizat prin constantă dielectrică relativă εr și permeabilitate relativă µr atunci avem:

La distanțe mari de antenă comparativ cu λ, undele electromagnetice sunt plane și se caracterizează prin doi vectori: intensitatea cîmpului electric E și intensitatea cîmpului magnetic H. Ei sunt perpendiculari pe direcția de propagare. Amplitudinea lor variază în timp cu frecvența semnalului emis. (fig 1.1.).

Fig . 1-1

Planul care conține vectorul E se numește plan de polarizare. Dacă acest plan este orizontal sau vertical atunci undele sînt polarizate orizontal respectiv vertical. Acestea induc o tensiune maximă numai in conductoarele aflate în același plan de polarizare. Undele polarizate orizontal se folosesc în special în transmisiile TV întrucît aceste unde sunt mai puțin reflectate și atenuate de suprafața pămîntului.

Pentru aprecierea cantitativă a cîmpului electromagnetic se folosește o unitate de măsură denumită volt/metru care caracterizează de fapt intensitatea cîmpului electric. Prin intermediul ei se poate determina ce tensiune electrică se induce intr-un conductor cu lungimea de un metru cînd acesta e intersectat cu viteza luminii de unda e.m.

Propagarea undelor de radio frecvență

Propagarea undelor radio într-un mediu omogen se face în linie dreaptă. In practică însă datorita cauzelor analizate mai jos, undele pot fi supuse unor fenomene de reflexie, refracție, difracție, rotirea planului de polarizare. Ponderea acestor fenomene este strîns legată de lungimea de undă.

Reflexia undelor radio poate avea loc în cazul cînd pe direcția de propagare a lor a apărut un obstacol în care se indua curenți electrici variabili. Aceștia la rîndul lor dau naștere la cîmpuri electromagnetice secundare rezultînd unde reflectate. Reflexia electromagnetică respectă aceleași legi ca și reflexia optică. Ea este mult mai accentuată în cazul corpurilor metalice, în practică, reflexia undelor radio este determinată de formele de relief, de existența clădirilor inalte în cazul orașelor,neuniformitățile din troposferă, compoziția ionosferei etc.

Datorită neuniformitații diferitelor straturi ale atmosferei, viteza de propagare nu este constantă și poate apare un fenomen de refracție caracterizat prin curbarea direcției de propagare. In condiții meteo speciale este posibil ca schimbarea de direcție să se facă astfel în cit undele radiate în sus să se întoarcă pe pămînt rezultand reflexii și în felul acesta distanța de propagare crește considerabil.

In cazul în care dimensiunile obstacolelor întîlnite sunt comparabile cu lungimea de undă, atunci suprafața lor poate re-radia undele in toate direcțiile. Fenomenul se numește difracție si practic datorită lui undele radio pot „ocoli" aceste obstacole.

Suprafața pămantului poate produce unde de difracție pe gama undelor lungi iar varfurile munților pentru undele ultrascurte.

După natura mediului în care are loc propagarea, undele se pot clasifica :

a)Unde terestre — sunt compuse din unde spațiale și unde de suprafață. In fig. se prezintă componentele undei spațiale și anume: unda directă și unda reflectată. Inălțimile la care sînt situate antenele de emisie și recepție sînt h1 și respectiv h2

Fig . 1-2

Se poate spune că aceste unde se aseamănă ca proprietăți cu undele luminoase; legăturile stabile se realizează în limitele vizibilității directe. Distanța de vizibilitate directă se poate calcula cunoscînd înălțimile antenelor de emisie (h1) și recepție (h2) precum și raza R a pămîntului (6370 km) prin relația:

Unda de suprafață este acea undă care se propagă de-a lungul suprafeței pământului. Când antenele de emisie și recepție sunt plasate la suprafața pămantului, unda terestră este formată numai din unde de suprafață.

b) Unde troposferice – sunt componente ale undelor electromagnetice radiate de emițător și care sunt reflectate de troposferă către receptor. Troposfera reprezintă zona din atmosferă cu limita superioară de 10—12 km. Ea prezintă un coeficient de reflexie redus și deci intensitatea undelor reflectate este mică. Totuși aceste unde prezintă importanță în zonele de umbră ale pămîntului unde antena de recepție se află sub limita de vizibilitate.

c) Unde ionosferice — sunt componentele undelor electromagnetice care ajung la antena de recepție prin reflexie sau refracție in ionosferă. Ionosfera reprezintă o zonă din atmosferă cuprinsă aproximativ între 60—250 km, care este compusă din gaze în cantitate mică și o concentrație de ioni pozitivi, negativi și electroni liberi.

În funcție de concentrația de ioni cu bună conductibilitate, ionosfera este compusă din mai multe straturi: D (60—80 km), E (90—130 km), F (180 —250 km) etc.

Gradul de ionizare variază în funcție de ciclul solar, anotimp sau ora zilei. Undele reflectate de ionosfera si reîntoarse pe Pamânt se pot reflecta din nou, chiar de Pamânt, reîntorcându-se în ionosfera si suferind în acest fel reflexii multiple.

Propagarea undelor din gamele de radiodifuziune [2]

Domeniul de frecvență alocat difuzării către marele public a programelor radio este relativ vast și ca urmare influența tuturor factorilor care pot interveni în propagare se manifestă diferit în funcție de gamele de frecvență utilizate.

Undele lungi (UL) —frecvente f≤ 300kHz, deci lungimi de unda λ≥1km, prezintă pronunțate proprietăți de difracție și pot înconjura suprafața pămîntului. Reflexia lor este asigurată de straturile D și E ale ionosferei precum și de apa mărilor și oceanelor. Legăturile utilizate sunt de obicei stabile indiferent de anotimp cu condiția unei puteri mari la emisie.

Undele medii (UM) — 300kHz ≤f ≤ 3 MHz, deci lungimi de unda 100m ≤ λ ≤ 1km ,în timpul zilei sunt atenuate puternic de stratul E și propagarea se face prin unde de suprafață. în timpul nopții, ionosfera le reflectă parțial, propagarea efectuandu-se prin unde de suprafață și spațiale ceea ce explică recepționarea unor stații foarte îndepărtate.

Undele scurte (US) —3MHz ≤f ≤ 30 MHz, deci lungimi de unda 10m ≤ λ ≤ 100m, datorită frecvenței ridicate sunt atenuate de suprafața pămantului și propagarea prin unde de suprafață este redusă. Ponderea principală o constituie undele spațiale, reflexia avînd loc în ionosferă. Se pot stabili legături la distanțe foarte mari utilizînd puteri relativ mici de emisie. Întrucat structura ionosferei se modifică în permanență, fiecare emițător trebuie să fie capabil să lucreze pe mai multe frecvențe. Noaptea se utilizează partea inferioară a gamei (40—100 m) iar ziua, partea superioară (10-30 m).

În punctul de recepție are loc o variație aleatoare a nivelului semnalului recepționat (fading).

Undele ultrascurte– 30MHz ≤f ≤ 300 MHz, deci lungimi de unda 1m ≤ λ ≤ 10m ,acoperă gama UUS pentru radiodifuziune precum și domeniul FIF în televiziune. Se propagă in special prin unde terestre și troposferice și în anumite situații prin unde ionosferice.

Undele decimetrice — sînt utilizate în domeniul UIF.

Propagarea lor are loc prin unde terestre și unde troposferice.

Fig . 1-3 Reflexia undelor radio in troposfera

De menționat ca exista posibilitatea ca anumite unde sa ramână „captive” intre straturile E si F datorita reflexiilor iar acestea sa penetreze unul din aceste straturi dupa un anume ciclu de reflexie.

In zonele de relief accidentat fenomenele de reflexie sunt mult mai numeroase decat în cazul undelor metrice. Există cazuri cînd amplitudinile undelor directe și reflectate sînt egale și defazate 180°. In această situație, unda spațială este nulă și recepția se bazează numai pe unda de suprafață și troposferică.

Cu cât frecvența este mai mare, cu atît conductibilitatea solului crește și absorbția undelor de suprafață este mai mare, propagarea făcîndu-se în acest caz numai prin unda troposferică.

Antene

Generalități

Rolul antenei de recepție constă în captarea unei cantități de energie din campul electromagnetic și transformarea ei în semnal electric.

O antenă de recepție este caracterizată de o serie de parametri electrici din care în continuare vom enumera pe cei mai importanți.

Impedanța antenei (Z). Reprezintă raportul dintre tensiunea la borne și curentul care o străbate. Ea este compusă dintr-o componentă activă și una reactivă. Dacă la o anumită frecvență componenta reactivă e nulă se opune că antena este acordată pe acea frecvență și prezintă maximum de randament.

Cîștigul antenei (G). Reprezintă raportul dintre tensiunea livrată de antena, respectivă pe sarcina adaptată la impedanța antenei și tensiunea dezvoltată. de antena etalon pe aceeași sarcină. In televiziune ca antenă etalon se considera o antenă dipol în λ/2. Caștigul se exprimă în decibeli.

Banda de trecere a antenei (Bdb). Se definește în mod similar ca la circuitele .oscilante (la-3dB) întrucat și antena prezintă o variație a impedanței sale în jurul frecvenței de rezonanță.

Directivitate a antenei. Reprezintă proprietatea pe care o are antena de a recepționa un camp în funcție de orientarea ei. Orientarea trebuie făcută după direcția care oferă caștig maxim. Antenele care nu au nici o direcție preferențială se numesc omnidirecționale. Reprezentarea variatiei intensitatii radiatiei unei antene în functie de coordonatele unghiulare poarta denumirea de diagrama de directivitate sau caracteristica de directivitate.

Raportul fața-spate. Reprezintă raportul exprimat în decibeli dintre tensiunea obținută la bornele antenei cind recepția se face pe direcția maximului principal al caracteristicii de directivitate și tensiunea obținută cand recepția se face pe direcția opusă.

Inalțimea efectivă a antenei. Este un parametru care permite compararea antenelor din punct de vedere al energiei de radiofrecvență captate sau radiate.

Înălțimea efectiva Hef se definește prin raportul:

Unde reprezintă valoarea tensiunii de la bornele antenei masurată in gol iar E este intensitatea câmpului electromagnetic care induce această tensiune.

Randamentul antenei

Randamentul antenei (ηant) se defineste ca raportul dintre puterea radiata de antena si puterea în antena.

Coeficientul de directivitate al antenei

Coeficientul de directivitate (kD) reprezinta raportul dintre fluxul de energie (p) radiat de o antena directiva pe directia de radiatie maxima si fluxul de energie radiat de o antena nedirectiva, ambele antene având aceeasi putere radiata (PΣ).

Antene pentru radioreceptoare

In funcție de componenta campului electromagnetic care excită antenele, acestea se pot clasifica în două categorii: electrice (bare sau fire conductoare orizontale sau verticale) și magnetice (antena cadru). In continuare se vor descrie cele mai utilizate tipuri de antene pentru radioreceptoare.

Antenă filară exterioară. Se prezintă sub forma de Γ sau T fiind instalată la inălțimi mai mari de 10 m și se indică a fi folosită la recepția stațiilor îndepărtate. Firul orizontal se instalează perpendicular pe liniile de alimentare cu energie electrică.

Antena telescopică. Se compune din 5-8 tronsoane metalice tubulare cu diametre descrescand înspre capătul antenei. Are o lungime de pînă la 1,5 m și se folosește pentru recepția gamelor UL, UM, US, la receptoarele auto sau pentru gamele US și UUS la receptoarele portabile.

Impedanța de intrare are un caracter capacitiv, capacitatea ei putand fi determinată cu relația aproximativă:

C= 10 l [pF]

unde l = lungimea antenei în metri.

Pentru o lungime de 1,5 m se obține deci o capacitate de 15 pF. Valoarea mică a capacității antenelor telescopice permite conectarea directă sau prin intermediul unei prize la circuitul ae intrare.

Principalul dezavantaj al acestui tip de antenă constă în faptul că această capacitate echivalentă se modifică prin atingere cu mana sau alte corpuri. Diminuarea influenței corpurilor înconjurătoare asupra circuitului de intrare se face conectînd antena la acesta prin intermediul unei prize.

Antena cu ferită. Este cea mai utilizată antenă pentru gamele de UL și UM. Se folosește și în US și chiar în UUS. Ea se prezintă sub forma unei bare de ferită pe care se montează una sau mai multe bobine care fac parte din circuitul de intrare al radioreceptorului. Liniile de cîmp magnetic în punctul de recepție sînt concentrate datorită permeabilității ridicate a barei de ferită în bobină ca și cum aceasta ar capta în interiorul ei un cîmp magnetic de pe o suprafață mult mai mare. Acest cîmp induce în bobină un semnal electric care depinde de: lungimea și diametrul barei, permeabilitatea materialului magnetic, construcția bobinei. Antena cu ferită prezintă o caracteristică de directivitate sub forma unui opt cu axul perpendicular pe bara de ferită. Acest lucru constituie un avantaj din punct de vedere al reducerii influenței unor stații perturbatoare cu direcție diferită de direcția postului recepționat.

