无线对讲系统基本原理PPT课件.ppt

2020 1 9 欢迎学习 无线对讲系统通信原理 2020 1 9 帮助你从下列各方面对无线对讲机系统通信有一个全面的了解 课程简介 无线对讲设备 系统运作 静噪和转发器 天线 塔与传输线 频率与频谱 传送距离与覆盖范围 无线对讲系统 2020 1 9 课程简介单元一双向无线对讲系统绪言 为什么要使用对讲机系统以及对讲机如何工作 无线对讲设备 静噪 转发器单元二天线 塔与传输线 什么是天线以及天线的类型 什么是塔与传输线 无线对讲系统通信原理概述 2020 1 9 课程简介 单元三频率与频谱 什么是频率与频谱 频带特征 选择适当的频带单元四传送距离与覆盖范围 什么是传送距离和覆盖范围 影响传送距离与覆盖范围的因素单元五无线对讲系统 常规对讲系统 集群系统 课程简介 2020 1 9 为什么要使用无线对讲系统 1 3 2020 1 9 为什么要使用无线对讲系统 1 3 1 2020 1 9 为什么要使用无线对讲系统 1 3 2 2020 1 9 为什么要使用无线对讲系统 1 3 3 线 2020 1 9 无线对讲系统如何工作 1 4 2020 1 9 无线对讲系统如何工作 1 4 1 无线对讲系统原理图 2020 1 9 要使无线对讲机工作 需要有一个发射器发射信号和一个接收器接收信号 在发射器中 话筒将话音信号转换成电信号 但这种电信号很弱 频率太低 不能传送到远处 发射器将这些音频信号处理和放大成无线电信号 并将它们传送给天线 由天线将这些无线电信号发射到空中 接收天线接收无线电信号 然后传送给接收器 接收器将这些无线电信号转换成原始音频信号 再传送给扬声器 然后就可以听到原来的声音信息了 此外 接收器和发射器工作均需要电源 因此 所有无线对讲机都有一个电源 无线对讲系统如何工作 1 4 2 2020 1 9 双向无线对讲系统绪言 无线对讲设备的类型 无论集中调度还是单机对讲系统 都要求有双向对讲设备 这些对讲设备必须能够发射和接收信息 对讲设备可以分为下列几类 固定式车载式便携式 1 5 2020 1 9 固定设备 1 5 1 固定式设备 基站 位于中央调度台的无线对讲设备叫做基站安装在一个固定位置时 常称为固定设备 如办公室或总部 基站包括一个发射器 一个接收器 一个电源以及一个内置扬声器基站的电源为标准220V交流电 2020 1 9 固定设备 1 5 1a 在简单系统中 基站不过是一部安装在机架上 带电源 且可以放在桌面上使用的可移动设备 2020 1 9 车台一般安装在轿车和其他车辆内用于业务 车台电源采用车上的电池车台包括一个发射器和一个接收器 并且还要订购一个扬声器 一个话筒和天线 车载式设备 备注 目前的大多数车台都非常紧凑 可以安装在仪表板的下面或附近 1 5 2 2020 1 9 手机是指小型的 可以让保安和智慧人员在工作时随身携带的对讲机 它的电源来自自带的电池 手机包括一个发射器 一个接收器以及一个内置扬声器 话筒和天线 便携式 1 5 3 2020 1 9 无线对讲系统的运作 1 6 同频单工最基本的无线对讲系统是单工系统 由若干在同一频率上工作的无线对讲设备组成 因为所有人都在一个频率上发射和接收 用户不可以同时说话和接听 单工的意思就是同在某个时刻在一个方向上传送信息 异频单工在异频单工系统中 发射器在一个频率上工作 而接收器在另一个频率上工作 调度台采用这种方式控制系统 各车台和手机之间不能相互对话或接听 因为它们的发射器和接收器在不同的频率上工作 只有调度员才能听到所有的信息 2020 1 9 同频单工 原理图 同频单工系统是最简单的无线电通信形式 这样的系统在一个频率上工作的两台或两台以上对讲设备组成 其中的一台或多台可以是基站 可以是车台 也可以是手机 因为所有的人都在同一个频率上发射和接收 如图中的T1和R1 在通话范围内一部对讲机可以听到另一部对讲机中的谈话 