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Nozioni genarali funzionamento Sincrono Nazionale

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Creato Mercoledì, 03 Maggio 2006

NOZIONI GENERALI SUL FUNZIONAMENTO DELLA RETE FONIA “isofrequenziale” AD ACCESSO SINGOLO RADIOAMATORIALE

(Natale Sardo, IW0UIF)

La caratteristica di una rete ISO, è quella di avere diversi ripetitori che operano sulla stessa frequenza al fine di coprire una vasta area senza eseguire alcun cambio di canale; questa soluzione non è esente da problemi.

Le aree di copertura di ciascun diffusore dovrebbero essere dimensionate in modo tale da non interferire le une con le altre, e cioè i limiti di campo di un diffusore dovrebbero essere dimensionati in modo tale da far sì che al limite di copertura di un diffusore coincida l’inizio dell’area servita da un altro ripetitore nella rete.

Nelle regioni dall’orografia complessa, soddisfare queste condizioni è tutt’altro che semplice: per poter coprire anche particolari zone è necessario disporre di un elevato numero di diffusori i quali consentono le comunicazioni anche in zone particolarmente sfavorevoli.

Però, se nelle cosiddette”zone d’ombra” la qualità risulta essere buona perché viene garantita da un singolo diffusore, lo stesso non si può dire di quelle aree molto aperte dove intervengono più campi generati da diversi diffusori e le comunicazioni risultano essere piuttosto disturbate a causa dell’interazione dei diversi ripetitori.

Diventa quindi di importanza fondamentale l’uso di antenne direttive e il loro puntamento, al fine di limitare la copertura di un singolo diffusore esclusivamente nell’area di sua competenza.

In caso contrario, da una stazione fissa o dal mezzo mobile la ricezione risulterà essere molto distorta e accompagnata da una specie di “gorgoglio”.

Per limitare questi inconvenienti nelle reti verranno adottate diverse soluzioni:

1°: Oscillatore del TX ad altissima stabilità

2°: Equalizzazione delle bf di diffusione

3°: Squelch a velocita’ variabile

4°: Modulazione di tipo casuale ed incorrelata

5°: Utilizzo di frequenze iperaudio per velocizzare le commutazioni

1°: Oscillatore del tx:

All’interno di ciascun diffusore sarà presente un oscillatore a quarzo la cui frequenza viene controllata dal clock fornito da un ricevitore GPS .

Detto punto è ancora da approfondire, in quanto la diversità di apparati in uso non mi permette di dare un indirizzo tecnico definitivo. Sarà un punto molto interessante su cui lavorare.

2°: Equalizzazione delle bf di diffusione:

Il collegamento in dorsale di ciascun diffusore subisce un ritardo dovuto al transito delle varie tratte; in una zona di equicampo potrebbero arrivare più di un ripetitore il cui ritardo di BF misurato come ritardo di fase tra frequenze comprese tra 300 e 3000Hz dovrà essere compreso tra 0 e +- 400 microsec. Se questa condizione non viene rispettata, la ricezione risulterà fortemente distorta.

E’ chiaro che le informazioni viaggiano alla velocità della luce, grazie alle portanti. Un’onda elettromagnetica quindi compie 30 km. ogni 100 microsec. Supponiamo che la modulante sia una nota di 1000 Hz: dalla relazione L/F avremmo un periodo di 1 ms.

Una volta modulata la nota di 1000 Hz sulla portante, ogni 30 Km la modulante subirà un ritardo di 1 di periodo rispetto al punto di partenza. Questo ritardo per ogni portante che giunge in zone di equicampo produrrà, a causa delle diverse distanze dei diffusori, una distorsione del segnale nel ricevitore su cui si ascolta detta “distorsione di ritardo”.

Per sopprimere questa distorsione, dovremmo posizionare i ripetitori alle stesse distanze sia rispetto alle zone di equicampo e sia verso il master.

Questa soluzione non potrà mai essere realizzata, perciò anziché agire sulla distanza fisica, si fa in modo che almeno elettricamente le distanze siano uguali.

Per fare ciò, il segnale modulante verrà ritardato con apposite celle di ritardo di quantità precise rispetto ai ripetitori più distanti.

Nella nostra configurazione la BF proveniente dal ricevitore di link sarà elaborata in funzione della posizione geografica dei satelliti collegati alla circolare di quella rete e dei relativi equicampo che si potranno verificare.

