РАДИОСТАНЦИЯ

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована для организации высокоскоростных сетей и пакетной дуплексной радиосвязи обмена речевой и цифровой информацией, в качестве одного из источников которой может быть применен персональный компьютер (ПК).
Известно большое количество носимых и возимых радиостанций, например, Р-159М ИП1.100.63, радиостанции по патентам на полезные модели №№27764, 31181 и др., выполняющих аналогичные функции. Недостатками этих радиостанций являются:
- отсутствие маскирования речевой информации;
- низкая скорость передачи данных от оконечной аппаратуры;
- отсутствие возможности передачи информации от ПК и дистанционного управления режимами и видами работ;
- невозможность автоматизированного ввода радиоданных, под которыми понимаются значения рабочих частот и идентификаторы радиостанции;
- отсутствие автоматической настройки станции, адаптивной перестройки на запасную частоту при возникновении помехи в полосе приема, адаптивного изменения скорости передачи в зависимости от помеховой обстановки;
- наличие одного канала приемо-передачи данных, что позволяет осуществлять в один момент времени связь только с одним абонентом.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является радиостанция Р-163-50У ИВ1.106.016 [Комплекс средств радиосвязи "Арбалет". Возимые УКВ радиостанции. Издательство ВАС. 1996 г. УДК. 621.396.7], принятая за прототип.
На фиг.1 приведена обобщенная структурная схема радиостанции-прототипа, где обозначено:
I -канал приемо-передачи данных;
1 - блок управления;
2 - синтезатор частот;
3 - первый коммутатор информации;
4 - передатчик;
5 - приемник;
6 - антенный коммутатор;
7 - антенна;
8 - антенно-согласующее устройство (АСУ);
9 - второй коммутатор информации.
Устройство-прототип содержит первый коммутатор информации 3, на первый вход которого поступает сигнал от источника цифровой информации (ИстЦИ), на второй вход поступает сигнал от источника речевой информации (ИстРИ), третий вход управляет выбором источника информации и соединен с соответствующим выходом блока управления (БУ) 1. Выход первого коммутатора информации 3 соединен с информационным входом канала приемо-передачи данных I, содержащего синтезатор частот 2, передатчик 4, приемник 5, антенный коммутатор 6, антенно-согласующее устройство (АСУ) 8 и антенну 7, причем первый вход передатчика 4 является информационным входом канала приемо-передачи I, а выход передатчика 4 соединен с первым входом антенного коммутатора 6, управляющий вход которого является вторым входом канала I и соединен со вторым выходом БУ 1, а вход-выход соединен с первым входом-выходом АСУ 8, второй вход-выход которого соединен с антенной 7. Выход антенного коммутатора 6 соединен с первым входом приемника 5, выход которого является выходом канала приемо-передачи I и соединен с входом второго коммутатора информации 9, первый выход которого является выходом цифровой информации, а второй - выходом речевой информации. При этом третьи входы передатчика 4 и приемника 5 соединены с выходом синтезатора частот 2, вход которого объединен с их вторыми входами и является первым входом канала приемо-передачи I, соединенного с соответствующим выходом БУ 1.
Устройство-прототип работает следующим образом.
В режиме передачи информация от ИстЦИ или ИстРИ через первый коммутатор информации 3, устанавливающий очередность ее использования в зависимости от состояния третьего входа, которым управляет сигнал с третьего выхода блока управления 1, поступает на информационный вход передатчика 4 канала приемо-передачи данных I, далее сигнал через антенный коммутатор 6 и АСУ 8 поступает в антенну 7. На второй вход канала приемо-передачи I с БУ 1 поступает сигнал, управляющий переключением входа-выхода антенного коммутатора 6 к выходу передатчика 4 или к первому входу приемника 5. В режиме приема сигнал от антенны 7 через АСУ 8 и антенный коммутатор 6 поступает в приемник 5, с выхода которого информация через второй коммутатор 9 поступает одновременно к приемнику цифровой информации (ПрЦИ) и приемнику речевой информации (ПрРИ). Сигнал от БУ 1, поступающий на первый вход канала приемо-передачи I, управляет настройкой синтезатора частот 2 и работой передатчика 4 и приемника 5.
