ラジオリピーター
無線リピーターは、双方向の無線信号がより長い距離をカバーできるように、信号を受信して再送信する無線受信機と無線送信機の組み合わせです。標高の高い場所に設置されたリピーターは、2つのモバイルステーションが通信できるようにします。リピーターは、プロ、商業、および政府のモバイル無線システム、およびアマチュア無線にも見られます。
リピーターシステムは2つの異なる無線周波数を使用します。モバイルは1つの周波数で送信し、中継局はそれらの送信を受信して、第2の周波数で送信します。リピーターは信号の受信と同時に送信する必要があり、送信と受信の両方に同じアンテナを使用することもあるため、受信機が送信信号によって過負荷になるのを防ぐために周波数選択フィルターが必要です。一部のリピーターは、2つの異なる周波数帯域を使用して、入力と出力を分離したり、利便性を高めています。
通信衛星では、トランスポンダーが同様の機能を果たしますが、トランスポンダーは中継された信号を必ずしも復調するわけではありません。
全二重動作
リピーターは、通常、山頂、高層ビル、またはラジオ塔にある自動無線中継局です。これにより、距離や障害物のために互いに直接通信できない2つ以上の基地、モバイルまたはポータブルステーション間の通信が可能になります。
リピーターは、1つの無線周波数（「入力」周波数）で受信し、信号を復調し、同時に「出力」周波数で情報を再送信します。リピーターを使用するすべてのステーションは、リピーターの入力周波数で送信し、その出力周波数で受信します。リピーターは通常、それを使用する他の無線機よりも高い位置にあるため、その範囲は大幅に拡大されます。
トランスミッターとレシーバーが同時にオンになるため、リピーター自身のトランスミッターがリピーターのレシーバーを劣化させないようにするために、アイソレーションが存在する必要があります。リピーターのトランスミッターとレシーバーが十分に分離されていない場合、リピーター自身のトランスミッターがリピーターのレシーバーの感度を低下させます。問題は、ロックコンサートに参加していて、バンドの非常に強い信号よりも会話の弱い信号を聞くことができないことに似ています。
一般に、入力周波数と出力周波数の分離を可能な限り最大化することにより、受信機を送信機から分離することが容易になります。
リピーターを介して動作する場合、移動局はリピーター出力とは異なる周波数で送信する必要があります。リピーターサイトは同時受信と送信（2つの異なる周波数）が可能でなければなりませんが、移動局は一度に1つのモードで動作し、受信と送信を交互に行うことができます。そのため、モバイルステーションは、リピーターサイトで必要とされるかさばる高価なフィルターを必要としません。移動局には、同じ周波数で送受信するために「トークアラウンド」モードを選択するオプションがあります。これは、モバイルユニットの範囲内でローカル通信に使用されることがあります。
周波数分離：入力から出力
すべての無線リピーターの入力周波数と出力周波数の間隔に関する設定ルールはありません。設計者が受信機と送信機の間で十分な分離を得ることができる間隔が機能します。
一部の国では、一部の無線サービスの下で、システムライセンスで必要とされる合意された規約または分離があります。たとえば、米国の入力および出力周波数の場合：
- 144〜148 MHz帯域のアマチュアリピータは通常600 kHz（0.6 MHz）間隔を使用し、1.25メートル帯域では1.6 MHz間隔を使用し、420〜450 MHz帯域では5 MHz間隔を使用し、902〜 928 MHz帯域では、25 MHzの分離が使用されます。
- 450〜470 MHz帯域のシステムでは、5 MHzの分離を使用して、より高い周波数で入力します。例：入力は456.900 MHzです。出力は451.900 MHzです。
- 806〜869 MHz帯域のシステムは、低周波数の入力で45 MHzの分離を使用します。例：入力は810.1875 MHzです。出力は855.1875 MHzです。
- 軍事システムでは、10 MHz以上の間隔を使用することをお勧めします。
これらはほんの一例です。運用システムには、入力周波数と出力周波数の間に他の多くの分離または間隔があります。
同じ帯域周波数
同じ帯域リピータは、同じ周波数帯域の入力周波数と出力周波数で動作します。たとえば、米国の双方向無線では、30〜50 MHzが1つの帯域で、150〜174 MHzがもう1つの帯域です。入力が33.980 MHz、出力が46.140 MHzのリピーターは、同じ帯域リピーターです。
同じ帯域リピータでの中心的な設計上の問題は、リピータ自身の送信機が受信機と干渉しないようにすることです。送信機と入力周波数受信機の間の結合を減らすことをアイソレーションと呼びます。
両面印刷システム同帯域リピータでは、単一のアンテナとデュプレクサと呼ばれるデバイスを使用して、送信機と受信機の間の分離を作成できます。デバイスは、アンテナに接続された調整されたフィルターです。この例では、 バンドパスデュプレクサと呼ばれるタイプのデバイスを考えます。それは、周波数の帯域（または狭い範囲）を許可、または通過させます。
