СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ С РЕТРАНСЛЯТОРОМ
RADIO COMMUNICATION SYSTEM WITH TRANSPONDER

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в системах передачи информации по сетям связи между удаленными корреспондентами с использованием ретрансляторов.
Известны системы радиосвязи, содержащие несколько приемопередающих радиостанций, образующих сеть радиосвязи. В такой сети после установления радиосвязи передача информации между двумя взаимодействующими корреспондентами осуществляется путем подключения к радиоканалам оконечных устройств телефонной, телеграфной связи и передачи данных [1].
Однако для увеличения дальности прямой радиосвязи необходимо повышать мощности используемых радиостанций, что в свою очередь влечет за собой увеличение массогабаритных характеристик радиостанций и приводит к ограничению использования таких средств, особенно в подвижных объектах, имеющих ограниченные объемы для размещения необходимых средств связи.
Одним из направлений решения задачи увеличения дальности прямой радиосвязи является использование ретрансляторов, посредством которых, при малых мощностях используемых радиостанций, можно получить значительные дальности радиосвязи.
Известны системы радиосвязи, содержащие несколько наземных радиостанций и ретранслятор, включающие в свой состав передатчики, приемники, приемопередающие антенны и согласующие устройства [1].
Недостатком таких систем радиосвязи является то, что они обеспечивают симплексную или полудуплексную радиосвязь, имеют низкую помехозащищенность по причине частых перерывов в радиолинии из-за отсутствия в ней средств контроля качества связи.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является система радиосвязи, описанная в [2].
Известная система радиосвязи содержит 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.
Основным недостатком такой системы радиосвязи является то, что она обеспечивает только симплексную одностороннюю связь. Это существенно ограничивает ее возможности по ведению радиосвязи между абонентами.
Целью изобретения является обеспечение дуплексной радиосвязи и повышение помехоустойчивости радиолинии при одновременном улучшении качества связи между абонентами, находящимися на значительном удалении друг от друга.
Поставленная цель достигается тем, что в системе радиосвязи с ретранслятором, содержащей передающую радиостанцию, ретранслятор, состоящий из приемной и передающей антенн, приемника, преобразователя, усилителя мощности, блока измерения уровня сигналов и гетеродина, включающего в себя первый, второй и третий усилители, первый, второй и третий делители, управляемый генератор, эталонный генератор, фазовый детектор, фильтр нижних частот и пороговый блок, приемную радиостанцию, включающую в себя приемник и блок контроля, при этом выход приемной антенны ретранслятора соединен со входом приемника, первый выход которого соединен со входом блока измерения уровня сигналов, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, первый вход которого соединен со вторым выходом приемника, выход переключателя подключен к первому входу преобразователя, выход которого соединен с первым входом усилителя мощности, выход которого соединен со входом передающей антенны, выход первого усилителя гетеродина подключен ко входам первого и третьего делителей, выход первого делителя соединен со входом второго усилителя, выход которого является третьим выходом гетеродина и соединен со вторым входом переключателя, первый и второй выходы управляемого генератора подключены к управляющим входам соответственно первого и третьего усилителей, выход которого является первым выходом гетеродина и соединен со вторым входом преобразователя, выход эталонного генератора соединен со входом второго делителя, выход которого соединен со входом фазового детектора, выход которого соединен со входом фильтра нижних частот, выход которого соединен со входом порогового блока, выход которого является вторым выходом гетеродина и подключен ко второму входу усилителя мощности, выход фильтра нижних частот соединен с управляющим входом управляемого генератора, выход третьего делителя соединен с управляющим входом фазового детектора, передающая радиостанция выполнена в виде первой радиостанции, содержащей блок коммутации и сопряжения, модулятор, передатчик, фильтр развязки, приемопередающую антенну, приемник, демодулятор и блок контроля, при этом линейный выход блока коммутации и сопряжения первой радиостанции соединен со входом модулятора, выход которого соединен со входом передатчика, выход которого подключен к первому входу фильтра развязки, первый выход которого соединен со входом приемопередающей