Недостатками устройства-прототипа являются отсутствие маскирования речевой информации, низкая скорость передачи цифровой информации, которая согласована с пропускной способностью канала и составляет 16 Кбит/сек, отсутствие возможности передачи данных от персонального компьютера, большие затруднения при использовании в составе автоматизированных систем радиосвязи из-за отсутствия дистанционного управления и автоматической настройки станции, отсутствие адаптивной перестройки на запасную частоту при возникновении помехи в полосе приема и адаптивного изменения скорости передачи в зависимости от помеховой обстановки, наличие одного канала приемо-передачи данных, что позволяет обеспечить в один момент времени связь только с одним абонентом.
Для устранения указанных недостатков в радиостанцию, содержащую блок управления, первый и второй коммутаторы информации, первый канал приемо-передачи данных, состоящий из синтезатора частот, передатчика,
приемника, антенного коммутатора, антенны и антенно-согласующего устройства, причем выход передатчика соединен с первым входом антенного коммутатора, вход-выход которого соединен с первым входом-выходом антенно-согласующего устройства, второй вход-выход которого соединен с антенной, управляющий вход антенного коммутатора является вторым входом первого канала приемо-передачи данных и соединен со вторым выходом блока управления, обеспечивающим подключение входа-выхода антенного коммутатора к выходу передатчика или входу приемника, третьи входы передатчика и приемника соединены с выходом синтезатора частот, вход которого объединен с их вторыми входами и является первым входом первого канала приемо-передачи данных, соединенным с соответствующим выходом блока управления, управляющим настройкой синтезатора частот и работой передатчика и приемника, третий выход блока управления соединен с управляющим входом первого коммутатора информации, обеспечивающим выбор передаваемой речевой или цифровой информации, причем первый выход первого коммутатора информации соединен с информационным входом первого канала приемо-передачи данных, выход которого соединен с первым входом второго коммутатора информации, согласно полезной модели введены третий и четвертый коммутаторы информации, речевой кодер, пакетатор речевой информации, пакетатор цифровой информации, депакетатор речевой информации, депакетатор цифровой информации, речевой декодер, клавиатура, дисплей, N-1 каналов приемо-передачи данных, аналогичных первому, где N≥1, информационный вход каждого N-1 канала приемо-передачи соединен с соответствующим выходом первого коммутатора информации, в каждый из N каналов приемо-передачи введены кодер, шифратор пакетов информации, декодер, дешифратор пакетов информации, причем информационный вход каждого канала приемо-передачи данных через последовательно соединенные шифратор пакетов информации и кодер соединен с первым входом передатчика, а выход приемника через последовательно соединенные декодер и дешифратор пакетов информации соединен с выходом
канала приемо-передачи данных, при этом первый вход каждого N-1 канала приемо-передачи является входом, обеспечивающим настройку синтезатора частот и работу передатчика и приемника, и соединен с соответствующим выходом блока управления, второй вход каждого N-1 канала приемо-передачи является входом, управляющим антенным коммутатором, и соединен с соответствующим выходом блока управления, выход каждого N-1 канала приемо-передачи соединен с соответствующим входом второго коммутатора информации, управляющий вход которого соединен с седьмым выходом блока управления, обеспечивающим выбор принимаемой речевой или цифровой информации, второй выход второго коммутатора информации через последовательно соединенные депакетатор речевой информации и речевой декодер соединен с приемником речевой информации, первый выход второго коммутатора информации через депакетатор цифровой информации соединен с первым входом четвертого коммутатора информации, управляющий вход которого является входом, обеспечивающим выбор приемника цифровой информации, и соединен с шестым выходом блока управления, причем первый выход четвертого коммутатора информации является выходом низкоскоростной синхронной цифровой информации, второй - выходом низкоскоростной асинхронной цифровой информации, третий - выходом высокоскоростной цифровой информации, четвертый - выходом радиоданных, вход речевого кодера является входом речевой информации, а выход через пакетатор речевой информации соединен с первым входом первого коммутатора информации, первый вход третьего коммутатора информации является входом низкоскоростной синхронной цифровой информации, второй - входом низкоскоростной асинхронной цифровой информации, третий - входом высокоскоростной цифровой информации, четвертый - входом радиоданных, первый выход третьего коммутатора информации является выходом радио-данных и соединен с соответствующим входом блока управления, четвертый выход которого соединен с управляющим входом третьего коммутатора информации и является входом, обеспечивающим выбор источника цифровой
информации, второй выход третьего коммутатора информации, являющийся выходом цифровой информации, через пакетатор цифровой информации соединен со вторым входом первого коммутатора информации, второй вход блока управления, являющийся входом информации, управляющей работой радиостанции, соединен с выходом клавиатуры радиостанции, пятый выход блока управления, являющийся выходом сигнала о подтверждении выполненных операций, соединен с входом дисплея радиостанции.
