МУЛЬТИПРОТОКОЛЬНЫЙ РЕТРАНСЛЯТОР

Настоящая полезная модель относится к области беспроводной голосовой связи с использованием транспортной среды локальных и (или) глобальных беспроводных сетей передачи данных.
Из существующего уровня техники, с точки зрения единства назначения, известна радиостанция, выполняющая функцию передачи речевой информации на аналогичные устройства с помощью радиоволн, которая, в общем случае, включает: низкочастотный тракт, модулятор, демодулятор, высокочастотный передающий тракт (передатчик), высокочастотный приемный тракт (приемник), и осуществляет передачу речевой информации на другие подобные устройства, а также прием речевой информации. Существует множество вариантов радиостанций - от простейших одноканальных до сложных многодиапазонных конструкций (Лаповок Я.С. Я строю KB радиостанцию. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Патриот, 1992, ISBN 5-7030-0410-1). Все подобные устройства базируются на принципах, обоснованных в ранних разработках Н. Тесла (патенты US 645576, опубл. 20 марта 1900 года; US 649621, опубл. 15 мая 1900 г).
Наибольшее распространение в гражданских системах подвижной связи получили симплексные радиостанции, работающие на определенной частоте в УКВ диапазоне радиоволн, распространяющихся в пределах прямой видимости, и осуществляющие связь между собой или с базовой радиостанцией непосредственно, либо, реже, через ретранслятор.
Недостатками данного технического решения является: возможность работы только с радиостанциями, функционирующими в аналогичном стандарте, что ограничивает дальность связи и приводит к необходимости применения мощных неэкономичных радиочастотных усилителей с достаточно громоздкими антеннами и расположения их определенным образом. Кроме того, таким системам связи свойственно нерациональное использование частотного ресурса, поскольку одна радиостанция во время передачи полностью занимает (блокирует) частотный канал.
Более поздние разработки, некоторая часть из которых применяется на практике, теоретически позволяют уменьшить некоторые отрицательные эффекты. В частности, известна радиостанция (RU 2225673 С2, опубл. 10.03.2004), в которой применяется решение, обеспечивающее дуплексный режим при работе на одной частоте. Также известен способ и система прерывания передающего абонента в системе беспроводной связи (RU 2418392 С2, опубл. 10.05.2011), требующий, однако, наличия второго канала для передачи служебных сигналов, а следовательно - усложнения схемы. Несмотря на указанные недостатки, радиостанции применяются в сфере коммуникаций весьма широко благодаря двум основным признакам. Первый признак - свойство радиовещания, благодаря которому передающую радиостанцию в режиме реального времени одновременно слышат все аналогично настроенные устройства в зоне действия связи. Это подтверждает востребованность именно такой функциональности в устройствах связи. Второй признак - простота в обращении и минимум органов управления, используемых в процессе коммуникации.
Наиболее эффективно технические проблемы радиосвязи, обусловленные явлением затухания радиоволн, решаются при построении беспроводных сотовых сетей, в которых оптимизируется использование частотных каналов и осуществляется передача (хэндовер) абонентских устройств от одной стационарной базовой станции к другой без прерывания связи (US 4670899, опубл. 2.06.1987; US 6269087, опубл. 31.07.2001). Недостатком вышеуказанных технических решений, предназначенных для работы в сотовых сетях, является то, что голосовая связь в них осуществляется между двумя (реже - несколькими) абонентами в сеансовом режиме (соединение - разговор - рассоединение). При этом время установления соединения для каждого сеанса может колебаться от сотен миллисекунд до нескольких секунд. Данные устройства непригодны для использования в той области, где обычно применяются радиостанции (постоянная и мгновенная связь с другими пользователями в группе или с диспетчером группы). Кроме того, вышеуказанные технические решения обеспечивают только передачу радиосигналов в конкретном стандарте. Одновременная передача радиосигналов между абонентами радиосетей различных стандартов невозможна.
Известен также конвергентный узловой смарт-ретранслятор (RU 205724 U1, опубл. 30.07.2021), содержащий корпус, источник питания, устройство беспроводной связи, модуль контроля событий активации и деактивации передачи, электронный модуль клавиатуры, электронный модуль дисплея, базовый электронный модуль с операционной системой, модуль аналого-цифрового преобразования речевой информации и сервер, который и выбран в качестве прототипа.
