RU202325U1 - Радиостанция - Google Patents

Abstract

Полезная модель предназначена для использования в качестве устройства для передачи и приема голосовой информации и дискретных сообщений по радиоканалу. Технический результат состоит в увеличении дальности передачи приема голосовой информации и дискретных сообщений через оператора сотовых систем подвижной связи (ССПС). Для этого радиостанция содержит антенну, приемник, выполненный по схеме с двумя преобразованиями частоты, усилитель мощности, синтезатор частот на основе микросхемы цифрового программируемого синтезатора частот ФАПЧ, синтезатор прямого синтеза с блоком фильтров, модулятор-демодулятор сигналов с четырехуровневой FSK, блок обработки, блок управления и транслятор, соединенный с блоком управления. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована для оперативной связи в качестве устройства для передачи и приема голосовой информации и дискретных сообщений по радиоканалу.

Широко распространены радиостанции, которые работают приземной (поверхностной) волной в средневолновом (СВ) диапазоне (300…3000 кГц) длин волн, и которые используются для передачи и приема по радиоканалу голосовой информации и дискретных сообщений от одного абонента к другому или нескольким абонентам на расстояния, значительно превышающие расстояние прямой видимости между антеннами передающей и приемной радиостанций.

Недостатком радиостанций, которые работают в СВ диапазоне (300…3000 кГц), является сильная зависимость дальности радиосвязи от уровня мощности внешнего шума в точке приема, который значительно превышает собственные шумы приемного тракта радиостанции. В соответствии с графиком средней загрузки частотного диапазона уровень мощности шума в жилых районах, например, на частоте 500 кГц составляет 80 дБ (при использовании короткой вертикальной заземленной монопольной антенны) [«Median values of man-made noise power for a short vertical lossless grounded monopole antenna», RECOMMENDATION ITU-R P.372-8. Radio noise], а типовое значение коэффициента шума радиоприемного тракта радиостанции составляет 12 и менее дБ [Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. М, Мир, 1990]), при этом разница уровней шума в промышленной области и тихом месте на частоте 500 кГц отличается на 12 и более дБ [«Median values of man-made noise power for a short vertical lossless grounded monopole antenna», RECOMMENDATION ITU-R P.372-8. Radio noise]. Поэтому реальная чувствительность радиостанции в СВ диапазоне определяется уровнем внешнего шума, а не внутренними шумами приемного тракта радиостанции.

Введение в СВ радиостанцию, размещенной в точке приема с более низким уровнем внешнего шума устройства для передачи и приема голосовой информации и дискретных сообщений через сотовые системы подвижной связи позволяет увеличить дальность радиосвязи в СВ диапазоне и повысить функциональность СВ радиостанций.

Известен способ средневолновой многоканальной зоновой сети двусторонней мобильной автоматической радиосвязи с временным разделением режимов приема и передачи сообщений [Описание изобретения к патенту RU 2617211 С1 СПОСОБ СРЕДНЕВОЛНОВОЙ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ЗОНОВОЙ СЕТИ ДВУСТОРОННЕЙ МОБИЛЬНОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РАДИОСВЯЗИ С ВРЕМЕННЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ РЕЖИМОВ ПРИЕМА И ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ / Хазан В.Л. - - Опубл. 24.04.2017], который определяет режимы работы абонентских радиостанций и базовых ретрансляционных радиостанций для передачи приема дискретных сообщений. Недостатком патента является способ обмена дискретными сообщениями между абонентскими радиостанциями, в соответствии с которым дискретные сообщения от абонентских радиостанций передаются только через базовую ретрансляционную радиостанцию, так как при расположении абонентской радиостанции вне зоны радиовидимости базовой ретрансляционной радиостанции, но в зоне радиовидимости другой абонентской радиостанции дискретные сообщения между абонентскими радиостанциями переданы не будут и дальность радиосвязи будет ограничена. Другим недостатком способа является потеря оперативности доставки дискретных сообщения от абонентской радиостанции, поскольку выход в режим передачи абонентской радиостанции для передачи дискретных сообщений определяется исключительно базовой ретрансляционной радиостанцией.

Известна система радиосвязи [Описание изобретения к патенту RU №2551475 С2 / ОДЕ Такайоси, ОБУТИ Казухиса - Опубл. 10.04.2015], содержащая радиостанции (1r), которая выполняет связь с радиостанцией (3r) при помощи радиосигнала (d1), радиостанцию (2r), которая принимает радиосигнал (d2), который является неотличимым от радиосигнала (d1), радиостанцию (3r), которая находится в области радиосвязи радиостанции (1r) и области радиосвязи радиостанции (2r). Модуль (21) преобразования формата связи в составе радиостанции (2r) формирует радиосигнал (d2a) посредством преобразования формата связи радиосигнала (d2) в формат связи, который является отличимым от радиосигнала (d1), и осуществляет связь с радиостанцией (3r) с использованием радиосигнала (d2a).

