ОДНОЧАСТОТНАЯ СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С РЕТРАНСЛЯТОРОМ
SINGLE-FREQUENCY RADIO COMMUNICATION SYSTEM WITH RETRANSLATOR

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано в системах передачи цифровой информации по сетям связи между удаленными корреспондентами с применением ретрансляторов.
Известна система радиосвязи (авторское свидетельство SU №1688426, МПК H04B 7/185, опубликовано в 1991 г.), содержащая передающую станцию, ретранслятор, включающий в себя приемную и передающую антенны, приемник, преобразователь, усилитель мощности, блок измерения уровня сигналов, переключатель, гетеродин, состоящий из трех усилителей, трех делителей, управляемого и эталонного генераторов, фазового детектора, фильтра нижних частот и порогового блока, приемную станцию, включающую в себя приемную антенну, приемник и два блока контроля.
Представленный аналог позволяет обеспечить радиосвязь между абонентами, находящимися на значительном удалении друг от друга.
Недостатком аналога является то, что система радиосвязи при использовании двух частот обеспечивает только симплексную одностороннюю связь. Это существенно ограничивает ее возможности по ведению радиосвязи между абонентами.
Наиболее близким по технической сущности и выполняемым функциям аналогом (прототипом) к заявленной является система радиосвязи с ретранслятором (патент RU №2371852, МПК H04B 7/24, опубликован в 2009 г.), которая содержит первую и вторую радиостанции, каждая из которых содержит блок коммутации и сопряжения, модулятор, передатчик, фильтр развязки, приемо-передающую антенну, приемник, демодулятор и блок контроля, а также ретранслятор, состоящий из приемной и передающей антенн, приемника, блока измерения уровня сигналов, переключателя, преобразователя, усилителя мощности, гетеродина, включающего в себя первый, второй и третий усилители, первый, второй и третий делители, управляемый генератор, эталонный генератор, фильтр нижних частот, фазовый детектор и пороговый блок.
При такой совокупности описанных элементов система радиосвязи с ретранслятором позволяет обеспечить дуплексную радиосвязь между абонентами, находящимися на значительном удалении друг от друга, и улучшить качество связи.
Однако устройство-прототип имеет недостаток: для обеспечения дуплексной связи необходимо использовать четыре частоты.
Задачей изобретения является создание одночастотной системы радиосвязи с ретранслятором, которая позволит повысить эффективность использования частотного ресурса и обеспечить дуплексную связь между абонентами, находящимися на значительном удалении друг от друга, с использованием одной частоты, при этом возможно размещение ретранслятора на объекте, имеющем пространственную нестабильность (например, воздушное или морское транспортное средство).
Эта задача решается тем, что одночастотная система радиосвязи с ретранслятором, содержащая первую приемо-передающую радиостанцию, которая состоит из блока коммутации и сопряжения, модулятора, передатчика, приемо-передающей антенны, приемника, демодулятора, при этом выход модулятора соединен с входом передатчика, выход приемника соединен с входом демодулятора, станционные вход и выход блока коммутации и сопряжения являются информационными входом и выходом первой радиостанции, ретранслятор, который состоит из приемника, преобразователя (модулятора) и усилителя мощности, при этом выход преобразователя подключен к входу усилителя мощности, вторую приемо-передающую радиостанцию, которая состоит из блока коммутации и сопряжения, модулятора, передатчика, приемо-передающей антенны, приемника, демодулятора, при этом выход модулятора соединен с входом передатчика, выход приемника соединен с входом демодулятора, станционные вход и выход блока коммутации и сопряжения являются информационными входом и выходом второй радиостанции, согласно изобретению первая приемо-передающая радиостанция дополнена контроллером, кодером, высокочастотным ключом, декодером, блоком ввода и хранения служебной информации. Линейный выход блока коммутации и сопряжения соединен с первым информационным входом контроллера. Первый информационный выход блока коммутации и сопряжения соединен с входом кодера. Выход кодера соединен с входом модулятора. Выход передатчика соединен с первым входом высокочастотного ключа. Второй вход высокочастотного ключа соединен с приемо-передающей антенной, а третий вход соединен с входом приемника. Выход демодулятора подключен к входу декодера. Выход декодера соединен со вторым информационный входом контроллера, второй информационный выход которого соединен с линейный входом блока коммутации и сопряжения. Управляющие выходы (входы) контроллера соединены с управляющими входами (выходами) передатчика, высокочастотного ключа, приемника, блока коммутации и сопряжения, блока