Prin deplasarea bobinei de-a lungul barei de ferită inductanța ei variază în limite largi și în felul acesta se poate regla frecvența de acord ă circuitului de intrare. In acelaș timp variază și factorul de calitate. Dacă bobina esteplasată la mijlocul barei de ferită inductanța este maximă dar factorul de calitate este minim.

Antena dipol. Se utilizează în gama UUS. Lungimea este de aproximativ λ/2 și de aceea se mai numește și antenă dipol în semiundă.

Din punct de vedere constructiv antenele dipol sint de două categorii : dipol simplu și dipol îndoit. Dipolul îndoit provine din doi dipoli simpli așezați paralel la o distanță relativ mică comparativ cu λ. Impedanța dipolului simplu este de aproximativ 75 Ω iar a dipolului îndoit de circa 300 Ω.

La radioreceptoarele staționare antena dipol este de regulă montată în interiorul casetei și este construită din panglică bifilară.

Parametrii antenelor [1]

Ignorând caracterul vectorial al undelor electromagnetice, vom presupune existența unei antene punctiforme – fără dimensiuni, care împrăștie uniform o undă electromagnetică în spațiu, absorbind puterea P din emițător. Mărimile electrice din această secțiune sunt exprimate în valori efective. La distanța d de antena punctiformă, densitatea de putere se va putea calcula împărțind puterea de emise la suprafața sferei de rază d:

Unde S = densitatea de putere [W/m2] , P = puterea de emisie [W], d= distanța [m]

Fig . 1-4. Radiatorul izotrop

în fig. 1.1 este redată schița pe care se fac aceste raționamente de calcul de propagare.

Putem exprima densitatea de putere a undei plane ca fiind:

unde E este intensitatea câmpului electric [V/m] și H este intensitatea câmpului magnetic [A/m], în valori efective. Ținând seama de relația dintre E și H pentru cazul undei plane, respectiv:

unde Z0 reprezintă impedanța spațiului liber, putem scrie:

de unde se deduce valoarea câmpului electric la distanța r, respectiv

Sau, inlocuind numeric constantele

Logaritmând, se poate exprima:

sau, în unități de măsură folosite curent în radiotehnică,

ceea ce reprezintă cea mai simplă ecuație pentru calculul propagării. În practică ea este folosită foarte rar sub această formă .

S-au folosit notațiile:

pentru exprimarea logaritmată a câmpului electric, respectiv

pentru exprimarea logaritmată a puterii. Pe parcursul acestei lucrări, notația log fără indice desemnează logaritmul în baza 10, iar în limita posibilităților mărimile logaritmate vor păstra aceeași notație ca și cele normale, dar cu literă mică în loc de majusculă. De asemenea, unitățile de măsură care apar la pătrat în formulele de calcul, vor fi transformate în decibeli cu factorul 20 în loc de 10, respectând formalismul folosit astăzi în radiotehnică. În acestă secțiune, formulele sunt conforme cu manualul de monitorizare al Uniunii Internaționale a Telecomunicațiilor , care a fost preferat alor surse, pentru exprimarea logaritmică a parametrilor antenelor și relațiilor dintre acestea, conform uzanțelor folosite în practică.

Conceptul de antenă teoretică, fără dimensiuni fizice ce radiază uniform în toate direcțiile este cunoscută ca antena izotropă. Nu se poate realiza o antenă izotropă, chiar de dimensiuni finite, pentru emisii coerente, polarizate. Ea rămâne un concept, dar la care se raportează parametrii antenelor reale, sub forma a ceea ce se numește câștigul unei antene, iar considerentele de propagare descrise mai sus rămân valabile în practică pentru radiația pentru o direcție – nu există antene care să radieze omnidirecțional sferic; prin antenă cu caracteristică de radiație omnidirecțională se înțelege o antenă cu radiație uniformă într-o secțiunea plană a caracteristicii în care se află maximul de radiație.

Neglijând problemele de randament – respectiv pierderea de putere prin disipație termică, neadaptarea impedanței sau eventuali dielectrici care pot intra în structura antenei, am presupus implicit că antena izotropă preia toată puterea electrică a emițătorului și o împrăștie uniform în spațiu. La recepția cu aceeași antenă izotropă, aceasta captează energia pe o suprafața echivalentă

unde 𝛌 este lungimea de undă a radiației electromagnetice. Suprafața echivalentă sau aria electrică a antenei este, în reprezentarea de propagare descrisă anterior, suprafața pe care antena captează la recepție unda electromagnetică pe care o convertește apoi în semnal electric. Puterea captată deci de o antenă izotropă dintr- o undă plană de densitate S este:

O antenă reală are o arie echivalentă diferită de cea a antenei izotrope, arie care diferă în funcție de direcția pe care este recepționata unda. De regulă există o direcție sau o secțiune plană – raportată la sistemul de coordonate al antenei – pe care această arie echivalentă este maximă, plan sau direcție pe care se și intenționează exploatarea antenei. În majoritatea cazurilor (excepție făcând de regulă antenele integrate ale dispozitivelor portabile sau antenele pentru frecvențe foarte joase, care necesită dimensiuni foarte mari), această arie este superioară antenei izotrope. Raportul între puterea recepționata de o antenă de interes față de o antenă de referință se numește câștig. În cazul în care antena de referință este modelul teoretic al antenei izotrope, avem de a face cu câștigul izotrop. Un alt caz comun de antenă de referință este dipolul în semiundă (𝛌/2) caz în care avem de a face cu câștigul raportat la dipolul în semiundă sau câștigul dipol. Câștigul izotrop este deci,

unde este puterea recepționată de antena de interes, respectiv este aria echivalentă a acesteia. Ținând seama de relația dintre frecvență și lungimea de undă, respectiv

unde c este viteza luminii în vid, considerată ca fiind

Putem scrie aria antenei izotrope, în funcție de frecvență ca fiind

iar aria unei antene oarecare, folosind relația de mai sus,

Logaritmând și transformând unitățile de măsură, obținem relația dintre arie și câștig:

Prin unitatea de măsură dBi s-a desemnat câștigul exprimat logaritmic în decibel izotrop – ceea ce atrage atenția asupra antenei de referință folosite. În practică, ca parametru principal este folosit câștigul, uneori preferându-se în locul acestuia factorul de antenă. Factorul de antenă se definește ca fiind raportul dintre valoarea câmpului electric incident și tensiunea pe o sarcina adaptată legată la bornele antenei:

și se măsoară în m-1. Considerând o antenă de impedanță Za-=50 Ω și explicitând puterea la borne vom obține:

de unde se deduce, prin înlocuiri,

Logaritmând și transformând unitățile de măsură, vom obține formula uzuală

unde

și

adimensional, dar cu păstrarea antenei de referință la care se raportează câștigul. Formulele (1.24) și (1.25) sunt valabile pentru cazul Z-=50Ω, considerat implicit pe tot parcursul acestei lucrări. Uneori, în locul dBm-1 sau dB(m-1) se mai uzitează și notația dB/m, care desemnează aceeași unitate de măsură. Așa cum s-a mai arătat, alternativa la antena de referință izotropă este dipolul în semiundă. Acesta are dezavantajul că este omnidirecțional doar într-un plan, dar este o antenă reală, care se poate construi și reproduce în condiții foarte bune. De asemenea, fiind antena de bază în radiodifuziune, a fost prima referință istorică pentru determinarea acoperirii. Atunci când antena de referință este dipolul în semiundă, câștigul se măsoară în dBd (decibel – dipol). Între cele două exprimări ale câștigului există relația:

Termenul 2,15dB (sau 2,14dB în unele lucrări) este câștigul dipolului în semiundă față de modelul teoretic izotrop, și provine din direcționalitatea acestuia.

Pentru a încheia cu parametrii antenelor, mai trebuie amintită legătura între factorul de antenă și aria echivalentă a acesteia, respectiv Ke și A. Astfel, egalând puterea recepționată la borne, putem scrie:

de unde rezultă, reducându-l pe E și înlocuind impedanțele,

sau, logaritmând,

De remarcat că majoritatea formulelor în care apare factorul de antenă sunt valabile pentru cazul Za=50Ω așa cum sunt deduse în această lucrare, factorul de antenă depinzând nemijlocit de impedanța antenei. De asemenea, autorul consideră subînțeles, dacă nu se precizează altfel, că ecuațiile sunt scrise pentru cazul adaptat (factor de undă staționară unitar).

Formula (1.8) și derivatele sale (1.9) – (1.11) conduc la cea mai simplă ecuație de propagare, ecuație care dă la recepție valoarea câmpului. Evident, în cazul real apar atenuări suplimentare față de modelul idealizat sferic, de aceea această formulă este aproape întotdeauna optimistă (valorile obținute sunt mai mari decât cele din realitate). Vom rescrie această formulă din prisma bilanțului de puteri, în cazul situației de propagare idealizată.

Fig . 1-5 Schița simplificată a unei legături radio (atenuarea pe cabluri și conectori precum și dezadaptările nu sunt induse)

Cu referire la figura 1-5 , vom defini conceptul de putere aparent radiată de către o antenă oarecare, ca fiind puterea cu care este atacată o antenă de referință ca să producă aceeași densitate de putere la aceeași distanță ca și antena în cauză. Dacă antena de referință este izotropă, puterea aparent radiată se notează cu eirp (efective isotropic radiated power), iar dacă este dipolul în semiundă cu erp (efective radiated power), notații care se vor păstra pe parcursul prezentei lucrări. În limba română, se regăsește acronimul PAR (putere aparent radiată), care de regulă desemnează erp. Evident, eirp sau erp pentru o antenă reală diferă pe fiecare direcție, în funcție de diagrama câștigului, și se calculează cu formula:

Litera i între paranteze indică versiunea izotropă – atunci se adună câștigul izotrop al antenei de emisie, iar ac indică atenuarea totală pe cabluri și pe conectori. Puterea aparent radiată este puterea emisă în spațiu pe direcția de interes și de regulă este mai mare decât puterea emițătorului, antenele folosite având de regulă câștig supraunitar (sau pozitiv în exprimare logaritmică). Logaritmând formula (1.4), respectiv formula densității de putere, vom obține o exprimare logaritmică:

Logaritmând relația (1.15) și înlocuind aria echivalentă conform (1.21) rezultă puterea recepționată pe o sarcină adaptată la bornele antenei, ca fiind:

Sau, după efectuarea calculelor și înlocuirea eirp,

unde s-a neglijat atenuarea pe cabluri și conectori. Parametrul

se numește atenuarea spațiului liber ITU-R P.525-2 (08/04)-Calculation of free-space attenuation), iar formula (1.36) mai este cunoscută în literatură ca ecuația de transmisie a lui Friis. Ea apare sub diverse forme și unități de măsură, uneori incluzând și atenuări pe cablu sau coeficienți de reflexie ai conexiunii antenelor. De remarcat că în prezenta lucrare, atenuarea este luată cu semn pozitiv și este scăzută în calculele de lanț radioelectric, convenție care se păstrează pe tot parcursul lucrării. Formula (1.36) este baza pentru modelele de propagare analitice, la care se adaugă atenuări suplimentare datorate mediilor de propagare (reflexii, refracții, fading, etc.) și este cel mai simplu estimator al zonei de acoperire. Ea este echivalentă cu formula (1.11) și derivatele sale, dar raportează la puterea recepționată la bornele antenei și nu la valoarea lui E în punctul de recepție.

Probabilitatea acoperirii radio

Acoperirea radio nu poate fi garantată 100% datorită interferențelor ocazionale cauzate de variațiile indicelui de refracție al atmosferei și modificării poziției elementelor din mediul de propagare.

•Acoperirea radio poate fi precizată în termeni de probabilitate de realizare cu succes a legăturii (ex. 50%, 80%) în timp sau suprafață .

•De exemplu: valorile intensității câmpului (deduse empiric) sunt valabile:

•pe perioade de timp apreciate procentual (50%, 10% … 1%). Procentele se referă la perioada de timp în care, în aria specificată, nivelul semnalului va fi mai mare decât valoarea calculată;

•pentru cel puțin X % din suprafața de 500 x 500 m2. Procentele se referă la aria din suprafața precizată (500 x 500 m2), în care semnalul va fi mai mare decât valoarea specificată.

Pentru perioade scurte de timp semnalul va ajunge la distanțe mai mari (sau mult mai mici)

Datorită acestei variații imprevizibile, putem vorbi despre parametrul margine de fading:

-factor de siguranță utilizat pentru a crește nivelul probabilității de succes al comunicațiilor radio.

-un nivel suplimentar de semnal, deasupra pragului de recepție, necesar pentru creșterea fiabilității legăturii [3].