一个大型的通信系统可以采用几个不同的单工频率来覆盖不同区域 1 6 1 2020 1 9 所有对讲机都既能发射又能接收发射器和接收器在同一个频率上工作用户不能同时既说话又接听无论系统中有多少台对讲机 在某一时刻只有一台对讲机可以说话没有私密性 同频单工 特征 系统中的所有对讲机都可以听到其它对讲机的谈话内容 1 6 1a 特征 2020 1 9 在这种类型的系统中 发射器在一个频率上工作 而接收器在另一个频率上工作 这种类型的系统用于调度台必须控制系统的情况 在这样的系统中 基站在T1中发射 而车台在频率R1接收 同样 车台在频率T2发射 而基站在频率R2接收 各车台之间不能听到相互间的谈话 因为他们的发射器在不同的频率上工作 只有调度台才能听到所有的信息 异频单工 原理图 1 6 2 2020 1 9 双向无线对讲系统绪言 所有对讲机都既能发射又能接收不能同时既说话又接听发射器在一个频率上工作 而接收器在另一个频率上工作系统中的所有车台 手机 都可以听到调度员说话 但各车台 手机 之间不能听到其它对讲机重中的谈话 只有调度员可以听到多有车台和手机的谈话 异频单工 原理图 特征 1 6 2a 2020 1 9 有两种类型的静噪 载波静噪 编码静噪 哑音频 CTCSS 哑音数码 CDCSS 静噪 1 7 静噪电路用来将不需要的信号与噪声在到达扬声器之前减小或消除 2020 1 9 常被称为噪声补偿静噪用来防止没有信息传送时从扬声器听到噪声 载波静噪 1 7 1 2020 1 9 双向无线对讲系统 载波静噪 1 7 2 2020 1 9 载波静噪 续 1 7 3 2020 1 9 编码静噪可以使接听者只接受到发给他们的信息只要当接收到的信息带有预先设定好的代码时扬声器才会打开两种常见的编码静噪是 音调哑音频作 哑音数码音调编码静噪系统使用亚音频单音频率 有多达42个不同的音调代码可以使用 数字编码静噪 称作 哑音频 CTCSS 数字编码静噪在功能上与音调编码静噪一样 但不用音调而是使用84个不同的数字代码之一来启动扬声器 编码静噪 1 7 4 2020 1 9 编码静噪 续 1 7 5 2020 1 9 转发器 1 11 2020 1 9 转发器操作 1 11 1 2020 1 9 转发器的安装 1 11 2 2020 1 9 转发器 拓展范围 1 12 3 2020 1 9 转发器 仔细的频率安排 1 12 4 2020 1 9 转发器 解决方式A 1 12 4 2020 1 9 转发系统具有下列特点 所有转发器都是全双工的 也就是说 它们能在同一时刻既接收又发射 每个转发器必须有两个频率 一个发射 一个接收 系统中的每一台无线对讲机都必须有两个频率 对讲机在转发器的发射频率上接收 接受频率上发射 所有通话都通过转发器 现场机是单工的 它们不能同时发射和接收 具有有限的通信私密性 转发器的特点 1 12 7 2020 1 9 位于控制台的调度员在频率2上发送信息 转发器在频率2上接收信息 车台B 手机A和手机C在频率1上接收到该信息 假定位于转发器覆盖范围东边缘的车台A要与位于西边缘B通话 由于它们之间的距离太大 不可能进行车台对车台的通话 于是 出现下列情况 车台A用频率2发射信息 转发器用频率2接收到该信息后用频率1以更高的功率重新发射 车台B用频率1接收到该信息 转发器的运作 1 12 8 2020 1 9 单元一 小结 1 13 1 2020 1 9 列出四种类型的天线按客户需要选择适当类型的天线描述塔的作用详细解释传输线 单元二 目的 2 1 通过本学习本单元 你可以 2020 1 9 什么是天线 天线 天线是一种专门设计来传送来自发射器的无线电信号 并将这种信号发射入大气中的设备 这种信号能够传送多远受多种因素的影响 其中天线起着主要的作用 天线是专门设计来传送无线电信号的设备 2 3 2020 1 9 全向天线定向天线 