СТАНЦИЯ ЦИФРОВАЯ РАДИОРЕЛЕЙНАЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Станция предназначена для организации сельской связи, ведомственной и технологической связи вдоль дорог, нефте- и газопроводов, а также организации радиорелейных линий связи с дальностью передачи в одном пролете до 60 км, в случаях, когда отсутствует необходимость в резервировании, а служебная связь может быть организована через телефонный канал.
Посредством заявляемого устройства осуществляется организация коротких каналов связи, обеспечивающих передачу данных (цифровой информации) со скоростью 64 кбит/с и работу телефонных каналов с возможностью выхода в телефонную сеть общего пользования.
Уровень техники
Известна радиорелейная станция (РРС) ФМ-24/400 (см. книгу Дзыгало А.И., Устинский А.А. и др. «Радиорелейная связь на железнодорожном транспорте», М: Транспорт, 1980 г., стр.211-213), предназначенная для организации малоканальных РРЛ. Оборудование станции включает блок приемника с измерительным прибором, передатчик с измерительным прибором, служебный канал, местную сигнализацию и телесигнализацию, из чего следует, что станция снабжена системой контроля, направленной на повышение надежности работы станции. Однако, РРС ФМ-24/400 является аналоговой станцией, и, следовательно, имеет более низкие, по сравнению с цифровыми радиосистемами, помехоустойчивость и скорость передачи цифровой информации. Кроме того, оборудование радиостанции выполнено на устаревшей элементной базе, имеет большой вес и габариты.
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, размещенный на мачте антенны или вблизи нее, и каналообразующая аппаратура - ИКМ-15.
Выполненная на современной элементной базе с применением интегральных микросхем станция малогабаритна и обладает вышеназванными достоинствами цифровых станций. Кроме того, размещение блока приемопередатчика на мачте антенны
позволяет практически избавиться от потерь по ВЧ кабелю и уменьшить мощность передатчика. Однако «верхнее» размещение оборудования создает существенные трудности его обслуживания при эксплуатации, особенно в условиях сурового климата, и вместе с тем повышенные требования к комплектующим элементам по морозоустойчивости, защищенности и проч., предъявляемые при «верхнем» расположении, приводят к значительному удорожанию станции.
В качестве прототипа заявляемого решения выбрана малоканальная цифровая радиорелейная станция «Р-6» (см. приложение 1), имеющая «наземное» расположение. 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 антенно-фидерное устройство, радиоблок, включающий приемопередающее оборудование, модулятор группового сигнала, осуществляющий дифференциальную двоичную фазовую модуляцию, фазовый детектор и узел стыка для подключения каналообразующей аппаратуры (далее по тексту - КОА), которая соединяется с радиоблоком линейным кодом по двум витым парам. КОА выбирается из ряда промышленно выпускаемых схемных решений, например, в зависимости от модификации станции используют схемы: ИКМ-6А, ИКМ-6СЛ/15, ИКМ-30, транскодер АДИКМ МК/30ТР, интерфейс HDB3, МЦ-115T/Big, и др.
КОА осуществляет функции преобразования входной информации и формирование группового сигнала - при передаче и разделение группового сигнала и преобразование выходной информации - при приеме. При этом КОА предполагает наличие в своем составе средства согласования работы преобразователя информации и формирователя группового сигнала, которое осуществляет формирование структуры цикла при передаче, распознает управляющие команды и осуществляет распределение информации при приеме.
В станции «Р-6» не выявлено наличие системы контроля и регулирования работы блоков станции, позволяющей повысить стабильность работы станции.
Раскрытие полезной модели
Заявляемой полезной моделью решается задача повышения надежности работы цифровой РРС, в том числе эксплуатационной надежности, за счет осуществления контроля работы и состояния блоков станции и регулирования параметров их работы.
Поставленная задача решена тем, что в цифровой радиорелейной станции, содержащей радиомодуль, включающий фильтр частотных развязок, приемо-
передающее оборудование и модулятор группового сигнала, и связанную с радиомодулем и размещенную вблизи него каналообразующую аппаратуру, включающую цифровой преобразователь входной/выходной информации, формирователь/разделитель группового сигнала и средство согласования их работы, согласно заявляемой полезной модели средство согласования выполнено с возможностью контроля и управления работой блоков радиомодуля, при этом в состав упомянутых блоков включены датчики контроля их состояния, связанные со средством согласования.
В отличие от прототипа в заявляемой станции в блоках радиомодуля, таких как усилитель мощности передатчика, приемник, демодулятор группового сигнала и др., размещают датчики СКУ (системы контроля и управления) и организуют двустороннюю связь между датчиками и средством согласования каналообразующей аппаратуры. Средство согласования осуществляет периодический опрос датчиков СКУ, производит обработку полученной информации и формирует управляющие команды для блоков радиомодуля. Постоянный контроль позволяет осуществлять прогнозирование возможных неисправностей, вовремя выявлять неполадки в работе отдельных блоков и осуществлять корректирование их рабочих параметров, изменять режимы работы станции. Контроль состояния и регулирование работы блоков радиомодуля, направленные на обеспечение бесперебойности работы последних, позволяют повысить надежность работы станции в целом.