Concludendo questa parte, per risolvere i problemi nelle zone di equicampo bisogna che:

1° ) le portanti siano perfettamente identiche di frequenza

2° ) i ripetitori siano elettricamente alla stessa distanza

3° ) le deviazioni siano perfettamente identiche in tutti i ripetitori

4° ) far cadere le zone di equicampo in un raggio più piccolo possibile

3°: Squelch a velocita’ variabile:

Nelle reti ISO vi è un altro inconveniente: una stazione in movimento potrebbe impegnare più di un ripetitore, di conseguenza alcuni avranno un migliore rapporto di S/N rispetto ad altri, a causa delle differenze di campo dovute alla diversa dislocazione dei ripetitori; se non si adottano particolari precauzioni, potrebbe venire irradiata la BF proveniente dal ricevitore con uno scarso S/N, con conseguente perdita di qualità della trasmissione.

Perché questo non accada è indispensabile che in tratta venga inviata esclusivamente la BF con il migliore rapporto di S/N, escludendo quelle provenienti dagli altri ripetitori.

Il procedimento di scelta è il seguente: nel momento in cui il ripetitore riceve il segnale proveniente da una stazione, viene attivata una temporizzazione sullo squelch, il cui tempo necessario per l’apertura sarà in funzione dell’intensità di campo ricevuta, e cioè maggiore sarà il tempo impiegato per l’apertura, più basso sarà il campo presente al ricevitore del ripetitore, di conseguenza peggiore sarà la qualità.

La stazione , nel nostro caso il satellite esegue queste temporizzazioni e dopo aver calcolato detto tempo abilita il TX di Link inviando in rete una frequenza iperaudio che viene ricevuta dalla circolare che a sua volta si abilita in TX e in invia in rete oltre alla fonia una frequenza iperaudio diversa da quella di accesso, il cui compito e quello di bloccare i TX di link degli altri satelliti collegati alla stessa circolare.

Nella configurazione da noi utilizzata il satellite impegnato e la relativa BF immessa in rete sarà ridiffusa anche in locale dal TX del satellite.

Le funzioni svolte, nel loro complesso, si possono identificare come quelle dello squelch di un ricevitore a cui venga imposto un ritardo di intervento funzione inversa della qualità del campo ricevuto.

La qualità del campo ricevuto viene misurata come tensione residua di rumore per silenziamento da portante radio; la valutazione viene fatta per una banda di circa 1Khz centrata sulla frequenza di 32 Khz.

La tensione di rumore viene rettificata verrà rettificata con una costante di tempo di circa 5 ms. ed inviata ad un convertitore analogico digitale facente capo a una logica di controllo.

Il sistema di misura dovrà avere una dinamica di almeno 40dB da –120 dBm a – 80 dBm; i valori compresi in questo intervallo verranno suddivisi in quattro ho cinque gruppi a ciascuno dei quali viene fatto corrispondere un tempo variabile da gruppo a gruppo a salti di 25 ms.

Trascorsa tale temporizzazione, se sono rispettati i criteri per poter effettuare un impegno della rete il satellite immetterà nella stessa la BF del ricevitore e la Freq. iperaudio per gli altri servizi descritti in precedenza.

4° : Modulazione di tipo casuale ed in correlata:

Questa particolare modulazione viene impiegata per determinare una differenza di frequenza tra le portanti dei singoli diffusori al fine di impedire un’annullamento prolungato della trasmissione e garantire le comprensibilità anche nelle condizioni più sfavorevoli.

L’ampiezza e lo spettro di frequenza del segnale pseudo casuale saranno dimensionati in modo da contenere i tempi di annullamento della portante anche quando ci sia coincidenza di frequenza e opposizione di fase, assicurando la comprensibilità anche nelle condizioni più critiche.

Lo spettro del segnale pseudo casuale con cui viene modulato l’oscillatore del TX di diffusione è pari a 0/50 Hz.

Detto oscillatore viene modulato da un generatore di rumore pseudo casuale che gli conferisce quelle caratteristiche adatte ad evitare le anomalie sopra descritte.

Detta particolarità non viene utilizzata nelle reti puramente sincrone, dove la frequenza di sincronizzazione dei diffusori viene generata dal master.

5° : Utilizzo delle frequenze iperaudio:

L’utilizzo delle frequenze iperaudio è dettato dal fatto che la decodifica di dette frequenze e molto più veloce rispetto alle classiche frequenze CTCSS.