антенны, выход которой соединен со вторым входом фильтра развязки, второй выход которого подключен ко входу приемника, выход которого соединен со входом демодулятора, выход которого соединен с линейным входом блока коммутации и сопряжения, сигнальный выход приемника соединен со входом блока контроля, выход которого подключен к индикаторному входу блока коммутации и сопряжения, станционный выход которого является информационным выходом первой радиостанции, информационным входом которой является станционный вход блока коммутации и сопряжения, а приемная радиостанция выполнена в виде второй приемопередающей радиостанции за счет введения в ее состав блока коммутации и сопряжения, модулятора и демодулятора, передатчика, фильтра развязки и приемопередающей антенны, при этом линейный выход блока коммутации и сопряжения второй радиостанции соединен со входом модулятора, выход которого соединен со входом передатчика, выход которого подключен к первому входу фильтра развязки, первый выход которого соединен со входом приемопередающей антенны, выход которой соединен со вторым входом фильтра развязки, второй выход которого подключен ко входу приемника, выход которого соединен со входом демодулятора, выход которого соединен с линейным входом блока коммутации и сопряжения, сигнальный выход приемника соединен со входом блока контроля, выход которого подключен к индикаторному входу блока коммутации и сопряжения, станционный выход которого является информационным выходом второй радиостанции, информационным входом которой является станционный вход блока коммутации и сопряжения, при этом приемопередающая антенна первой радиостанции по эфиру связана с приемной антенной ретранслятора, а передающая антенна ретранслятора по эфиру связана с приемопередающей антенной второй радиостанции и обратно приемопередающая антенна второй радиостанции по эфиру связана с приемной антенной ретранслятора, а передающая антенна ретранслятора по эфиру связана с приемопередающей антенной первой радиостанции, а при нахождении первой и второй радиостанций на небольших расстояниях обеспечивается также радиосвязь непосредственно между ними посредством имеющихся в их составе приемопередающих антенн.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая система радиосвязи с ретранслятором отличается выполнением передающей радиостанции в виде первой радиостанции, содержащей блок коммутации и сопряжения, модулятор, передатчик, фильтр развязки, приемопередающую антенну, приемник, демодулятор и блок контроля, и введением новых блоков в состав приемной радиостанции, а именно: блока коммутации и сопряжения, модулятора и демодулятора, передатчика, фильтра развязки и приемопередающей антенны, что способствовало обеспечению двухсторонней дуплексной радиосвязи между взаимодействующими абонентами при одновременном улучшении качества связи.
Таким образом, заявляемая система радиосвязи с ретранслятором соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что вновь введенные в предлагаемую систему радиосвязи блоки реализуемы, хорошо известны специалистам в данной области техники и дополнительного творчества, учитывая приведенные ниже пояснения, для их воспроизведения не требуется.
Данное решение существенно отличается от известных решений в данной области техники. Заявляемое решение явным образом не следует из уровня техники и имеет изобретательский уровень.
Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".
Заявляемое решение может быть реализовано с использованием существующей аппаратуры радиосвязи, приборов и устройств, используемых в электрорадиотехнике и является промышленно применимым.
На чертеже представлена структурная электрическая схема системы радиосвязи с ретранслятором.
Система радиосвязи с ретранслятором содержит первую радиостанцию 1, ретранслятор 2 и вторую радиостанцию 3; первая радиостанция 1 содержит блок 4 коммутации и сопряжения, модулятор 5, передатчик 6, фильтр 7 развязки, приемопередающую антенну 8, приемник 9, демодулятор 10 и блок 11 контроля; ретранслятор 2 содержит приемную антенну 12, приемник 13, блок 14 измерения уровня сигналов, переключатель 15, преобразователь 16, усилитель 17 мощности, передающую антенну 18, гетеродин 19, состоящий из первого усилителя 20, первого делителя 21, второго усилителя 22, управляемого генератора 23, третьего усилителя 24, эталонного генератора 25, второго делителя 26, фазового детектора 27, фильтра 28 нижних частот, порогового блока 29 и третьего делителя 30; вторая радиостанция 3 содержит блок 31 коммутации и сопряжения, модулятор 32, передатчик 33, фильтр 34 развязки, приемопередающую антенну 35, приемник 36, демодулятор 37 и блок 38 контроля.