ввода и хранения служебной информации, на вход которого подается служебная информация. Ретранслятор дополнен первым высокочастотным ключом, вторым высокочастотным ключом, вторым приемником, первым демодулятором, вторым демодулятором, первым декодером, вторым декодером, контроллером, первым кодером, вторым кодером, вторым преобразователем (модулятором), вторым усилителем мощности, блоком ввода и хранения служебной информации, блоком определения пространственного положения, первой и второй приемо-передающими фазированными антенными решетками и блоком управления фазированными антенными решетками. Выход (вход) первой приемо-передающей фазированной антенной решетки соединен с первым входом первого высокочастотного ключа. Второй вход первого высокочастотного ключа соединен с входом первого приемника. Выход первого приемника соединен с входом первого демодулятора. Выход первого демодулятора соединен с входом первого декодера. Выход (вход) второй приемо-передающей фазированной антенной решетки соединен с первым входом второго высокочастотного ключа. Второй вход второго высокочастотного ключа соединен с входом второго приемника. Выход второго приемника соединен с входом второго демодулятора. Выход второго демодулятора соединен с входом второго декодера. Выходы первого и второго декодеров соединены с первым информационным входом и вторым информационным входом контроллера. Первый информационный выход контроллера соединен с входом первого кодера. Выход первого кодера подключен к входу первого преобразователя (модулятора). Выход усилителя мощности подключен к третьему входу первого высокочастотного ключа. Второй информационный выход контроллера соединен с входом второго кодера. Выход второго кодера подключен к входу второго модулятора. Выход второго модулятора подключен к входу второго усилителя мощности. Выход второго усилителя мощности подключен к третьему входу второго высокочастотного ключа. Информационный выход блока определения пространственного положения соединен с третьим информационным входом контроллера. Управляющие выходы (входы) контроллера соединены с управляющими входами (выходами) первого и второго приемников, первого и второго усилителей мощности, первого и второго высокочастотных ключей, блока управления фазированными антенными решетками, блока ввода и хранения служебной информации. На вход блока ввода и хранения служебной информации подается служебная информация. Первый и второй управляющие выходы блока управления фазированными антенными решетками соединены с управляющими входами первой приемо-передающей фазированной антенной решетки и второй приемо-передающей фазированной антенной решетки. Вторая приемо-передающая радиостанция дополнена контроллером, кодером, высокочастотным ключом, декодером, блоком ввода и хранения служебной информации. Линейный выход блока коммутации и сопряжения соединен с первым информационным входом контроллера. Первый информационный выход блока коммутации и сопряжения соединен с входом кодера. Выход кодера соединен с входом модулятора. Выход передатчика соединен с первым входом высокочастотного ключа. Второй вход высокочастотного ключа соединен с приемо-передающей антенной, а третий вход соединен с входом приемника. Выход демодулятора подключен к входу декодера. Выход декодера соединен со вторым информационный входом контроллера, второй информационный выход которого соединен с линейный входом блока коммутации и сопряжения. Управляющие выходы (входы) контроллера соединены с управляющими входами (выходами) передатчика, высокочастотного ключа, приемника, блока коммутации и сопряжения, блока ввода и хранения служебной информации, на вход которого подается служебная информация. Приемо-передающая антенна первой радиостанции по эфиру связана с первой приемо-передающей фазированной антенной решеткой ретранслятора, а вторая приемо-передающая фазированная антенная решетка ретранслятора по эфиру связана с приемо-передающей антенной второй радиостанции.
Перечисленная новая совокупность существенных признаков обеспечивает возможность работы линии связи с ретранслятором на одной частоте, что позволит повысить эффективность использования частотного ресурса, при этом возможно размещение ретранслятора на объекте, имеющем пространственную нестабильность.
Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие изобретения условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Заявленная одночастотная радиолиния с ретранслятором поясняется схемами:
фиг.1 - функциональная схема устройства;
фиг.2 - функциональная схема контроллера радиостанции;
фиг.3 - функциональная схема контроллера ретранслятора;
фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы одночастотной линии связи с ретранслятором;
фиг.5 - временные диаграммы, поясняющие принцип сжатия потока во времени.