Недостатком системы связи является ограниченная дальность радиосвязи из-за невозможности использовать в системе радиосвязи СВ диапазон вследствие того, что в системе связи невозможно исключить прием сигналов (d2) радиостанциями (1r) и (3r), поскольку в СВ диапазоне длин волн радиосигналы распространяются вдоль сферической поверхности Земли с частичным огибанием ее вследствие явления дифракции и за счет однократного или многократного отражения от ионосферы и поверхности Земли. Исключение коллизий при приеме возможно только за счет пространственного (территориального) разнесения радиостанций (1r) и (3r) с источником сигнала d2, и поэтому функционирование системы связи ограничено УКВ диапазоном, где дальность радиосвязи ограничена прямой видимостью между антеннами передающей и приемной радиостанций.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является радиостанция [Патент на полезную модель RU №135868 U1 / Ляшук А.Н., Завьялов С.А., Векслер В.М. - Опубл. 20.12.2013], которая содержит антенну, приемник, выполненный по супергетеродинной схеме с двумя преобразованиями, состоящий из последовательно соединенных антенного коммутатора, преселектора, смесителя, усилителя первой промежуточной частоты (ПЧ), микросхемы приемника, первый и второй выходы которой подсоединены соответственно к первому входу блока обработки и входу демодулятора четырехуровневой FSK (Frequency-shift keying, частотная манипуляция) (4FSK демодулятор), выход которого подключен к второму входу блока обработки, ко третьему входу которого подключен микрофон, при этом первый выход блока обработки соединен через усилитель низких частот (УНЧ) с громкоговорителем, а второй выход блока обработки - с входом модулятора четырехуровневой FSK, первый выход которого подключен к входу опорного генератора (ОГ), а второй выход - к первому входу генератора, управляемого напряжением (ГУН), при этом второй вход ГУН соединен с выходом синтезатора, а первый, второй и третий выходы ГУН подключены соответственно к смесителю, к первому входу синтезатору и к последовательно соединенным синтезатору прямого синтеза (СПС) и блока фильтров так, что первый вход СПС соединен с третим выходом ГУН, а первый вход-выход СПС соединен с пятым вход-выходом блока управления, при этом выход блока фильтров соединен со входом усилителя мощности (УМ), чей выход подсоединен к антенному коммутатору, при этом первый, второй, третий и четвертый вход-выходы блока управления, имеющего выходной разъем для связи с ЭВМ, подключены соответственно к входу-выходу синтезатора, демодулятора, блока обработки и модулятора.

Недостатком радиостанции является отсутствие возможности приема-передачи голосовой информации и дискретных сообщений через сотовые системы подвижной связи.

Техническим результатом полезной модели является увеличение дальности радиосвязи в СВ канале связи при передаче и приеме голосовой информации и дискретных сообщений, возможность передачи и приема голосовой информации и дискретных сообщений через операторов сотовых систем подвижной связи, значительное увеличение числа абонентов, имеющих доступ к СВ радиостанции через операторов сотовых систем подвижной связи и возможность абонента не быть расположенным в непосредственной близости от радиостанции СВ диапазона, а находиться на сколько угодном удалении от радиостанции СВ диапазона в пределах зоны работы сотовой системы подвижной связи.

Указанный технический результат достигается тем, что в радиостанцию, содержащую антенну, приемник, выполненный по супергетеродинной схеме с двумя преобразованиями, состоящий из последовательно соединенных антенного коммутатора, преселектора, смесителя, усилителя первой ПЧ, микросхемы приемника, первый и второй выходы которой подсоединены соответственно к первому входу блока обработки и входу демодулятора четырехуровневой FSK, выход которого подключен к второму входу блока обработки, к третьему входу которого подключен микрофон, при этом первый выход блока обработки соединен через УНЧ с громкоговорителем, а второй выход блока обработки - с входом модулятора четырехуровневой FSK, первый выход которого подключен к входу ОГ, а второй выход - к первому входу ГУН, при этом второй вход ГУН соединен с выходом синтезатора, а первый, второй и третий выходы ГУН подключены соответственно к смесителю, к первому входу синтезатору и к последовательно соединенным синтезатору прямого синтеза (СПС) и блока фильтров так, что первый вход СПС соединен с третьим выходом ГУН, а первый вход-выход СПС соединен с пятым вход-выходом блока управления, при этом выход блока фильтров соединен с входом УМ, чей выход подсоединен к антенному коммутатору, при этом первый, второй, третий и четвертый вход-выходы блока управления, имеющего выходной разъем для связи с ЭВМ, подключены соответственно к входу-выходу синтезатора, демодулятора, блока обработки и модулятора, согласно заявляемому техническому решению введен транслятор, соединенный с шестым входом-выходом блока управления, при этом транслятор выполнен с возможностью передачи и приема голосовой информации и дискретных сообщений сотовых систем подвижной связи (ССПС) с зоной действия Wi-Fi.

