СИСТЕМА ДУПЛЕКСНОЙ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2002 года по МПК H04B7/00 

Изобретение относится к области радиосвязи и может использоваться при построении дуплексных радиолиний, работающих на одной частоте, в том числе телефонных.

Известна система дуплексной радиосвязи, состоящая из двух приемопередающих комплектов, каждый из которых содержит последовательно соединенные источник сигнала, модулятор, передатчик, а также последовательно соединенные приемник, демодулятор, получатель сигнала, а также приемопередающую антенну, вход и выход которой подключены к выходу передатчика и входу приемника соответственно, коммутация каждого из упомянутых комплектов в режим "прием" или "передача" выполняется вручную [1].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является система, описанная в [2]. Данная система дуплексной радиосвязи состоит из двух приемопередающих комплектов, каждый из которых содержит последовательно соединенные модулятор, передатчик, а также последовательно соединенные приемник, демодулятор, получатель сигнала, а также приемопередающую антенну, вход и выход которой подключены к выходу передатчика и входу приемника соответственно, а источник сигнала подключен через блок управления ко входу модулятора, при этом второй выход блока управления соединен со вторым входом приемника, а выход приемника дополнительно соединен со вторым входом блока управления.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является осуществление режима полного дуплексного радиообмена на одной рабочей частоте, в том числе телефонными сигналами.

Решение задачи достигается тем, что в систему дуплексной радиосвязи, состоящую из двух приемопередающих комплектов, каждый из которых содержит источник сигнала, модулятор, передатчик, а также последовательно соединенные приемник, демодулятор, кроме того, получатель сигнала, блок управления и приемопередающую антенну, вход и выход которой подключены к выходу передатчика и входу приемника соответственно, а первый выход блока управления соединен со вторым входом приемника, дополнительно введены устройство сжатия сигнала, устройство расширения сигнала, последовательно соединенные датчик синхросигнала, модулятор синхросигнала, коммутатор, а также демодулятор синхросигнала, вход которого соединен дополнительно с выходом приемника, а выход - со входом блока управления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющим входом устройства сжатия сигнала и с управляющим входом устройства расширения сигнала, а четвертый выход которого соединен параллельно со входом датчика синхросигнала и управляющим входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом модулятора, а выход - со входом передатчика, при этом выход источника сигнала соединен со входом устройства сжатия сигнала, выход которого соединен со входом модулятора, а выход демодулятора соединен со входом устройства расширения сигнала, выход которого соединен со входом получателя сигнала.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что введение существенных отличительных признаков составляет новизну и позволяет, как будет показано ниже, решить поставленную задачу.

На фиг. 1, фиг.2 и фиг.3 приведены система дуплексной радиосвязи, блок управления с устройствами сжатия и расширения сигнала и временные диаграммы работы блока управления соответственно.

На фиг. 1 изображена система дуплексной радиосвязи, состоящая из двух приемопередающих комплектов 1, каждый из которых содержит последовательно соединенные источник сигнала 2, устройство сжатия сигнала 3, модулятор 4, коммутатор 5, передатчик 6, последовательно соединенные приемник 7, демодулятор 8, устройство расширения сигнала 9, получатель сигнала 10, последовательно соединенные датчик синхросигнала 11 и модулятор синхросигнала 12, а также демодулятор синхросигнала 13, приемопередающую антенну 14 и блок управления 15, первый, второй и третий выходы которого соединены с управляющим входом приемника 7, управляющим входом устройства сжатия сигнала 3 и управляющим входом устройства расширения сигнала 9 соответственно, а четвертый выход которого соединен параллельно со входом датчика синхросигнала 11 и управляющим входом коммутатора 5, второй вход которого соединен с выходом модулятора синхросигнала 12, выход приемника 7 дополнительно соединен со входом демодулятора синхросигнала 13, выход которого соединен со входом блока управления 15, а вход и выход приемопередающей антенны 14 соединены с выходом передатчика 6 и входом приемника 7.

Прежде чем рассматривать работу предлагаемой системы дуплексной радиосвязи сделаем некоторые пояснения. На фиг. 2 приведены варианты исполнения блока управления 15 и устройств сжатия 3 и расширения 9 сигнала.

Устройство сжатия сигнала 3 представляет собой последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП), буферный накопитель (оперативное запоминающее устройство - ОЗУ с независимой адресацией записи/считывания), цифроаналоговый преобразователь ЦАП, ключ, фильтр нижних частот (ФНЧ). Устройство расширения сигнала 9 представляет собой последовательно соединенные АЦП, буферный накопитель (ОЗУ с независимой адресацией записи/считывания), ЦАП и ФНЧ. Блок управления 15 работает от опорного генератора (ОГ) и формирует все необходимые сигналы управления системы дуплексной радиосвязи в целом. Формирователь импульсов управления 1 вырабатывает следующие сигналы:
F₁ - частота записи выборок сигнала в регистры ЦАП;
F₂=F₁/2 - частота считывания/записи в ОЗУ буферного накопителя, управления коммутаторами блока управления 15, используется также в качестве опорного сигнала для формирователя цикла Т и формирователя импульсов управления 2;
F₃= F₂/n (n - целое положительное число) - частота изменения состояния счетчика адреса считывания из буферного накопителя устройства сжатия сигнала и частота изменения состояния счетчика адреса записи в буферный накопитель устройства расширения сигнала, а также тактовая частота работы АЦП устройства расширения сигнала;
F₄=F₃ Т_прд/Т - частота изменения состояния счетчика адреса записи в буферный накопитель устройства сжатия сигнала и частота изменения состояния счетчика адреса считывания из буферного накопителя устройства расширения сигнала, а также тактовая частота работы АЦП устройства сжатия сигнала; (параметры Т и Т_прд будут описаны ниже); интервал времени, до которого сжимаются передаваемые отрезки сигналов длительностью Т; F₄ должна удовлетворять требованиям теоремы Котельникова (теоремы отсчетов) по отношению к дискретизируемому сигналу.