Radioemițătoare și radioreceptoare

Tipuri de radioreceptoare [4]

Receptoarele radio pot fi clasificate astfel:

a) Din punct de vedere al benzi de frecvență în care receptoarele pot efectua recepția, acestea pot fi destinate recepționării unuia sau mai multor domenii de lungimi de undă standardizate:

• Receptoare radio pentru unde lungi UL;

• Receptoare radio pentru unde medii UM;

• Receptoare radio pentru unde scurte US;

• Receptoare radio pentru unde ultrascurte UUS.

b) Din punct de vedere al tipului de modulație utilizat pentru codificarea informației, receptoarele radio pot fi grupate în :

• Receptoare radio pentru semnale MA, receptoare ce lucrează în domeniul undelor lungi, medii și scurte;

• Receptoare radio pentru semnale MF (monofonice sau stereofonice), receptoare ce lucrează în domeniul undelor ultrascurte;

• Receptoare radio pentru semnale MA și MF (monofonice sau stereofonice), receptoare care pot acoperii întreaga gamă de lungimi de undă și care au cea mai largă răspândire.

c) Din punct de vedere al destinației receptoarele radio pot fi grupate în două categorii:

• Receptoare radio de radiodifuziune, receptoare destinate recepției programelor de radiodifuziune;

• Receptoare radio profesionale, receptoare destinate comunicațiilor speciale: telefonie, aviație, marină, spațiale, etc.

d) Din punct de vedere al valorilor unor parametrii caracteristici esențiali și recomandați prin normative: sensibilitate, selectivitate, gradul de distorsiuni și putere la ieșire, sunt stabilite 4 clase de receptoare radio de radiodifuziune:

1) Receptoare radio de clasa I, au cele mai bune performanțe, sunt complexe și prevăzute cu dispozitive și circuite auxiliare de reglaj cu ajutorul cărora se obține o audiție de înaltă calitate,

puterea maxim utilizabilă (PM sau Pn) de 5 –10 W sau mai mult, sensibilitatea de 50 μV.

2) Receptoare radio de clasa a II-a, sunt receptoare de bună calitate, prezintă o audiție satisfăcătoare. Puterea maximă audio (PM) este de 2–4 W, iar sensibilitatea de 100 μV.

3) Receptoare radio de clasa a III-a, au o construcție mai simplă, audiție satisfăcătoare, dimensiuni mici. Puterea maximă audio (PM) este de 0,5 – 1,5 W, iar sensibilitatea de 200 μV.

4) Receptoare radio de clasa a IV-a, sunt receptoare simple, cu detecție sau cu amplificare directă. Puterea maximă audio este de 0,5 W, iar sensibilitatea de 500 μV. [4]

Tipuri de radioemițătoare. Scheme bloc. [1]

In prezent, radioemițătoarele (RE) sunt de o foarte mare diversitate. Clasificarea RE se

poate face din numeroase puncte de vedere.

a. Din punct de vedere al puterii de emisie, al puterii radiate de antenă Pr, sunt:

RE cu rază mică de acțiune (SRD − Short Range Devices), cu Pr < 25mW (10mW);

RE de foarte mică putere, cu Pr < 3W,

RE de mică putere, cu Pr = 3 … 100W,

RE de medie putere, cu Pr = 100 … 3000W,

RE de mare putere, cu Pr = 3 … 1000kW,

RE de foarte mare putere, cu Pr > 1000kW,

b. Din punct de vedere al destinației există:

RE pentru radiodifuziune sonoră și TV, cu puteri de la ≈100W la peste 1MW;

RE pentru (radio) telefonia mobilă (sisteme radio celulare), cu puteri sub 0,5W la sistemul portabil și 10 … 25W la stațiile de bază;

RE pentru telefoanele "fără fir" (cordless);

RE pentru radiolegături bilaterale în fonie și date (radiotelefoane), cu puteri de 0,1 …5W la stațiile portabile până la 5 … 25W la cele fixe sau mobile (pe vehicule);

RE pentru identificare în radiofrecvență (RFID), cu puteri de 1 … 5W la cititoare;

RE pentru radiorelee, uzual de 5 … 10W;

RE pentru comunicații prin sateliți, cu puteri de 100 … 3000W pe satelit și de 1 …10kW pentru stațiile de sol;

RE pentru rețele de calculatoare și alte aplicații tip SRD, cu puteri sub 25mW;

RE pentru radiolegături cu mijloace de transport aeriene și navale, de regulă incluzând comunicații radiotelegrafice, de date și în fonie;

RE pentru radionavigație maritimă și aeriană, tip radiobalize și radiofaruri;

RE pentru telecomandă și radioghidaj;

RE pentru utilizări industriale, casnice și medicale, cum sunt RE pentru încălzire și uscare în microunde, aparatele pentru diatermie, meteorologie etc.;

RE pentru radiolocație;

RE pentru bruiaj.

RE pentru utilizări speciale –exemple sunt: sistemele de comunicație cu submarinele (pe 35 … 45Hz), sistemele de transmisie a orei exacte (cum este DCF pe 77,5kHz)

c. Din punct de vedere al condițiilor de utilizare, există:

RE terestre fixe (radiodifuziune, stații de bază în sistemele celulare, pentru radiorelee etc;

RE portabile (pentru sisteme celulare, radiotelefoane)

RE terestre mobile (pe vehicule);

RE pentru nave maritime și fluviale;

RE pentru aeronave;

RE pentru sateliți;

RE pentru sateliți cu alte utilizări;

RE pentru rachete.

d. Din punct de vedere al modulației, se deosebesc:

RE cu modulație analogică

-de amplitudine (MA−BLD / MA−RBL / MA−BLU);

-de frecvență;(Acestea, frecvent, pot transmite și date, cu modulație ASK sau FSK)

RE cu modulație digitală, de variate tipuri: FSK, PSK, ASK, OFDM.

Scheme bloc de radioemitatoare: [1] [5]

Fig . 1-7 RE de radiodifuziune cu MA

Fig . 1-9 RE cu modulatie de faza (radiotelefon)

Cu toată diversitatea, pe partea de RF, majoritatea RE au schema bloc de tipul celor din figură. Diferențele majore apar la:

realizarea sistemului de control digital al semnalului util,

sistemul digital de măsură, control, semnalizare al părții de RF

modalitatea concretă de implementare a diferitelor subansamble, care depinde de frecvență și de putere.

Indiferent de tip, o serie de subansamble există în structura tuturor – sau a majorității RE. Astfel, orice RE include:

-O sursă de oscilații de RF, care poate fi: un simplu oscilator pilotat cu rezonator sau un sintetizor inclus într-un excitator (cazul RE pentru nave maritime, de exemplu).

-Un amplificator de RF de putere – ARFP, realizat:(1) cu un simplu tranzistor din circuit integrat, cu puteri de maxim 10 – 25mW, (2) cu multe blocuri tranzistorizate a căror putere se sumează (RE cu AM sau FM pentru radiodifuziune sonoră și video), cu puteri x(0,1 …100)kW, sau (3) ARFP de mare putere cu tuburi (tetrode cu fascicul, triode, tuburi cu undă progresivă), cu puteri de x(2 … 1000)kW.

-Un circuit de modulare, a cărui structură depinde de tipul modulației

-Un subansamblu de prelucrare a semnalului util, de JF, care include un FTJ pentru limitareabenzii la valoarea admisă și apoi aduce semnalul la forma potrivită modulării. De exemplu, în cazul RE de radiodifuziune cu MA, aceasta înseamnă amplificarea până la o putere comparabilă cu a ARFP final, în care se realizează modulația. In cazul transmisiilor digitale a semnalelor analogice, subansamblul include convertorul AD și formatoarele de impulsuri modulate în cod.

-Blocul de alimentare este un ansamblu cu complexitate dependentă de puterea necesară

RE. In cazul RE de puteri foarte mici este un simplu filtru, iar în cazul RE de mare putere include transformatoare de rețea ridicătoare la 5 – 25kV, cu redresoare, filtre și stabilizatoare, cu circuite de protecție, de măsură și control.

-Sisteme de răcire sunt folosite când pe componentele active și pasive din circuitele de putere se disipă puteri importante. Se folosesc: radiatoare pe tranzistoarele din etajele final și de alimentare, ventilatoare – când răcirea radiatoarelor și a unor componente pasive se face cu aer, pompe de căldură − pentru dispozitive semiconductoare de putere mare, sisteme de răcire cu apă − pentru tuburi sau etaje tranzistorizate de foarte mare putere.

O componentă existentă la toate RE este sistemul radiant, antena de emisie. Cuplarea antenei cu ARFP(Amplificatoare de Radio Frecventa de Putere) se face, practic fără excepție, prin circuite de adaptare selective, care îndeplinesc 2 funcții:

reduc armonicele curentului în antenă la/sub valorile permise de norme ;

asigură adaptarea antenei la ARFP în sensul că (1)compensează componeta reactivă astfel ca față de sursa echivalentă a ARFP circuitul de ieșire apare pur rezistive și (2)transformă rezistența de intrare în antenă într-o rezistență echivalentă cu valoarea necesară pentru ca ARFP să debiteze puterea doriă cu randament bun.

In general, din motive de eficiență energetică, ARFP funcționează în regim neliniar . Ca urmare, curentul este furnizat sub formă de impulsuri aproximativ sinusoidale, cu durata mai mică de o perioadă, destul de deformate și ca urmare cu armonici mari. Acestea nu trebuie să fie radiate în spațiu – curentul prin antena de emisie trebuie să fie aproximativ sinusoidal, mai bine zis să aibă spectrul localizat în banda alocată.

Pe de altă parte, eficiența emisiei trebuie să fie mare – uzual, în etajul final se acceptă randamente de cel puțin 70% – chiar din acest motiv se folosește atât de frecvent regimul neliniar. O asemenea eficiență, combinată cu condiția de a se debita puterea specificată, se poate realiza numai dacă impedanță de sarcină a ARFP are anumite valori, într-un interval foarte restrâns. Aceste valori nu sunt practic niciodată realizate de către antenă. De aceea, între circuitul ARFP și antenă se interpune un circuit de adaptare rezonant.

Dacă emițătorul funcționează pe o singură frecvență fixă sau pe frecvențe apropiate, se poate folosi un circuit de adaptare fix – acesta e cazul majorității echipamentelor de putere mică (SRD, radiotelefoane etc.). In cazul RE de mare putere, componentele nedorite trebuie atenuate mult și se folosesc circuite de adaptare de bandă foarte îngustă, de regulă acordabile – cazul RE de radiodifuziune; reacordarea se face fie la schimbarea condițiilor de radiație, de mediu, fie la schimbarea frecvenței de prutătoare..

Semnalul de RF este adesea vehiculat în mai multe etaje înainte de etajul final. Cuplajul dintre aceste etaje se poate face fie prin circuite de adaptare de bandă îngustă, rezonante, (ca și cel fintre final și antenă), fie prin circuite de adaptare de bandă largă, care realizează numai transformare de impedanță (compensarea componentelor reactive se realizează cu circuite de compensare de bandă largă).

Modulația analogică

Transmiterea informatiei se face cu ajutorul semnalelor electrice corespunzatoare diferitelor tipuri de mesaje: acustice (audio), imagine (video), date etc. În sistemele electrice de comunicatie, semnalele respective sunt transformate în variatii de curent electric. Variatiile de curent trebuie sa contina totalitatea elementelor care caracterizeaza semnalul respectiv. La receptie curentii electrici sunt transformati în semnale de acelasi fel ca cele transmise. Semnalele electrice care reproduc informatia pot fi transmise direct, asa cum se face uneori în comunicatiile electrice cu fir (telefonie) sau cu ajutorul unor oscilatii de frecventa mult mai mare decât aceea a semnalului, oscilatii modulate (purtatoare), asa cum se procedeaza în radiocomunicatii.

O marime (curent, tensiune, intensitate de câmp etc) cu variatie sinusoidala în timp se reprezinta prin expresia:

în care  A   – amplitudinea oscilatiei;

                        ω           –         frecventa unghiulara (pulsatia) (ω = 2πf);

                        (ωt +φ) –          faza;

                        φ            –         faza initiala (diferenta de faza sau unghiul de faza).

Cât timp parametrii A, ω, si φ sunt constanti, oscilatia reprezentata prin relatia de mai sus nu poate fi folosita pentru transmiterea de informatii.

Daca se face însa ca amplitudinea A sau frecventa ω, sau unghiul de faza φ, sa varieze în ritmul semnalului transmis, atunci se poate realiza transmiterea lui.

Se spune în acest caz ca marimea F(t) este modulata, iar semnalul respectiv corespunzator mesajului transmis, se numeste semnal de modulatie sau semnal modulator.

Oscilatia de înalta frecventa modulata constituie semnalul modulat.