Dati alla mano, circa 30 volte, vista la nostra tipologia di rete, diventa determinate questa applicazione.

La frequenza iperaudio è una freq. superiore al canale audio (CCITT M 1020 banda fisica 300-3400 Hz).

Dunque, le freq. utilizzate saranno superiori a 3.600 Hz. Esse verranno modulate con un valore di –10 dB rispetto alla fonia. (+/- 800 Hz); ovviamente non devono essere udibili dall’utenza.

Nella nostra configurazione è previsto l’utilizzo di due freq.: una per attivazione della circolare e una per il blocco del TX di link del satellite (MUTE) emessa dalla circolare in modo TONE/BUSY.

Nel satellite, si prevede l’utilizzo di un generatore della freq. di attivazione della circolare, la cui freq. è di 3650 Hz.

Di un ricevitore della freq. di MUTE 3750Hz, emessa dalla circolare.

Per il collegamento alla circolare non è previsto l’utilizzo di toni subaudio.

La circolare avrà un ricevitore per la decodifica della freq. iperaudio 3650Hz di attivazione della stessa, e un generatore per la freq. iperadio 3750 Hz di MUTE dei TX di link.

Dette freq. potrebbero essere modificate in corso d’opera.

L’utilizzo delle frequenze CTCSS è previsto nella protezione del ricevitore di accesso alla rete con le freq. attualmente in uso.

CONFIGURAZIONE SISTEMA CIRCOLARE

L’utilizzo delle circolari in questa configurazione e’ determinante; il loro scopo e’ quello di interconnettere le reti delle varie zone fra loro.

Detta circolare è un classico ponte ripetitore le cui frequenze di lavoro sono diverse da quelle di diffusione, avrà uno shift di 1.6Mhz su frequenze in banda UHF amatoriale in via di definizione.

Lo shift di 1.6 Mhz sarà più o meno in funzione delle connessioni da realizzarsi sul territorio nazionale.

Come descritto nel 5° punto, saranno utilizzate le frequenze iperaudio per la sua attivazione e riddiffusione.

Quando la circolare riceve la frequenza iperaudio 3650 Hz trasmessa dal satellite impegnato nella rete, essa provvede ad attivare il PTT della circolare stessa e irradiare in modo TONE/BUSY la frequenza iperaudio 3750 Hz di funzione MUTE per i satelliti non impegnati.

Una volta attivata la circolare, essa avrà una coda di circa un minuto; ciò è importante per ridurre i tempi di commutazione per un successivo impegno della rete.

Nel contesto della rete, le circolari saranno collegate fra loro ed alcune circolari saranno dotate d’apparato di link, che funzionerà sempre con la modalità delle frequenze iperaudio in modo TONE/BUSY.

La catena delle circolari prevede la prima circolare con TX alto - RX basso; la successiva TX basso - RX alto, con annesso apparato di Link, avente TX basso – RX alto, e via di seguito.

Saranno create inoltre delle tratte interlink alternative tra le circolari per garantire la continuità del sistema.

CONFIGURAZIONE SATELLITE D’ACCESSO ALLA RETE

Il satellite è sicuramente la parte più complessa del sistema, considerando che i circuiti da realizzarsi sono diversi e necessitano di una particolare attenzione, non sarà il classico RIPETITORE che tutti noi conosciamo.

La parte su cui si dovrà lavorare con particolare attenzione è il COR di gestione, che comprenderà dei circuiti vitali per il funzionamento dello stesso. Il satellite in oggetto sarà così composto:

a) un Ponte Ripetitore;

b) un apparato di Link;

c) un circuito COR di gestione.

La canalizzazione che sarà adottata è di 25 Khz.

Ne consegue che gli apparati da utilizzare devono rispettare detta canalizzazione.

Il ricevitore deve avere una banda fisica 300-3400 Hz (CCIT M 1020), e deve poter demodulare le frequenze iperaudio descritte in precedenza, ed equipaggiato di decoder subaudio.

Stesse caratteristiche per il trasmettitore, banda fisica 300-3400 Hz, modulare le frequenze iperaudio descritte e nessun tono subaudio. La frequenza irradiata deve essere stabile ed il relativo VCO controllato da un clock fornito con l’ausilio di un GPS.

L’apparato di Link provvederà a collegare il satellite alla circolare, dovrà avere le caratteristiche della canalizzazione a 25 Khz.