На фиг. 3 показаны временные диаграммы сигналов управления, формируемых также блоком управления 15:
F_тпрд - (фиг.3а) сигнал, определяющий основной временной интервал Т, на которые распределяются передаваемые в прямом и обратном направлениях сигналы, параметр Т выбирается исходя из параметров канала связи, его протяженности, а также быстродействия применяемых приемопередающих устройств и удобства ведения радиосвязи; данный сигнал используется для сброса счетчика адреса записи устройства сжатия сигнала;
F_тзад - (фиг.3б) сигнал, получаемый путем задержки сигнала F_тпрд на время Т_зад; данный сигнал используется для сброса счетчика адреса считывания устройства сжатия сигнала;
F_прд - (фиг.3в) сигнал, определяющий временной интервал Т_прд, характеризующий время передачи кванта сигнала на временном интервале Т; данный сигнал используется для стробирования сигналов частоты F₃ при сжатии сигнала, для запирания тракта передачи сигнала во время паузы (лог. 0) сигнала F_прд, а также запирания приемника 7 во время передачи кванта сигнала;
F_спрд - (фиг. 3г) сигнал, который используется для запуска датчика синхросигнала 11 и управления коммутатором 5 для подключения модулятора синхросигнала ко входу передатчика 6;
F_cпрм - (фиг. 3д) сигнал, который образуется из принимаемого (7) и демодулированного (13) синхросигнала второго приемопередающего комплекта 1;
F_пт - (фиг.3е) сигнал, вырабатываемый из задержанного сигнала F_спрм на время Т_зад1=Т_прм+Т_прд+τ₃; (заметим, что Т_прм=Т_прд, а τ₃ - защитный интервал, включающий в себя время перестройки радиосредств с режима "прием" на режим "передача" или наоборот); данный сигнал в качестве сигнала "сброс" используется для подстройки сигнала основного цикла Т;
F_прм - (фиг.3ж) сигнал, определяющий временной интервал Т_прм, характеризующий время приема кванта сигнала от корреспондента на временном интервале Т; данный сигнал используется для стробирования сигналов частоты F₃ при расширении сигнала;
F_тпрм - (фиг.3з) сигнал, вырабатываемый из сигнала F_прм; данный сигнал используется для сброса счетчиков адресов записи/считывания буферного накопителя устройства расширения сигнала 9.

Здесь же заметим (фиг. 3), что интервал Т=Т_прд+Т_прм+2(2τ_p+τ₃), где τ_p - время распространения сигнала от передатчика одной радиостанции к приемнику другой радиостанции.

Предварительно рассмотрим работу некоторых основных составных частей системы дуплексной радиосвязи. Устройство сжатия сигнала 3 работает следующим образом. Каждый временной интервал входного сигнала Т с тактовой частотой F₄ записывается в буферный накопитель (ОЗУ) и с задержкой Т_зад начинает из него (ОЗУ) считываться с тактовой частотой F₃. То есть, учитывая соотношение частот F₄/F₃= Т_прд/Т, каждый временной интервал сигнала Т будет сжиматься до временного интервала Т_прд. Устройство расширения сигнала 9 работает аналогичным образом, за исключением того, что входной сигнал записывается в буферный накопитель с тактовой частотой F₃, а считывается с частотой F₄. То есть каждый временной интервал при приеме длительностью Т_прм=Т_прд будет расширяться до длительности Т.