Вместе с тем, средство согласования осуществляет контроль и управление работой блоков КОА: преобразователя входной/выходной информации и формирователя/разделителя группового сигнала.
В вышеописанных ЦРРС - «Р-6», и «Радан-2» подобное решение осуществить невозможно, так как каналообразующая аппаратура, применяемая в вышеназванных станциях, это промышленно изготовленные законченные блоки ИКМ-15, ИКМ-6А и т. д. одного производителя, а радиомодуль или блок приемопередатчика - другого, что не позволяет предусмотреть упомянутых связей между управляющим устройством КОА и составляющими блоками радиомодуля.
В частном случае исполнения антенно-фидерное устройство и приемо-передающее оборудование могут быть выполнены с рабочими характеристиками, обеспечивающими работу станции в диапазоне частот 150-170 МГц.
Средство согласования КОА организуют на базе процессора посредством его программного обеспечения.
С целью обеспечения возможности подключения к станции различного числа абонентов цифровой и аналоговой информации, например телефонных абонентов, АТС, компьютеры и проч., предусмотрено выполнение цифрового преобразователя входной/выходной информации 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. Разработчиками предусмотрена возможность комплектования цифрового преобразователя 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. В конкретных случаях исполнения модули цифрового преобразователя выполняют на базе процессоров.
Модуль преобразователя аналоговых телефонных сигналов может быть выполнен в виде цифровой системы с импульсно-кодовой модуляцией и временным уплотнением каналов. С целью увеличения числа каналов модуль преобразователя аналоговых сигналов может быть дополнен средствами адаптивной импульсно-кодовой модуляции (АДИКМ), осуществляемой после импульсно-кодовой модуляции.
Модуль преобразователя цифровой информации, принимаемой от компьютеров, 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 4 раза пропускную способность радиоствола при той же полосе пропускания.
Для удобства монтажа, транспортировки и эксплуатации оборудования, станция может быть выполнена 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.
На схеме приведены следующие обозначения:
ФЧР - фильтр частотных развязок;
Прд - передатчик;
УМ - усилитель мощности;
М - модулятор группового сигнала;
Прм - приемник;
Дм - демодулятор;
ЦМД - цифровой модулятор-демодулятор;
МКУ - модуль контроля и управления;
ЦПВИ - цифровой преобразователь входной/выходной информации.
МД2ТЧ - модуль тональной частоты двухканальный;
МДЦИ- модуль цифровой информации.
На фиг.2 - представлена в качестве примера организации контроля и управления структурная схема субблока усилителя с автоматическим регулированием мощности.
Осуществление полезной модели
Цифровая радиорелейная станция содержит (см. фиг.1) антенну 1, радиомодуль 2, обеспечивающий прием и передачу информации на расстояние до 60 км и блок 3 цифровой каналообразующей аппаратуры.
Радиомодуль 2 содержит фильтр 4 частотных развязок (ФЧР), передатчик 5, включающий синтезатор частот возбудителя, усилитель 6 мощности, включающий схему автоматического регулирования мощности (АРУ) и плату контроля и управления, фазовый модулятор 7 группового сигнала, приемник 8, включающий синтезатор частот гетеродина, и демодулятор 9 группового сигнала.
С целью обеспечения работы в диапазоне рабочих частот 150-170 МГц, антенна 1, фильтр 4 частотных развязок, синтезаторы частот возбудителя передатчика 5 и гетеродина приемника 8 подобраны с техническими характеристиками, позволяющими работать в указанном диапазоне частот.
Блок 3 каналообразующей аппаратуры содержит цифровой модулятор-демодулятор 10 (ЦМД) группового сигнала, цифровой преобразователь 11 входной/выходной информации (ЦПВИ), и средство согласования их работы, выполненное в виде модуля 12 контроля и управления (далее по тексту МКУ),
реализованного, например, на базе промышленно выпускаемого контроллера Atmeda 128 посредством его программного обеспечения.
Цифровой преобразователь 11 включает модуль 13 тональной частоты двухканальный (МД2ТЧ) и модуль 14 цифровой информации (МДЦИ). В других случаях реализации станции цифровой преобразователь 11 может быть укомплектован помимо модуля тональной частоты (МД2ТЧ) и цифровой информации (МДЦИ), модулями абонентскими входящими (МД2АВ), модулями абонентскими исходящими (МД2АИ), модулями соединительных линий (МД2СЛ), причем количество модулей каждого вида назначения предусмотрено до 6 штук на станцию.
