СЕТЬ РАДИОИНТЕРНЕТА Российский патент 2012 года по МПК H04W80/00 

Изобретение относится к беспроводным сетям Интернет, может быть использовано в качестве беспроводной сети Интернет для абонентов удаленного доступа, клиентов внегородского проживания, не имеющих проводных абонентских окончаний, в местности при отсутствии телефонных линий, для дистанционного обучения студентов и школьников в поселках и деревнях.

Аналогом является Radio Ethernet [1; с.580] в частотном диапазоне 2,4 ГГц, поддерживающий полудуплексный режим в 11 Мбит/с, недостаток: небольшое расстояние до точек доступа от базы, радиус сегмента сети внутри здания до 100 м, на открытой местности до 500 м. Технически элементы сети Radio Ethernet представляют один или несколько “узлов доступа” и несколько “точек доступа” - компьютерных устройств. Узел доступа выполняет роль концентратора и оснащен приемопередатчиком диапазона 2,4 ГГц, “точки доступа” также имеют приемопередатчики и оснащены интерфейсом в компьютере. Прототипом принята система фиксированного широкополосного беспроводного доступа Wi MAX [2; с.472-475], ее технические данные: диапазон 10-66 ГГц, работает только в условиях прямой видимости, скорость передачи данных 32 Мбит/с, поддерживает дуплексный режим, занимает полосу частот до 28 МГц, прием-передача в радиусе 2-5 км. Сеть Wi MAX использует три типа оборудования [2; с.475]: базовые станции, абонентские комплекты с персональным компьютером /РС/ и оборудование для организации связи между базовыми станциями. Базовая станция представляет собой модуль и осуществляет связь клиентов удаленного доступа через концентратор и магистральную сеть с провайдером. В состав оборудования базовой станции и каждого абонентского комплекта входят радиоприемник и радиопередатчик, в каждый абонентский комплект входит и персональный компьютер /ПК/. Недостатки прототипа: работа только в прямой видимости /использование волн длиной 0,45-3 см/ от абонентского комплекта до базовой станции, большая полоса занимаемых частот при передаче информации и малый радиус связи до 5 км. Цель изобретения - осуществление беспроводной сети Интернет для абонентов удаленного доступа в отсутствие проводных связей до 28 км. Техническим результатом является осуществление беспроводной связи базовых станций с абонентскими комплектами для клиентов удаленного доступа в местах вне городского проживания и не имеющих проводных линий связи до 28 км при занимаемой полосе частот 550-750 Гц.

Сущность изобретения в том, что в сеть радиоинтернета, содержащую базовые станции и абонентские комплекты, каждый из которых имеет радиоприемные и радиопередающие устройства, вводятся в состав базовой станции сетевой адаптер, в состав абонентского комплекта - адаптер ввода-вывода информации.

Структура сети радиоинтернета - на фиг.1, базовая станция - на фиг.2, адаптер ввода-вывода информации - на фиг.3, двухполярный амплитудный детектор - на фиг.4, спектр частот выходного радиосигнала - на фиг.5, временные диаграммы работы - на фиг.6, маршруты сигналов связи - на фиг.7. Структура сети радиоинтернета на фиг.1 включает базовые станции 1, каждая из которых осуществляет связь нескольких абонентских комплектов 2 клиентов удаленного доступа через активный концентратор 3 с кабельной магистралью 4 интернет-провайдера. В сети дуплексный режим, занимаемая полоса в эфире при связи одного абонентского комплекта с базовой станцией 550 Гц /±275 Гц/ и при несущей частоте 300 МГц. Скорость передачи информации 25 Мбит/с.Значение несущей частоты в первом абонентском комплекте принимается 300 МГц, длина волны . Дальность прямой видимости между базовой станцией и абонентским комплектом задается высотами антенн на базовой станции и на абонентском комплекте. При высоте антенн от уровня земли соответственно 16 м и 9 м составляет 28 км [3; с.67]:

Где: r_o - дальность прямой видимости в км,

R - эквивалентный радиус Земли 8470 км,

h₁ - высота антенны на базовой станции 16 м,

h₂ - высота антенны на абонентском комплекте, на жилье клиента 9 м.