Daca amplitudinea A este variata în ritmul semnalului de modulatie, se obtine o modulatie de amplitudine (MA). Daca unghiul de faza φ este variat în ritmul semnalului de modulatie, se obtine o modulatie de faza (MP); o forma a modulatiei de faza este modulatia de frecventa (MF).

Modulatia în amplitudine [5]

Procesul de variatie a amplitudinii oscilatiilor de înalta frecventa (semnalului purtator), în concordanta cu oscilatiile de frecventa ale semnalului modulator se numeste modulatie de amplitudine (MA).

Fig . 1-10 Modulatia in amplitudine

Fundamental pentru orice proces de modulatie este utilizarea unei "unde purtatoare" sau pe scurt "purtatoare" . O purtatoare este un semnal care are urmatoarele proprietati principale:

–         se poate distinge si separa de alte semnale purtatoare;

–         are parametri ce pot fi variati în ritmul mesajului (semnalul modulator) si astfel se realizeaza transmisiunea informatiei.

Blocul care serveste la efectuarea modulatiei se numeste modulator, iar semnalul obtinut la iesirea lui se numeste semnal modulat.

Fig . 1-11 Graficul unor oscilatii sinusoidale

În functie de nivelul semnalului modulator care actioneaza asupra frecventei purtatoare, se pot obtine variatii mai mari sau mai mici ale amplitudinii oscilatiilor de înalta frecventa, sau cum se mai numeste, un grad de modulatie (m) (profunzime de modulatie sau indice de modulatie) mai mare sau mai mic.

Marimea gradului de modulatie (m) pentru semnal sinusoidal se determina cu relatiile:

unde:               Am  –   amplitudinea minima a oscilatiei în timpul modulatiei;

                        AM     –         amplitudinea maxima a oscilatiei în timpul modulatiei;

                        A0     –          amplitudinea oscilatiei purtatoare.

Din cele de mai sus rezulta ca gradul de modulatie nu poate fi mai mare ca unitatea (0 < m < 1). De obicei, gradul de modulatie se exprima în procente.

Spectrul de frecvente al unei unde modulata în amplitudine (MA) contine trei frecvente: purtatoarea si doua benzi de frecvente plasate simetric fata de purtatoare care contin toate frecventele semnalului modulator .Informatia utila este asadar continuta în semnalul modulator, respectiv, se regaseste în ambele benzi laterale ale semnalului modulat. Una din benzile laterale este deci inutila si suprimarea ei reduce întregul semnal la o singura banda laterala De aici se desprinde concluzia ca este suficient sa se transmita spre destinatie, doar o singura banda laterala.

Clasificarea modulatiei de amplitudine analogica utilizata în radiocomunicatii, în functie de variantele tehnice adoptate. [5] [6]

Fig . 1-12

Emițătorul cu modulație în amplitudine

În cazul emițătorului cu modulație în amplitudine, modulația se efectuează în etajul final al amplificatorului de putere (modulație la nivel ridicat al semnalului), sau în unul din etajele precedente (modulație la nivel scăzut al semnalului).

Emițătorul cu modulație în amplitudine radiază puteri de până la 1.000 kW, într-o singură unitate, în gama de UL sau UM și 300 – 500 kW în gama US. În gama de UUS, puterile sunt limitate la 20 – 50 kW, raza de acțiune a emițătorului fiind redusă datorită fenomenelor de propagare. Are randament ridicat (până la 70% în gama UM și 55 – 60% în gama US).

Fig . 1-13 Schema bloc a emitatorului cu modulatie in amplitudine

Fig . 1-14 Schema bloc a receptorului cu modulatie in amplitudine:

Modulația în frecvență

Emițătorul cu modulație în frecvență [6]

Un emițator poade fi definit ca un echipament care produce energie de radiofrecvența modulata cu scopul realizarii unei radiocomunicații. Pentru emitatorul cu modulație in frecvența se utilizeaza un nivel scazut al modularii, acesta putând radia semnale cu puteri de pâna la circa 50kW.

Pentru radiodifuziunea FM, în România se utilizează sisteme de difuziune cu modulație de frecvență, care au următorii parametri:

– devierea maximă a frecvenței la emisia mono și stereo: 75 kHz în banda 87.5 – 108 MHz;

– distorsiunea semnalului audio: constanta de timp a distorsiunilor – 50 ms;

– sisteme de emisie stereo: – sistem cu ton-pilot cu sub-purtătoare suprimată pe frecvența 38.0 kHz și cu ton-pilot cu frecvența 19 kHz;

– sistemul de emisie al semnalelor suplimentare: ARI, RDS, DARC etc.;

– pasul grilei de frecvențe: – 100 kHz.

Fig . 1-15 Exemplificare modulatie in frecventa

Indicele de modulație și deviația de frecvență

Așa cum ne interesează gradul de modulație al unui semnal modulat în amplitudine, ne putem referi și la semnalele modulate în frecvență. Indicele de modulație în frecvență este raportul între deviația de frecvență și frecvența de modulație. Indicele de modulație variază în funcție de frecvența care modulează purtătoarea transmisă și de mărimea deviației. în orice caz, atunci când proiectăm un sistem, trebuie să cunoaștem valorile maxime permise. Acestea sunt date de deviația de frecvență și se obțin introducând valorile maxime în formula pentru indicele de modulație:

Pentru un semnal de sunet FM radiodifuzat în benzile VHF, deviația maximă de frecvență, este de 75 kHz, iar frecvența maximă de modulație este de 15 kHz, ceea ce conduce la um indice de modulație de frecvență de 5.

Benzi laterale

Orice semnal care este modulat produce benzi laterale. în cazul unui semnal modulat în amplitudine, ele sunt ușor de determinat, dar pentru modulația de frecvență lucrurile nu sunt tot atât de simple. Pentru valori mici ale indicelui de modulație, când se folosește FM de bandă îngustă, semnalul FM constă din purtătoare și din cele două benzi laterale depărtate la frecvența de modulație de fiecare parte a purtătoarei. Pare a fi aceeași situație ca la semnalul AM, dar diferența este că banda laterală inferioară este defazată cu 180° față de banda laterală superioară.

Pe măsură ce indicele de modulație crește, se observă că încep să apară alte benzi laterale la dublul frecvenței de modulație. Creșterea în continuare a indicelui de modulație duce la apariția altor benzi laterale. Se observă, de asemenea, că nivelurile relative ale acestor benzi se modifică, unele crescând în nivel, altele scăzând, pe măsură ce indicele de modulație crește. Acest lucru face ca aprecierea nivelurilor exacte ale benzilor laterale să fie mai dificilă decât în cazul AM. Dacă se cere un calcul matematic exact al nivelurilor benzilor laterale, trebuie calculată o funcție cunoscută sub numele de funcție (sau serie) Bessel.

Lărgimea de bandă

În cazul unui semnal modulat în amplitudine, lățimea de bandă necesară este de două ori maximul frecvenței de modulație. în timp ce acest lucru este valabil și pentru semnalul FM de bandă îngustă, el nu mai este adevărat pentru semnalele FM de bandă largă. în acest caz, banda semnalului poate fi mult mai mare, cu benzi laterale detectabile dispuse pe spații mai mari ale spectrului. De obicei este necesară limitarea benzii semnalului, astfel încât să nu interfereze cu stații care emit la frecvențe apropiate.

Deși este posibil să se limiteze banda semnalului FM, acest lucru nu trebuie să introducă distorsiuni peste limitele acceptabile. Pentru a respecta acest deziderat este necesar în mod normal să alocăm o bandă egală cu de două ori maximul deviației de frecvență, plus maximul frecvenței de modulație. Cu alte cuvinte, pentru un semnal radiodifuzat FM în benzile VHF este necesară o bandă de 2 x (75 + 15) kHz, adică 180 kHz. în acest scop, uzual se alocă 200 kHz, permițând stațiilor să aibă o mică bandă de protecție și frecvențele centrate pe multipli întregi de 100 kHz.

Îmbunătățirea raportului, semnal/zgomot

Modulația în frecvență oferă un raport semnal / zgomot mai bun decât semnalul AM. Cea mai mare cantitate de zgomot apare ca zgomot de amplitudine și acesta poate fi eliminat prin limitarea semnalului. Se poate, de asemenea, arăta că semnalul FM este, prin natura sa, mai puțin sensibil la zgomot. Cu cât deviația de frecvență este mai mare, cu atât și comportarea față de zgomot este mai bună. De fapt, comparând un semnal AM cu unul FM, se obține o îmbunătățire egală cu 3, unde D este indicele de modulație.

Preaccentuare și dezaccentuare

O îmbunătățire suplimentară a raportului semnal / zgomot se poate obține dacă semnalul audio este preaccentuat. Pentru a realiza acesta, semnalele de nivel scăzut și frecvențe înalte sunt amplificate mai mult decât semnalele de frecvențe joase, înainte de a fi transmise. O dată ajunse la receptor, semnalele sunt trecute printr-un circuit cu efect opus, pentru a restabili caracteristica plată de răspuns.

Pentru a realiza preaccentuarea, semnalul este trecut printr-o rețea CR (condensator – rezistență). La frecvențe peste frecvența de tăiere, semnalul crește în nivel cu 6 dB pe octavă. Similar, la recepție, răspunsul la semnal scade cu aceeași valoare.

Emițătorul și receptorul trebuie să fie compatibile unul cu celălalt. În Marea Britanie constanta de timp CR este aleasă 50 µs. Pentru aceasta, frecvența de tăiere f este 3183 Hz. în America de Nord se folosește valoarea de 75 µs, cu o frecvență de tăiere de 2,1 kHz.

Preaccentuarea semnalului audio pentru FM este eficientă, deoarece zgomotul la ieșirea unui sistem FM este proporțional cu frecvența audio. Pentru a reduce nivelul acestui efect, amplificatorul din receptor trebuie să aibă un răspuns care să scadă cu frecvența. Pentru a preveni pierderea frecvențelor înalte din semnalul util, emițătorul trebuie în compensație să mărească nivelul componentelor de frecvență înaltă. Se poate obține acest lucru, deoarece în general nivelul sunetelor de frecvență înaltă este mai redus decât cel al componentelor de frecvențe mai joase.

Avantajlele modulației în frecvența

Fața de modulația in amplitudine se pot lua in considerare:

-banda mai larga de frecvențe este capabila sa suporte mai multe armonici ale semnalului ducand la o calitate superiara a sunetului

-limitarea modificarile amplitudinii purtatoarei care de regula genereaza zgomote este eliminata in cazul emisiilor FM ducând la un semnal cu un nivel de zgomot foarte redus

Emitatorul FM este similar cu un emitator AM. cu exceptia etajului de modulare (etajul 3). Modularea de frecventa se obtine cu ajutorul unui oscilator R.F a carui frecventa este variata dupa semnalul A.F. care este aplicat de la un amplificator A.F. (etajul 2). [6]

Fig . 1-16 Schema bloc a emitatorului cu modulatie in frecventa:

Exemplu pentru date de transmisie cu MF (BBC):

-Tipul banda laterala dubla

-Largimea de banda 250 kHz

-Deviatia de frecventa 15 kHz/V

-Deviatia maxima ± 75 kHz

-Purtatoarea FIF: 98,9 MHz; 102,9 MHz; 106,8 MHz

Fig . 1-17 Schema bloc a receptorului cu modulatie in frecventa

Primul etaj al receptorului FM. este un amplificator acordat de R.F., care inlocuieste tunerul din receptorul AM Acest etaj este necesar in receptoarele FM pentru a asigura suficienta amplificare purtatoarei FIF. Oscilatorul local si mixerul (etajele 2 si 3) schimba frecventa purtatoarei selectate intr-o frecventa intermediara, de 10,7 MHz. Acestea sunt urmate de un amplificatory de F.I. Detectorul FM sau decodorul (adeseori numit discriminator) transforma deviatiile de frecventa in semnalul original A.F., care este livrat unui etaj de A.F si apoi mai departe catre difuzorul de sarcina. Largimea de banda a semnalului FM. este de 250 kHz. Aceasta inseamna ca benzile pentru amplificatorul R.F si pentru amplificatorul F.I. trebuie sa fie identice, adica 250 kHz. Etajele de A.F (etajele 7 si 8) au o banda de aproximatov 20 Hz – 20 kHz.

REGLAJUL AUTOMAT AL AMPLIFICARII (RAA) [6]

De multe ori, datorita unor cauze diferite cum ar fi de exemplu conditiile atmosferice, nivelul purtatoarei la receptie variaza (fading), provocand variatii suparatoare la iesirea receptorului. Se poate depasi acest inconvenient prin folosirea unui reglaj automat al amplificarii, atat in etajele de R.F. cat si in cele de A.F.