天线类型 心形单向双向 2 4 2020 1 9 全向天线 覆盖范围 全向 omni directional 天线在360度的范围发射无线电信号 全向天线用于天线位置位于覆盖区中心附近的情况 采用这种天线时在所有方向上传送距离大致是一样的 2 5 2020 1 9 定向天线 覆盖范围 2 6 1 心形天线 是一个向某个方向集中的心脏形状的信号发射图 能使该方向的通话距离增加 用于天线位置位于其覆盖范围边缘附近的情况 2020 1 9 单向天线 其发射方向图更加偏向一个方向 它的目的是要将无线电信号集中在一个狭长的区域内 适用于狭长地带或者带状区域 需要较大传送距离的情况 定向天线 覆盖范围 2 6 2 2020 1 9 定向天线 覆盖范围 2 6 3 双向天线 增加垂直于天线平面的方向上的传送距离 可以很好地覆盖公路和铁路沿线的长条形区域 2020 1 9 塔的作用是什么 塔的主要功能是提高一部或几部天线的高度 使其升高到空中 以使无线电信号能够覆盖规定的地理区域 塔 可以通过将天线安装在楼顶上或在山顶上建造天线塔来提高天线的高度 因此 塔的高度由能满足客户需要的和足以使系统正常工作的传送距离来决定 2 7 2020 1 9 传输线是专门设计来在基站与天线之间有效地传送无线电信号的传输线由内外两层相互绝缘的同心导体组成 从而为电流提供通道 传输线 2 8 2020 1 9 传输线 续 基站通过传输电缆与天线相连 基站位置与天线位置一般应该尽可能接近 2 9 2020 1 9 单元三 目的 3 1 2020 1 9 频率 3 3 2020 1 9 每完整地前后移动一次叫做一个周期 如果一个信号以每秒1000次得数率前后移动 那么它的频率就是每秒钟1000周期 每秒钟内的周期数称为赫兹 所以 该信号的频率就是1000赫兹 大多数无线电信号是每秒数百万周期 称为兆赫兹 MegaHertz 简称为MHz 周期 3 4 2020 1 9 频谱 3 5 2020 1 9 无线对讲机频带 3 6 商业调幅AM 535KHZ到1 6MHz 和调频FM 88到108MHZ 这两个广播频带是电磁频谱中大家较为熟悉的 每一个频带又分为若干个频率 每个地方台均有一个分配给他的使用专用频率 2020 1 9 好易通使用的频带 3 7 2020 1 9 对于无线通信来说很重要得频带特征是 频带特征 传播噪声传送距离 3 8 2020 1 9 传播一种无线波相对于障碍物的传播方式 障碍物包括大气 大气造成无线电波减弱或散射 影响的大小取决于频率长 环绕着地球的大气会衰减和折射无线电信号 就像它衰减和折射光一样 传播 3 9 共有三种传播方式地波传播天波传播视线传播 2020 1 9 地波传播 低频无线电波 低于300kHz 能沿着地球曲面传播 这种类型的传播称为地波 groundwave 在这个频带无线电波能沿着地球的曲面传播到很远的地方去 使用低频地波可以进行远达数千英里的远距无线通信 3 10 2020 1 9 频率与频谱 天波传播 3 11 电离层有时会使无线电信号发生反射及 或 折射 2020 1 9 视线传播 3 12 最适合无线电双向传输的情况 2020 1 9 视线传播 3 13 最适合无线电双向传输的情况 Walter 此处怀疑有错误 2020 1 9 频率较低的无线电波比频率较高的无线电波容易穿过雾和尘土 低频调幅广播电台的无线电信号可以传播很远 甚至超出地平线 并且可以反射回地球 在很远的地方被接收到 频率较高的电视和调频商业广播电台的无线电信号会被地球大气吸收 所以只限于视线波上传播 这就是为什么频谱中40GHz以上的大多数频率不用于无线电通信的原因 传播的类型 3 14 2020 1 9 电磁噪声干扰来自机器和发动机 噪声 甚高频 VHF 低段信号对噪声干扰很敏感 因为噪声的频率很低 甚高频 VHF 高段信号对噪声干扰的敏感性很小 特高频和800 