Сущность полезной модели поясняется фиг., на которой приведена структурная схема предлагаемой радиостанции, поясняющая принцип ее работы.

Радиостанция содержит антенну 1, приемник, выполненный по супергетеродинной схеме с двумя преобразованиями, состоящий из последовательно соединенных антенного коммутатора 2, преселектора 3, смесителя 4, усилителя первой ПЧ 5, микросхемы приемника 6, первый и второй выходы которой подсоединены соответственно к первому входу блока обработки 7 и входу демодулятора четырехуровневой FSK 8, выход которого подключен ко второму входу блока обработки 7, к третьему входу которого подключен микрофон 9, при этом первый выход блока обработки 7 соединен через УНЧ 10 с громкоговорителем 11, а второй выход блока обработки 7 - с входом модулятора четырехуровневой FSK 12, первый выход которого подключен к входу ОГ 13, а второй выход - к первому входу ГУН 14, при этом второй вход ГУН 14 соединен с выходом синтезатора 15, а первый, второй и третий выходы ГУН 14 подключены соответственно к смесителю 4, к первому входу синтезатору 15 и к последовательно соединенным синтезатору прямого синтеза (СПС) 16 и блока фильтров 17 так, что первый вход СПС 16 соединен с третьим выходом ГУН 14, а первый вход-выход СПС 16 соединен с пятым вход-выходом блока управления 18, при этом выход блока фильтров 17 соединен с входом УМ 19, чей выход подсоединен к антенному коммутатору 2, при этом первый, второй, третий и четвертый вход-выходы блока управления 18, имеющего выходной разъем 20 для связи с ЭВМ, подключены соответственно к входу-выходу синтезатора 15, демодулятора 8, блока обработки 7 и модулятора 12, а шестой вход-выход блока управления 18 соединен с транслятором 21.

Радиостанция работает следующим образом. В режиме приема радиочастотный сигнал с антенны 1 через антенный коммутатор 2 поступает на преселектор 3, который осуществляет предварительную фильтрацию и усиление радиочастотных сигналов, поступающих с антенны 1. Фильтрация в преселекторе может быть выполнена, например, фильтрами на LC элементах или с использованием структур на поверхностно-акустических волнах, а усиление радиочастотных сигналов - распространенными однокаскадными высокочастотными (ВЧ) схемами усиления, например, каскадом на биполярном транзисторе по схеме общий эмиттер. Далее сигнал поступает на смеситель 4, который может быть выполнен, по двойной балансной схеме на диодах Шоттки, где посредством ВЧ сигнала синтезатора частот, состоящего из ГУН 14, микросхемы синтезатора 15 и ОГ 13, и переносится на первую промежуточную частоту (ПЧ). Синтезатор 15 представляет собой типичную микросхему цифрового программируемого синтезатора частот на основе импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), например, цифровой синтезатор ADF4216 компании Analog Devices. ОГ 13 определяет температурную стабильность ВЧ сигнала, подаваемого на смеситель и УМ и представляет собой термокомпенсированный кварцевый генератор, например, серии TS307 компании Jauch. В УПЧ 5 происходит фильтрация радиочастотного спектра сигнала, например, с помощью кварцевых или керамических фильтров ПЧ компании Murata, и дальнейшее усиление, после чего сигнал поступает на вход микросхемы приемника 6, представляющей собой типичную микросхему АМ/ЧМ приемника, например, ТЕА5710 компании Philips. Микросхема приемника 6 выполняет функции большей части аналоговой обработки, а именно функции преобразования сигнала с 1 -й ПЧ на 2-ю низкочастотную ПЧ, узкополосной фильтрации, амплитудного ограничения (для ЧМ части микросхемы приемника) или стабилизации уровня сигнала с помощью встроенной системы автоматического регулирования уровня сигнала (АРУ) (для AM части микросхемы приемника), усиления сигнала 2-й ПЧ с последующим его детектированием частотным детектором (для ЧМ), амплитудным детектором (для AM) или формированием обработанного системой АРУ сигнала на низкой ПЧ (для о дно полосного сигнала) для блока обработки 7. С выхода микросхемы приемника 6 (после ЧМ детектора) сигнал подается на 4FSK демодулятор 8, который выполняет демодуляцию низкочастотного аналогового сигнала и формирует на выходе битовый поток принятых данных со скоростью, необходимой для выполнения процедур цифровой обработки блоком 7. Демодулятор 8 и блок обработки 7 могут быть выполнены как на специализированных микросхемах, реализующих функции демодуляции сигналов с 4FSK модуляцией и функции цифровой обработки, так и на цифровых сигнальных процессорах (ЦСП) или ПЛИС общего назначения. Блок обработки 7 в режиме приема выполняет такие функции, как депакетирование, дешифрация, декодирование сигнала. При работе в режиме приема речевых сигналов блок обработки 7 выдает восстановленный речевой сигнал через усилитель низких частот 10 на громкоговоритель 11, при работе в режиме обмена дискретными сообщениями блок обработки 7 выдает принятые данные в блок управления 18 с возможностью: а) последующей их трансляции на выходной разъем 20 линии связи с внешней ЭВМ; б) последующей их передачей в транслятор сигналов 21. При этом сама радиостанция с транслятором сигналов 21, выполненного с возможностью передачи и приема голосовой информации и дискретных сообщений сотовых систем подвижной связи с зоной действия Wi-Fi, располагается в точке, которая по уровню внешнего шума в СВ диапазоне соответствует расположению «тихое место» или «особо тихое место» в соответствии с рекомендациями Международного союза электросвязи (МСЭ) и на удалении от мощных импульсных источников электроэнергии.