Одночастотная система радиосвязи с ретранслятором содержит первую приемо-передающую радиостанцию 1, ретранслятор 2 и вторую приемо-передающую радиостанцию 3. Первая приемо-передающая радиостанция 1 содержит блоки коммутации и сопряжения 4, блок ввода и хранения служебной информации 5, кодер 6, модулятор 7, передатчик 8, высокочастотный ключ 9, приемник 10, демодулятор 11, декодер 12, приемо-передающую антенну 13 и контроллер 14. Ретранслятор 2 содержит первый приемник 18, второй приемник 19, первый демодулятор 20, второй демодулятор 21, первый декодер 22, второй декодер 23, контроллер 24, блок ввода и хранения служебной информации 25, блок определения пространственного положения 26, первый кодер 27, второй кодер 28, первый модулятор 29, второй модулятор 30, первый усилитель мощности 31, второй усилитель мощности 32, первый высокочастотный ключ 17, второй высокочастотный ключ 33, первую приемо-передающую фазированную антенную решетку 15, вторую приемо-передающую фазированную антенную решетку 16 и блок управления фазированными антенными решетками 34. Вторая приемо-передающая радиостанция 3 содержит приемо-передающую антенну 35, блоки коммутации и сопряжения 36, блок ввода и хранения служебной информации 37, кодер 38, модулятор 39, передатчик 40, высокочастотный ключ 41, приемник 42, демодулятор 43, декодер 44 и контроллер 45. Станционные вход и выход блока коммутации и сопряжения 4 являются информационными входом и выходом первой приемо-передающей радиостанции 1. Линейный выход блока коммутации и сопряжения 4 соединен с первым информационным входом контроллера 14, первый информационный выход которого соединен с входом кодера 6. Выход кодера 6 соединен с входом модулятора 7, выход которого соединен с входом передатчика 8. Выход передатчика 8 соединен с первым входом высокочастотного ключа 9, второй вход которого соединен с приемо-передающей антенной 13, а третий вход соединен с входом приемника 10. Выход приемника 10 соединен с входом демодулятора 11, выход которого подключен к входу декодера 12. Выход декодера 12 соединен со вторым информационным входом контроллера 14, второй информационный выход которого соединен с линейным входом блока коммутации и сопряжения 4. Управляющие выходы (входы) контроллера 14 соединены с управляющими входами (выходами) передатчика 10, высокочастотного ключа 9, приемника 8, блока коммутации и сопряжения 4, блока ввода и хранения служебной информации 5. На вход блока ввода и хранения служебной информации 5 подается служебная информация. Приемо-передающая антенна 13 соединена по эфиру с первой приемо-передающей фазированной антенной решеткой 15 ретранслятора 2. Выход (вход) первой приемо-передающей фазированной антенной решетки 15 соединен с первым входом первого высокочастотного ключа 17, второй вход которого соединен с входом первого приемника 18. Выход первого приемника 18 соединен с входом первого демодулятора 20. Выход первого демодулятора 20 соединен с входом первого декодера 22. Выход (вход) второй приемо-передающей фазированной антенной решетки 16 соединен с первым входом второго высокочастотного ключа 33. Второй вход второго высокочастотного ключа 33 соединен с входом второго приемника 19. Выход второго приемника 19 соединен с входом второго демодулятора 21. Выход второго демодулятора 21 соединен с входом второго декодера 23. Выход первого декодера 22 и выход второго декодера 23 соединены с первым и вторым информационными входами контроллера 24. Первый информационный выход контроллера 24 соединен с входом первого кодера 27, выход которого подключен к входу первого преобразователя (модулятора) 29. Выход модулятора 29 подключен к входу первого усилителя мощности 31, выход которого подключен к третьему входу первого высокочастотного ключа 17. Второй информационный выход контроллера 24 соединен с входом второго кодера 28, выход которого подключен к входу второго модулятора 30. Выход модулятора 30 подключен к входу второго усилителя мощности 32, выход которого подключен к третьему входу второго высокочастотного ключа 33. Информационный выход блока определения пространственного положения 26 соединен с третьим информационным входом контроллера 24. Управляющие выходы (входы) контроллера 24 соединены с управляющими входами (выходами) первого приемника 18, второго приемника 19, первого усилителя мощности 31, второго усилителя мощности 32, первого высокочастотного ключа 17, второго высокочастотного ключа 33, блока управления фазированными антенными решетками 34, блока ввода и хранения служебной информации 25. На вход блока ввода и хранения служебной информации 25 подается служебная информация. Первый и второй управляющие выходы блока управления фазированными антенными решетками 34 соединены с управляющими входами первой приемо-передающей фазированной антенной решетки 15 и второй приемо-передающей фазированной антенной решетки 16. Вторая приемо-передающая фазированная антенная решетка 16 по эфиру соединена с приемо-передающей антенной 35 второй приемо-передающей радиостанции 3. Станционные вход и выход блока коммутации и сопряжения 36 являются информационными входом и выходом второй приемо-передающей радиостанции 3. Линейный выход блока коммутации и сопряжения 36 соединен с первым информационным входом контроллера 45, первый информационный выход которого соединен с входом кодера 38. Выход кодера 38 соединен с входом модулятора 39, выход которого соединен с входом передатчика 40. Выход передатчика 40 соединен с первым входом высокочастотного ключа 41, второй вход которого соединен с приемо-передающей антенной 35, а третий вход соединен с входом приемника 42. Выход приемника 42 соединен с входом демодулятора 43, выход которого подключен к входу декодера 44. Выход декодера 44 соединен со вторым информационный входом контроллера 45, второй информационный выход которого соединен с линейный входом блока коммутации и сопряжения 36. Управляющие выходы (входы) контроллера 45 соединены с управляющими входами (выходами) передатчика 40, высокочастотного ключа 41, приемника 42, блока коммутации и сопряжения 36, блока ввода и хранения служебной информации 37. На вход блока ввода и хранения служебной информации 37 подается служебная информация.
Блоки коммутации и сопряжения 4 и 36 предназначены для коммутации входного цифрового информационного потока с входа приемо-передающей радиостанции на вход контроллера и выходного цифрового информационного потока с выхода контроллера на выход приемо-передающей радиостанции, а также согласования сигналов по уровням. Для согласования уровней сигналов могут быть использованы схемы, представленные в книге [Справочник по цифровой схемотехнике / В.И.Зубчук, В.П.Сигорский, А.Н Шкуро. - К.: Техника, 1990 - 448 с.] на с.231-243, рис.8.1-8.9.