Структурная схема канала приемо-передачи данных I предлагаемой радиостанции приведена на фиг.2, где обозначено:
2 - синтезатор частот;
4 - передатчик;
5 - приемник;
6 - антенный коммутатор;
7 - антенна;
8 - антенно-согласующее устройство (АСУ);
20 - шифратор пакетов информации;
21 -кодер;
22 - декодер;
23 - дешифратор пакетов информации.
Структурная схема предлагаемой радиостанции приведена на фиг.3, где обозначено:
1
N
I...I - каналы приемо-передачи данных;
1 - блок управления;
3 - первый коммутатор информации;
9 - второй коммутатор информации.
10 - речевой кодер;
11 - пакетатор речевой информации;
12 - третий коммутатор информации;
13 - пакетатор цифровой информации;
14 - депакетатор цифровой информации;
15 -четвертый коммутатор информации;
16 - депакетатор речевой информации;
17 - речевой декодер;
18 - клавиатура радиостанции;
19 - дисплей радиостанции.
Предлагаемая радиостанция содержит N (N≥1) аналогичных каналов приемо-передачи данных I (фиг.2), каждый из которых включает синтезатор частот 2, передатчик 4, приемник 5, антенный коммутатор 6, антенно-согласующее устройство (АСУ) 8, антенну 7, шифратор пакетов информации 20, кодер 21, декодер 22 и дешифратор пакетов информации 23, причем информационный вход каждого канала приемо-передачи I через последовательно соединенные шифратор пакетов информации 20 и кодер 21 соединен с первым входом передатчика 4, выход которого соединен с первым входом антенного коммутатора 6, управляющий вход которого является вторым входом канала приемо-передачи I, а вход-выход соединен с первым входом-выходом АСУ 8, второй вход-выход которого соединен с антенной 7. Выход антенного коммутатора 6 соединен с первым входом приемника 5, выход которого через последовательно соединенные декодер 22 и дешифратор пакетов информации 23 соединен с выходом канала приемо-передачи I. Третьи входы передатчика 4 и приемника 5 соединены с выходом синтезатора частот 2, вход которого объединен с их вторыми входами и является первым входом канала I. Радиостанция содержит также последовательно соединенные речевой кодер 10 и пакетатор речевой информации 11, выход которого соединен с первым входом первого коммутатора информации 3, причем вход речевого кодера 10 является входом речевой информации. Второй вход первого коммутатора информации 3 соединен с выходом пакетатора цифровой информации 13, вход которого соединен со вторым выходом третьего коммутатора информации 12, первый вход которого является входом низкоскоростной синхронной цифровой информации, второй - входом низкоскоростной асинхронной цифровой информации, третий - входом высокоскоростной цифровой
1
N
информации, четвертый - входом радиоданных. Каждый из N выходов первого коммутатора информации 3 соединен с информационным входом соответствующего канала приемо-передачи I...I. Выход каждого канала приемо-передачи I соединен с соответствующим входом второго коммутатора информации 9, первый выход которого через депакетатор цифровой информации 14 соединен с первым входом четвертого коммутатора информации 15. Второй выход второго коммутатора информации 9 через последовательно соединенные депакетатор речевой информации 16 и речевой декодер 17 соединен с приемником речевой информации (ПрРИ). Первый выход четвертого коммутатора информации 15 является выходом низкоскоростной синхронной цифровой информации, второй - выходом низкоскоростной асинхронной цифровой информации, третий - выходом высокоскоростной цифровой информации, а четвертый - выходом радиоданных.
