СТАНЦИЯ ЦИФРОВАЯ РАДИОРЕЛЕЙНАЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Станция предназначена для работы в диапазоне 150-170 МГц и может быть использована для организации связи в сельских районах (между сельскими АТС, райцентрами и т.д.), ведомственной и технологической связи вдоль дорог, нефте- и газопроводов. Станция предназначена для организации коротких каналов связи, обеспечивающих передачу цифровой информации со скоростью 64 кбит/с и работу телефонных каналов с возможностью выхода в телефонную сеть общего пользования.
Возможно применение станции для организации радиорелейных линий связи, в случаях, когда отсутствует необходимость в резервировании, а служебная связь может быть организована через телефонный канал. Уровень техники
Известна радиорелейная станция (РРС) «Малютка» (см. приложение 1), производства з-да Попова, г. Омск, работающая в диапазоне метровых волн, включающем 150-170 МГц. Оборудование станции организует работу 4-х дуплексных каналов связи, по которым осуществляется передача и прием информации в аналоговой форме. Станция позволяет организовывать радиорелейные линии связи протяженностью до 400 км, с дальностью связи на одном интервале до 60 км. Наличие блока низкочастотных окончаний позволяет использовать станцию в качестве радиовставок между АТС и абонентами, и для организации 4-х, 3-х и 2-хпроводных режимов работы ТЧ каналов.
РРС «Малютка» является аналоговой станцией, предназначенной, в основном, для передачи телефонных сообщений и не позволяет осуществлять высокоскоростную передачу цифровой информации. Кроме того, оборудование радиостанции выполнено на устаревшей элементной базе, имеет большой вес и габариты.
По сравнению с аналоговыми, цифровые радиосистемы позволяют значительно повысить скорость передачи, помехоустойчивость, уменьшить число искажений, вносимых на промежуточных станциях, более эффективно использовать выделенные диапазоны частот, осуществляя их максимальное уплотнение, и, кроме того, позволяют уменьшить габариты и массу оборудования за счет более высокой насыщенности канало- и сигналообразующей аппаратуры интегральными схемами.
Известна цифровая радиорелейная станция системы «Радан-2» (см. книгу Л.Г.Мордухович, А.П.Степанов, «Системы радиосвязи. Курсовое проектирование: Учебное пособие для вузов», - М: Радио и связь, 1987 г., стр.21-22), позволяющая организовать два дуплексных цифровых ствола, в каждом из которых возможна передача 15 телефонных каналов и 2 телеграфных. В состав оборудования станции входят: блок приемопередатчика и каналообразующая аппаратура.
Выполненная на современной элементной базе станция малогабаритна и обладает всеми вышеназванными достоинствами цифровых станций. Станция характеризуется тем, что блок приемопередатчика размещен на мачте антенны или вблизи нее. Данное техническое решение позволяет практически избавиться от потерь по ВЧ кабелю, уменьшить мощность передатчика. Однако при «верхнем» расположении предъявляются повышенные требования к комплектующим элементам по морозоустойчивости, защищенности и проч., что сказывается на их стоимости и ведет к значительному удорожанию станции. Кроме того, «верхнее» размещение оборудования создает существенные трудности его обслуживания при эксплуатации, особенно в условиях сурового климата.
В качестве прототипа заявляемого решения выбрана малоканальная цифровая радиорелейная станция «Р-6» (см. приложение 2), имеющая «наземное» расположение и работающая в диапазоне дециметровых волн. Станция обеспечивает передачу по радиоканалу цифровых потоков от соединительных, абонентских телефонных линий или гибких мультиплексоров с шаговой скоростью 64 кбит/с на расстояние до 50 км.
Станционный комплект содержит радиоблок, включающий антенно-фидерное устройство, приемопередающее оборудование, модулятор группового сигнала, осуществляющий дифференциальную двоичную фазовую модуляцию, фазовый детектор и узел стыка для подключения каналообразующей аппаратуры (далее по тексту - КОА). Соединение радиоблока с КОА осуществляется линейным кодом по двум витым парам. КОА конструктивно выполнена в виде единого блока, выбранного из ряда промышленно выпускаемых схемных решений, и осуществляющего функции преобразования входной информации и формирования группового сигнала при передаче, и разделение группового сигнала и обратное преобразование выходной информации - при приеме. При этом КОА предполагает наличие в своем составе средства согласования работы преобразователя информации и формирователя группового сигнала, которое обеспечивает
формирование структуры цикла при передаче, а при приеме распознает управляющие команды и осуществляет распределение информации.