Блоки ввода и хранения служебной информации 5, 25 и 37 предназначены для ввода и хранения информации о времени начала сеанса связи, координатах размещения абонентских станций и ретранслятора. Может быть реализован в виде оперативного запоминающего устройства, построенного на элементах, представленных в той же книге «Справочник по цифровой технике» на с.210-218, рис.7.4-4.11.
Кодеры 6, 27, 28, 38 предназначены для осуществления помехоустойчивого кодирования передаваемых цифровых сигналов, позволяющего исправить возникающие в канале связи ошибки, например, применение несистематического сверточного кодера с относительной скоростью кодирования 3/4 и кодера Рида-Соломона, описанного в книге [М.Вернер Основы кодирования. Учебник для ВУЗов М.: Техносфера, 2004. - 288 с.] на с.245-258.
Модуляторы 7, 29, 30, 39 предназначены для осуществления манипуляции несущего колебания цифровым сигналом. Конструкции их известны и описаны, например, в книге [Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / В.В.Шахгильдян, В.Б.Козырев, А.А.Ляховкин и др.; Под ред. В.В.Шахгильдяна. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 2003. - 560 с.: ил.] на с.433-435, рис.8.35а, б.
Передатчики 8, 40 предназначены для усиления манипулированного несущего колебания до требуемого уровня мощности. Конструкции их известны и описаны в той же книге В.В. Шахгильдяна на с.527-533, рис.10.18.
Высокочастотные ключи 9, 17, 33, 41 предназначены для поочередного переключения трактов приема и передачи к антенным системам.
Приемники 10, 18, 19, 42 предназначены для селекции полезных сигналов и их усиления до требуемого уровня. Конструкции их известны и описаны, например, в книге [Радиоприемные устройства: учебник для студ. сред. проф. образования / К.Е.Румянцев. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 336 с.] на с.22-29, рис.1.5.
Демодуляторы 11, 20, 21, 43 предназначены для выделения информационного сигнала из модулированного колебания. Конструкции их известны и описаны, например, в той же книге К.Е.Румянцева на с.191-202, рис. 9.7 и 9.8.
Декодеры 12, 22, 23, 44 предназначены для снятия помехоустойчивого кода, восстановления исходного цифрового сигнала и исправления возникших ошибок. Декодеры могут быть построены на основе известного алгоритма декодирования Витерби - для НСК, описанного в книге [М.Вернер Основы кодирования. Учебник для ВУЗов. М.: Техносфера, 2004. - 288 с.] на с.245-258, рис. 4.17, 4.18, 4.21, и алгоритма Берлэкемпа-Месси - для кода Рида-Соломона, описанного в той же книге Вернера на с.278-280, рис.5.1.
Приемо-передающие антенны 13, 35 предназначены для преобразования электрических токов в электромагнитные радиоволны на передаче и электромагнитной энергии радиоволн в электрические токи на приеме. Антенны могут быть выполнены в виде зеркальных антенн, как показано в книге [Устройства СВЧ и антенны / Под ред. Д.И.Воскресенского. Изд. 2-е, доп. и перераб. - М.: Радиотехника, 2006. - 376 с.: ил.] на с.250-255, рис. 16.9.
Усилители мощности 31 и 32 обеспечивают усиление колебаний на рабочей частоте до требуемого уровня по мощности. Конструкции их известны и описаны, например, в книге [Радиопередающие устройства: Учебник для вузов / В.В.Шахгильдян, В.Б.Козырев, А.А.Ляховкин и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Радио и связь, 2003. - 560 с.: ил.] на с.103-109, рис.2.62, 2.63.
Контроллеры 14, 45 радиостанций (фиг.2) представляют собой специализированные цифровые процессоры с внутренней памятью, арифметико-логическим устройством и портами ввода-вывода для связи с блоками приемо-передающей радиостанции. Они предназначены для управления работой станций, формирования служебных пакетов при установлении связи, сжатия во времени информационного цифрового потока, формирования и временного хранения информационных пакетов на передачу, выделения из принятых пакетов служебных команд и сжатого во времени информационного потока, восстановления исходной длительности цифрового потока. Контроллеры могут быть реализованы в виде программно управляемых микропроцессорных устройств. Описано в книге [Радиоприемные устройства: учебник для студ. сред. проф. образования / Румянцев К.Е. - М.: издательский центр «Академия», 2006. - 306 с.] - С.250.
Контроллер 24 ретранслятора (фиг.3) представляет собой специализированный цифровой процессор с внутренней памятью, арифметико-логическим устройством и портами ввода-вывода для связи с блоками ретранслятора. Он предназначен для управления работой ретранслятора, формирования служебных пакетов при установлении связи, выделения из принятых пакетов служебных команд, временного хранения информационных пакетов на передачу. Контроллер может быть реализован в виде программно управляемого микропроцессорного устройства. Описано в книге [Радиоприемные устройства: учебник для студ. сред. проф. образования / Румянцев К.Е. - М.: издательский центр «Академия», 2006. - 306 с.] - С.250.