La bassa frequenza proveniente dal ricevitore prima di essere inviata al relativo tx del Ponte verrà equalizzata, con una “rete di ritardo” opportunamente calcolata in funzione del sistema su cui è connesso calcolando le zone d’equicampo presenti.

Il COR comprenderà le seguenti parti:

a) Generatore di frequenza iperaudio per l’attivazione della circolare su cui si è collegati, detta frequenza sarà irradiata dall’apparato di link;

b) Ricevitore di frequenza iperaudio per la modalità MUTE /PRIORITA’ da link, generata dalla circolare su cui si è collegati e ricevuta dall’apparato di link.

La modalità MUTE/PRIORITA’ è in sostanza il blocco del TX di link e la messa in MUTE del ricevitore del Ponte, quando la rete è impegnata da un altro satellite.

c) Circuito per l’elaborazione della tensione di SQUELCH del ricevitore del Ponte.

Detto circuito definirà lo SQUELCH a velocità variabile in funzione della tensione, determinata dal segnale ricevuto e darà un tempo per l’attivazione del trasmettitore del ponte e del Tx di Link.

d) Circuito generatore di rumore pseudo casuale che a lo scopo di conferire alla rete quelle caratteristiche adatte ad evitare nelle zone di sovrapposizione da più ripetitori effetti persistenti di buio radio,questo circuito andrà a modulare il VCXO con uno spettro da 0/50 Hz.

CARATTERISTICHE TECNICHE GENERALI DELLA RETE

Stabilità di frequenza: -+ 0,1 ppm

Picco di variazione di freq.

rispetto al valore nominale dovuto al

segnale pseudo casuale: -+ 0,5 ppm (-+80 Hz)

Spettro del segnale pseudo casuale

con cui l’oscillatore viene modulato: 0=50 Hz

Ritardi delle bf di link per l’equalizzazione

delle tratte.Valori regolabili: 0,025 ms. da 0,5 ms. a 12 ms.

Ritardi di traduzione della qualità del segnale RF:

Tempi di ritardo e numero di livelli previsti: nr. 6 di 15 ms. cadauno

Ritardo massimo(segnale vicino alla soglia): 170 ms.

Ritardo minimo (segnale oltre 40 db sopra la soglia): < 100ms.

Differenze tra le caratteristiche del segnale fonico all’ingresso di modulazione di due qualsiasi trasmettitori collegati alla stessa circolare:

Tempi di transito: < -+50 micro/sec.

Tra le fasi alla freq. di 1 Khz: < -+20 gradi

Tra le ampiezze alla freq. di 1 Khz : < -+0,5 dB

Tra i ritardi di gruppo relativi alla freq. di 1 Khz

nella banda 0,3-3.4 Khz: < -+50 micro/sec.

Tra le ampiezze relative riferite alla freq.1 Khz

nella banda 0,3-3.4 Khz: < -+0,5 dB

La dislocazione sul territorio delle circolari è da definire, ma in parte gia è stato preparato un prospetto.

CONFIGURAZIONE CIRCOLARE MASTER

IL RICEVITORE DELLA CIRCOLARE DOVRA’ AVERE UNA OTTIMA LINEARITA’ DELLA BASSA

FREQUENZA UTILE (200-4000 HZ).

IL RICEVITORE DOVRA ESSERE DOTATO DI DECODER IN RX

IL TRASMETTITORE DOVRA EMETTERE UN TONO IN TX DIVERSO DA QUELLO DI RX.

LA MODALITA’ SARA’ QUELLA DEL TONE BUSY CON UNA CODA DI 2 SECONDI

RIMANE DA DEFINIRE LA CONFIGURAZIONE DEI DIFFUSORI:

1° SINCRONIZZAZIONE TX

2° EQUALIZZAZIONE DELLE BF.

3° RITARDO DELLA BF

4° PRIORITA’ PER IL DIFFUSORE COLLEGATO ALLA CIRCOLARE

5° STUDIARE LA SCELTA DELLE BF DA IMMETTERE IN DIFFUSIONE UTILIZZANDO I GRADINI DI SQ.

6° SISTEMA RADIANTE IN FUNZIONE DEGLI EQUICAMPI DA EVITARE

DETTE ATTIVITA’ SI DEVONO SVOLGERE IN FUNZIONE ALLE APPARECCHIATURE GIA’ IN USO

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