900MHz信号基本上对噪声干扰不敏感 结论 在高噪声地区选择低频带不好 3 15 2020 1 9 传送距离 3 16 2020 1 9 62 2020 1 9 频带 3 17 2020 1 9 信道容量一词用来描述分配给同一频率的用户数目 信道容量 在有些地方 信道容量已非常大 以致于某些信道或频率上不再允许其他用户加入 在多数国家使用信道要经过政府部门批准和取得许可证 3 18 由于频谱是一种有限资源而且用户的数量太大 许多无线电信道变得很拥挤 2020 1 9 信道容量 3 19 2020 1 9 当地政府部门 管理委员会 负责管理无线电 电视 有线 卫星以及电缆通信 我国主要由无线电管理委员会 国际上的频谱管理事务由 国际电信联盟 ITU 负责 频谱管理机构 备注 在美国 联邦通信委员会 FCC 负责管理无线电 包括商业广播和双向对讲系统 电视 有线 卫星以及电缆通信 在欧洲 主要由ETSI负责 在世界各地 使用无线对讲设备必须取得许可 必须向有关政府机关申请 这种许可允许用户使用某个或若干个特定频率 取得许可必须满足一些特定的资格规定 3 20 2020 1 9 频谱管理机构 3 21 单元三小结 2020 1 9 频谱管理机构 3 22 单元三小结 续 2020 1 9 不同频带的优缺点 3 23 不明白 2020 1 9 不同频带的优缺点 3 24 2020 1 9 不同频带的优缺点 3 25 2020 1 9 不同频带的优缺点 3 26 2020 1 9 定义传送距离 覆盖范围列出两种增加系统覆盖范围的方法说明影响覆盖范围的原因 导致的问题以及可能解决这些问题的方法 4 1 单元四目的 通过本学习本单元 你可以 2020 1 9 什么是传送距离与覆盖范围 4 3 当一台无线对讲机背向基站天线行驶时 在某个点时它接收到的无线电信号非常弱 或者说它不能从自己的天线获得足够与基站通话的能量 当这种情况发生时 该对讲机就已到达了系统传送距离的边界 覆盖范围是指我们对于某个区域中估计通信状况的置信程度 我们可以说 在覆盖范围内在90 的地点某台无线对讲机可以通话 这是一个用时间和地点表示的统计概率 如果客户能接受质量较低的服务 比如说80 的时间和80 的地点 那么系统能够覆盖的范围就可以更大一些 但是 我们一般还是推荐90 的时间和90 的地点的覆盖范围为最合适的服务水平 最理想的双向无线对讲机系统要以最低的成本满足客户的特定通信需求 2020 1 9 影响传送距离与覆盖范围的因素 4 4 2020 1 9 无线对讲设备使用的频带所用天线的类型系统工作区的地形总体工作区电磁噪声的大小 影响传送距离与覆盖范围的因素 4 5 这些因素中的每一种都是重要因素 它们决定着信号可达多远以及可与何处通话 影响传送距离与覆盖范围的因素 2020 1 9 选择频带的第一步是确定将要使用该无线对讲系统的用户属于何种类型需要考虑的主要问题是获得信道的可能性 频带 4 6 例一 假定一个用户要从基站与某个车台通话 若该用户位于一个中等大小的城市 人口为10万或20万 系统要求覆盖附近部分城区及郊区 那么 如果可能的话 甚高频 VHF 高段是较适合的频带 例二 如果用户要求覆盖某大城市的繁华区 而且可以将天线安装在高楼之类的建筑物上 那么合适的频带是特高频 UHF 这是因为UHF频率的无线电波容易穿透和绕过 高层建筑 例三 如果用户在农村 要求覆盖该区大部分地区 甚高频 VHF 低段是最佳的选择 2020 1 9 发射器功率和接收器灵敏度 4 7 2020 1 9 发射器功率和接收器灵敏度 4 8 2020 1 9 所使用的天线的类型也会影响传送距离和覆盖范围 这是因为不同的天线具有不同的传送距离和覆盖范围限制 天线类型 4 9 下行距 一词指一部车台或手机可以收到基站天线发射信号的距离 上行距 一词指调度台仍能接听到一部车台或手机发来的信号时 