Радиосистемы. Часть 1

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

 

Этот материал дает простое понимание по основным вопросам, из-за которых возникают от 80 до 90% проблем с беспроводными системами, и представляет решения, подходящие для большинства этих случаев. Однако имейте в виду, лучшее решение – избегать проблем с самого начала. Конечно, это не гарантирует безотказной работы, но шансы значительно возрастают.

Данное собрание знаний о радиосистемах представлено высококвалифицированными профессионалами, список которых возглавляет Гарри Стэнфилл, работающий с радиосистемами, и смежными с ними технологиями более 40 лет. Наша искренняя благодарность Гарри и всем, кто внес свой вклад в написание этого материала, состоящего из трех частей.

Часть 1. Основы работы

Любому, кто хотя бы раз пользовался радиомикрофоном, не нужно объяснять его преимущества. Отказ от кабелей позволяет сосредоточиться на послании, которое нужно донести, вместо того, чтобы обращать внимание на механику доставки этого послания (никаких доставучих проводов под ногами). Тем не менее — беспроводные системы могут быть немного загадочными, особенно для тех пользователей, кто испытывал с ними проблемы, возникшими по неясным для него причинам.
Самый простой путь к пониманию беспроводных систем – думать о них, как о маленьких теле- или радиовещательных станциях: передатчик посылает сигнал, который ловится приемником. По ряду причин (размер, вес, емкость батарей и государственное регулирование) беспроводные системы работают на довольно малой мощности и поэтому имеют ограниченную дальность действия.

Радиомикрофон (ручной, с оголовьем, или петличный) — суть передатчик, состоящий из микрофонного капсюля, электронной схемы обработки звука, и антенны, как правило, встроенной в корпус. Он отправляет радиосигнал к совместимому приемнику, у которого также есть антенна, схема выбора и обработки сигнала, с которой впоследствии сигнал отправляется по кабелю в звуковую систему.

Приемник и передатчик радиосистемы должны быть настроены на одну и ту же частоту. Все остальные радиосистемы должны быть таким же образом настроены на свои собственные частоты. Если две беспроводных системы в одном и том же месте делят одну и ту же частоту, получится ужасный шум.

То же самое случается, если на той же частоте работают и другие передатчики, особенно — телевизионные станции. Так как их передатчики излучают очень мощный сигнал, они являются распространенной причиной помех для радиосистем. Даже если нужная радиосистеме частота свободна в данном, конкретном месте, каждая частота используется много раз, если учитывать масштаб страны. Опять-таки, это всё происходит из-за малой мощности передатчика сигнала в радиосистеме.

Имейте, однако, в виду, что нет абсолютной гарантии того, что свободная в этом месте частота будет так же свободна везде, даже в пределах города. Эта черта беспроводных систем иногда озадачивает пользователей; правительство следит за проблемами с высокомощными сигналами коммерческого вещания, но пользователи маломощных беспроводных систем сами несут ответственность за предупреждение подобных проблем в своей работе.

К счастью, многие радиосистемы (разработанные в последние 15 лет или около того) предлагают некоторую степень свободы в настройке частоты (так называемый «выбор частот»). Это значит, что пользователь может выбирать рабочую частоту из числа доступных вариантов, от 4-х и, до более 1 000 частот, в зависимости от модели.

Чем больше частот беспроводная система предлагает, тем выше шансы найти свободную, которую в этом месте ещё никто не занял. Более того, в больших городах, где больше частот занято многочисленными пользователями, особенно важна возможность выбирать из как можно большего числа вариантов частот.

Fig11Наличие множества свободных частот также помогает пользователям радиосистем избежать другой потенциальной проблемы: пассивной интермодуляции. Она возникает, когда частоты двух передатчиков (любого типа) «объединяются» в приемнике, производя дополнительные шум и помехи на соседних частотах. Чаще всего интермодуляция вызывается сочетанием частот двух телевизионных передатчиков, или телепередатчика и трансмиттера радиосистемы.

Так как источник интермодуляции находится вне контроля пользователя беспроводной системы, выбор сужается до смены рабочей частоты радиосистемы. Это ещё одна причина выбрать беспроводную систему, оснащенную возможностью выбора большого количества частот.

По закону (в США) радиосистемы могут работать в диапазонах телевизионных каналов, которые не используются в данном регионе. Если беспроводная система вызывает помехи у телезрителей в этой местности, (что может случиться при низком уровне телевизионного сигнала), на эти помехи, скорее всего, пожалуются, привлекая к пользователю радиомикрофонов нежелательное внимание со стороны правоохранительных органов.