Радиостанция содержит также блок управления (БУ) 1, первый вход которого соединен с соответствующим выходом третьего коммутатора информации 12 и является входом радиоданных, а второй вход, являющийся входом информации, управляющей работой радиостанции, соединен с выходом клавиатуры 18. Каждый из N первых выходов БУ 1 соединен с первым входом соответствующего канала приемо-передачи данных I и управляет настройкой синтезатора частот 2 и работой передатчика 4 и приемника 5, а каждый из N его вторых выходов соединен со вторым входом соответствующего канала приемо-передачи данных I и управляет работой антенного коммутатора 6. Третий выход БУ 1 соединен с управляющим входом первого коммутатора информации 3 и обеспечивает выбор передаваемых речевых или цифровых пакетов информации в каждом из N каналов приемо-передачи данных I. Четвертый выход БУ 1, обеспечивающий выбор источника цифровой информации, соединен с управляющим входом третьего коммутатора информации 12, пятый выход БУ 1, являющийся выходом сигнала о подтверждении выполненных операций, соединен с входом дисплея радиостанции 19, шестой выход, управляющий выбором приемника цифровой информации,
соединен с управляющим входом четвертого коммутатора информации 15, седьмой выход БУ 1, обеспечивающий выбор принимаемой речевой или цифровой информации в каждом из N каналов приемо-передачи данных I, соединен с управляющим входом второго коммутатора информации 9. При подготовке к работе предлагаемая радиостанция позволяет:
- получать радиоданные от ИстРД с подтверждением к ПрРД;
- получать цифровую информацию, в качестве которой могут выступать источник низкоскоростной синхронной цифровой информации (Ист-НСЦИ), источник низкоскоростной асинхронной цифровой информации (ИстНАЦИ), источник высокоскоростной цифровой информации (ИстВЦИ), клавиатура радиостанции, и выдавать ее на приемник цифровой информации, в качестве которого может использоваться ПрНСЦИ, ПрНАЦИ, ПрВЦИ, дисплей радиостанции.
В режиме ведения радиосвязи радиостанция позволяет обеспечить:
- обмен цифровой информацией со скоростями от 1,2 Кбит/сек до 3 Мбит/сек между одним или несколькими ИстЦИ и одним или несколькими ПрЦИ на каждом из N каналов приемо-передачи данных;
- обмен речевой информацией с криптографической защитой;
- дуплексный обмен речевой информацией за счет высокой скорости обмена цифровой информацией и одновременную передачу речевой и цифровой информации за счет временного уплотнения в каждом из N каналов приемо-передачи данных.
Предлагаемая радиостанция работает следующим образом.
С включением питания радиостанция автоматически переходит в режим приема служебных пакетов синхронизации (СПС) от уже работающих станций на выделенной частоте. В случае отсутствия пакетов радиостанция начинает сама излучать СПС пакеты согласно установленному стандарту, например, согласно стандарту 802.11b. Все радиостанции, принимающие служебные пакеты синхронизации, вырабатывают пакеты подтверждения информации и образуют высокоскоростную сеть пакетной радиосвязи с использованием
принципа временного разделения приема и передачи, а также временного уплотнения информации и обеспечения радиодоступа.
Любая радиостанция, находящаяся в сети, переходит в режим передачи по сигналу "Запрос передачи" от одного из источников информации - Ист-НСЦИ, ИстНАЦИ, ИстВЦИ, ИстРИ. По запросу от ИстРИ (например, гарнитуры оператора) речевой сигнал, имеющий аналоговую форму, поступает на речевой кодер 10, который переводит речь в формат импульсно-кодовой модуляции со скоростью 64 Кбит/сек, далее цифровой речевой поток поступает на пакетатор речевой информации 11, который формирует из непрерывного цифрового потока цифровые пакеты с речевой информацией, которые затем поступают на первый вход первого коммутатора информации 3. По сигналу с четвертого выхода блока управления 1 третий коммутатор 12 выбирает источник цифровой информации, которая далее преобразуется в пакетаторе цифровой информации 13 и поступает на второй вход первого коммутатора 3, являющийся входом пакетов цифровой информации. Выбор передаваемых информационных или речевых пакетов в каждом из каналов приемо-передачи I осуществляется в первом коммутаторе информации 3 под управлением сигнала, поступающего с третьего выхода БУ 1. Передаваемый пакет информации с соответствующего выхода блока 3 через информационный вход соответствующего канала приемо-передачи I поступает на шифратор пакетов 20, с выхода которого шифрованный по определенному алгоритму пакет подается на кодер 21, приводящий пакет к установленному стандарту. Однотипные пакеты информации шифруются, кодируются и через передатчик 4 и антенный коммутатор 6 подключаются к АСУ 8, антенне 7 и излучаются в эфир с канальной скоростью до 10 Мбит/сек. На второй вход канала приемо-передачи I с БУ 1 поступает сигнал, управляющий переключением антенного коммутатора 6 к выходу передатчика 4 или к первому входу приемника 5. Сигнал от БУ 1, поступающий на первый вход канала приемо-передачи I, управляет настройкой синтезатора частот 2 и работой передатчика 4 и приемника 5.