该车台或手机本身与基地天线之间可能达到的最大距离 由于车台或手机与基站相比固有限制更多一些 上行距通常要比下行距小一些 2020 1 9 天线类型及其增益 4 10 2020 1 9 增益天线 4 11 增加发射器功率在经济上并不总是可行的 而且 联邦通信委员会 FCC 也不是在任何时候都允许这么做 解决该问题的另一个办法是使用增益天线 gainantenna 增益是指一部天线能增加其有效发射功率的能力 就是通过改变天线的正常发射方式 得到不同的辐射方向图 使其偏重某个方向 从而延长信号能达到的距离 使用高增益天线能使边缘区更好地接收 2020 1 9 天线高度和位置 4 12 影响无线对讲系统覆盖范围最关键的因素是基站天线的高度和位置 这是因为从理论上讲 一个无线对讲系统的传送距离限定在此系统天线处能看到的无线电地平线之内 天线的位置也很重要 例如 如果选择一座被5000英尺高的大山包围着的3000英尺高的小山作为安装天线的位置是没有意义的 大体上讲 天线在空中的位置越高 能够覆盖的区域就越大 2020 1 9 由于无线电波沿着视线路径传播 地形起伏会给通信带来许多困难 天线与地形 4 13 山丘和谷地在覆盖范围中造成盲区 shadows 这样的盲区常常被称为 通信死点 communicationholes 高大建筑会在覆盖范围内产生同样的效应 在这种情况下 如果提高天线的高度 大多数通信死点就能消除 因此 天线高度在很大程度上能解决地形引起的问题 2020 1 9 在边缘地区噪声问题可能会很严重 如果所需信号与噪声相比太弱 最终会被噪声淹没 使用增益天线有助于这个问题的解决 电磁噪声 4 14 噪声 某种或者各种类型的电子干扰 电子噪声由输电线 霓虹灯 电动马达以及其它无线电通信系统产生 当一部对讲机背向基站天线移动时 它最终会因收到的能量太少而不能有效地进行通信接收 覆盖范围地边缘称作边缘区 fringearea 在边缘区中噪声问题可能很严重 很简单 与噪声相比 无线电信号太弱 在边缘区 增大发射器地功率可以增加接收对讲机天线的能量水平 从而有助于克服噪声 2020 1 9 天线的高度 4 15 计算还不会 2020 1 9 自由空间允许损失 4 16 2020 1 9 移动无线系统的天线位置 4 17 2020 1 9 单元四 小结 4 19 单元四小结 2020 1 9 单元四 小结 4 20 2020 1 9 列出不同类型的无线对讲系统说明常规和集群系统地基本构成了解常规和集群系统如何工作 单元五 目的 5 1 通过本学习本单元 你可以 2020 1 9 单机对讲中央调度转发系统 常规无线对讲系统的类型 5 3 目前使用的大多数无线对讲系统都是常规系统 对许多用户来说 这些系统无论在功能上还是在经济上均是最好地选择 本区转发系统共用转发系统车载转发系统 2020 1 9 在这种类型的系统中 现场人员可以相互通话 所有现场人员都配备着双向无线对讲机 车台或手机 系统中的每个人都能听到其他人的谈话 单机对讲 5 4 常规系统中最基本的类型是单机对讲通信 这种类型的系统可使现场工作人员之间直接通话 2020 1 9 在这种类型的系统中 若有一个调度员要与一组现场人员通话 必须通过无线对讲系统传送信息 这组人员要调到相同的频率上才能听到该信息 中央调度 5 5 现场工作人员可以向调度员发送信息 告知收到信息或者问清意思 此外 现场用户还可以通过无线对讲系统与调度员通话 而无需去找一部电话 2020 1 9 使用转发器是一种扩展对讲系统传送距离的最好方式 当转发器收到一个来自车台或手机的信号时 它的发射器就会打开并转发信息 与发出信号的车台或手机相比 转发器总是在较高的功率下 通过较高的天线完成转发的 转发系统 5 6 本区转发系统共用转发系统车载转发系统 2020 1 9 最常见的转发器类型是用来在控制台与车台和 或 手机之间转发信息的那一种 