Блок определения пространственного положения 26 предназначен для вычисления погрешности в установке ретранслятора связи, возникающей при пространственной нестабильности. Может быть использовано известное устройство, например представленный на www.magneticsensors.com 3-осевой цифровой компас с компенсацией крена HMR3300.
Приемо-передающие фазированные антенные решетки 15 и 16 предназначены для преобразования электромагнитной энергии радиоволн полезного сигнала в электрические токи полезных сигналов и наоборот, электрические токи полезных сигналов в электромагнитную энергию радиоволн. Блок управления фазированными антенными решетками 34 предназначен для формирования требуемых соотношений фаз и амплитуд сигналов в облучателях приемо-передающих фазированных антенных решеток для формирования требуемой характеристики излучения. Конструкция антенных элементов типа фазированной антенной решетки и блока управления фазированными антенными решетками известна и описана, например, в книге [Устройства СВЧ и антенны / Под ред. Д.И.Воскресенского. Изд. 2-е, доп. и перераб. - М.: Радиотехника, 2006. - 376 с.: ил.] на с.300-306, рис. 18.2-18.7.
Система радиосвязи с ретранслятором работает следующим образом.
Приемо-передающие радиостанции 1 и 3 и ретранслятор 2 размещаются в заданных местах. При этом необходимо размещать ретранслятор между приемо-передающими радиостанциями таким образом, чтобы исключить перекрытие главных лепестков диаграмм направленности приемо-передающих фазированных антенных решеток 15 и 16, что позволит дополнительно к поляризационному разделению обеспечить пространственное разделение принимаемых сигналов. В блок ввода и хранения служебной информации 5 и 37 приемо-передающих радиостанций 1 и 3 вводится информация о времени начала сеанса связи и координатах ретранслятора связи. В блок ввода и хранения служебной информации 25 ретранслятора 2 вводится информация о времени начала сеанса связи и координатах приемо-передающих радиостанций.
В заданное время приемо-передающие радиостанции 1 и 3 начинают процедуру вхождения в связь с ретранслятором 2. При этом в контроллерах 14 и 45 приемо-передающих радиостанций 1 и 3 формируются команды для высокочастотных ключей 9 и 41 подключить выходы передатчиков 8 и 40 к входам приемо-передающих антенн 13 и 35. Затем в контроллерах 14 и 45 формируются пакеты с запросом на первоначальное вхождение в связь (пакеты СП1 и СП2 фиг.4) и отправляются на кодеры 6 и 38. В кодерах 6 и 38 осуществляется помехоустойчивое кодирование передаваемых цифровых сигналов. С выходов кодеров 6 и 38 цифровые сигналы поступают на входы модуляторов 7 и 39. В модуляторах 7 и 39 цифровым сигналом производится манипуляция несущего колебания. Манипулированные высокочастотные сигналы усиливаются в передатчиках 8 и 40 и поступают на высокочастотные ключи 9 и 41. Высокочастотные ключи 9 и 41 обеспечивают коммутацию высокочастотных сигналов на входы приемо-передающих антенн 13 и 35. В приемо-передающих антеннах 13 и 35 манипулированные высокочастотные сигналы преобразуются в электромагнитное поле, которое излучается в направлении на ретранслятор связи. При этом электромагнитные волны, излучаемые 1 и 3 приемо-передающими радиостанциями, имеют ортогональную поляризацию. После завершения передачи сигналов в контроллерах 14 и 45 формируются команды для высокочастотных ключей 9 и 41 отключить выходы передатчиков 8 и 40 и подключить входы приемников 10 и 42 к входам приемо-передающих антенн 13 и 35. Если за заданное время ответа от ретранслятора не поступило (фиг.1а), процедура повторяется и производится повторная передача запроса на первоначальное вхождение в связь.
В установленное время контроллер 24 ретранслятора связи 2 запрашивает информацию из блока ввода и хранения служебной информации 25 о координатах приемо-передающих станций 1 и 3, а из блока определения пространственного положения 26 текущие координаты ретранслятора. В контроллере 24 производится расчет целеуказания для наведения антенных систем и формируется команда для блока управления фазированными антенными решетками 34. В блоке управления фазированными антенными решетками 34 формируются управляющие воздействия для первой и второй приемо-передающих фазированных антенных решеток 15 и 16, которые обеспечивают формирование максимум излучения в направлении на приемо-передающие радиостанции 1 и 3. Затем в контроллере 24 формируется команда для высокочастотных ключей 17 и 33 подключить входы приемников 18 и 19 к входам приемо-передающих фазированных антенных решеток 15 и 16. Ретранслятор работает в дежурном приеме до прихода сигналов от приемо-передающих радиостанций 1 и 3.