デュプレクサフィルタには2つのレッグがあり、1つは入力周波数を通過するように調整され、もう1つは出力周波数を通過するように調整されます。フィルターの両脚はアンテナに結合されています。リピーター受信機は受信レグに接続され、トランスミッターは送信レグに接続されます。デュプレクサは、2つの方法でトランスミッタによるレシーバ感度の低下を防ぎます。第1に、受信レグは、受信機入力での送信機のキャリアを大幅に減衰させ（通常90〜100 dB）、受信機のフロントエンドが過負荷（ブロッキング）になるのを防ぎます。第二に、送信レグは、受信機周波数の送信機ブロードバンドノイズを、通常は90〜100 dB減衰させます。送信機と受信機の周波数が異なるため、単一のアンテナで同時に動作できます。
結合システム多くの場合、混雑した機器サイトの各リピーターに個別のアンテナを収容するのに十分なタワースペースがありません。設計された共有機器サイトの同じ帯域リピーターでは、リピーターを共有アンテナシステムに接続できます。これらは、1つのトランクシステムに対して最大29のリピーターが同じサイトに配置されるトランクシステムでは一般的です。 （iDENサイトなどの一部のアーキテクチャには、29を超えるリピーターがあります。）
共有システムでは、通常、受信アンテナはアンテナタワーの上部にあります。受信アンテナを上部に配置すると、受信アンテナが2つのうち低い場合よりも弱い受信信号をキャプチャするのに役立ちます。アンテナからの受信信号を分割することにより、多くの受信機は単一のアンテナで十分に機能します。 レシーバーマルチカプラーと呼ばれるデバイスは、アンテナからの信号を多くのレシーバー接続に分割します。マルチカプラーは、アンテナに到達した信号を増幅し、それらを複数の受信機に送り、電力分割器（またはスプリッター）の損失を補おうとします。これらはケーブルTVスプリッターと同様に動作しますが、強い干渉信号が存在する環境で動作するように、より高い品質基準に合わせて構築する必要があります。
送信側では、受信アンテナの下のどこかに2番目の送信アンテナが取り付けられています。送信アンテナと受信アンテナの間の距離によって定義される電気的な関係があります。送信アンテナが最小距離を超えて受信アンテナの真下にある場合、望ましいヌルが存在します。低品質のデュプレクサ（約-60デシベル）とほぼ同じ分離は、送信アンテナを受信アンテナの下、および中心線に沿って設置することで実現できます。 コンバイナーと呼ばれるフィルターを使用して、複数の送信機を同じアンテナに接続できます。通常、送信機には、アンテナが故障した場合に反射電力を遮断するフィルターとともに指向性デバイスが取り付けられています。アンテナには、接続されているすべての送信機のエネルギーの合計を同時に処理できる電力定格が必要です。
送信機を組み合わせたシステムは損失が大きくなります。経験則として、コンバイナの各脚には50％（3デシベル）の電力損失があります。 2つの送信機がコンバイナーを介して単一のアンテナに接続されている場合、それらの電力の半分はコンバイナー出力に到達します。 （これはすべてが正常に機能していることを前提としています。）4つの送信機が1つのアンテナに結合されている場合、各送信機の電力の1/4が結合回路の出力に到達します。この損失の一部は、アンテナゲインの増加で補うことができます。アンテナへの50ワットの送信機電力は、100ワットとほぼ同じ遠隔モバイル無線での受信信号強度になります。
多くのチャネルを備えたトランクシステムでは、サイトの設計に複数の送信アンテナを含めて、ネットワーク損失の組み合わせを減らすことができます。たとえば、6チャネルのトランクシステムには、2つの送信アンテナがあり、2つの送信アンテナのそれぞれに3つの送信機が接続されている場合があります。小さな変動はすべてのアンテナに影響するため、各アンテナの指向性パターンはわずかに異なります。各アンテナは、塔や他の近くのアンテナと異なる方法で相互作用します。受信信号レベルを測定すると、単一のトランクシステム上のチャネル間でばらつきが生じます。 1つのトランクシステム上のチャネル間の信号強度の変動は、次の原因でも発生する可能性があります。
- コンバイナの故障部品、
- デザインの特徴、
- 緩いコネクタ、
- 不良ケーブル、
- 誤ったフィルター、または
- 誤ってインストールされたコンポーネント。
クロスバンドリピーターは、政府のトランク無線システムの一部である場合があります。 1つのコミュニティがトランクシステム上にあり、隣接するコミュニティが従来のシステム上にある場合、他のコミュニティと通信するためにトークグループまたはエージェンシーフリートサブフリートを指定できます。コミュニティが153.755 MHzにある例では、トランクシステムトークグループでの送信は153.755 MHzで繰り返されます。 153.755 MHzで基地局が受信した信号は、割り当てられたトークグループのトランクシステムを経由します。
従来の政府システムでは、異なる帯域で無線システムを使用する2つの機関を接続するために、クロスバンドリピータが使用されることがあります。たとえば、コロラド州の消防署は46 MHzチャネルで、警察署は154 MHzチャネルで、2つの機関間の通信を可能にするクロスバンドリピーターを構築しました。