При этом скорость передачи полезной информации может достигать 3 Мбит/сек для каждого из N каналов приемо-передачи данных I.
В режиме приема в радиостанции, находящейся в сети, в каждом из N каналов приемо-передачи данных I осуществляются процедуры обратного преобразования сигнала, принятого антенной 7. Сигнал через АСУ 8 и антенный коммутатор 6 поступает на вход приемника 5, а затем в декодер 22, который преобразует информацию установленного стандарта в шифрованные по определенному алгоритму пакеты, поступающие на дешифратор 23. Разделение пакетов соответствующих N каналов I на информационные и речевые производится во втором коммутаторе информации 9 под управлением сигнала, поступающего с седьмого выхода БУ 1. С первого выхода коммутатора 9 информационные цифровые пакеты поступают на депакетатор цифровой информации 14, откуда непрерывная цифровая информация поступает в четвертый коммутатор 15. В нем осуществляется выбор приемника цифровой информации под воздействием сигнала с шестого выхода БУ 1. Со второго выхода коммутатора 9 пакеты с речевой информацией поступают на депакетатор речевой информации 16, который преобразует пакеты в непрерывные отчеты речевого сигнала, которые подаются на речевой декодер 17. С выхода речевого декодера 17 аналоговый речевой сигнал поступает в приемник речевой информации (например, на телефоны). Каждый приемник информации имеет адрес, прописанный в принятом пакете. При несовпадении адреса пакет отбрасывается.
В режиме загрузки радиоданных сигнал, сформированный в ИстРД, например, по оптическому интерфейсу, поступает на четвертый вход третьего коммутатора информации 12, с первого выхода которого подается в БУ 1, где обеспечивается размещение радиоданных в памяти. При этом БУ 1, например, через фотопередатчик формирует ответные сигналы для ПрРД.
Каждая радиостанция, находящаяся в сети, анализирует количество неправильно принятых пакетов и, как следствие, качество обмена информацией на выбранных скорости передачи и рабочей частоте. При превышении порога
ошибок радиостанция может адаптивно понижать канальную скорость передачи в эфире или уйти с пораженной частоты, образуя новую сеть на следующей выбранной частоте.
С клавиатуры радиостанции 18 в оперативном режиме вводится информация об управлении радиостанцией или о передаче данных с подтверждением выполнения этих результатов на дисплее радиостанции 19.
Таким образом, осуществляется защита от перехвата передаваемой по каналам речевой и цифровой информации путем применения пакетирования и шифрации пакетов по определенному алгоритму, увеличивается пропускная способность каждого канала приемо-передачи данных до 3 Мбит/сек, что позволяет вести одновременную передачу цифровой и речевой информации, причем речевая информация передается в дуплексном режиме за счет временного уплотнения информационного потока, появляется возможность высокоскоростной передачи данных от персонального компьютера, реализуется автоматизированная загрузка радиоданных, например, по оптическому интерфейсу, и дистанционное управление радиостанцией с персонального компьютера, появляется возможность адаптивной перестройки на запасную частоту при возникновении помехи в полосе приема и адаптивного изменения скорости передачи в канале в зависимости от помеховой обстановки, осуществляется возможность одновременного обмена данными с N абонентами по N каналам приемо-передачи и, например, ретрансляция информации из одной сети радиостанций, работающих в первой области частот, во вторую сеть радиостанций, работающих во второй области частот.
В предлагаемой радиостанции могут быть использованы, например, в качестве
- источника речевой информации - гарнитура оператора;
- источника низкоскоростной синхронной цифровой информации -стык С1-ФЛ с максимальной скоростью обмена 16 Кбит/сек;
- источника низкоскоростной асинхронной цифровой информации -стык С2 с максимальной скоростью обмена 115,2 Кбит/сек;
- источника высокоскоростной цифровой информации - стык Ethernet с максимальной скоростью передачи 100 Мбит/сек;
- источника радиоданных - фотоприемник.
Предлагаемые узлы радиостанции могут быть реализованы на отдельных элементах или являться частью блока управления 1, выполненного, например, на микропроцессоре AT91RM9200-QI-002 производства фирмы Atmel.
Шифратор пакетов информации 20 и дешифратор 23 могут работать, например, по алгоритму ГОСТ 28147-89, который обеспечивает криптографическую защиту информации, не содержащей сведений, составляющих государственную тайну.
В качестве кодера 21 и декодера 22 могут быть выбраны, например, кодер или соответственно декодер адаптера стандарта 802.11b.