CONTROLUL AUTOMAT AL FRECVENTEI (CAF) [6]

Un semnal distorsionat la iesirea receptorului poate fi cauzat si de un acord incorect. Pentru a obtine acordul corect, se foloseste, mai ales in receptoarele FM, un control automat al frecventei. Controlul automat al frecventei controleaza frecventa oscilatorului local, folosind un discriminator sau un comparator. Discriminatorul transforma o frecventa intermediara incorecta intr-o “tensiune de control” care ajusteaza frecventa oscilatorului local.

Transmisia semnalelor stereo

Paralel cu îmbunătățirea calității la transmisiunile FM în VHF, este posibilă și transmiterea semnalelor stereo. Totuși, acest lucru trebuie făcut în așa fel încât radiourile obișnuite mono să poată recepționa transmisiunile fără nici o degradare a performanțelor.

Un semnal stereo constă din două canale care sunt notate L (Left = stânga) și R (Right = dreapta), câte unul pentru fiecare difuzor. Semnalul obișnuit mono constă din suma celor două canale, adică L + R, și acesta poate fi transmis în modul normal. Dacă se transmite și un semnal conținând diferența între canale, adică L – R, atunci este posibil să se reconstituie semnalele individuale stâng și drept. Adunând semnalele sumă și diferență, adică (L + R) + (L – R), obținem 2L, deci semnalul stâng și scăzând cele două semnale, adică (L + R) – (L – R) obținem 2R, deci semnalul drept. Acest lucru se poate realiza foarte simplu, adunând respectiv scăzând cele două semnale electronic. Rămâne numai să găsim o metodă de a transmite semnalul stereo diferență într-un mod care să nu afecteze recepția mono.

Fig . 1-18 Alocarea spectrului pentru o banda de frecventa FM tipica de 100KHz

Se poate realiza acest lucru transmițând semnalul diferență peste plaja audio. EI este modulat în amplitudine pe o subpurtătoare de 38 kHz. Sunt reținute atât banda laterală superioară cât și cea inferioară, dar subpurtătoarea de 38 kHz este suprimată, pentru a obține două benzi laterale peste banda obișnuită audio. Această bandă completă este folosită pentru a modula în frecvență purtătoarea finală de rad io frecvența. Tot aceasta este, de asemenea, ceea ce se regenerează după ce semnalul este demodulat la recepție.

Pentru a regenera subpurtătoarea de 38 kHz se transmite un ton pilot de 19 kHz. Frecvența acestuia este dublată în receptor pentru a obține subpurtătoarea de 38 kHz necesară demodularii semnalului diferență stereo, cu bandă laterală dublă.

Prezența tonului pilot este folosită și pentru a detecta dacă se transmite un semnal stereo. Dacă acesta nu este prezent, circuitul de reconstituire a componentelor stereo este închis. Dar când este prezent se poate reconstitui semnalul stereo.

Fig . 1-19

Pentru a genera semnalul stereo se folosește un sistem similar cu cel prezentat în figura de mai sus.Semnalele dreapta și stânga intră în codor unde sunt trecute printr-un circuit care adaugă preaccentuarea necesară. După aceea sunt trecute printr-un circuit de matriciere. Acesta adună și scade cele două semnale, pentru a realiza semnalele L+R și L-R. Semnalul L+R este trecut direct în circuitul final de sumare, pentru a fi transmis ca semnal obișnuit mono. Semnalul diferență L-R este trecut într-un modulator echilibrat pentru a da semnalul de bandă laterală dublă cu purtătoare suprimată, centrat pe 38 kHz. Acesta este trecut în sumator final ca semnal stereo diferență. Celălalt semnal care intră în modulatorul echilibrat este un semnal de 38 kHz care a fost obținut prin dublarea frecvenței tonului pilot de 19 kHz. Tonul pilot însuși este, de asemenea, trecut în circuitul de sumare finală. Semnalul final modulator constă din semnalul mono L+R, tonul pilot de 19 kHz și semnalul diferență L-R stabilit în jurul frecvenței de 38 kHz, toate acestea fiind folosite împreună apoi pentru a modula o purtătoare de radiofrecvență înainte de a fi transmise.

Recepția unui semnal stereo este, în mare măsură, reversul transmisiei. Un receptor mono care recepționează un semnal stereo va reacționa numai la semnalul L+R. Celelalte componente de peste 15 kHz sunt peste gama audio și, în orice caz, vor fi suprimate de circuitele dc de accentuare.

Odata ce a fost demodulat în receptor, există o varietate de metode de a decoda semnalul stereo. Acest circuit prpduce semnalul din banda de baza. constând din semnalele L+R, L -R și tonul pilot de 19 kHz. Acestea trebuie să fie extrase și convertite cele doua semnale audio L și R.

Analiza acoperirii cu semnal a emițatoarelor AM si FM aparținând Studioului Regional de Radio Târgu Mureș

Radio Târgu Mureș (denumit în continuare RTM) este un post regional al Societații Române de Radiodifuziune (SRR) situat in Târgu Mureș care și-a inceput activitatea in 2 martie 1958 (având o întrerupere de funcționare în perioada ianuarie 1985- decembrie 1989) și care radiodifuzeaza programe în limbile română, maghiară și germană adresându-se în special populației din județele Mureș, Harghita,Covasna și Brașov dar și județelor învecinate Alba,Sibiu,Cluj,Bistrița-Năsăud. RTM produce si difuzeaza concomitent 2 programe radio independente unul de celălalt ,unul in limba română si unul în limba minoritaților naționale , respectiv maghiara și germană.Datorită divizării programelor pe frecvențe diferite, pentru o analiză amanunțita a acoperirii teritoriale a recepției programelor difuzate de RTM in funcție de programul difuzat voi prezenta în tabelul 2.1 alocarea orară a frecvențelor in funcție de programul difuzat.

(notă : tabelul se referă la zilele lucrătoare, de luni până vineri)

Tabelul 2.1 Repartizarea frecvențelor in funcție de intervalul orar

Calitatea sunetului este reglementată în RTM de standardele tehnice de calitate editate de SRR, care stabilesc condițiile tehnice pe care trebuie să le îndeplinească sunetul pentru a putea fi difuzat în eter. Standardul este aliniat la convenția AES/EBU (Audio Engineering Society și European Broadcasting Union), asociație la care SRR este membru.

În stadiul actual, întregul lanț fonic, începând de la captarea sunetului cu ajutorul microfoanelor și până la emițătoare, este digitalizat.

În mare parte, transmisiile din teren sunt efectuate pe mediu digital, calitatea sunetului transmisiilor este foarte bună din toate punctele de vedere, excepție fac transmisiile din locații care nu dispun de internet și este nevoie să se folosească telefonia clasică, mult mai slabă calitativ, limitată la o bandă de frecvențe audio de 3,5 KHz .

Pentru locațiile fixe, Brașov și Miercurea Ciuc, unde RTM are mici studiouri satelit, legătura cu Târgu-Mureșul se efectuează pe telefonie digitală ISDN, la o bună calitate a sunetului.Sunetul livrat către emițătoarele FM este trecut prin două procesoare de sunet, câte unul pentru fiecare canal RTM, ambele.

O schema extrem de simplificata a Studioului din Târgu Mureș este ilustrata in figura 2.2

fig. 2.2 Schema simplificata de interconectare si control a Studioului de Radio Târgu Mureș.

Acoperirea teritoriului

RTM este deservit în prezent de 6 emițătoare, din care 3 sunt în banda AM, gama undelor medii, și 3 în gama undelor ultra scurte FM. Repartizarea acestor frecvențe FM, pentru cele două canale principale ale RTM:

1. Frecvența de 98,9 MHz cu locația emițătorului pe vf. Harghita, emițător cu o putere de 5 Kw electric și 102,9 MHz situat în Tg Mureș, cu o putere electrică de 1,3 Kw, frecvențe repartizate pentru canalul de limbă română al RTM.

2. Frecvența de 106,8 MHz cu locația emițătorului pe vf. Harghita, puterea acestuia fiind de 5 Kw, frecvență repartizată canalului minorități al RTM.

Emițătoarele AM care deservesc RTM au fiecare o putere de 15 Kw:

1. 1197 KHz emițător situat la Bod- Brașov și 1593 KHz, situat Miercurea Ciuc, amândouă emițătoarele deservesc ambele canale ale RTM după o grilă de program complexă.

2. 1323 KHz locat în comuna Ernei din județul Mureș, emițător care deservește canalul minorități.

Pentru cele 4 județe Harghita, Covasna, Mureș și Brașov, acoperirea emițătoarelor FM este de cca 75%, dar, din cauza distanțelor mari până la extremitățile județelor arondate, cele două emițătoare de putere medie de pe vf. Harghita nu pot acoperi în totalitate teritoriul alocat RTM.

Zona cea mai afectată de lipsa semnalului FM și AM este defileul Mureșului, între localitățile Toplița și Brâncovenești. Această zonă a fost parțial acoperită până la data de 02.03.2013 de emițătorul situat la Borsec, acesta având frecvența de 98,4 MHz și o putere de 0,5 Kw.
Zonele mai puțin afectate (semnalul emițătoarelor FM este sub normele de receptivitate) sunt: nordul județului Mureș în zona localității Sărmașul de Câmpie și sudul județului Covasna, în zona localității Sf. Gheorghe și Covasna. Semnal nesatisfăcător de propagare al emițătoarelor FM se constată și în zona de „umbră” a lanțurilor muntoase, unul dintre exemple fiind zona Praid-Sovata.

Emițătoarele AM au o eficiență de cca 50 Km, în funcție de relief, în jurul punctelor de amplasare a emițătoarelor, emisia lor fiind perturbabilă ușor, din cauza puterilor mici, fenomen accentuat seara și noaptea.

Pentru asigurarea producerii si difuzarii programelor RTM dispune de 3 studiouri de emisie multifunctionale (emisie/producție) si 3 studiouri de productie. Interconectarea acestora este asigurata prin intermediul Controlului Tehnic General care asigura receptionarea fluxurilor audio de la multitudinea se surse (studiouri proprii, studiourile SRR, transmisiile de pe teren cu ocazia anumitor evenimente, apeluri telefonice șa.), procesarea ,rutarea, multiplexarea si transmiterea semnalelor catre emițatoare si catre diferite destinații în funcție de necesitați.Toate aceste operațiuni se realizeaza în principal prin intermediul sistemului integrat digital de rutare si procesare NOVA73 HD, produs de firma germana LAWO si care a fost instalat si devenit operațional in noiembrie 2013.

Semnalele de modulație sunt multiplexate de catre echipamentul Harris Intraplex STL-160 Series E1 Multiplexer capabil sa furnizeze un flux de date E1 PCM (Pulse-code modulation) de 30 de canale full-duplex de 64 kbit/s (pentru voce si date) ,un canal de sincronizare si unul de semnalizare de 8 kbit/s,in total fluxul E1 avand 2.048 Mbit/s, flux care este transmis retelei de emitațoare a Societații Naționale de Radiocomunicații (Radiocom).In cele ce urmeaza voi prezenta si transmiterea acestui semnal de la sursa pâna la fiecare emițator în parte.

Echipamente utilizate pentru acoperirea radio a teritoriului.

Proiectarea și analiza acoperirii Radio FM a zonei deservite de RTM

se utilizeaza urmatoarele echipamente:

-Pentru emitatorul 102,9 MHz

-Amplasamentul stației: Platoul Cornești, Stația Tv. Târgu Mureș,

-Coordonate geografice (WGS 84): 46̊ 32’ 54’’ N; 24̊ 35’ 04’’ E

-Cota de teren: 432 m

-Puterea aparent radianta max.(): 5730 W

-Inaltimea efectivă a antenei () : 189 m

-Emițătorul principal: Tipul SR 136 F1 (SU 125 +VU 316) RHODE & SCHWARTZ /Germania

-Puterea de iesire în radiofrecvență a emițatorului pentru asigurarea :1100 W

-Sistemul radiant: 4 dipoli tip K762943,Fabricant KATHREIN / Germania ,orientați pe azimuturile 30̊ .150̊ 240̊ si 330̊, câștig maxim 8dB/ azimut 190̊ – 280̊ , :35 m ,Polarizare verticala, Feder tip LCF 7/8”, Lungime feder :60 m

-Pentru emitatorul 106,8 MHz

-Amplasamentul stației Vf.Harghita, Stația Tv Harghita (SNR) ,jud. Harghita,

-Coordonate geografice (WGS 84): 46̊ 23’ 40’’ N;25̊ 37’ 14” E

-Cota de teren: 1728 m

-Puterea aparent radianta max.(): 59800 W

-Inaltimea efectivă a antenei () : 1006 m

-Emițătorul principal: Tipul Z5CD + DIGIT CD FM BASIC , HARRIS/S.U.A.

-Puterea de iesire în radiofrecvență a emițatorului pentru asigurarea :5000 W

-Sistemul radiant: 24 panouri tip K5231187, KATHREIN / Germania ,orientate cate 6 pe pe azimuturile 107̊ ,175̊ ,275̊ si 343̊ , câștig maxim 11dB/ azimut 137̊ – 313̊ , :35 m ,Polarizare orizontala, Feder tip FLEXWELL HF 3”, Lungime feder :90 m.