Линейный выход блока 4 коммутации и сопряжения первой радиостанции 1 соединен со входом модулятора 5, выход которого соединен со входом передатчика 6, выход которого подключен к первому входу фильтра 7 развязки, первый выход которого соединен со входом приемопередающей антенны 8, выход которой соединен со вторым входом фильтра 7 развязки, второй выход которого подключен ко входу приемника 9, выход которого соединен со входом демодулятора 10, выход которого соединен с линейным входом блока 4 коммутации и сопряжения.
Сигнальный выход приемника 9 соединен со входом блока 11 контроля, выход которого подключен к индикаторному входу блока 4 коммутации и сопряжения, станционный выход которого является информационным выходом первой радиостанции 1, информационным входом которой является станционный вход блока 4 коммутации и сопряжения.
Выход приемной антенны 12 ретранслятора 2 соединен со входом приемника 13, первый выход которого соединен со входом блока 14 измерения уровня сигналов, выход которого соединен с управляющим входом переключателя 15, вход которого соединен со вторым выходом приемника 13, выход переключателя 15 подключен к первому входу преобразователя 16, выход которого соединен со входом усилителя 17 мощности, выход которого соединен со входом передающей антенны 18. Выход первого усилителя 20 гетеродина 19 ретранслятора 2 подключен ко входам первого 21 и третьего 30 делителей, выход первого делителя 21 соединен со входом второго усилителя 22, выход которого является третьим выходом гетеродина и соединен со вторым входом переключателя 16.
Первый и второй выходы управляемого генератора 23 гетеродина 19 подключены к управляющим входам соответственно первого 20 и третьего 24 усилителей, выход которого является первым выходом гетеродина и соединен со вторым входом преобразователя 16, выход эталонного генератора 25 соединен со входом второго делителя 26, выход которого соединен со входом фазового детектора 27, выход которого соединен со входом фильтра 28 нижних частот, выход которого соединен со входом порогового блока 29, выход которого является вторым выходом гетеродина и подключен ко второму входу усилителя мощности 17, а выход фильтра 28 нижних частот соединен со входом управляемого генератора 23, выход третьего делителя 30 соединен с управляющим входом фазового детектора 27 гетеродина 19.
Линейный выход блока 31 коммутации и сопряжения второй радиостанции соединен со входом модулятора 32, выход которого соединен со входом передатчика 33, выход которого подключен к первому входу фильтра 34 развязки, первый выход которого соединен со входом приемопередающей антенны 35, выход которой соединен со вторым входом фильтра 34 развязки, второй выход которого подключен ко входу приемника 36, выход которого соединен со входом демодулятора 37, выход которого соединен с линейным входом блока 31 коммутации и сопряжения.
Сигнальный выход приемника 36 соединен со входом блока 38 контроля, выход которого подключен к индикаторному входу блока 31 коммутации и сопряжения, станционный выход которого является информационным выходом второй радиостанции 3, информационным входом которой является станционный вход блока 31 коммутации и сопряжения.
При этом приемопередающая антенна 8 первой радиостанции 1 по эфиру связана с приемной антенной 12 ретранслятора 2, а передающая антенна 18 ретранслятора по эфиру связана с приемопередающей антенной 35 второй радиостанции 3 и обратно приемопередающая антенна 35 второй радиостанции по эфиру связана с приемной антенной 12 ретранслятора 2, а передающая антенна 18 ретранслятора 2 по эфиру связана с приемопередающей антенной 8 первой радиостанции 1, а при нахождении первой 1 и второй 3 радиостанций на небольших расстояниях возможно также обеспечение связи непосредственно между ними посредством имеющихся в их составе приемопередающих антенн 8 и 35.