Предусмотрено несколько модификаций станции, рассчитанных на определенное число каналов и виды принимаемой информации. Например:
«Р-6/6» - позволяет организовать 6 каналов ТЧ, что обеспечивается подключением каналообразующей аппаратуры типа «ИКМ-6А»;
«Р-3/30» - образующая 30 каналов ТЧ посредством КОА, включающей схему «ИКМ-30» и транскодер АДИКМ «МК/30ТР»;
«Р-6/Е1» - предназначенная для передачи стандартного цифрового потока 2048 кбит/с через интерфейс HDB3;
«Р-6/3Е» - станция, предназначенная для организации канала Интернет и трех каналов ТЧ с подключением КОА, выполненной на базе «МЦ-115TClassic».
Таким образом, станция предусматривает возможность изменения числа каналов передачи в радиостволе, а также возможность подключения к станции различных абонентов. Однако для такого изменения необходимо полностью заменить блок каналообразующей аппаратуры, т.е. произвести демонтаж/монтаж значительной части оборудования, что требует значительных финансовых и трудовых затрат.
Раскрытие полезной модели
Заявляемой полезной моделью решается задача разработки цифровой радиорелейной станции, предназначенной для работы в диапазоне 150-170 МГц, входящем в диапазон метровых волн, с «наземным» размещением приемопередающего и каналообразующего оборудования, в которой бы обеспечивалась возможность увеличения числа каналов и возможность подключения к станции различных абонентов (источников информации), при одновременном упрощении и удешевлении связанных с упомянутыми изменениями монтажных работ.
Поставленная задача решена тем, что в цифровой радиорелейной станции, содержащей радиомодуль, включающий антенно-фидерное устройство, приемопередающее оборудование и модулятор группового сигнала, и состыкованную с радиомодулем каналообразующую аппаратуру, включающую цифровой преобразователь входной/выходной информации, формирователь/разделитель группового сигнала и средство согласования их работы, согласно заявляемой полезной модели, антенно-фидерное устройство и приемо-передающее
оборудование выполнены с рабочими характеристиками, обеспечивающими работу в диапазоне частот 150-170 МГц, цифровой преобразователь входной/выходной информации выполнен в виде комплекта взаимозаменяемых модулей, каждый из которых предназначен для определенного вида и количества входных сигналов и выполнен с возможностью соединения с остальными блоками каналообразующей аппаратуры, при этом средство согласования выполнено с возможностью конфигурирования станции.
Диапазон частот 150-170 МГц является привычным и широко используемым у нефтяников, газовиков и других организаций северного региона, однако в котором в основном работают аналоговые радиорелейные станции. Отсюда следует, что имеет место необходимость разработки цифровой РРС, обеспечивающей качественную помехоустойчивую связь в заданном диапазоне частот, надежной, удобной в эксплуатации и ремонтопригодной станции, На обеспечение работы станции в этом диапазоне частот направлен выбор антенно-фидерного устройства и приемо-передающего оборудования, в том числе фильтров, генераторов синтезаторов частот возбудителя и гетеродина и других, входящих в состав передатчика и приемника, с соответствующими рабочими характеристиками. Применение в качестве аппаратуры уплотнения цифровой каналообразующей аппаратуры позволяет обеспечивать качественную помехоустойчивую связь.
Выполнение цифрового преобразователя входной/выходной информации в виде комплекта взаимозаменяемых модулей, каждый из которых предназначен для обработки определенного вида и количества входных сигналов, позволяет обеспечить подключение к станции различных абонентов, например телефонных абонентов, АТС, компьютеры и проч. При этом количество абонентов и варианты их подключения могут быть различны.