Однако известный конвергентный узловой смарт-ретранслятор обеспечивает передачу радиосигналов от абонентов только одного стандарта систем радиосвязи. Одновременная передача речевой информации между абонентами радиосетей различных стандартов систем радиосвязи невозможна.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является устранение вышеперечисленных недостатков известных из уровня техники устройств.
Техническим результатом заявленного устройства является обеспечение возможности одновременной передачи через него речевой информации на другие подобные устройства или их группы, на другие устройства, функционирующие в стандарте 1 и в стандарте 2 или их группы, и/или совместимые с ними аппаратно-программные комплексы и/или устройства беспроводной связи.
Указанный технический результат достигается за счет того, что мультипротокольный ретранслятор, содержит корпус (1), источник питания (2), базовый электронный модуль (3) с операционной системой, электронный модуль клавиатуры (4) и электронный модуль дисплея (5), в состав устройства дополнительно введены модуль коммутации радиосигналов (6), модуль обработки радиосигналов стандарта 1 (7), модуль обработки радиосигналов стандарта 2 (8), приемопередатчик радиосигналов стандарта 1 (9), приемопередатчик радиосигналов стандарта 2 (10), антенна приемопередатчика радиосигналов стандарта 1 (11), антенна приемопередатчика радиосигналов стандарта 2 (12), при этом базовый электронный модуль (3) управляет работой модуля коммутации радиосигналов (6), электронного модуля клавиатуры (4), электронного модуля дисплея (5), модуль коммутации радиосигналов (6) через модуль обработки радиосигналов стандарта 1 (7) и модуль обработки радиосигналов стандарта 2 (8) управляет работой соответствующим приемопередатчиком радиосигналов стандарта 1 (9) и приемопередатчиком радиосигналов стандарта 2 (10).
Кроме того, антенна приемопередатчика радиосигналов стандарта 1 (11) и антенна приемопередатчика радиосигналов стандарта 2 (12) могут быть выполнены в виде дипольной или вертикальной антенны или антенной комбайнерной системы.
Кроме того, базовый электронный модуль (3), модуль обработки радиосигналов стандарта 1 (7) и модуль обработки радиосигналов стандарта 2 (8) реализуют свои функции по коммутации радиосигналов с помощью единого комплекса программного обеспечения.
Признаки и сущность полезной модели поясняются чертежами:
фиг. 1 - структурная схема мультипротокольного ретранслятора;
фиг. 2 - схема взаимодействия нескольких мультипротокольных ретрансляторов.
На фиг. 1 изображена структурная схема мультипротокольного ретранслятора, включающая: корпус (1), источник питания (2), базовый электронный модуль (3) с операционной системой, электронный модуль клавиатуры (4), электронный модуль дисплея (5), модуль коммутации радиосигналов (6), модуль обработки радиосигналов стандарта 1 (7), модуль обработки радиосигналов стандарта 2 (8), приемопередатчик радиосигналов стандарта 1 (9), приемопередатчик радиосигналов стандарта 2 (10), антенна приемопередатчика радиосигналов стандарта 1 (11), антенна приемопередатчика радиосигналов стандарта 2 (12). Базовый электронный модуль (3) управляет работой модуля коммутации радиосигналов (6), электронного модуля клавиатуры (4), электронного модуля дисплея (5). Модуль коммутации радиосигналов (6) через модуль обработки радиосигналов стандарта 1 (7) и модуль обработки радиосигналов стандарта 2 (8) управляет работой соответствующим приемопередатчиком радиосигналов стандарта 1 (9) и приемопередатчиком радиосигналов стандарта 2 (10).
Корпус 1 служит основой для размещения внутренних элементов устройства, защищает их от механических повреждений и обеспечивает удобство использования. На корпусе размещены органы управления и индикации терминала: кнопка включения-выключения, дисплей, разъемы для подключения внешних устройств, заземления, электропитания и антенн.
Источник питания 2 размещен в корпусе терминала и обеспечивает электропитание базового электронного модуля 3, приемопередатчика радиосигналов стандарта 1 9 и приемопередатчика радиосигналов стандарта 2 10 также, при необходимости, дополнительных модулей и внешних устройств. Источник питания получает электропитание от внешнего источника.
Базовый электронный модуль (БЭМ) 3 на базе одноплатного микрокомпьютера обеспечивает функционирование устройства: обработку звука, опрос состояния органов управления, запоминание настроек, реагирование на изменение статуса органов управления, изменение состояния индикаторов, проверку условия начала и окончания передачи, передачу информации, прием и обработку передаваемой информации. Базовый электронный модуль 3 выполняет перечисленные функции за счет специализированного программного обеспечения.