Блок коммутации и сопряжения 4 и первой 1 и 31 второй 3 радиостанций производят коммутацию низкочастотных цепей в зависимости от режима работы радиостанции, сопряжение оконечной аппаратуры телефонной, телеграфной связи и передачи данных с приемопередающим устройством радиостанции по уровням сигналов, измерение уровня принятого сигнала и индикацию режимов работы станции.
Модулятор 5 и передатчик 6 составляют передающий тракт первой радиостанции 1, а модулятор 32 и передатчик 33 составляют передающий тракт второй радиостанции 3. Они предназначены для формирования высокочастотных (ВЧ) колебаний с заданной частотой, модулированных входным низкочастотным сигналом от оконечной аппаратуры.
Приемник 9 и демодулятор 10 составляют приемный тракт первой радиостанции 1, а приемник 36 и демодулятор 37 составляют приемный тракт второй радиостанции 3. В приемных трактах происходит усиление ВЧ сигнала, поступающего с приемопередающих антенн 8 и 35 через фильтры развязки 7 и 34, преобразование частоты и детектирование. Низкочастотный сигнал, предварительно усиленный, подается с приемных трактов в блоки коммутации и сопряжения 4 и 31, где происходит окончательное формирование сигналов по уровняю и коммутация их на соответствующие цепи к оконечной аппаратуре.
Фильтры развязки 7 и 34 первой 1 и второй 3 радиостанций предназначены для фильтрации ВЧ сигнала в режимах передачи и приема, а также согласование приемопередающих антенн 8 и 35 с приемным и передающим трактами радиостанций.
Система радиосвязи с ретранслятором работает следующим образом.
Рассмотрим работу системы радиосвязи с ретранслятором при ведении передачи и приема информации с первой 1 на вторую 3 радиостанцию.
При работе на передачу первая радиостанция 1 преобразует поступающую от оконечной аппаратуры информацию в высокочастотный сигнал, который она излучает в направлении ретранслятора 2. Ретранслятор 2 принимает этот сигнал, усиливает его и переизлучает в сторону второй радиостанции 3, которая принимает его, преобразует в низкочастотный сигнал и выдает его на оконечную аппаратуру потребителю (абоненту).
Ретранслятор 2 используется для повышения энергетики линии связи. Приемная антенна 12 ретранслятора 2 отслеживает направление на первую радиостанцию 1 и передает принимаемый им высокочастотный сигнал в приемник 13, который понижает частоту сигнала до промежуточной и усиливает его. Преобразователь 16 повышает с помощью гетеродина 19 частоту поступающего на его первый вход сигнала с первого выхода приемника 13, преобразуя его в высокочастотный сигнал, который усиливается усилителем мощности 17.
После усилителя мощности 17 сигнал поступает в передающую антенну 18 и излучается в направлении второй радиостанции 3, в которой приемопередающая антенна 35 отслеживает направление на ретранслятор 2, принимает сигнал и передает его через фильтр 34 развязки на вход приемника 36, в приемнике 36 сигнал усиливается, преобразуется в низкочастотный и через блок 31 коммутации и сопряжения выдается на выход второй радиостанции 3 к оконечной аппаратуре.
Добавление в линию связи ретранслятора 2 вводит дополнительную систему слежения. Так ретранслятор 2 должен отслеживать направление на первую радиостанцию 1, а вторая радиостанция 3 осуществляет отслеживание на ретранслятор 2. Срыв слежения на любом из этих участков приводит к прекращению связи. Поэтому на второй радиостанции 3 необходимо знать, имеется ли связь между первой радиостанцией 1 и ретранслятором 2. В случае отсутствия такой связи слежение за ретранслятором 2 не должно прекращаться, чтобы можно было оперативно войти в связь при возобновлении связи между первой радиостанцией 1 и ретранслятором 2.
Кроме того, также необходимо знать о наличии связи между ретранслятором 2 и второй радиостанцией 3. В частности необходимо знать достаточен ли уровень принимаемого сигнала для нормальной работы оконечных устройств.