Разработчиками станции предусмотрена возможность комплектования цифрового преобразователя различными модулями низкочастотных окончаний, а именно: модулями тональной частоты, соединительных линий, абонентскими входящими и исходящими модулями, и/или модулями цифровых каналов. Количество модулей низкочастотных окончаний и варианты их сочетания выбираются в зависимости от поставленной задачи. Простота замены обусловлена наличием в каждом модуле унифицированного узла стыка с остальными блоками каналообразующей аппаратуры, и при замене достаточно установить модуль в соответствующий разъем.
Модульное исполнение преобразователя входной/выходной информации, который является всего лишь частью каналообразующей аппаратуры, позволяет упростить и значительно удешевить процесс изменения комплектации станции с целью подключения новых абонентов.
В предлагаемом решении предусмотрены возможности увеличения числа каналов, при этом также необходимо осуществить замену модуля преобразователя, на аналогичный модуль, в котором предусмотрена возможность деления канальной скорости передачи данных, так при снижении канальной скорости передачи в два раза количество каналов увеличивается вдвое. Снижение скорости передачи несколько понижает качество передаваемых телефонных сообщений, однако, это ухудшение незначительно и для телефонного абонента практически незаметно. При этом количество подключаемых абонентов увеличивается в два раза.
Заявляемая станция предусматривает функционирование в трех режимах:
1. Режим трех сонаправленных цифровых каналов со скоростью 64 кбит/с;
2. Режим 6 телефонных канальных окончаний и каналов СУ В со скоростью 32 кбит/с;
3. Режим 12 абонентских каналов в со скоростью 16 кбит/с;
В прототипе имеется возможность изменения скорости передачи, осуществляемого посредством кнопок, расположенных на передней панели корпуса станции, однако, это скорость передачи группового сигнала. Вследствие увеличения групповой скорости происходит расширение спектра частот, занимаемого цифровой информацией, т.е. расширение полосы пропускания устройства. В заявляемом же решении осуществляется изменение канальной скорости передачи, при котором спектр разрешенных занимаемых частот не увеличивается.
Возможность работы станции при замене одного модуля на другой обеспечивается средством согласования, которое выполнено с возможностью конфигурирования станции. Средство согласования распознает установленный модуль и изменяет программу формирования структуры цикла в соответствии с параметрами модуля - видом входного сигнала, скоростью передачи информации, количеством каналов.
В конкретном случае реализации станции модуль преобразователя аналоговых сигналов, поступающих от телефонных абонентов, может быть выполнен в виде цифровой системы с импульсно-кодовой модуляцией и временным уплотнением каналов (ИКМ-ВУ).
С целью увеличения числа каналов модуль преобразователя аналоговых сигналов может быть дополнен средствами адаптивной импульсно-кодовой модуляции (АДИКМ), которую осуществляют после ИКМ-модуляции.
Средство согласования может быть выполнено в виде цифрового коммутирующего устройства, организованного на базе процессора управления с программным обеспечением.
С целью повышения надежности работы станции, возможности прогнозирования неполадок, процессор управления может быть дополнительно снабжен возможностями контроля и управления работой блоков радиомодуля, при этом в состав упомянутых блоков включают датчики контроля их состояния и организуют двустороннюю связь между ними и процессором.
Модуль преобразователя цифровой информации может быть выполнен в виде процессора цифрового сообщения, установленного на выходе со стыка RS 232.
Формирователь/разделитель группового сигнала может быть выполнен в виде цифрового модулятора-демодулятора.
В качестве модулятора группового сигнала предпочтительно применение фазового манипулятора с четырехпозиционной относительной фазовой модуляцией, что позволяет значительно повысить помехоустойчивость сигнала и эффективность использования спектра частот, а именно и увеличить в четыре раза пропускную способность радиоствола при той же полосе пропускания.
Для удобства транспортировки и эксплуатации станцию конструктивно исполняют в виде моноблока, размещенного в общем корпусе, содержащем разъемы для непосредственного подключения телефонных и цифровых абонентов.