Электромагнитное излучение с ортогональной поляризацией принимается приемо-передающими фазированными антенными решетами 15 и 16, преобразуется в манипулированные высокочастотные сигналы и поступает на высокочастотные ключи 17 и 33. Высокочастотные ключи 17 и 33 обеспечивают коммутацию высокочастотных сигналов на входы первого приемника 18 и второго приемника 19. Приемники 18 и 19 формируют служебный сигнал для контроллера 24 о начале приема и производят селекцию высокочастотных сигналов. С выходов приемников 18 и 19 высокочастотные сигналы поступают на первый демодулятор 20 и второй демодулятор 21, где осуществляется выделение информационного сигнала из модулированного колебания. С выходов демодуляторов 20 и 21 цифровые сигналы поступают на входы первого декодера 22 и второго декодера 23. В декодерах 22 и 23 осуществляется снятие помехоустойчивого кода и исправление возникших ошибок (если позволяет корректирующая способность кода). С выходов декодеров 22 и 23 восстановленные цифровые сигналы с двух направлений поступают в контроллер 24. В контроллере 24 по заголовку определяется тип пакета, его содержание и окончание. Если служебный пакет принят только с одного направления, то он сохраняется в памяти контроллера установленное время, до прихода служебного пакета со второго направления. Если за заданное время служебный пакет со второго направления не поступил, то пакет с первого направления стирается, и ретранслятор возвращается в режим дежурного приема. Если служебные пакеты с запросом на первоначальное вхождение в связь приняты с двух направлений, то в контроллере 24 формируются команды для высокочастотных ключей 17 и 33 отключить входы приемников 18 и 19 и подключить выходы первого усилителя мощности 31 и второго усилителя мощности 32 к входам приемо-передающих фазированных антенных решеток 15 и 16.
Максимальная пропускная способность одночастотной системы радиосвязи с ретранслятором в дуплексном режиме обеспечивается при синхронном поступлении радиоимпульсов на вход ретранслятора связи. Приемо-передающие радиостанции могут начать передачу не синхронно. При этом радиоимпульсы поступят на вход ретранслятора с разницей во времени. Кроме того, ретранслятор может размещаться в произвольном месте относительно середины линии связи и радиоимпульсам потребуется разное время для прохождения расстояния от приемо-передающих радиостанций до ретранслятора. Поэтому необходимо производит корректировку времени прихода радиоимпульсов на вход ретранслятора.
С этой целью в контроллере 24 формируются два одинаковых служебных пакета, которые содержат команду «повторная передача» (К-1 и К-2 фиг.4в). Служебные пакты отправляются на первый кодер 27 и второй кодер 28. В кодерах 27 и 28 осуществляется помехоустойчивое кодирование передаваемых цифровых сигналов. С выходов кодеров 27 и 28 цифровые сигналы поступают на входы первого модулятора 29 и второго модулятора 30. В модуляторах 29 и 30 цифровым сигналом производится манипуляция несущего колебания. Манипулированные высокочастотные сигналы поступают на входы усилителей мощности 31 и 32, доводятся до требуемого уровня и поступают на высокочастотные ключи 17 и 33. Высокочастотные ключи 17 и 33 обеспечивают коммутацию высокочастотных сигналов на входы приемо-передающих фазированных антенных решеток 15 и 16. В приемо-передающих фазированных антенных решетках 15 и 16 манипулированные высокочастотные сигналы преобразуются в электромагнитное поле, которое излучается в направлении на приемо-передающие радиостанции 1 и 3 с ортогональной поляризацией. После завершения передачи сигналов в контроллере 24 формируются команды для высокочастотных ключей 16 и 33 отключить выходы усилителях мощности 31 и 32 и подключить входы приемников 18 и 19 к входам приемо-передающих фазированных антенных решеток 15 и 16.
Электромагнитное излучение принимается приемо-передающими антеннами 13 и 35 приемо-передающих радиостанций 1 и 3, преобразуется в манипулированные высокочастотные сигналы и поступает на высокочастотные ключи 9 и 41. Высокочастотные ключи 9 и 41 обеспечивают коммутацию высокочастотных сигналов на входы приемников 10 и 42. Приемники 10 и 42 формируют служебный сигнал для контроллеров 14 и 45 о начале приема и производят селекцию высокочастотных сигналов. С выходов приемников 10 и 42 высокочастотные сигналы поступают на демодуляторы 11 и 43, где осуществляется выделение информационного сигнала из модулированного колебания. С выходов демодуляторов 11 и 43 цифровые сигналы поступают на входы декодеров 12 и 44. В декодерах 12 и 44 осуществляется снятие помехоустойчивого кода и исправление возникших ошибок (если позволяет корректирующая способность кода). С выходов декодеров 12 и 44 восстановленные цифровые сигналы поступают в контроллеры 14 и 45. В контроллерах 14 и 45 по заголовку определяется тип пакета, его содержание и окончание. В контроллерах 14 и 45 распознается команда «повторная передача». Контроллеры 14 и 45 формируют команды для высокочастотных ключей 9 и 41 отключить входы приемников 10 и 42 и подключить выходы передатчиков 8 и 40 к входам приемо-передающих антенн 13 и 35. Пакеты для первоначального установления связи вновь кодируются. В модуляторах 7 и 39 цифровым сигналом производится манипуляция несущего колебания. Манипулированные высокочастотные сигналы усиливаются в передатчиках 8 и 40 и излучаются приемо-передающими антеннами 13 и 35 в направлении на ретранслятор (фиг.4в). После завершения передачи сигналов в контроллерах 14 и 45 формируются команды для высокочастотных ключей 9 и 41 отключить выходы передатчиков 8 и 40 и подключить входы приемников 10 и 42 к входам приемо-передающих антенн 13 и 35.