Для контроля состояния связи между первой радиостанцией 1 и ретранслятором 2 используют блок 14 измерения уровня сигналов и переключатель 15. Блок 14 определяет уровень поступающего на ретранслятор 2 сигнала и сравнивает его с пороговым значением. В результате сравнения выдается дискретный сигнал с уровнем логического нуля (при превышении порога) или единицы (когда уровень сигнала меньше порогового). Это означает, что в случае недостаточности уровня сигнала (меньше порогового), поступающего на вход ретранслятора 2, для нормальной работы линии связи, блок 14 выдает сигнал с уровнем логической единицы на управляющий вход переключателя 15, который по этому сигналу отключает первый выход приемника 13 от первого входа преобразователя 16 и подключает к нему третий выход гетеродина 19, в результате чего ретранслятор 2 начинает излучать немодулированный гармонический сигнал. Когда уровень сигнала, поступающего на вход ретранслятора 2, достаточен для нормальной линии (превышает порог), в блоке 14 формируется сигнал с уровнем логического нуля, который переключает переключатель 15 в положение, при котором первый выход приемника 13 подключается к первому входу преобразователя 16, а третий выход гетеродина 19 от него отключается. В этом случае ретранслятор 2 излучает усиленный информационный сигнал, поступающий на вход его приемной антенны 12.
В приемном тракте второй радиостанции 3 сигнал, принятый приемопередающей антенной 35, через фильтр 34 развязки и приемник 36 поступает на блок контроля 38, который сравнивает его с порогом, и в случае превышения порога на выход второй радиостанции 3 через блок 31 коммутации и сопряжения выдается сигнал, показывающий, что уровень, принимаемого второй радиостанцией 3 сигнала, достаточен для нормальной работы оконечных устройств. Это говорит о наличии связи между ретранслятором 2 и второй радиостанцией 3. Если же в блоке контроля 38 уровень принимаемого сигнала меньше порога, то на выход второй радиостанции 3 выдается сигнал об отсутствии связи между ретранслятором 2 и второй радиостанцией 3.
Заметим, что здесь разграничение «наличие-отсутствие» связи между ретранслятором 2 и второй радиостанцией 3 не зависит от того, какой сигнал излучает ретранслятор 2 - информационный или гармонический. Это означает, что связь между ретранслятором 2 и второй радиостанцией 3 будет существовать (об этом можно судить по вырабатываемому блоком контроля 38 сигналу на выходе приемного тракта второй радиостанции 3), даже если между первой радиостанцией 1 и ретранслятором 2 связь будет отсутствовать (на выходе ретранслятора 2 будет присутствовать гармонический сигнал). Однако недостаточно знать, что существует связь между ретранслятором 2 и второй радиостанцией 3, нужно также знать, о наличии или отсутствии связи между первой радиостанцией 1 и ретранслятором 2. Для второй радиостанции 3 это означает суметь различить передачу гармонического от сигнала информационного.
Разделение этих сигналов осуществляет блок контроля 38. При штатной (обычной) работе даже тогда, когда отсутствует связь между первой радиостанцией 1 и ретранслятором 2, усилитель мощности 17 не отключается, так как на его входе присутствует гармонический сигнал гетеродина 19. Однако возможна аварийная ситуация выхода гетеродина 19 из строя. В этом случае, а также в случае потери синхронизации в кольце автоподстройки частоты, с третьего выхода гетеродина 19 выдается сигнал на отключение усилителя мощности 17.
Гетеродин 19 работает по принципу формирования стабильного сигнала с помощью автоматической подстройки частоты и содержит управляемый генератор 23, эталонный генератор 25 и фазовый детектор 27 для управления частотой управляемого генератора 23.
Для развязки между кольцом автоподстройки частоты и выходом гетеродина 19 в его схеме имеются первый 20 и второй 22 усилители, а для обеспечения равенства частот на входах фазового детектора 27 используются второй 26 и третий 30 делители. Кроме сигнала для преобразователя 16, для контроля линии связи гетеродин 19 выдает гармоническое колебание на второй вход переключателя 15. Для формирования этого гармонического сигнала используется первый делитель 21 и второй усилитель 22. Коэффициент деления первого делителя 21 выбирается из требования, чтобы сумма (разность) частот сигналов с первого и третьего выходов гетеродина 19 входила в полосу линии связи.