Значит, для использующего радиосистемы человека жизненно необходимо иметь на руках список частот телеканалов, вещающих в месте его работы, чтобы не пересекаться с ними. Несмотря на то, что многие беспроводные системы могут «автоматически» выбирать частоту или сканировать локальную активность в радиоэфире, всё-таки возможно попасть в частоту телеканала и заработать неприятности на свою голову.

Радиосистемы доступны в диапазонах “VHF” и “UHF” (соответственно — метровый и дециметровый диапазоны) строго соответствующие частотам телеканалов с 7 по 13 в метровом и с 14 по 69 в дециметровом диапазонах. Вопрос — какой диапазон лучше, в достаточной степени решен производителями беспроводных систем, которые в основном, предлагают системы UHF-диапазона (дециметрового).

Дополнительные диапазоны, в которых работают радиомикрофоны, включают в себя: «диапазон 944 МГц» — от 944 до 952 МГц. Этот диапазон зарезервирован исключительно для радиовещателей. Некоторые радиомикрофоны используют диапазон промышленной, научной и медицинской радиосвязи (от 902 до 928 МГц), который не требует лицензирования. Ну и наконец — 2,4 ГГц, ещё один нелицензированный диапазон, используемый производителями беспроводных систем.

Хотя классический дециметровый диапазон для телевещания занимает все каналы вплоть до 69-го, каналы с 52 по 69 (от 698 до 806 МГц) были переведены на нетелевизионное использование – федеральная комиссия связи при правительстве США разделила этот диапазон и распродала на торгах различным компаниям под беспроводные устройства для потребительского рынка. Таким образом, отныне использовать радиомикрофоны в этой полосе частот противозаконно. Даже если радиосистема многие годы беспроблемно работала в этом диапазоне, теперь это нелегально.

Из-за всех этих соперничающих в эфире сигналов в обоих, VHF и UHF-диапазонах, даже высококачественные беспроводные системы попадают в неприятности, когда рабочее расстояние составляет около 100 футов (30 метров) от передатчика до приемника. Проблемы дальности приема проявляются в шипении и шуршании, за которыми следует полная потеря звукового сигнала (выпадение).

В дополнение к низкой мощности передатчика рабочую дистанцию беспроводных систем ограничивают две другие проблемы. Первая – это поглощение радиосигнала конструкциями здания, оборудованием, или экранирование сигнала металлическими объектами вроде электропроводки, воздуховодов, железных шкафчиков, и т.п. находящимися между трансмиттером и ресивером.

Часто применяется идея «прямой видимости», согласно которой путь сигнала от передатчика к приемнику должен быть открыт и свободен от препятствий. Если проще, то это значит, что поглощение радиосигнала, скорее всего, будет небольшим, если человек с радиомикрофоном в руке может видеть антенны приемника.

Вторая проблема, называемая multipath — явление, в результате которого появляются многочисленные зоны сложения и вычитания сигнала. Это происходит из-за отражений радиосигнала от препятствий и фазовой нейтрализации, часто возникающих на довольно коротких расстояниях между трансмиттером и ресивером.

tech_diversityЧтобы преодолеть эту проблему, большинство современных беспроводных приемников использует технику разнесенного приема (diversity). Эта технология использует две немного разнесенные в пространстве антенны, что делает маловероятной ситуацию, когда обе антенны одновременно окажутся в зоне слабого сигнала.

Приёмник автоматически выбирает антенну с наиболее сильным сигналом, не только решая проблему пространственной интерференции, но и увеличивая дистанцию уверенного приема радиосистемы.

Заключительное замечание: многие пользователи были удивлены (вопреки россказням об обратном), узнав, что правительство США предписывает лицензировать радиосистемы перед вводом в эксплуатацию. К сожалению, реформы в федеральной комиссии связи, выпускающей эти лицензии, осложняют стремление добросовестных пользователей соответствовать требованиям законодательства.

В итоге, конечно, подавляющее большинство пользователей не попадают в неприятности. Но имейте в виду — нелицензированная беспроводная система это нарушение правил федеральной комиссии связи, следовательно – теоретически, это может повлечь за собой штрафы. На практике, у ФКС нет ни ресурсов, ни намерения гоняться за «среднестатистическим» пользователем радиомикрофонов, так что риск невелик. Но, он не нулевой. В связи с недавними изменениями в распределении частот этот вопрос вновь пересматривается.

Похоже, что ФКС собирается упростить процедуру регистрации радиосистем для таких пользователей, как церкви, театры, музыканты и др. Это полезно, особенно в том случае, когда в том же частотном диапазоне, который мы используем в данный момент, появляются все новые и новые устройства бытовой электроники.

Продолжение следует.

По материалам профессиональной прессы. Перевод Игорь Бурлак.

Часть 2.
Часть 3.


  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Обсуждение