Из-за разности расстояний, которые должны пройти сигналы на интервалах, в контроллер 24 ретранслятора 2 пакеты поступят с некоторой разницей во времени Δt (фиг.4в). В контроллере 24 производится оценка этого времени Δt. Вновь формируются два одинаковых служебных пакета, которые содержат команду «повторная передача», но в направлении приемо-передающей радиостанции, от которой пакет поступил раньше, пакет отправляется позже на время Δt. Теперь принятые пакеты должны поступить в контроллер 24 ретранслятора 2 одновременно. Процедура обмена служебными пакетами с вычисленным временем задержки Δt повторяется заданное число раз. Этим достигается допустимая погрешность рассогласования во времени прихода пакетов в контроллер 24 ретранслятора 2. Затем начинается процедура информационного обмена.
В контроллере 24 ретранслятора 2 формируется два служебных пакета с командой «начать информационный обмен» (КИ-1 и КИ-2 фиг.4д) и передаются приемо-передающим радиостанциям 1 и 3 с вычисленным временем задержки Δt. Получив такой пакет, приемо-передающие радиостанции начинают передачу информационного потока.
Для обеспечения временного дуплекса необходимо сжать исходное сообщение во времени. Это осуществляется в контроллерах 14 и 45 радиостанцией с помощью регистра, скорость считывания из которого больше скорости записи (фиг.5). Контроллеры 14 и 45 формируют команды для блоков коммутации и сопряжения 4 и 36 подключить входы приемо-передающих радиостанций 1 и 3 к информационным входам контроллеров 14 и 45. Информационный поток поступает с выходов блоков коммутации и сопряжения 4 и 36 в контроллеры 14 и 45, в которых осуществляется сжатие потока во времени. Из сжатого во времени потока в контроллерах 14 и 45 формируются пакеты с информацией (ИНФ-1 и ИНФ 2 фиг.4д), запоминаются и поступают на кодеры 6 и 38. В кодерах 6 и 38 осуществляется помехоустойчивое кодирование передаваемых цифровых сигналов. С выходов кодеров 6 и 38 цифровые сигналы поступают на входы модуляторов 7 и 39. В модуляторах 7 и 39 цифровым сигналом производится манипуляция несущего колебания. Манипулированные высокочастотные сигналы усиливаются в передатчиках 8 и 40 и поступают на высокочастотные ключи 9 и 41. Высокочастотные ключи 9 и 41 обеспечивают коммутацию высокочастотных сигналов на входы приемо-передающих антенн 13 и 35. В приемо-передающих антеннах 13 и 35 манипулированные высокочастотные сигналы преобразуются в электромагнитное поле, которое излучается в направлении на ретранслятор связи. После завершения передачи сигналов в контроллерах 14 и 45 формируются команды для высокочастотных ключей 9 и 41 отключить выходы передатчиков 8 и 40 и подключить входы приемников 10 и 42 к входам приемо-передающих антенн 13 и 35.