Краткое описание чертежей
Устройство представлено чертежами:
На фиг.1 - представлена структурная схема цифровой радиорелейной станции, где приведены следующие обозначения:
ФЧР - фильтр частотных развязок;
Прд+УМ - передатчик с усилителем мощности;
М - модулятор группового сигнала;
Прм - приемник;
Дм - демодулятор;
ЦМД - цифровой модулятор-демодулятор;
МКУ - модуль контроля и управления;
ЦПВИ - цифровой преобразователь входной/выходной информации.
На фиг.2 - структурная схема блока каналообразующей аппаратуры, на которой показаны связи между модулями и распределение входных/выходных сигналов; на схеме приведены следующие обозначения:
МД2ТЧ - модуль тональной частоты двухканальный;
МД2АВ - модуль абонентский входящий;
МД2АИ - модуль абонентский исходящий;
МД2СЛ - модуль служебных линий;
МДЦИ - модуль цифровой информации.
На фиг.3 - показан пример возможной реализации модуля преобразователя, а именно структурная схема ячейки МД2ТЧ для одного канала ТЧ.
Осуществление полезной модели
Цифровая радиорелейная станция содержит (см. фиг.1) радиомодуль 1, обеспечивающий прием и передачу информации на расстояние до 60 км и блок 2 цифровой каналообразующей аппаратуры.
Радиомодуль 1 содержит антенно-фидерное устройство 3, связанное через фильтр 4 частотных развязок (ФЧР) с передающим и приемньм трактами. Передающий тракт образован последовательно соединенными передатчиком 5, включающим усилитель мощности и синтезатор частот возбудителя, и модулятором 6 группового сигнала. Приемный тракт образован последовательно связанными приемником 7, включающим преобразователь частоты, и демодулятором 8. Антенно-фидерное устройство выполнено на базе широкополосной антенной решетки с диапазоном рабочих частот 150-170 МГц. Фильтр частотных развязок, синтезаторы частот возбудителя передатчика и гетеродина приемника также подобраны с техническими характеристиками, позволяющими работать в указанном диапазоне частот.
Блок 2 каналообразующей аппаратуры содержит цифровой преобразователь 9 входной/выходной информации (ЦПВИ), цифровой модулятор-демодулятор 10 (ЦМД) группового сигнала, и средство согласования их работы, выполненное в виде модуля 11 контроля и управления (далее по тексту МКУ) на базе программируемого процессора.
Цифровой преобразователь 9 выполнен в виде комплекта взаимозаменяемых модулей, каждый из которых предназначен для определенного вида и количества входных сигналов (см. фиг.2). Возможна комплектация преобразователя 9
следующими модулями: модуль 12 тональной частоты двухканальный (МД2ТЧ), модуль 13 абонентский входящий (МД2АВ), модуль 14 абонентский исходящий (МД2АИ), модуль 15 соединительных линий (МД2СЛ), и/или модуль 16 цифровой информации (МДЦИ), причем количество модулей каждого вида назначения предусмотрено до 6 штук на станцию.
Рассмотрим работу станции на примере, когда преобразователь 9 входной/выходной информации содержит модуль 12 тональной частоты двухканальный (МД2ТЧ), установленный на выходе линии телефонной сети, и модуль 16 цифровых каналов (МДЦИ), установленный на выходе со стыка RS 232. Возможный вариант исполнения МД2ТЧ показан на фиг.3, а МДЦИ выполнен на базе процессора.
Работа станции при передаче информации осуществляется следующим образом.
Аналоговый сигнал с АТС поступает на вход модуля 12 тональной частоты двухканального, здесь он кодируется, преобразуется в цифровой сигнал и подается на вход цифрового модулятора-демодулятора 10. Цифровая информация поступает со стыка RS232 на процессор 16 МДЦИ, где она обрабатывается и преобразуется в цифровой канал и передается на вход ЦМД 10, куда также подаются сигнальные каналы и синхронизация. Цифровой модулятор-демодулятор 10 все скремблирует и формирует сигнал группового спектра, представляющий собой квадратурную последовательность, которая подается на вход модулятора 6 группового сигнала, осуществляющего четырехпозиционную относительную фазовую модуляцию (40ФМ). Модулированный сигнал усиливается в передатчике 5 и подается через ФЧР 4 на антенну 3.