В режиме передачи речи низкочастотный сигнал с микрофона 9 поступает на блок обработки 7, который в режиме передачи речевого сигнала выполняет преобразование речевого сигнала в битовую (цифровую) последовательность, его кодирование и сжатие. Блок обработки 7 выполняет функции обработки речевого сигнала с микрофона 9 (усиления, сжатия динамического диапазона, оцифровку), шифрации, пакетирования информационной последовательности и с необходимой для качественной передачи речевого сигнала в цифровом канале связи скоростью направляет битовый поток на 4FSK модулятор 12 или блок управления 18. В 4FSK модуляторе из битовой последовательности формируются дебиты (символы). Способ реализации модулятора 12 и демодулятора 8 возможен как с применением специализированных микросхем с функцией модуляции сигналов 4FSK, или ЦСП, или ПЛИС общего назначения. В соответствии с типом символа (дебита 00, 01, 10 или 11) в модуляторе 12 формируется постоянное напряжение на время, равное длительности символа, после чего уже сформированный 4FSK сигнал пропускается через фильтр с импульсной характеристикой типа «приподнятый косинус». Далее сглаженный аналоговый сигнал (битовая последовательность с постоянной составляющей, ограниченная по полосе частот «сверху») поступает на модуляционный вход опорного генератора 13 и второй (модуляционный) вход ГУН 14, реализуя, таким образом, так называемую «двухточечную» модуляцию (аналоговую ЧМ модуляцию, при которой диапазон модулирующих частот расширен «вниз» вплоть до постоянной составляющей). Амплитуды аналоговых сигналов на выходах модулятора 12, с целью обеспечения минимального разброса индекса модуляции в широком диапазоне частот и формирования требуемого значения ширины излучаемого радиочастотного спектра в используемой сетке частот, устанавливаются в соответствии со значениями крутизны модуляционных характеристик ОГ 13 и ГУН 14. В режиме передачи ВЧ сигнал с синтезатора частот в составе ГУН 14, микросхемы синтезатора 15 и опорного генератора 13 выполняет функцию опорного (тактового) генератора для синтезатора прямого синтеза 16 (СПС). При передачи сигнала с эффективной цифровой 4FSK модуляцией СПС работает в тональном режиме, а при передаче AM или ОБП сигналов СПС за счет возможности обеспечить разрешение по частоте менее 1 герца и большой скорости переключения коэффициентов деления сам формирует модулированной колебание на рабочей частоте на основе сигналов управления с блока управления 18. Далее выходной сигнал СПС 16 на рабочей частоте поступает на блок фильтров 17 для увеличения спектральной чистоты выходного сигнала и через УМ 19 и антенный коммутатор 2 на антенну 1. СПС 16 может быть выполнен на микросхеме синтезатора прямого синтеза DDS, например, AD9952 или AD9910 компании Analog Devices; блок фильтров - на LC элементах или с использованием структур на поверхностно-акустических волнах. Блок управления 18 также осуществляет оперативное по соответствующему вход-выходу управление демодулятором 8, модулятором 12, блоком обработки 7 и синтезатора 15. Блок управления 18 может быть выполнен на микроконтроллере общего назначения, например, ATMEGA16 компании Atmel или современном с малым энергопотреблением с DSP ядром контроллере семейства Cortex, например, STM32F4. Также в блок управления 18 при работе в режиме обмена данными поступает информация, которая также подвергается процедуре помехоустойчивого кодирования.