Рассмотрим работу системы дуплексной радиосвязи в целом на примере полного дуплексного радиообмена на одной рабочей частоте телефонными (ТЛФ) сигналами. В каждом из приемопередающих комплектов 1 передаваемый ТЛФ сигнал, поступающий из источника сигнала 2, в устройстве сжатия сигнала 3 распределяется на кванты сигнала длительностью Т (фиг.3а), каждый из которых сжимается до длительности Т_прд (фиг.3в), модулирует несущую (4), проходит через коммутатор 5, усиливается передатчиком 6 и передается через приемопередающую антенну 14. Во временнные отрезки Т_зад, (фиг.3б), когда нет передачи квантов сигнала первого приемопередающего комплекта, второй приемопередающий комплект передает на той же рабочей частоте сжатые кванты ТЛФ сигнала, которые через приемопередающую антенну 14 в виде квантов сигнала длительностью Т_прм (фиг. 3ж) принимаются приемником 7, демодулируются (8), расширяются (9) до длительности Т и поступают получателю сигнала 10. То есть непрерывно на одной и той же рабочей частоте производится непрерывный (дуплексный) обмен ТЛФ сигналами. Для поддержания устойчивого обмена ТЛФ сигналами периодически (с периодом NT, где N - целое положительное число) формируются (11), модулируются (12) и передаются (6, 14) синхросигналы (фиг.3г). Передаваемые вторым корреспондентом синхросигналы, принимаемые (7, 13) первым корреспондентом как F_спрм (фиг. 3д) и формируемые далее блоком управления 15 как F_пт (фиг. 3е), позволяют подстроить основной временной цикл Т первого корреспондента. Аналогично по передаваемым первым корреспондентом синхросигналам подстраивается основной временной цикл Т второго корреспондента. На время передачи синхросигнала коммутатор 5 подключает свой выход к выходу модулятора синхросигнала 12. Можно заметить, что в качестве синхросигналов можно использовать 2-3 посылки сигнала частотной телеграфии.

Заметим также следующее:
закон сжатия временных интервалов передаваемого телефонного сигнала длительностью Т и обратный закону сжатия закон расширения квантов телефонной информации длительностью Т_прм могут быть произвольными и определяться необходимостью простоты их реализации аппаратными средствами или приданием специальных свойств сигналу, передаваемому по каналу связи, например его закрытию.

Для KB радиоканала протяженностью до 3 тыс. км, стабильности приемопередающих устройств 10^-7 и времени переключения с режима "прием" на режим "передача" и наоборот, равного 0,005 с, можно рекомендовать следующие параметры для реализации предлагаемого способа дуплексного радиообмена телефонными сигналами: Т=0,2 с; Т_прд=Т_прм=0,08 с; Т_зад=0,12 с; N=10.

В качестве синхросигнала предлагается передавать три посылки сигналов частотной телеграфии F1B-500, 300 Бод.

В заключение заметим, что использование предлагаемой системы дуплексной радиосвязи позволит практически реализовать режим полного дуплексного телефонного радиообмена на одной рабочей частоте.

Таким образом, использование предлагаемой системы дуплексной радиосвязи позволяет решить поставленную задачу.

Источники информации
1. Устройство двусторонней связи, сб. Лучшие конструкции выставки радиолюбителей, М.: ДОСААФ, 1975, с.79-87.

2. А.с. 1769366, Н 04 В 7/20, 1989 г.

Изобретение относится к области радиосвязи и может использоваться при построении дуплексных радиолиний, работающих на одной частоте, в том числе телефонных. Достигаемым техническим результатом изобретения является осуществление режима полного дуплексного радиообмена на одной рабочей частоте, в том числе телефонными сигналами. Система дуплексной радиосвязи состоит из двух приемопередающих комплектов, каждый из которых содержит источник сигнала, модулятор, передатчик, а также последовательно соединенные приемник, демодулятор, кроме того, получатель сигнала, блок управления и приемопередающую антенну, вход и выход которой подключены к выходу передатчика и входу приемника соответственно, а первый выход блока управления соединен со вторым входом приемника. Отличием предлагаемой системы радиосвязи является то, что дополнительно введены устройство сжатия сигнала, устройство расширения сигнала, последовательно соединенные датчик синхросигнала, модулятор синхросигнала, коммутатор, а также демодулятор синхросигнала, вход которого соединен дополнительно с выходом приемника, а выход - со входом блока управления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющим входом устройства сжатия сигнала и с управляющим входом устройства расширения сигнала, а четвертый выход которого соединен параллельно со входом датчика синхросигнала и управляющим входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом модулятора, а выход - со входом передатчика, при этом выход источника сигнала соединен со входом устройства сжатия сигнала, выход которого соединен со входом модулятора, а выход демодулятора соединен со входом устройства расширения сигнала, выход которого соединен со входом получателя сигнала. 3 ил.

Система дуплексной радиосвязи, состоящая из двух приемопередающих комплектов, каждый из которых содержит источник сигнала, модулятор, передатчик, а также последовательно соединенные приемник, демодулятор, кроме того, получатель сигнала, блок управления и приемопередающую антенну, вход и выход которой подключены к выходу передатчика и входу приемника соответственно, а первый выход блока управления соединен со вторым входом приемника, отличающаяся тем, что дополнительно введены устройство сжатия сигнала, устройство расширения сигнала, последовательно соединенные датчик синхросигнала, модулятор синхросигнала, коммутатор, а также демодулятор синхросигнала, вход которого соединен дополнительно с выходом приемника, а выход со входом блока управления, второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющим входом устройства сжатия сигнала и с управляющим входом устройства расширения сигнала, а четвертый выход которого соединен параллельно со входом датчика синхросигнала и управляющим входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом модулятора, а выход со входом передатчика, при этом выход источника сигнала соединен со входом устройства сжатия сигнала, выход которого соединен со входом модулятора, а выход демодулятора соединен со входом устройства расширения сигнала, выход которого соединен со входом получателя сигнала.