После включения питания МКУ 12 формирует коды частот и осуществляет программирование синтезаторов частот гетеродина приемника 8 и возбудителя передатчика 5.
Работа станции при передаче информации осуществляется следующим образом. Аналоговый сигнал с АТС поступает на вход модуля 13 тональной частоты двухканального, здесь он кодируется, преобразуется в цифровой сигнал и подается на вход цифрового модулятора-демодулятора 10. Цифровая информация поступает со стыка RS 232 на процессор 14 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 7 группового сигнала, осуществляющего четырехпозиционную относительную фазовую модуляцию (40ФМ). Модулированный сигнал усиливается в передатчике 5 и подается через ФЧР 4 на антенну 1.
Входной сигнал с антенны 1 поступает через фильтр 4 частотных развязок на плату преобразователя частоты приемника 8, где усиливается, фильтруется и преобразуется в промежуточную частоту (ПЧ), сигнал которой демодулируется на плате демодулятора 9 и подается на цифровой модулятор-демодулятор 10, где из группового потока выделяются телефонный и цифровой каналы. Цифровой канал поступает на процессор 14, где обрабатывается и преобразуется в стык RS 232 для связи с компьютером. Телефонный канал поступает на модуль 13 тональной частоты, где преобразуется из цифрового сигнала в аналоговый с необходимыми уровнями.
В процессе работы станции контроллер МКУ 12 в соответствии с рабочей программой, записанной в его памяти, осуществляет периодический опрос различных
датчиков СКУ, расположенных в контролируемых узлах: ЦМД, МД2ТЧ, МДЦИ, приемнике, передатчике, УМ, демодуляторе.
Опрос и прием информации осуществляется по шине, организованной известными из уровня техники методами с помощью программных и аппаратных средств, например, буфера, регистров памяти и т.д. По заложенному в программу алгоритму производится анализ полученной информации и делается вывод о исправности или неисправности аппаратуры. Таким образом осуществляется контроль наличия синхронизма в кольце фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) гетеродина приемника 8, контроль наличия синхронизма в кольце ФАПЧ возбудителя передатчика 5, контроль цепи автоматической регулировки усиления (АРУ) приемника 8, контроль отраженной и падающей мощности УМ 6, контроль наличия синхронизма в кольце ФАПЧ демодулятора 9, кроме того, модуль 12 МКУ позволяет осуществлять контроль системы питания.
Данные, получаемые от блоков цифровой обработки сигналов, позволяют также осуществлять контроль качества передаваемой и получаемой информации. В случаях ухудшения достоверности принимаемых данных формируются команды, например, увеличения мощности передатчика, для станции, работающей в паре с указанной.
Предусмотрен вывод информации на лицевую панель аппаратуры, что позволяет иметь наглядную информацию о состоянии станции. Состояние «неисправно» дублируется звуковым сигналом. Предусмотрена возможность ручного диагностирования состояния аппаратуры. С этой целью на передней панели МКУ выполнена клавиатура, позволяющая также «вручную» устанавливать режимы работы станции.
Пример организации автоматического регулирования мощности усилителя 6 приведен на фиг.2.
Субблок усилителя мощности (УМ) представляет собой двухкаскадный усилитель на микросхеме 6, охваченный двумя кольцами авторегулирования (АРУ): по падающей мощности для поддержания выходной мощности передатчика на заданном уровне, и по отраженной мощности для защиты выходных каскадов. С этой целью усилитель 6 оснащен датчиками 15 падающей и 16 отраженной мощности. Для обеспечения режимов работы пониженной мощности и перевода в дежурный прием, а также обеспечения индикации исправности УМ включает в себя схему автоматики 17.
Для измерения параметров работы усилителя 6 нагрузка включается через спаренный направленный ответвитель 18, обеспечивающий измерение падающей и
отраженной мощностей. Постоянное выпрямленное напряжение, пропорциональное падающей и отраженной мощности от датчиков 15 и 16 поступает на схему 17 сравнения, где сравнивается с опорным уровнем, поступающим от источника 19 опорного напряжения. Выходной сигнал, пропорциональный падающей мощности, со схемы 17 автоматики поступает на управляющий вход усилителя 6 и, изменяя режим работы микросхемы, поддерживает на заданном уровне выходную мощность.
При поступлении от МКУ 12 сигнала переключения в режим пониженной мощности снижается опорный уровень, и схема 17 автоматики отрабатывает пониженный уровень выходной мощности.
При поступлении сигнала увеличения уровня отраженной мощности от датчика 16, схема 17 сравнения выдает сигнал, закрывающий усилитель. В результате выходная мощность и потребляемый ток резко снижаются, обеспечивая безопасный режим работы на несогласованную нагрузку. Схема 17 автоматики дополнительно обеспечивает измерение режимов работы усилителя и выдачу сигнала об исправной работе на устройство управления.