Положительный эффект увеличения дальности передачи приема голосовой информации и дискретных сообщений через оператора ССПС, а также значительное увеличение числа абонентов, имеющих доступ к СВ радиостанции через оператора ССПС и возможность абонента не быть расположенным в непосредственной близости от СВ радиостанции, а находиться на сколько угодном удалении от СВ радиостанции в пределах зоны работы оператора ССПС достигается за счет введения в структуру СВ радиостанции транслятора сигналов выполненного с возможностью передачи и приема голосовой информации и дискретных сообщений сотовых систем подвижной связи с зоной действия Wi-Fi и расположения СВ радиостанции в точке с малым уровнем шума. Расширение области применения СВ радиостанции также обеспечивается за счет возможности ретранслировать сообщения через ССПС сразу нескольким абонентам в соответствии с телефонными номерами в разные точки мира, где есть доступ к ССПС.

СВ радиостанция была реализована в соответствии со структурой на фиг. Для реализации цифровой обработки низкочастотных сигналов (канального кодирования-декодирования, модуляции-демодуляции сигналов 4FSK, пакетирования-депакетирования) были использованы цифровые низкочастотные процессоры СМХ7141 и вокодеры СМХ618; блок управления и блок обработки были реализованы на одном контроллере Cortex М4 STM32F405VG. В качестве микросхемы приемника АМ/ЧМ сигналов была использована микросхема ТЕА5710. Синтезатор прямого синтеза был выполнен на микросхеме DDS AD9910; в качестве опорного сигнала в режиме передачи для микросхемы DDS служил сигнал ГУН с частотой 45,480 МГЦ, он же был сигналом для смесителя в режиме приема для обеспечения значения промежуточной частоты 45 МГц и рабочей частоты на прием 0,48 МГц (СВ диапазон). Для формирования однополосного и телеграфного сигнала на передачу и обработки на прием было разработано программное обеспечение для DSP ядра STM32F405VG. Формирование высокочастотного колебания с однополосной модуляцией и в режиме телеграфной связи на рабочей частоте 0,48 МГц было выполнено посредством управления коэффициентом деления и амплитудным коэффициентом AD9910; при формировании сигнала с 4FSK модуляцией микросхема DDS AD9910 работала в тональном режиме. Транслятор был выполнен в виде модуля ESP32-WROOM-32 для организации передачи и приема данных по Wi-Fi с выходом в ССПС. В качестве оператора ССПС выступал сотовый оператор Tele2.

Claims (1)

1. Радиостанция, содержащая антенну, приемник, выполненный по супергетеродинной схеме с двумя преобразованиями, состоящий из последовательно соединенных антенного коммутатора, преселектора, смесителя, усилителя первой ПЧ, микросхемы приемника, первый и второй выходы которой подсоединены соответственно к первому входу блока обработки и входу демодулятора четырехуровневой FSK, выход которого подключен ко второму входу блока обработки, к третьему входу которого подключен микрофон, при этом первый выход блока обработки соединен через УНЧ с громкоговорителем, а второй выход блока обработки - с входом модулятора четырехуровневой FSK, первый выход которого подключен к входу ОГ, а второй выход - к первому входу ГУН, при этом второй вход ГУН соединен с выходом синтезатора, а первый, второй и третий выходы ГУН подключены соответственно к смесителю, к первому входу синтезатору и к последовательно соединенным синтезатору прямого синтеза (СПС) и блока фильтров так, что первый вход СПС соединен с третьим выходом ГУН, а первый вход-выход СПС соединен с пятым вход-выходом блока управления, при этом выход блока фильтров соединен с входом УМ, чей выход подсоединен к антенному коммутатору, при этом первый, второй, третий и четвертый вход-выходы блока управления, имеющего выходной разъем для связи с ЭВМ, подключены соответственно к входу-выходу синтезатора, демодулятора, блока обработки и модулятора, отличающаяся тем, что в радиостанцию введен транслятор, соединенный с шестым входом-выходом блока управления, при этом транслятор выполнен с возможностью передачи и приема голосовой информации и дискретных сообщений сотовых систем подвижной связи с зоной действия Wi-Fi.

Images