Базовый электронный модуль 3 может быть реализован, например, на основе микрокомпьютера Smart210, который содержит микропроцессор Samsung S5PV210, оперативную память DDR2 512 МБайт, а также порты и интерфейсы для подключения периферийных устройств, и модулей. БЭМ 3 работает под управлением операционной системы Android, Linux или Windows.
Модуль коммутации радиосигналов 6 предназначен для коммутации голосовых сигналов, информационных и статусных сообщений между модулем обработки радиосигналов стандарта (МОРС) 1 7, модулем обработки радиосигналов стандарта 2 8 и базовым электронным модулем 3. Модуль коммутации радиосигналов 6 может быть выполнен на базе ПЛИС Xilinx Spartan ХС350 и подключен к БЭМ 3, МОРС 1 7 и МОРС 2 8.
Электронный модуль дисплея 5 предназначен для отображения текущего состояния БЭМ 3, его текущего статуса и настроек специализированного программного обеспечения. Функция тачскрин позволяет оперативно переключаться между разделами меню программного обеспечения и осуществлять корректировку настроек БЭМ 3. Электронный модуль дисплея 5 может быть реализован на базе ЖК TFT тачскрин дисплея и подключен к БЭМ 3 через имеющийся интерфейс LVDS.
Электронный модуль клавиатуры 4 предназначен для оперативного управления БЭМ 3 и имеет в своем составе две кнопки с функцией «назад» для возврата к предыдущему пункту меню, кнопка с функцией «меню» для быстрого открытия раздела меню специализированного программного обеспечения. Электронный модуль клавиатуры 4 может быть реализован на базе мембранных кнопок и подключен к БЭМ 3 через имеющийся интерфейс клавиатуры.
МОРС 1 7 предназначен для обработки цифровых радиосигналов стандарта 1 и аналоговых радиосигналов с частотной модуляцией полученных от приемопередатчика радиосигналов стандарта 1 9. В качестве модуля обработки радиосигналов стандарта 1 (7) может использоваться интегральная микросхема СМХ7341 FI-2.X.
МОРС 2 8 предназначен для обработки цифровых радиосигналов стандарта 2 и аналоговых радиосигналов с частотной модуляцией полученных от приемопередатчика радиосигналов стандарта 2 10. В качестве модуля обработки радиосигналов стандарта 2 8 может использоваться интегральная микросхема СМХ7341 FI-4.X.
Приемопередатчик радиосигналов стандарта 1 9 предназначен для приема и передачи цифровых радиосигналов стандарта 1 и аналоговых радиосигналов с частотной модуляцией полученных от антенны приемопередатчика радиосигналов стандарта 1. В качестве приемопередатчика радиосигналов стандарта 1 9 может использоваться сборка с интегральной микросхемой передатчика СМХ992, интегральной микросхемой приемника СМХ994 и усилителя мощности СМХ902.
Приемопередатчик радиосигналов стандарта 2 10 предназначен для приема и передачи цифровых радиосигналов стандарта 2 и аналоговых радиосигналов с частотной модуляцией полученных от антенны приемопередатчика радиосигналов стандарта 2. В качестве приемопередатчика радиосигналов стандарта 2 10 может использоваться сборка с интегральной микросхемой передатчика СМХ992, интегральной микросхемой приемника СМХ994 и усилителя мощности СМХ902.
Антенна приемопередатчика радиосигналов стандарта 1 11 предназначена для преобразования электрических сигналов от приемопередатчика радиосигналов стандарта 1 9 в радиосигналы различных диапазонов и наоборот. В качестве антенн приемопередатчика радиосигналов стандарта 1 11 могут использоваться, например, дипольные антенны типа D1 или D2 для различных диапазонов и вертикальные антенны типа А5 для различных диапазонов.
Антенна приемопередатчика радиосигналов стандарта 2 12 предназначена для преобразования электрических сигналов от приемопередатчика радиосигналов стандарта 2 10 в радиосигналы различных диапазонов и наоборот. В качестве антенн приемопередатчика радиосигналов стандарта 2 12 могут использоваться, например, дипольные антенны типа D1 или D2 для различных диапазонов и вертикальные антенны типа А5 для различных диапазонов.