Электромагнитное излучение с ортогональной поляризацией принимается первой и второй приемо-передающими фазированными антенными решетками 15 и 16, преобразуется в манипулированные высокочастотные сигналы и поступает на высокочастотные ключи 17 и 33. Высокочастотные ключи 17 и 33 обеспечивают коммутацию высокочастотных сигналов на входы приемников 18 и 19. Приемники 18 и 19 формируют служебный сигнал для контроллера 24 о начале приема и производят селекцию ВЧ сигналов. С выходов приемников 18 и 19 ВЧ сигналы поступают на демодуляторы 20 и 21, где осуществляется выделение информационного сигнала из модулированного колебания. С выходов демодуляторов 20 и 21 цифровые сигналы поступают на входы декодеров 22 и 23. В декодерах 22 и 23 осуществляется снятие помехоустойчивого кода и исправление возникших ошибок (если позволяет корректирующая способность кода). С выходов декодеров 22 и 23 восстановленные цифровые сигналы с двух направлений поступают в контроллер 24. В контроллере 24 определяются окончания пакетов и формируются команды для ВЧ ключей 17 и 33 отключить входы приемников 18 и 19 и подключить выходы первого усилителя мощности 31 и второго усилителя мощности 32 к входам первой и второй приемо-передающих фазированных антенных решеток 15 и 16. В контроллере 24 информационные пакеты классифицируются по заголовку, проверяется их целостность. Если информационный пакет имеет неисправленные ошибки, то в направлении отправителя формируется повторный запрос. Если информационные пакеты приняты без ошибок, они запоминается в контроллере 24 ретранслятора 2 и отправляются соответственно с первого направления приема на второе направление передачи и со второго направления приема на первое направление передачи. Цифровые сигналы поступают на кодеры 27 и 28. В кодерах 27 и 28 осуществляется помехоустойчивое кодирование передаваемых цифровых сигналов. С выходов кодеров 27 и 28 цифровые сигналы поступают на входы первого модулятора 29 и второго модулятора 30. В модуляторах 29 и 30 цифровым сигналом производится манипуляция несущего колебания. Манипулированные высокочастотные сигналы поступают на усилители мощности 31 и 32, доводятся до требуемого уровня и поступают на высокочастотные ключи 17 и 33. Высокочастотные ключи 17 и 33 обеспечивают коммутацию ВЧ сигналов на входы первой и второй приемо-передающих фазированных антенных решеток 15 и 16. В первой и второй приемо-передающих фазированных антенных решетках 15 и 16 манипулированные высокочастотные сигналы преобразуются в электромагнитное поле, которое излучается в направлении на приемо-передающие радиостанции 1 и 3 с ортогональной поляризацией. После завершения передачи сигналов в контроллере 24 формируются команды для высокочастотных ключей 17 и 33 отключить выходы усилителей мощности 31 и 32 и подключить входы приемников 18 и 19 к входам первой и второй приемо-передающих фазированных антенных решеток 15 и 16.
Электромагнитное излучение принимается приемо-передающими антеннами 13 и 35 приемо-передающих радиостанций 1 и 3, преобразуется в манипулированные высокочастотные сигналы и поступает на высокочастотные ключи 9 и 41. Высокочастотные ключи 9 и 41 обеспечивают коммутацию высокочастотных сигналов на входы приемников 10 и 42. Приемники 10 и 42 формируют служебный сигнал для контроллеров 14 и 45 о начале приема и производят селекцию высокочастотных сигналов. С выходов приемников 10 и 42 высокочастотные сигналы поступают на демодуляторы 11 и 43, где осуществляется выделение информационного сигнала из модулированного колебания. С выходов демодуляторов 11 и 43 цифровые сигналы поступают на входы декодеров 12 и 44. В декодерах 12 и 44 осуществляется снятие помехоустойчивого кода и исправление возникших ошибок (если позволяет корректирующая способность кода). С выходов декодеров 12 и 44 восстановленные цифровые сигналы поступают в контроллеры 14 и 45. В контроллерах 14 и 45 определяются окончания пакетов и формируются команды для высокочастотных ключей 9 и 41 отключить входы приемников 10 и 42 и подключить выходы передатчиков 8 и 40 к входам приемо-передающих антенн 13 и 35. В контроллерах 14 и 45 информационные пакеты классифицируются по заголовку, проверяется их целостность. Если информационный пакет имеет неисправленные ошибки, то в направлении ретранслятора формируется повторный запрос. Если пакеты приняты без ошибок, в контроллерах 14 и 45 осуществляется выделение сжатого информационного потока и восстановление исходной скорости с помощью регистра, скорость считывания из которого меньше скорости записи (фиг.5). С выходов контроллеров 14 и 45 информационный поток с восстановленной исходной скоростью поступает на блоки коммутации и сопряжения 4 и 36. С выходов блоков коммутации и сопряжения 4 и 36 информационный поток поступает на выход приемо-передающих радиостанций 1 и 3.
Одновременно с восстановлением исходной скорости выходного цифрового потока идет процесс формирования следующего пакета из сжатого во времени входного потока и процесс передачи повторяется (фиг.4д).
Техническая эффективность предлагаемой одночастотной системы радиосвязи с ретранслятором заключается в значительном сокращении количества частот, выделяемых для ведения дуплексной радиосвязи при значительном расстоянии между корреспондентами. При организации дуплексной радиосвязи на радиолинии с ретранслятором при частотном разделении сигналов необходимо 4 частоты. В предложенной одночастотной системы радиосвязи с ретранслятором используется только одна частота, то есть получаем выигрыш в использовании частотного ресурса в 4 раза.
Применение приемо-передающих фазированных антенных решеток и блока определения пространственного положения ретранслятора позволяет получить энергетический выигрыш за счет формирования более узких диаграмм направленности и точного наведения антенн ретранслятора на приемо-передающие радиостанции при размещении ретранслятора на объекте, имеющем пространственную нестабильность (например, воздушное или морское транспортное средство).
Таким образом, при такой совокупности существенных признаков предлагаемая одночастотная система радиосвязи с ретранслятором может обеспечить дуплексный режим работы между абонентами, находящимися на значительном удалении друг от друга, с использованием одной частоты, что позволит значительно повысить эффективность использования частотного ресурса, при этом возможно размещение ретранслятора на объекте, имеющем пространственную нестабильность (например, воздушное или морское транспортное средство).