车台与手机发射器在一个频率上工作 而它们的接收器上另一个频率上工作 转发器的发射器的频率与车台和 或 手机的接收器频率一致 当转发器接收到一个来自对讲机的信号时 其发射器打开 并将该信号发送出去 转发条件总是优先发出信号的对讲机 车台与手机相互之间不能直接通话 必须通过转发器 对于控制台也是如此 注意 在一个转发系统中也可以使用寻呼机 转发系统 续 5 7 2020 1 9 本区转发系统 5 8 2020 1 9 共用转发系统 5 11 一个共用转发系统允许许多不同用户共享一个转发系统 用户只需要购买一个小型本区控制台和所需数量的车台或手机 而不用去买整套转发系统 只要在共用转发器上租用点空间 每月付标准租金就行 2020 1 9 车载转发系统 5 12 车载转发器由手机的收发器部分加上逻辑电路组成 制成可以安装在车内的形式 它用自己的天线 并且与车台相连 为了避免由于与对讲机离得太近带来的干扰问题 车载转发器必须在不同于车台的频带工作 比如说 一个UHF对讲机必须使用一个VHF车载转发器 2020 1 9 在同一系统中的不同用户通话组共享无线电信道 而不会听到或干扰其他通话组的谈话 什么是集群 5 13 2020 1 9 集群系统的组成部分 5 14 一个HYT集群系统由下列部分组成 若干集群转发器一个中央控制器若干现场机 2020 1 9 集群系统的组成 续 5 15 2020 1 9 集群转发器一个集群无线对讲系统首先包括一系列转发器 一个HYT集群系统的转发器数量最多能达28个 其中一个转发器被指定用来发射和接收数据信息 该转发器称为 控制信道 其他转发器被称为 话音信道 中央控制器中央控制器是一台作用很象交通警察的电脑 它处理所有的入台和出台数据 当中央控制器接收到一个话音信道要求时 会为其指定一个可以使用的转发器 现场机在集群系统中 用户被划分成各个通话组 每个用户通话组由一个位于调度点的控制台和一组车台及手机组成 所有集群对讲机都能切换到系统中任何其他转发器的频率上 它们有各自独一的代码 用于识别每一个对讲机 并且表明该对讲机属于哪个通话组 集群系统的组成 续 5 16 2020 1 9 集群系统如何工作 5 17 2020 1 9 假定一个集群系统处于空闲状态 一号转发器被指定为控制信道 空闲状态指没有用户通话的时候 此时所有的对讲机都在监听控制信道发出的数据 处于空闲状态时 中央控制器不断地在控制信道上发出数据信号 所有用户机都接收这些数据信号 以便知道需要监听地控制信道是哪一个 中央控制器也在监听控制信道 以便知道是否有人想进行通话 所有这些都是自动进行地 如果B组中的一台对讲机发出一次呼叫 当其话筒发出信号时 一组代表该对讲机及其通话组的数据信号自动被送入控制信道 表明通话组B中有一个用户有一个通话要求 这个通话要求首先通过控制信道传送 接着由中央控制器处理这个通话要求 并将一个空闲话音信道分配给这个通话组全组 这种信道安排指令通过另一组数据在控制信道上发回给对讲机 然后 该通话组中的每台对讲机自动转换到指定的话音信道上 并接听该信息 所有这些在不到半秒钟钟内完成 不妨碍接听到发话人的第一个词 集群系统如何工作 5 18 2020 1 9 集群系统如何工作 续 5 19 不属于通话组B的其他人不理会这些信息 继续监听控制信道 最后 当通话结束后 通话组B的对讲机转换回控制信道 重新继续接听来自中央控制器的数据信号 同样 如果通话组A中的某个用户发起一个呼叫要发送一条信息 控制信道会分配一个空闲信道给通话组A的所有对讲机 由于每个通话组被分配了具有不同频率的信道 通话组A中的用户不能听到通话组B谈话 反过来也如此 集群无线对讲系统常常用于有许多部门的政府机构 比如说警察局和消防机构可以使用同一基础设施 工作时可作为不同的用户通话组 集群也可以用于共享系统和公众服务 在这种情况下 不同的公司 比如说出租汽车公司 建筑公司和