-Pentru emitatorul 98,9 MHz

-Amplasamentul stației Vf.Harghita, Stația Tv Harghita (SNR) ,jud. Harghita,

-Coordonate geografice (WGS 84): 46̊ 23’ 40’’ N;25̊ 37’ 14” E

-Cota de teren: 1728 m

-Puterea aparent radianta max.(): 58600 W

-Inaltimea efectivă a antenei () : 1006 m

-Emițătorul principal: Tipul Z5CD + DIGIT CD FM BASIC , HARRIS/S.U.A.

-Puterea de iesire în radiofrecvență a emițatorului pentru asigurarea :5000 W

-Sistemul radiant: 24 panouri tip K5231187, KATHREIN / Germania ,orientate cate 6 pe pe azimuturile 107̊ ,175̊ ,275̊ si 343̊ , câștig maxim 11dB/ azimut 137̊ – 313̊ , :57,6 m ,Polarizare orizontala, Feder tip FLEXWELL HF 3”, Lungime feder : 90 m

Măsuratori în teren

Pentru efectuarea măsurătorilor am utilizat urmatoarele echipamente:

1. Agilent N9340B – Analizor Spectral Portabil (HSA)

Specificații:

Domeniu frecvență: 100kHz … 3GHz (acordabil la 9kHz)(1)

• DANL: (RBW=30Hz, 10MHz < fc ≤ 1.5GHz

-124 dBm

-144 dBm cu preamplificator

• Timp baleere

-10ms … 1000s, interval ≥ 1kHz

– <120ms la interval maxim

• RBW: 30Hz … 1MHz în secvență 1-3-10

• VBW: 3Hz … 1MHz

• SSB Zgomot fază: < -87dBc/Hz la offset 30kHz

• Precizie amplitudine: ±1.5 dB.

Măsurarea puterii câmpului pentru testarea pe teren a transmițătorului și a acoperirii antenei. Măsurătorile calibrate ale puterii câmpului au fost efectuate după ce factorii antenei au fost încărcați în analizor prin șablonul de antenă bazat pe software-ul PC al analizorului spectral. Poate fi afișată fie puterea câmpului (în dBmV/m, dBmV/m sau V/m) sau densitatea de putere (în dBm/m2 sau W/m2). Cu funcția de offset amplitudine, se poate corecta amplificarea sau pierderea. și în final, s-au putut efectua masuratori si analize cu un grad de precizie ridicat.

2. Antena activa de receptie R&S HE500 RHODE & SCHWARTZ /Germania.

Specificații:

Domeniu de frecvențe : 20MHz – 3GHz

Polarizare verticala

Caracteristica de directivitate orizontală: omnidirectional

Impedanța de intrare: 50 Ω

Field strength sensitivity (S/N = 0 dB, Δf = 1 Hz)

20 MHz to 1.3 GHz tip. –23 dB(μV/m)

1.3 GHz to 3 GHz tip. –20 dB(μV/m)

Tensiune de alimentare: 10V – 32V curent continuu

Conector :N female

Dimensiuni (W × H × L) approx. 65 mm × 365 mm × 170 mm

Greutate: approx. 1.2 kg.

Antena pasiva monopol SAS 551

Domeniu de frecvențe : 9KHz – 40MHz

Caracteristica de directivitate: omnidirectional

Impedanța de intrare: 50 Ω

Conector :BNC female

Dimensiuni (W × H × L) approx. 450 mm × 450 mm × 1050 mm

Greutate: approx. 1.5 kg.

Pentru realizarea harților de acoperire cu semnal am utilizat programul Radiomobile precum si masuratori pe teren in anumite puncte.

Introducerea datelor in programul Radiomobile.

Am folosit harta topografica a României cu o rezoluție de 100m.

Am introdus coordonatele emitatoarelor precum si a punctelor în care am efectuat măsurători în teren astfel:

Tabel 2-1 Amplasarea emițatoarelor

Tabel 2-2 Locatiile punctelor de măsurare cu coordonate si valori măsurate

Fig . 2-1 Vizualizarea pe hartă a punctelor în care s-au efectuat măsurători pe teren precum si locațiile emițatoarelor

Fig . 2-2 Logistica folosită pentru deplasari și măsurători

Fig . 2-3 Antene utilizate pentru măsurători(stânga AM,mijloc dipol FM verical, dreapta dipol FM orizontal)

Fig . 2-4 Captura de ecran a analizorului spectral Agilent N9912A efectuata în locația „0”(Târgu Mureș- Sântana) pentru frecvențele 102,9 MHZ, 106,8 MHz și 98,9 MHz.

Fig . 2-5 Captura de ecran a analizorului spectral Agilent N9912A efectuata în locația „0” (Târgu Mureș- Sântana) pentru frecvența 1323 KHz.

La calculul intensitatii câmpului electric (dBµV/m) se iau in considerare valoarea masurata (dBµV) la iesirea analizorului spectral la care se adauga factorul de antena (in cazul nostru,antena utilizată are AF= 12 dB/m)

(E) dBµV/m = (V0) dBµV + (AF) dB/m 2.1

Unde AF este factorul de antenă (dat de specificațiile producatorului sau în urma calibrarii), E este intensitatea câmpului electric măsurat iar V0 este valoarea masurată de instrumentul de măsura (calibrat pentru pierderile conectorului și a cablului)

AF (pentru 50Ω) = 20 log f(MHz) – G (dBi) – 29,78 dB 2.2

Introducerea datelor obținute in program

În continuare voi prezenta capturi de ecran rezultate în urma introducerii datelor in programul Radiomobile;

Fig . 2-6 Captura de ecran Radiomobile reprezentând parametrii rețelei

Fig . 2-7 Captura de ecran Radiomobile reprezentând componentele rețelelor

Fig . 2-8 Captura de ecran Radiomobile reprezentând satele sistemelor de emisie precum si caracteristica de directivitate a antenei KATHREIN K5231187 utilizată pentru emiterea semnalelor cu frecvențele de 106,8 MHz și 98,9 MHz de pe vârful Harghita

Realizarea hărtilor de acoperire AM și FM in cazul emițătoarelor care deservesc RTM.

Pentru realizarea hărților cu zonele de serviciu pentru FM s-au luat în considerare nivelurile de camp de 54 si 66 dBuV/m iar pentru zonele de serviciu AM s-au luat în considerare nivelurile de câmp de 65 dBµV/m

Concluzii

In urma simularilor precum si a masuratorilor in zonele desemnate putem observa ca zona deservita de RTM pentru recepționarea posturilor proprii de radio este relativ satisfacatoare acoperind cca 75% din teritoriu si 75% din locații în parametrii optimi existând totuși anumite regiuni care se afla în zona de umbrire radio și în care recepția este deficitară. Pentru rezolvarea acestor probleme și asigurarea parametrilor optimi de recepționare se poate propune ca o soluție amplasarea pe înaltimile dominante ale acelor regiuni a unor emițatoare locale cu puteri de emisie cuprinse între 15 și 50 W care ar acoperi o zona cu o raza de aproximativ 5-15 Km.Pentru transmiterea semnalului util se poate face legatura radioreleu sau, acolo unde receptia radio este la un nivel acceptabil (min 30dBµV/m) prin preluarea semnalului si retransmiterea acestuia cu ajutorul emițătoarelor de putere mică. Această din urma variantă este proprie si pentru utilizare în cazul unor zone problematice cum ar fi aglomerari urbane ,tuneluri, pasaje sau parcari subterane.

În aceste cazuri ramâne totuși de rezolvat problema respectarii legislației si reglementărilor la care sunt supuse orice transmisie radio , fiind necesară licențierea frecvenței folosite (care ar fi recomandabil sa fie aceeași cu frecvența din arealul apropiat) ceea ce nu este deloc ușor datorita procedurilor destul de complicate de atribuire a frecvențelor de către ANCOM (Autoritatea Națională pentru Administrare și Reglementare în Comunicații).

Ca exemplificare am rulat un program de simulare pentru cateva zone problematice din punct de vedere al receptiei radio și anume pentru zonele Sarmașu și Sovata care sunt la o distanța de cca 40-50 Km de sursa semnalului si in câte o vale umbrita d.p.d.v. a semnalului radio.

Coordonatele site-urilor alese pentru exemplificare sunt:

Sarmașu: 46°44'54"N 024°10'31"E altitudine 422.1 m

Sovata : 46°36'12"N 025°02'33"E altitudine 636.7m

Am amplasat câte o antenă FM corner fiecare cu o putere de emisie de 25 W orientate azimut 340̊ pt Sarmașu și 87̊ pentru Sovata

Amplasarea radioreleelor s-a facut ținând cont de vizibilitatea radio directă (Radio Link) intre cele 2 puncte precum și de aria deservita de emițatoarele de mica putere.În Fig . 2-17 am ilustrat un exemplu printr-o captura de ecran a programului Radiomobile.

Fig . 2-17 Legătura Radio Link între Târgu Mureș și Sovata

Fig . 2-18 Zonele de acoperire pentru emițătoarele locale de mica putere (25 W) în cazul localitaților Sovata și Sărmașu

Sisteme de radiodifuziune digitale

Scurt istoric al radiodifuzarii digitale

Inca din perioada anilor `80 s-au inceput elaborarea si testarea transmisiilor radiodifuzate in mediul digital datorita potentialului pe care, odata cu dezvoltarea tehnologica, acest tip de transmisie il poate oferi consumatorilor media. Standardul DAB a fost elaborat de catre Institut fur Rundfunk Technik ( IRT ) incepand cu 1981 .In Europa studiile au fost canalizate spre standardul Eureka 147 fiind implementat in Marea Britanie in 1995 si in Germania in 1999 ,iar in Statele Unite compania iBiquity a condus catre proiectarea noului sistem adaptiv care ar putea permite schimbarea treptata a receptorului spre IBOC. Principalele avantaje ale transmisiilor digitale sunt evidente : fidelitatea sporita a materialelor receptionate, posibilitatea de a transmite continut media complex in formate diferite (audio , imagini, film, text,date, module soft pentru jocuri si aplicatii), posibilitatea utilizarii mult mai eficiente a spectrului de frecventa care devine tot mai limitat.

Astfel principalele tipuri de transmisii utilizate pe plan mondial in format digital sunt : DAB (Digital Audio Broadcasting) IBOC (In-Band On-Channel) si DRM (Digital Radio Mondiale).

DAB – Digital Audio Broadcasting

DAB (Digital Audio Broadcasting) este o tehnologie digitală de transmisie terestră de semnale radio. A început să fie dezvoltat în anii 1980 în Uniunea Europeană, fiind parte a proiectului Eureka 147. În 1995, a fost adoptat ca standard pentru Europa (ETSI 300 401). Agenția responsabilă de definirea standardelor Eureka 147, care include DAB și DAB + si DMB (Digital Multimedia Broadcasting), este Forumul WorldDMB.

Astăzi, în peste 30 de țări în mod regulat DAB servicii bazate, adaugand mai mult de 1.400 de diferite servicii multimedia este. Se estimeaza peste 500 de milioane de ascultători potențiali din întreaga lume și-au vândut peste 12 milioane de receptoare DAB. Țara in care DAB a avut mai mult succes a fost Marea Britanie, unul dintre pionierii emisiilor începând din 1995. Cu toate acestea, unele țări europene se luptă pentru a menține serviciile DAB, iar in unele exista tendinta de anulare DAB și de trecere spre IBOC sau DRM ca o posibilă alternativă.

DAB foloseste o tehnica de codare și de compresie audio extrem de eficiente, numita MPEG Audio Layer II (MP2) sau Musicam. Astfel, în timp ce un semnal digital stereo ca CD-ul necesită o rata de 1,4 Mbps, pentru MP2 sunt necesari numai 192 kbits, fără afectarea substanțială a calității, pentru că în acest proces este luat în considerare caracteristicile psihoacustice ale urechii umane. În plus, aceasta permite un spectru mai eficient de frecvențe DAB decât utilizarea tradițională in mediul analog. DAB poate găzdui până la 6 programe stereo din lățimea de bandă a unui canal (1,5 MHz). Această capacitate este de asemenea flexibila, astfel încât, dacă nu este necesar nici un sunet stereo într-un program, spațiul poate fi divizat pentru a se folosi de exemplu la două programe de calitate mono. Mai mult decât atât, împreună cu transportul semnalului audio, această tehnologie permite trimiterea de text, oferind mai multe detalii decât cele RDS (Radio Data System) FM, astfel încât să se poata afisa în receptoarele digitale numeroase informații textuale, ca emitentul, piesa de titlu, știri despre trafic sau vreme, publicitate, etc. Acest lucru va asigura o mai mare cantitate și diversitatea de conținut, și chiar programe specifice care vizează publicul mai bine orientate, care să permită apariția unor noi modele de afaceri.

