Ретранслятор
REPEATER

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к ретрансляторам дискретных сообщений.
Известен ретранслятор, состоящий из приемопередающей антенны, антенного переключателя, приемного тракта, линии задержки, передающего тракта [1].
Из-за организации всего одного канала ретранслятор, не обеспечивает возрастающее количество радиолиний  связи.
Известен активный ретранслятор, взятый за прототип, содержащий приемную антенну, усилитель высокой частоты, первый преобразователь частоты, линию задержки на τ [2]. Величина τ удовлетворяет условию τ=1/2f, где f >2ΔF, а ΔF - полоса информационного сигнала. Ретранслятор включает в себя также второй преобразователь частоты, усилитель мощности, передающую антенну, первый гетеродин, выход которого соединен с вторым входом первого преобразователя частоты, генератор управляющего сигнала с частотой f, электронный коммутатор, кварцевые резонаторы. Выход второго гетеродина соединен с вторым входом второго преобразователя частоты, а вход с вторым выходом электронного коммутатора, первый выход которого соединен с входом первого гетеродина. Первый и второй входы электронного коммутатора соединены с первым и вторым кварцевым резонаторами, а управляющий вход его - с выходом генератора управляющего сигнала.
К недостаткам прототипа следует отнести:
организовано всего два канала ретрансляции;
во время передачи из-за мощного другого передаваемого сигнала усилитель высокой частоты может полностью блокироваться и прием сигналов прекратится;
линия задержки на промежуточной частоте, например ультразвуковая линия задержки, представляет собой технологически сложное и дорогое устройство;
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей ретранслятора за счет увеличения числа абонентов и обеспечения многоканального адаптивного режима работы ретранслятора.
Это достигается тем, что в ретранслятор, содержащий последовательно соединенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, первый преобразователь частоты, первый усилитель промежуточной частоты, а также последовательно соединенные второй усилитель промежуточной частоты, второй преобразователь частоты, усилитель мощности, передающую антенну, первый гетеродин, выход которого соединен с вторым входом первого преобразователя частоты, а вход - с первым выходом первого электронного коммутатора, первый электронный коммутатор, первый и второй входы которого соединены с кварцевыми резонаторами, второй гетеродин, выход которого соединен с вторым входом второго преобразователя частоты, а вход - с вторым выходом первого электронного коммутатора, введены генератор тактовых импульсов, (n-2) кварцевых резонатора, подключенные к соответствующим входам первого электронного коммутатора, (n-1) первых преобразователей частоты, (n-1) первых гетеродинов, (n-1) первых усилителей промежуточной частоты, (n-1) вторых преобразователей частоты, (n-1) вторых гетеродинов, второй электронный коммутатор, вычислитель с входом для внешней записи, соединенный двухсторонними связями с первым и вторым электронными коммутаторами, n первыми гетеродинами, n первыми усилителями промежуточной частоты, вход вычислителя с входом для внешней записи соединен с выходом генератора тактовых импульсов, (n-1) первых выходов первого электронного коммутатора через  (n-1) первых гетеродинов подключены к соответствующим входам (n-1) первых преобразователей частоты, (n-1) вторых выходов первого электронного коммутатора через (n-1) вторых гетеродинов подключены к соответствующим входам (n-1) вторых преобразователей частоты, выход второго усилителя промежуточной частоты через (n-1) вторых преобразователей частоты дополнительно подключен к соответствующим входам усилителя мощности, выход второго электронного коммутатора подключен к входу усилителя мощности, n носимых (мобильных) радиостанций по радиоэфиру через ретранслятор соединены с n стационарными (подвижными) радиостанциями.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием новых блоков: второго электронного коммутатора, вычислителя, генератора тактовых импульсов и их связями с остальными элементами схемы. Таким образом, оно соответствует критерию изобретения "новизна".
Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями показывает, что введенные узлы широко известны (Кейстович А.В. Виды радиодоступа в системах подвижной связи. Учебное пособие для вузов / А.В. Кейстович, В.Р. Милов. - М.: Горячая линия. – Телеком, 2015. - 278 с.).
Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами схемы в предложенное устройство для расширения функциональных возможностей появляются новые свойства, что приводит к способности одновременной ретрансляции более двух модулированных несущих частот и обеспечения обмена данными между разнесенными за горизонт абонентами. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".
На фиг. 1 приведена структурная схема ретранслятора.
Ретранслятор 22 состоит из приемной антенны 1, передающей антенны 2, усилителя 3 высокой частоты, n первых преобразователей 4 частоты, n первых усилителей 5 промежуточной частоты, второго электронного коммутатора 6, второго усилителя 7 промежуточной частоты, n вторых преобразователей 8 частоты, усилителя 9 мощности, n первых гетеродинов 10, вычислителя 11 с входом 21 для внешней записи, n вторых гетеродинов 12, первого электронного коммутатора 13, n  кваpцевых резонаторов 14 и 15, генератора 20 тактовых импульсов. Ретранслятор 22 обеспечивает достоверный обмен данными по радиоэфиру между разнесенными за горизонт (за пределы прямой видимости) n носимыми (мобильными) радиостанциями 16 и 17 и n стационарными (подвижными) радиостанциями 18 и 19.