Использование приемопередатчика радиосигналов стандарта 1 9 и приемопередатчика радиосигналов стандарта 2 10 позволяет обеспечить совместимость полезной модели с существующими сетями радиосвязи 1 и 2.
Принцип работы полезной модели следующий. Предполагается, что БЭМ 3, Модуль коммутации радиосигналов 6, МОРС 1 7, МОРС 2 8, приемопередатчик радиосигналов стандарта 1 9, приемопередатчик радиосигналов стандарта 2 10, включены и готовы к работе. На предварительном этапе БЭМ 3 запускает специализированное программное обеспечение, которое содержит необходимые параметры работы. На предварительном этапе БЭМ 3 и модуль коммутации радиосигналов 6 при помощи специального программного обеспечения считывают из памяти исходные параметры для работы: уровень звукового сигнала, сценарий коммутации и иную служебную информацию, необходимую для работы. После успешного включения БЭМ 3 подключается к модулю коммутации радиосигналов 6 и переходит в режим ожидания. МОРС 1 7, МОРС 2 8, приемопередатчик радиосигналов стандарта 1 9, приемопередатчик радиосигналов стандарта 2 10 на предварительном этапе включаются на нужный радиоканал и переходит в режим ожидания («дежурного приема»). Предварительный этап включает идентификацию, определение статуса и приоритета совместимых с мультипротокольным ретранслятором устройств, доступных или недоступных для передачи/приема голосовых сообщений.
БЭМ 3 взаимодействует с модулем коммутации радиосигналов 6. Модуль коммутации радиосигналов 6 при получении звукового сообщения от МОРС 1 7 или МОРС 2 8 на принимаемом радиоканале осуществляет аудиозахват. В соответствии с выбранным сценарием коммутации модуль коммутации радиосигналов 6 сообщает БЭМ 3 о начале передачи голосового сообщения. Аналогово-цифровое преобразование голосового сообщения, кодирование, сжатие и дополнительная обработка голосового сообщения осуществляется программно в БЭМ 3 с использованием вычислительных ресурсов микропроцессора Samsung S5PV210. Для кодирования применяются известные звуковые кодеки реального времени с открытыми кодами - OPUS.
Голосовые сообщения, предназначенные для передачи абонентам сети стандарта 1 и стандарта 2, направляются в БЭМ 3, который осуществляет их прием, восстановление и декодирование. При получении голосового сообщения БЭМ 3 передает его на модуль коммутации радиосигналов 6, который в соответствии выбранным сценарием активирует работу МОРС 1 7 и/или МОРС 2 8 и приемопередатчика радиосигналов стандарта 1 9 и приемопередатчика радиосигналов стандарта 2 10 соответственно.
На фиг. 2 изображена схема взаимодействия нескольких мультипротокольных ретрансляторов. На схеме показано, что несколько экземпляров полезной модели могут взаимодействовать друг с другом и с территориально разнесенными сетями радиосвязи различных стандартов и диапазонов. Экземпляры полезной модели взаимодействуют друг с другом, а также, с совместимыми аппаратно-программными комплексами и устройствами беспроводной передачи данных. Абоненты могут работать в различных группах с разным приоритетом.
Дальность связи в такой конвергентной системе, по сравнению с использованием только обычных радиостанций больше, так как система позволяет комбинировать элементы системы в зависимости от зоны покрытия на конкретной территории. Кроме того, система позволяет просто интегрировать в свой состав уже функционирующие различные по стандарту, диапазону, зоне охвата и территории обслуживания сети радиосвязи. При этом, система имеет возможность масштабирования с учетом использования совместимых аппаратно-программных комплексов, которые взаимодействуют с мультипротокольными ретрансляторами.
Таким образом, пользователи предложенной полезной модели:
1) Получают мультипротокольный ретранслятор радиосигналов различных стандартов радиосвязи;
2) Увеличивают количество абонентов за счет ретрансляции радиосигналов между абонентами, функционирующими в радиосетях различных стандартов и совместимых аппаратно-программных комплексов.
3) Получают возможность гибкой настройки коммутируемых групп пользователей различных стандартов и диапазонов радиосвязи.
Промышленная применимость полезной модели подтверждается технической реализацией в мультипротокольном ретрансляторе «ОМЕГА Р180У» в различных вариантах исполнения [Мультипротокольный ретранслятор «ОМЕГА Р180У» АСТФ.468354.005, ООО «АСТРАКОМ»].