DAB utilizează tehnologia OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex), care permite crearea de rețele sau SFN cu o singură frecvență. Acesta este un mare avantaj față de AM convențional sau FM în cazul în care sunt necesare rețele de multifrecvență de distribuire a unui program în domenii largi de acoperire. Astfel, atunci când se asculta la radio în vehicule, nu este necesara reacordarea manuala sau automata a receptorul radio, atunci când sunt probleme in zona respectiva. Pentru operatori, aceasta înseamnă eficiență spectrală mai mare, o mai mare simplitate în designul de rețea și economii mai mari la costuri. Cu OFDM, pe lângă redundanța informațiilor, sunt angajate tehnici de corectare a erorilor. OFDM reduce interferențele între stații mai mult decat cele cu transmisii convenționale din cauza propagarii multicale astfel incat exista probabilitate mai mica de pierdere a semnalului in cazul vehiculelor în mișcare sau in interiorul constructiilor. Deoarece DAB selectează automat cel mai puternic transmițător regional, recepția este mult mai clară. Cu DAB pot fi transmise programe FM cu un consum redus de energie sau programe AM fără pierderi de acoperire geografică, ceea ce înseamnă costuri mai mici pentru operator și consumul de energie mai redus.

În 2007, apre standardul DAB + (ETSI TS 102 563), oferind compatibilitate cu DAB și avand imbunatatiri semnificative fata de acesta el;o arie mai mare de acoperire, eficiență spectrală mai mare, costuri mai mici de transmitere, posibilitatea transmiterii sunetului surround, o mai mare robustete, întârziere scăzută "zapping" între stații, etc. DAB + este de aproximativ de două ori mai eficient ca DAB folosind un codec de compresie audio este mai eficient: HE-AAC v2 (MPEG-4 de înaltă eficiență cu profilul AAC v2). Pe langa calitatea recepției este mai robust decât DAB, pentru că include corecția erorilor de codificare (Reed-Solomon).

O altă inovație importantă a fost introducerea de capabilități suplimentare video și multimedia pentru DAB prin DMB (Digital Multimedia Broadcasting), care a devenit o platformă de mass-media digitala pentru radio digital și chiar de televiziune mobilă. DMB (ETSI TS 102 428), permite difuzarea unei game largi de servicii de televiziune interactive simultan pe același multiplex (servicii video, servicii DAB și DAB +, descărcarea de fișiere sau podcasting, ghid electronic de programe, sau EPG, etc ). În spectrul unui multiplex de 1,5 MHz se pot furniza aproximativ 7 servicii DMB, ceea ce îl face mult mai eficient decât alte standarde de televiziune mobilă. În prezent, DMB este standardul de televizor mobil cel mai de succes din lume, cu servicii comerciale în unele țări din Europa și Asia, și mai mult de 8 milioane de dispozitive vândute.

Baza tehnologica pentru DMB ,DAB + si DAB si stratul fizic sunt la fel, doar au fost adăugate noi aplicații, noi protocoale de transport și un al doilea strat de control pentu erori. Pentru a migra la sistemele DAB + sau DMB este necesara doar inlocuirea codecurilor, emițătoarele și antenele fiind compatibile. Utilizatorii trebuie, de asemenea, să utilizeze echipamente compatibile cu aceste noi standarde.

Receptoare radio convenționale analogice nu sunt pregătite pentru captarea si prelucrarea semnalului digital, necesitand achiziționarea de echipamente noi, la un cost suplimentar. Invers, receptoarele digitale sunt compatibile cu radioul analogic, si ar putea facilita expansiunea lor. În ultimii ani au existat mai multe propuneri de la producători, inclusiv mixarea tehnologiei DAB cu alte tehnologii, precum și diferite tipuri de conexiuni precum și accesul la internet. Exista peste 400 de tipuri de receptoare DAB / DAB + / DMB pe piață. Cu toate acestea, prețurile sunt, de obicei, mai mari cu 50% față de cele analogice superioare, pretul pt un asemenea aparat este de minim 50 Euro .

Principalele beneficii ale ascultătorilor DAB sunt:

O înaltă calitate audio, similara cu calitate CD. În plus, DAB reduce zgomotul și elimină interferențele datorate formelor terenului și interferențe între stații.

Încorporarea de informații multimedia. Recepția DAB permite nu numai servicii de date audio, ci și grafice și video la receptor, care poate fi folosit pentru a afișa meniul pe ecranul de programare, publicitate, informatii de trafic actualizat sau informații meteo, versuri melodii, titluri de știri, preturile actiunilor, etc.

Simplitatea în utilizare și selectarea programului. În loc de scanarea frecventelor, ca și în cazul de radio analog, utilizatorul selectează numele programului sau piesei din meniu, avand la dispozitie toate posturile disponibile. In plus ,in functie de receptor, exista posibilitatea inregistrarii programului pentru ascultarea ulterioara.

Exista o gamă variata de receptoare. Serviciile DAB / DMB pot fi primite într-o gamă largă de echipamente, inclusiv pe receptoare fixe , mobile și portabile cu ecran. Unele dintre aceste dispozitive sunt aparate de radio, ceasuri radio cu alarma, CD si MP3 playere, MIDI, radiouri de mașină, telefoane mobile, receptoare USB pentru PC-uri , camere digitale, PDA-uri, televizoare de buzunar, etc.

Standardul Eureka 147 DAB are 3 elemente incorporate si care il definesc:

Codarea audio MUSICAM (Masking pattern Universal Sub-band Integrated Coding And Multiplexing);

Codificarea transmisiunii si multiplexarea;

Modulatia tip CODFM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing ).

Date tehnice

Pentru emisia terestra (T-DAB) se foloseste banda de frecventa BIII 174-240 Mhz si banda L 1,452-1,466 Ghz iar pentru satelit (S-DAB) banda L 1,468-1,490 Mhz.

Fig . 3-1 Alocarea spectrului de frecvențe pentru sistemul DAB/T-DMB

In Bucuresti, programele digitale sunt transmise pe frecventa de 233,936 Mhz (VHF III,12A)

In vederea eliminarii interferentelor datorita receptiei multiple si a efectului Doppler in cazul in care receptia se face in miscare ( auto , tren ) , s-a adoptat modulatia de tip OFDM ( Orthogonal Frecvencies Division Multiplexing ) avand o latime de banda a canalului de 1,5 Mhz cu un numar de 1536 purtatoare. Transmisia se face pachete in asigurandu-se o corectie a erorilor folosind tehnica FEC ( forword error correction ) similara ca la transmisiile QPSK din cazul televiziunii digitale prin satelit sau OFDM terestru. Pentru a nu depasi banda de 1,5Mhz si a asigura un numar maxim de 6 posturi radio transmisia se face cu o rata de 192 Kbit/s ceea ce asigura o calitate a transmisiei audio apropiata de cea a unui CD care are nevoie de o rata de 1,4 Mbit/s.

Schema bloc a partii de emisie este conform figurii Fig . 3-2

Fig . 3-2 Schema bloc a echipamentului de emisie pt sistemul DAB

Sursele de semnal audio ( Audio Sevices ) in numar de maxim 6 sunt codate si multiplexate impreuna cu informatiile de date care le insoteste ( Data Services ).

Acest stream de date este multiplexat in continuare cu FIC ( Fast Information Channel ) care contine informatia de identificare pentru fiecare tip de informatie transmisa.

Stream-ul final este modulat OFDM peste frecventa de emisie a transmitatorului.

La receptie operatia este inversa.

Fig . 3-3 Schema bloc a echipamentului de recepție DAB

Semnalul RF este demodulat obtinandu-se stream-ul de date si informatia FIC. Inima sistemului este un uController care decodeaza datelele folosind informatia FIC pentru determinarea pachetelor de date pentru fiecare post de radio in parte. In final informatia audio este refacuta in analogic , amplificata si transmisa catre cele doua difuzoare. Pe ecranul aparatului sunt afisate informatii aferente postului respectiv.

Fig . 3-4 Aria de utilizare a sistemului DAB (septembrie 2013) [7]

Situatia din ROMANIA

În Romania se fac eforturi in acest sens si exista deja o transmisie experimentala in Bucuresti a Societatii Nationale de Radiocomunicatii ( Radiocom ) inca din anul 2004 avand urmatoarele date de receptie :

Locatie : Bucuresti , Statia Herastrau

Canal de emisie : 12A frecventa 223,936 Mhz

Putere de emisie : 250 w , polarizare verticala

Programe emise in acest pachet :

Romania Actualitati

Radio 21

Romania Muzical

Romantic FM

Radio Bucuresti

Pro FM

Aria de acoperire pentru Bucuresti si zonele limitrofe este conform Fig . 3-5

Fig . 3-5 Zona de serviciu DAB pentru Bucuresti [8]

DMB – Digital Multimedia Broadcast

– este un sistem standardizat pentru transmiterea și prezentarea programelor radio și MobileTV si date.

DMB se axează pe aceeași arie de aplicații ca și DVB-H (Digital Video Broadcast for Handholders), care aplică principii similare de transmisie și codare, dar care nu este compatibil cu DMB . Ca și la televiziunea terestră convențională, în ambele sisteme programele sunt distribuite prin radiodifuziune și astfel pot fi recepționate simultan de un număr arbitrar de spectatori.

Difuzarea digitală a programelor multimedia (DMB) oferă servicii de televiziune mobilă utilizând standardul Eureka 147 pentru difuziunea digitală audio (DAB) cu corecția suplimentară a erorii. T-DMB (terestru) este construită pe rețeaua terestră în banda III și/sau banda L în timp ce S-DMB (satelit) utilizează rețeaua de sateliți în banda L.

În DMB-T recepția este foarte stabilă în mișcare datorită compresiei folosite (DQPSK) care permite recepția conținutului multimedia (radio și TV) pe o multitudine de aparate (de la PDA și telefoane mobile până la posturi de recepție fixe). Coreea de Sud este campioana utilizării acestui sistem dar și in Europa: Anglia, Germania si Franta au inceput utilizarea lui. Compresia video folosită este MPEG-4 încadrată la rândul ei într-un flux MPEG-2. Compresia audio folosită este AAC+. Între 6 si 8 canale radio pot fi difuzate într-un multiplexor T-DMB, față de 14 în DAB+ (standard ales de unele state pentru radiodifuziuneadigitală). Din punct de vedere economic însă, norma T-DMB este mai avantajoasă decît norma DAB+.

DRM – Digital Radio Mondiale

DRM sau Digital Radio Mondiale este un standard care defineste transmisia radio in format digtal in benzile Lungi , Medii si Scurte si a fost omologat de institutiile internationale de profil : ITU , IEC si ETSI.

Consorțiul Radio Digital Mondial, DRM, a fost constituit în 1998, având ca obiectiv proiectarea și introducerea unui sistem de radiodifuziune digital corespunzător pentru utilizarea în benzile de radiodifuziune cu modulație în amplitudine, care folosesc benzile de frecvență de până la 30 MHz (unde lungi, medii și scurte). Ulterior, Consorțiul DRM a decis să-și extindă activitatea și în domeniul undelor ultrascurte, până la 108 MHz, în care anterior se folosea pentru radiodifuziune transmisia cu modulație de frecvență. Standardele DRM sunt preluate de ETSI Ca și în cazul DAB, DRM standardele DRM folosesc prelucrarea digitală a semnalelor, ceea ce permite o recepție de calitate superioară și o folosire mai bună a spectrului de frecvențe

Banda radio FM 88-108 Mhz este limitata iar noua banda alocata pentru DAB va fi si ea in curand aglomerata. Deasemenea numarul transmisiilor prin satelit vor deveni si ele cat de curand limitate datorita numarului finit de pozitii orbitale si frecvente disponibile.Banda de frecventa sub 30 Mhz este aproape nefolosita iar transmisiile clasice in format analogic sunt de o calitate mediocra ramanand ca aceasta banda sa fie folosita (si) de transmisiile digitale . Implementarea radio digitala in benzile AM permite operatorilor sa ofere servicii radio de inalta fidelitate si diversitate.

DRM este un sistem radio digital proiectat pentru a funcționa în benzile de unde lungi, medii și scurte, care sunt curent utilizate de radiodifuziunea AM. La fel ca și DAB, DRM utilizează modulația COFDM, împărțind semnalul într-o serie de purtătoare de viteză de bit mică. Acest fapt permite ca semnalele transmise pe căi diferite să fie combinate fără interferență. Spre deosebire de AM, DRM nu este afectat de fading sau fenomene ca reflexia de la ionosferă.

Standardul DRM descrie un număr de moduri de funcționare diferite, care pot fi împărțite în principal, în două grupuri:

modurile „DRM30”, care sunt proiectate pentru utilizarea benzilor emisiunilor AM până la 30 MHz;

modurile „DRM+”, care utilizează spectrul de la 30 MHz la banda III VHF, concentrat pe banda II a emisiunilor FM.