В штатном (рабочем) режиме обеспечивается режим синхронизации (захвата) частоты управляемого генератора 23. В этом режиме пороговый блок 29 не выдает сигнала «Авария» на усилитель мощности 17. Отсутствие синхронизации частот управляемого генератора 23 и эталонного генератора 25 приводит к появлению переменного напряжения на управляющем входе управляемого генератора 23. Это напряжение преобразуется пороговым блоком 29 в сигнал «Авария», по которому отключается питающее напряжение в усилителе мощности 17.
Для обеспечения развязки между первым выходом гетеродина 19 и кольцом фазовой автоподстройки частоты управляемый генератор 23 имеет два выхода. Кроме этого, выходной сигнал с управляемого генератора 23 усиливается с помощью идентичных первого 20, второго 22 и третьего 24 усилителей до уровней, необходимых для работы преобразователя 16, первого 21 и третьего 30 делителей.
Это был рассмотрен вариант обеспечения передачи информации со стороны первой радиостанции 1 и приема ее второй радиостанцией 3.
В предлагаемой системе радиосвязи обеспечивается также передача информации со второй радиостанции 3 и прием ее первой радиостанцией 1.
Тракт проходит по следующему пути.
При работе на передачу вторая радиостанция 3 посредством модулятора 32 и передатчика 33 осуществляет преобразование поступающей от оконечной аппаратуры информации в высокочастотный сигнал, который она с помощью приемопередающей антенны 35 излучает в направлении ретранслятора 2. Ретранслятор 2 принимает этот сигнал с помощью приемной антенны 12, усиливает его и переизлучает в сторону первой радиостанции 1, которая принимает его антенной 8, преобразует в низкочастотный сигнал и через блок 4 коммутации и сопряжения выдает на оконечную аппаратуру потребителю. При этом на ретрансляторе 2 происходят процессы, описанные выше для направления передачи от первой радиостанции 1 ко второй радиостанции 3.
При нахождении первой 1 и второй 3 радиостанций на небольших расстояниях друг от друга радиосвязь может быть организована непосредственно между ними.
При этом информация от первой радиостанции 1 ко второй 3 радиостанции передается через приемопередающую антенну 8, которая осуществляет излучение сигнала в сторону приемопередающей антенны 35 второй радиостанции 3. Далее принятый антенной 35 сигнал через фильтр 34 развязки поступает на приемник 36, который усиливает принятый сигнал и подает его на вход демодулятора 37. Демодулятор 37 осуществляет преобразование принятого сигнала в низкочастотный сигнал и через блок 31 коммутации и сопряжения выдает его на оконечную аппаратуру потребителю.
Передача информации от второй радиостанции 3 к первой 1 радиостанции осуществляется аналогично. В этом случае приемопередающая антенна 35 второй радиостанции 3 излучает в эфир высокочастотный сигнал, который принимается приемопередающей антенной 8 первой радиостанции 1. Далее процессы происходят аналогично описанному выше.
Технический эффект от предлагаемой системы радиосвязи с ретранслятором заключается в обеспечении дуплексной работы по радиолинии, повышении надежности ее работы и улучшении качества связи для абонентов, находящихся на значительном удалении друг от друга, за счет обеспечения контроля работоспособности радиолинии при прохождении информации между двумя взаимодействующими радиостанциями.
Достоинством предлагаемой системы радиосвязи с ретранслятором является также и то, что в ней расширяются возможности для обеспечения связи как через ретранслятор, так и непосредственно между двумя взаимодействующими радиостанциями, к которым через оконечную аппаратуру подключены абоненты.
Источники информации
1. Системы радиосвязи/ Под ред. Н.И.Калашникова. - М.: Радио и связь, 1988.
2. SU, авторское свидетельство №1688426, кл. Н04В 7/185, 1991 (прототип).