Ретранслятор 22 работает следующим образом. Высокочастотные сигналы, например, с амплитудной или частотной модуляцией без кодирования, излучаемые носимыми радиостанциями 16, 17, наводят ЭДС в приемной антенне 1, которая после усилителя 3 высокой частоты подается на n первых преобразователей 4, на второй вход каждого из которых поступают выделенные для связи частоты n первых гетеродинов 10, формируемых с помощью n кварцевых резонаторов 14 и 15 с электронными схемами. Этим обеспечивается прием радиосигналов со всех n носимых (мобильных) радиостанций 16 и 17 и n стационарных (подвижных) радиостанций 18 и 19 (n>2). Для ретрансляции радиосигналов на частотах приема используется метод временного разделения каналов: весь временной интервал делится на кадры, а кадр – на n слотов, в которые устанавливаются радиосигналы соответствующей рабочей частоты, определяемой соответствующими кварцевыми резонаторами 14 и 15, узлами 13, 12, 8 и управляющих сигналов вычислителя 11 с входом 21 для внешней записи, поступающих на первый электронный коммутатор 13. Длительность кадра выбирается менее половины длительности передаваемого сообщения, следовательно, за длительность одного сообщения придет как минимум его две выборки, что в соответствии с теоремой Котельникова [3] позволит полностью восстановить передаваемое сообщение. Число n определяется, например, количеством пар радиостанций 16, 17 и 18, 19,  обменивающихся между собой сообщениями, требованиями обеспечения заданной достоверности передачи и (или) дальности связи [4]. Аналогично организуется передача сообщений с радиостанций 18, 19 на  радиостанции 16, 17 через ретранслятор.
Вычислитель 11 с входом 21 для внешней записи, построенный, например, на стандартной ПЭВМ с дополнительными модулями для обработки сигналов,  обеспечивает выполнение следующих операций:
формирования кадров и слотов в них с помощью высокостабильных меток генератора 20 тактовых импульсов;
анализа наличия радиосигналов переносящих сообщения в каждом из n каналов, например, преобразовывая радиосигналы промежуточной частоты в цифровые с помощью АЦП, как это осуществляется по технологии SDR [4] и сравнения их с заданным порогом;
адаптации работы, которая заключается в том, что число слотов в кадре, в которых переносится информация, и количество частот, подаваемых со вторых n выходов первого электронного коммутатора 13 через соответствующие вторые гетеродины 12 на вторые преобразователи 8 частоты зависит от наличия соответствующих радиосигналов на входе ретранслятора, что обеспечивает уменьшение мощности, потребляемой усилителем 9 и электромагнитную обстановку на ретрансляторе при малом количестве входных радиосигналов;
управления работой электронных коммутаторов 6 и 13;
блокирования трактов, проходящих через узлы 4 и 5, на время передачи в слотах радиосигналов, имеющих одинаковые частоты с принимаемыми;
ввода плана связи (номиналы рабочих частот, число абонентов, время работы, требование по достоверности передачи информации и другие) по входу 21, например, с помощью флеш-памяти.
Разбиение передаваемых радиосигналов по слотам снизит их среднюю мощность принимаемых радиосигналов, но она может быть скомпенсирована с помощью усилителя 9 мощности или направленного излучения передающей антенной 2 в сторону соответствующих радиостанций.
Восстановление передаваемых радиосигналов осуществляется в приемных устройствах радиостанций 16-19, так как они имеют широкополосную часть радиочастотного тракта, а их полоса частот низкочастотного тракта оптимально согласована со спектром формируемых для передачи сигналов.
Предлагаемый ретранслятор по сравнению с прототипом имеет более широкие функциональные возможности, обеспечивает обмен данными между несколькими (более двух) разнесенными за горизонт абонентами без изменения номиналов частот в радиоканалах.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР N 1589410, М. кл. H 04B 7/15, 1988.
2. Патент РФ № 2042272, М. кл. H04B 7/15, 1995 (прототип).
3. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений / Л.М. Финк. – М.: Советское радио, 1970. – 727 с.
4. Кейстович А.В. Системы и техника радиосвязи в авиации: учеб. пособие / А.В. Кейстович, А.В. Комяков – Нижний Новгород: НГТУ, 2012. - 236 с.
5. Кейстович А.В. Виды радиодоступа в системах подвижной связи. Учебное пособие для вузов / А.В. Кейстович, В.Р. Милов - М.: Горячая линия – Телеком, 2015. - 278 с.