Входной сигнал с антенны 3 поступает через фильтр 4 частотных развязок на плату преобразователя частоты приемника 7, где усиливается, фильтруется и преобразуется в промежуточную частоту (ПЧ), сигнал которой демодулируется на плате демодулятора 8 и подается на цифровой модулятор-демодулятор 10, где из группового потока выделяются телефонный и цифровой каналы. Цифровой канал поступает на процессор 16, где обрабатывается и преобразуется в стык RS 232 для связи с компьютером. Телефонный канал поступает на модуль 12 тональной частоты, где преобразуется из цифрового сигнала в аналоговый с необходимыми уровнями.
Количество модулей низкочастотных окончаний и варианты их сочетания выбираются в зависимости от вида и количества информации, предназначенной для приема и/или передачи (по желанию заказчика). Для изменения комплектации преобразователя 9 достаточно убрать или добавить соответствующий модуль. Конструктивно плата любого модуля низкочастотного окончания 12, 13, 14, 15, 16 устанавливается в соответствующий разъем преобразователя 9.
Дальнейшую работу модуля низкочастотного окончания в схеме станции обеспечивает модуль 11 контроля и управления, программное обеспечение которого предусматривает возможности конфигурирования станции в различных сочетаниях.
Работа МКУ показана на фиг.2.
Принятый антенной 3 и преобразованный в радиомоуле 1 групповой сигнал поступает на вход ЦМД 10, а именно на вход схемы демодулятора группового сигнала, где он восстанавливается и разделяется на телефонный и цифровой каналы и подается на вход МКУ 11 и первые входы модулей низкочастотных окончаний 12, 13, 14, 15, 16. Модуль управления 11 выделяет из общего группового потока управляющую информацию и формирует управляющие сигналы, которые подаются на вторые входы каждого из модулей 12, 13, 14, 15, 16. При поступлении управляющего сигнала на второй вход модуля, например модуля 13, происходит считывания информации с первого входа, таким образом, каждый модуль выделяет из общего группового потока информацию, предназначенную только ему, которая преобразуется далее в выходной сигнал.
При передаче преобразованная входная информация подается с выходов модулей 12, 13, 14, 15, 16 на вход схемы модуляции ЦМД 10, сюда же с модуля 11 МКУ подаются управляющие сигналы, посредством которых осуществляется формирование структуры группового сигнала. Формирование управляющих сигналов МКУ осуществляется в соответствии с заложенным программным обеспечением. Станция обеспечивает функционирование в трех режимах:
1. Режим трех сонаправленных цифровых каналов со скоростью 64 кбит/с;
2. Рабочий режим 4-х проводной соединительной линии обеспечивает работу 6 телефонных канальных окончаний и каналов СУ В со скоростью 32 кбит/с;
3. Режим телефонного радиоудлиннителя - обеспечивает работу 12 абонентских каналов в со скоростью 16 кбит/с.
Увеличение числа каналов за счет деления канальной скорости передачи данных осуществляется в модуле МД2ТЧ по сигналу МКУ (см. фиг.3).
Входной аналоговый сигнал каждого из двух каналов тональной частоты через коммутатор уровня 17 и развязывающий трансформатор 18 поступает в индивидуальный модулятор ИКМ 19, где формируется восьмиразрядный цифровой сигнал и подается на вход цифрового кодера 20, преобразующего восьмиразрядный сигнал ИКМ в четырехразрядный методом АДИКМ. Выходной сигнал кодера 20 АДИКМ передается в ЦМД 10 в одном из шести канальных интервалов группового сигнала.
В декодере АДИКМ 21 и индивидуальном демодуляторе ИКМ 22 производится обратное преобразование цифрового АДИКМ сигнала в ИКМ сигнал, а затем в аналоговый, который через трансформатор 23 и коммутатор уровня 24 поступает на выход. Управление включением канальных кодеров ИКМ и АДИКМ на передаче и на приеме осуществляется по сигналам с МКУ 11, поступающим через преобразователь 25 последовательного кода в параллельный.
Предлагаемая ЦРРС полностью построена на полупроводниковых приборах и интегральных микросхемах и обладает высокой надежностью работы, качеством передачи информации и при этом малогабаритна, проста и удобна в эксплуатации и обслуживании.