Astfel, utilizând DRM devine posibilă recepția clară pe unde scurte și se permite recepția clară în timpul nopții la distanță medie și lungă pe unde medii. În plus, rețelele de emițătoare DRM ce transmit același program pot folosi în partaj o singură frecvență fără interferență. DRM și AM pot funcționa în același domeniu de unde. Deoarece DRM poate funcționa cu un semnal mai mic la nivelul de zgomot, poate utiliza frecvențe care nu sunt potrivite pentru radiodifuziunea AM într-o zonă dată.

Diagrama bloc pentru transmisia DRM. În această diagramă (figura 1) se prezintă fluxul general al diferitelor clase de informații (audio, date etc.) de la originea lor dintr-un studio sau centru de control din stânga figurii până la un semnal de emisie DRM din dreapta figurii.

Există două clase de informații fundamentale:

audio codat și date care sunt combinate în multiplexorul serviciului principal și care organizează canalul serviciului principal (MSC);

informația care ocolește multiplexorul serviciului principal și care organizează canalul de acces rapid (FAC) și canalul de descriere a serviciului (SDC).Scopul acestor canale este legat de identificarea și selecția parametrilor pentru o transmisie și sunt selectate într-un receptor pentru asigurarea parametrilor de decodare potriviți.

Codorul sursei audio și precodoarele de date asigură adaptarea fluxurilor de intrare într-un format digital adecvat. Ieșirea acestor codoare poate fi alcătuită din două părți, din care fiecare va fi dată pentru unul din două niveluri de protecție diferite în interiorul codorului ulterior al canalului.

Multiplexorul combină nivelurile de protecție ale tuturor datelor și serviciilor audio într-un format definit în interiorul structurii cadru a fluxului de bit.

Dispersarea energiei determină o anumită dispunere aleatoare a biților, care reduce posibilitatea regularității nedorite în semnalul emis.

Codorul de canal adaugă biți suplimentari la date într-un mod definit, în scopul de a furniza o metodă pentru protecția la erori și corecția acestora și definește reprezentarea informațiilor codate digital în celule QAM. Acestea reprezintă purtătoarele principale ale informațiilor oferite la emițător pentru modulare.

Întrețeserea celulei rearanjează secvența de timp a biților de semnal într-un mod sistematic ca metodă de „scramblare” a semnalului, astfel încât refacerea finală a semnalului la un receptor să fie mai puțin afectată de fadingul rapid decât ar fi în cazul în care datele vocale sau muzicale ar fi fost transmise în aranjamentul lor continuu original.

Generatorul pilot injectează informațiile care permit unui receptor să obțină informațiile de egalizare a canalului, ținând seama de demodulația coerentă (include informațiile de fază) a semnalului.

Managerul celulei OFDM adună clasele diferite de celule și le aranjează într-o reprezentare timp – frecvență.

OFDM se realizează cu multe subpurtătoare, fiecare transportând propriul său semnal sinusoidal de amplitudine/fază pentru o perioadă scurtă de timp. Ansamblul de informații pe aceste subpurtătoare conține ceea ce este necesar pentru transmisie. În cazul unui semnal OFDM DRM ce ocupă un canal de 10 kHz vor fi de la 88 la 226 subpurtătoare, depinzând de modul de transmisie.

Modulatorul transformă reprezentarea digitală a semnalului OFDM în semnalul analogic ce va fi transmis printr-un emițător/antenă, reprezentările fundamentale amplitudine/fază modulând subpurtătoarele RF.

Fig . 3-6 Schema bloc pentru sistemul DRM

Sistemul permite transmisia in benzi joase a semnalului audio cu o calitate apropiata de transmisiile FM actuale. Pe langa transmisia semnalului audio pe mai multe canale in stereo sau limbi diferite poate integra date si text. Fata de transmisia digitala DAB pentru care este necesara alocarea unei benzi diferite de frecventa ( 174-230 Mhz si 1,4-1,6 Ghz ) radio DRM foloseste benzile L,M,S care practic au ramas neutilizate. Pentru transmisie fata de o banda de 9 Khz in cazul transmisiei analogice este necesara o banda de 4,5-5 Khz in cazul transmisiei monocanal sau 18-20 Khz in cazul transmisiei de inalta fidelitate sau cu sunet multicanal. Deasemenea costurile legate de transformarea emitatoarelor existente nu implica costuri mari pentru ca implementarea noii tehnologi este simplu de aplicat. Gama de aplicatii va include radiouri fixe , portabile , auto , pentru calculator sau incluse in terminale inteligente : PDA , GSM etc.

Radio DRM utilizeaza acelasi tip de modulatie COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex ) similar ca in transmisiile DVB-T sau DAB in care in latimea de banda a canalului sunt emise un numar mare de purtatoare in care sunt impachetate informatia audio si alte date auxiliare. Sunt folosite diferite tipuri de codare in functie de calitatea audio a semnalului transmis : MPEG4 AAC este folosit pentru transmisii generale sau de inalta calitate , MPEG CELP pentru transmisie voce in cazul in care nu exista continut muzical iar HVXC este utilizat pentru transmisie cu o rata foarte mica. Transmisia este caracterizata printr-o robustete foarte mare la perturbatiile externe , fiind definite 4 grade de robustete functie de calitatea semnalului audio si de distanta la care se doreste transmisia.

Marele atu al sistemului care poate sa constituie elementul determinant in succesul viitor este faptul ca in cazul transmisiilor in frecvente joase ( Lungi , Medii , Scurte ) aria de acoperire poate fi foarte mare la dimensiunile unei tari sau chiar al unui continent.

Aceasta in detrimentul radioului DAB care folosind frevente din banda FIF are o arie de acoperire restransa la un cerc cu o raza teoretica maxima de 60 Km daca relieful permite.

Acest lucru este perfect realizabil ca un post de radio poate emite printr-un singur emitator pe o singura frecventa si poate fi ascultat pe intreg teritoriul Romaniei sau chiar in toata Europa. Sau un alt scenariu : suntem in vacanta , ne deplasam cu masina prin Germania si ascultam la radio emisiunea preferata de la un post de radio romanesc. De aici putem realiza ca numarul de emitatoare poate fi redus existand astfel mai multe frecvente libere pentru alte posturi , costurile legate de emisie sunt mult reduse.

Primele experimente cu transmisii radio DRM s-au efectuat in anul 2000 rezultatele fiind spectaculoase. Astfel s-au realizat transmisii in banda de unde medii din Anglia cu receptie in Germania sau emisie din Portugalia in unde scurte receptia facandu-se in Finlanda sau Cipru. Experimentul s-a dovedit un succes deoarece calitatea receptiei a fost foarte apropiata de o transmisie FM fara a avea pierderi de semnal ( fading ).

Multe posturi de radio importante din Europa , Asia si America au deja transmisii regulate sau experimentale.

De exemplu popularul post RTL radio emite pe frecventa 6095 Khz ( unde scurte ) in format DRM.

HD Radio

HD Radio este un standard de radiodifuzare dezvoltat de compania iBiquity Digital Corporation si reprezinta denumirea comerciala a standardului IBOC (In-Band On-Channel). Acronimul HD nu provine de la expresia High Definition ci este marca inrergistrata de catre iBiquity si se pare ca este prescurtarea Hybrid Digital.

HD Radio utilizeaza banda de frecvente alocata transmisiilor FM (88-108MHz), insa nu utilizeaza semnalul analog ci foloseste un pachet de semnale analogice si digitale comprimate dupa algoritmul HDC (Hight Definition Coding), care este de tip Spectral Band Replication. Semnalul complex poate contine pana la 4 stream-uri audio precum si flux metadata si este modulat cu tehnica de transmisie multipurtatoare de mare viteza OFDM (Multiplexarea cu Divizare in Frecventa Ortogonala) si se transmite impreuna cu cu purtatoarea FM analogica. OFDM adună efectiv mai multe purtătoare modulate, strâns legate între ele, reducând banda necesară, dar păstrând semnalele modulate ortogonal, astfel că acestea nu interferă unele cu altele.

Principalul avantaj al HD Radio este ca pentru transmiterea programelor foloseste banda deja existenta FM avand in plus calitatea receptiei digitale. In cazul in care semnalul digital este prea slab receptorul trece pe receptia analogica pana cand receptia digitala se poate receptiona la parametrii optimi.

Facilitati oferite de HD Radio:

-PSD- Program Service Data.Pe ecranul receptorului se afiseaza informatii cum ar fi numele artistului si numele piesei.

-HD2/HD3 – Canale FM adiacente

-Digital Sound – Calitatea sunetului in format asemanator CD-ului

-iTunes Tagging –ofera posibilitatea selectarii piesei in contul personal itunes in vederea posibilitatii de cumparare ulterioara;

-Artist Experience –se pot vizualiza imagini pe ecranul receptorului(ex:coperta albumului);

-Live Pause –permite ascultatorului sa puna pauza sau sa inregistreze pana la 15 minute din transmisia live si sa o redea mai tarziu;

-Bookmark –se pot salva in memoria receptorului informatii despre piesa difuzata;

-Traffic – poate furniza informatii despre trafic in timp real. [9]

În România,frecvența utilizată este 100,6 Mhz, pe care Rock FM o folosește pentru transmisia terestră standard analogică. Prin folosirea tehnologiei HD Radio, pe lângă transmisia FM standard, este inserat, în aceeași bandă, și un semnal digital care transmite în București posturile grupului SBS Broadcasting Media (sub licenta iBiquity): Kiss FM, Magic FM, Rock FM și One FM..

HD Radio este cel mai răspândit în SUA (peste 2.000 de stații), Brazilia, China, Mexic, Panama, Republica Dominicană, Filipine, Ucraina, Jamaica. Tehnologia este în teste în multe alte țări: Argentina, Bosnia, Canada, Columbia, Cehia, Germania, Noua Zeelanda, Polonia, Elveția sau Indonezia.

Fig . 3-7 Aria de utilizare a sistemului HD radio [10]

În banda FM se ajunge la calitate CD iar în banda AM se ajunge la calitate FM .

Pentru AM Informatia digitala este transmisa cu un debit de 40 sau 60kbit/s. HD radio utilizeaza o banda de 20 kHz(+/- 10kHz) cu o distanta de 5 kHz intre benzi (AM analogic are 9kHz intre benzi).

Pentru FM Se pot transmite debite de 100 ,112,125 sau 150kbit/s in modul hibrid si pana la 300kbit/s in modul pur digital.

Mai exista si alte tipuri de radiodifuziune audio digitala cum ar fi :

DSR si ADR sunt primele sisteme de radio digitale prin satelit care transmit la o calitate similara cu DAB dar care au limitari fata de acesta :

-pot fi receptionate doar intr-o locatie fixa datorita modului de receptie de la satelit pe cand DAB este gandit pentru receptie in miscare. Acest lucru cantareste foarte greu in avantajul sistemului DAB deoarece 85% din receptia radio este portabila

-DSR si ADR sunt limitate din punct de vedere al serviciilor suplimentare si poseda o flexibilitate limitata la aplicatii multimedia.

Bibliografie

http://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=194

http://www.inscc.ro/radiocomunicatii/radiodifuziune-dab-si-drm/

http://www.electronica-azi.ro/articol/2730

http://www.etsi.org/technologies-clusters/technologies/broadcast :

http://www.craiovaforum.ro/stiri/nationale/kiss-fm-magic-fm-rock-fm-si-one-fm-transmit-prin-revolutionarul-sistem-de-emisie-digitala-terestra-hd-radio.html

http://www.radioaficion.com/HamNews/archivo/nuevas-tecnologias/2715-ique-es-dmbdigital-multimedia-broadcasting.html

http://www.antech.ro/pdf/RADIO_DIGITAL_DAB.pdf

http://www.agir.ro Asociatia Generala a Inginerilor din Romania

Revista Telecomunicatii nr.1/2009- Asociatia Generala a Inginerilor din Romania

Revista Telecomunicatii nr.2/2011- Asociatia Generala a Inginerilor din Romania

Notiuni de tehnica radio -Ian Poole; Editura Teora 2001

Manualul Inginerului electronist-Edmond Nicolau ; Editura Tehnica 1989

http://ro.wikipedia.org/wiki/Radiodifuziune

http://telecom.etti.tuiasi.ro/telecom Prof.dr.ing. Vlad Cehan

http://ro.wikipedia.org/wiki/Emitator

http://www.electroniq.net/tutoriale-electronica/transmisia-semnalelor-stereo-fm-cu-modulatie-frecventa.html

http://electronicstechnician.tpub.com

http://www.scritube.com/tehnica-mecanica/NOTIUNI-DESPRE-EMITATOARE-DE-T64751.php

Bibliography

Bibliography