システムの1つがシンプレックスである場合、リピーターには、同時に両方向のトランスミッターキーイングを防止するロジックが必要です。互換性のない基地局を接続するために、トランスミッタキーイングマトリックスを備えた投票コンパレータが使用されることがあります。
歴史的古いシステムの記録を見ると、規制が許可している米国のすべての無線サービスで、クロスバンド商用システムの例が見つかりました。カリフォルニアでは、少なくとも1960年代以降、クロスバンドリピーターを使用する特定のシステムが存在します。クロスバンドシステムの歴史的な例は次のとおりです。
- ソラノ郡消防署（旧消防局）：46.240入力; 154.340出力。このシステムは1980年代に解体され、現在では同じ帯域の中継器になっています。
- フレズノのミッドバレー消防地区（旧消防局）：入力46.140。 154.445の出力。このシステムは1980年代に解体され、現在では同じ帯域の中継器になっています。
- サンタクララ郡公園レクリエーション局（旧森林保護無線サービス）：44.840 MHz入力; 151.445 MHzの出力。このシステムは1980年代に解体され、現在では同じ帯域の中継器になっています。
- カリフォルニア州、知事の消防局、消防署（旧消防無線局）：33.980 MHz入力; 154.160 MHz出力。
商用システムでは、メーカーは1980年代初頭に公共安全システムの許容可能な仕様を備えたクロスバンドモバイル無線機器の製造を停止しました。当時、新しい無線機器が利用できなかったため、一部のシステムは解体されました。散発的なE電離層ダクトにより、夏には46 MHz以下の周波数が使用できなくなります。
リンクとして何十年もの間、クロスバンドリピータは固定リンクとして使用されてきました。リンクは、遠隔地の基地局の遠隔制御に使用したり、音声をダイバーシティ（投票）受信サイトからダイバーシティ結合システム（投票コンパレータ）に送信したりするために使用できます。一部のレガシーリンクは、米国の150〜170 MHz帯域で発生します。米国連邦通信委員会の規則の変更により、1970年代以降は150 MHzのリンクが許可されませんでした。新しいリンクは、72〜76 MHz（ミッドバンド）、450〜470 MHzのインタースティシャルチャネル、または900 MHzのリンクでよく見られます。これらのリンクは、米国のライセンスで固定ステーションとして知られ、通常、機器サイトを派遣オフィスに接続します。
車両リピーター現代のアマチュア無線には、無線トランシーバに固有のクロスバンドリピート機能が含まれている場合があります。
商用システムでは、クロスバンドリピーターが車両リピーターで使用されることがあります。たとえば、150 MHzのハンドヘルドは、車載の低電力トランシーバと通信できます。低電力無線は、はるかに長い範囲を持つ車両の高電力移動無線を介してポータブルからの送信を繰り返します。これらのシステムでは、ハンドヘルドは低電力モバイルリピーターの範囲内にある限り機能します。モバイル無線機は通常、モバイル無線送信機がハンドヘルドから車両への送信に干渉する可能性を減らすために、ハンドヘルドとは異なる帯域にあります。
- たとえば、MotorolaはPAC * RTと呼ばれる車両リピーターシステムを販売しました。 150 MHzまたは450 MHzのハンドヘルドで使用でき、一部のMotorolaモバイル無線とインターフェイスしていました。
- 1980年代、ゼネラルエレクトリックモバイルラジオには、ハンドヘルドへの453 MHzの車両リピーターリンクを備えた463 MHzの緊急医療サービスラジオがありました。
これらのシステムには、難しいエンジニアリング上の問題があります。同じ場所で2つの車両無線を取得する場合、1つのポータブル送信が2つ以上のモバイル無線送信機をアクティブにしないように、何らかのプロトコルを確立する必要があります。 MotorolaはPAC * RTの階層システムを使用し、各リピーターがオンになるとトーンを送信するため、オンになるサイトの最後のトーンが使用されます。これは、それらのいくつかが一度にオンになっていないためです。
車両リピーターは複雑ですが、広いエリアをカバーし、ハンドヘルド無線の弱い信号レベルで動作するシステムを設計するよりも安価です。無線信号の一部のモデルは、携帯無線機の送信機が、同様の送信機出力電力を備えた移動無線機よりも1から2桁（10から20デシベルまたは10から100倍）弱い受信信号を基地局で作成することを示唆しています。
システム設計の一部としての設置
無線リピーターは通常、意図した目的に対して効果を最大化する場所に配置されます。
- 「低レベル」リピーターはローカル通信に使用され、同じ無線周波数の他のユーザーとの干渉を減らすために低高度に配置されます。低レベルシステムは、都市全体と同じくらいの広さのエリア、または単一の建物と同じくらい小さいエリアに使用されます。
- 「ハイレベル」リピーターは、高いタワーまたは山頂に配置され、カバレッジエリアを最大化します。これらのシステムを使用すると、低電力の無線（ハンドヘルド「トランシーバー」など）を使用するユーザーは、何マイルにもわたって互いに通信できます。