Базовые станции идентичны, каждая выполняется модулем и включает /фиг.2/ первое радиопередающее устройство 5, включающее последовательно соединенные усилитель 6 несущей частоты, формирователь 7 однополосного сигнала, выходной усилитель 8 и антенну, включает второе радиопередающее устройство 9, содержащее усилитель 10 несущей частоты /310 МГц/, формирователь 11 однополосного сигнала, выходной усилитель 12 и антенну, включает первое радиоприемное устройство 13, содержащее последовательно соединенные антенну, блок 14 приема радиосигналов и усилитель 15 радиочастоты, второе радиоприемное устройство 16 из последовательно соединенных антенны, блока 17 приема радиосигналов и усилителя 18 радиочастоты, и включает сетевой адаптер 19, содержащий первый канал преобразования сигналов в составе последовательно соединенных двухполярного амплитудного детектора 20, элемента 21 задержки /на 20 нс/, суммирующего усилителя 23 и формирователя 24 импульсов и инвертора 22, выход формирователя 24 импульсов является первым информационным выходом сетевого адаптера 19, содержащий второй канал преобразования сигналов в составе последовательно соединенных двухполярного амплитудного детектора 25, элемента 26 задержки /на 20 нс/, суммирующего усилителя 28 и формирователя 29 импульсов и инвертора 27, выход формирователя 29 импульсов является вторым информационным выходом сетевого адаптера 19. Первый и второй информационные выходы сетевого адаптера 19 подключены к соответствующим входам концентратора 3. Сетевой адаптер 19 включает канал формирования несущих частот в составе последовательно соединенных генератора 30 синусоидальных колебаний, вход которого является управляющим входом сетевого адаптера 19, и синтезатора 31 частот, формирующий несущие частоты по числу принимаемых /обслуживаемых/ абонентских комплектов и сигнал для амплитудной модуляции 25 МГц, первый 32 и второй 33 ключи, входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам синтезатора 31 частот: 300 МГц и 310 МГц. Выход первого ключа 32 подключен параллельно к входу усилителя 6 несущей частоты 300 МГц и к второму входу блока 14 приема радиосигналов, выход второго ключа 33 подключен параллельно к входу усилителя 10 несущей частоты 310 МГц и к второму входу блока 17 приема радиосигналов. Сетевой адаптер 19 включает первый канал приема информации в составе последовательно соединенных формирователя 35 импульсов, вход которого является первым информационным входом, подключенный к соответствующему выходу концентратора 3 /фиг.1/, и третий ключ 34, сигнальный вход которого подключен к третьему выходу синтезатора 31 частот, включает второй канал приема информации в составе последовательно соединенных формирователя 37 импульсов, вход которого является вторым информационным входом, подключенный к соответствующему выходу концентратора 3, и четвертый ключ 36, сигнальный вход которого подключен к третьему выходу синтезатора 31 частот, и сетевой адаптер 19 включает последовательно соединенные регистр 38, информационный вход которого подключен через диоды Д1 и Д2 к выходам соответственно формирователей 35 и 37 импульсов, выходы регистра 38 подключены к входам дешифратора 39, соответствующие выходы которого подключены к управляющим входам U_от соответственно первого 32 и второго 33 ключей, тактовый вход регистра 38 подключен к четвертому выходу синтезатора 31 частот. Абонентские комплекты идентичны, каждый включает /фиг.3/ радиопередающее устройство 40, содержащее последовательно соединенные усилитель 41 несущей частоты, формирователь 42 однополосного сигнала, выходной усилитель 43 и антенну, радиоприемное устройство 44, содержащее последовательно соединенные антенну, блок 45 приема радиосигналов и усилитель 46 радиочастоты, адаптер 47 ввода и вывода информации и персональный компьютер 61. Адаптер 47 ввода и вывода информации содержит канал преобразования сигналов в составе последовательно соединенных двухполярного амплитудного детектора 48, элемента 49 задержки, суммирующий усилитель 51 и формирователь 52 импульсов, инвертор 50, вход которого подключен к второму выходу двухполярного амплитудного детектора 48, а выход подключен к второму входу суммирующего усилителя 51, выход формирователя 52 импульсов является информационным выходом адаптера 47 и подключен к входу первого USB-порта ПК 61, адаптер 47 включает канал формирования несущей частоты в составе генератора 53 синусоидальных колебаний, вход которого является управляющим входом адаптера 47 и подключен к соответствующему выходу тактового генератора в ПК 61, синтезатора 54 частот, вход которого подключен к выходу генератора 53 синусоидальных колебаний, первый выход подключен к сигнальному входу второго ключа 57, выход которого подключен к входу усилителя 41 несущей частоты /300 МГц/, второй выход синтезатора 54 частот подключен к сигнальному входу первого ключа 55, выход которого подключен к второму входу формирователя 42 однополосного сигнала, и третий выход синтезатора 54 частот подключен к второму входу блока 45 приема радиосигналов, адаптер 47 ввода и вывода информации включает канал приема информации в составе формирователя 56 импульсов, вход которого является информационным входом адаптера 47 и подключен к выходу второго USB-порта ПК 61, первого ключа 55, управляющий вход которого U_от подключен к выходу формирователя 56 импульсов, а сигнальный вход подключен к второму выходу /25 МГц/ синтезатора 54 частот, выход ключа 55 подключен к второму входу формирователя 42 однополосного сигнала, и адаптер 47 включает регистр 58, вход которого подключен к входу формирователя 56 импульсов, тактовый вход регистра 58 подключен к четвертому выходу синтезатора 54 частот, первый 59 и второй 60 дешифраторы, выход дешифратора 59 подключен к первому управляющему U_от входу второго ключа 57, выход второго дешифратора 60 подключен к второму управляющему входу U_з второго ключа 57.

В целях незагромождения чертежа на фиг.2 структурная схема базовой станции приводится ведущей связь параллельно с двумя абонентскими комплектами, аналогично выполняются и схемы базовых станций, предназначенные для ведения параллельной связи с тремя, десятью и более абонентскими комплектами. В этих вариантах структурная схема базовой станции содержит число радиоприемных, радиопередающих устройств, каналов преобразования сигналов и каналов приема информации по числу параллельно обслуживаемых абонентских комплектов, и синтезатор 31 частот /фиг.2/ выдает несущие частоты по числу обслуживаемых абонентских комплектов. Структурная схема базовой станции выполняется на соответствующей материнской плате, как и в компьютере, которая определяет габариты, расположение монтажных мест с запасом на десять и более каналов преобразования сигналов, каналов приема информации, радиопередающих и радиоприемных устройств и надежность монтажа микросхем для разного числа обслуживаемых абонентских комплектов.

Генератор 30 синусоидальных колебаний базовой станции синхронизируется тактовыми импульсами через концентратор 3 с компьютера провайдера. Синтезатор 31 частот выдает с первого и второго выходов две частоты 300 МГц и 310 МГц на входы ключей соответственно 32 и 33. Эти частоты являются несущими частотами для передающих устройств 5 и 9 /фиг.2/. Значения несущих частот задаются организацией провайдера и устанавливаются в синтезатор 31 частот базовой станции. Информация с ПК провайдера поступает через концентратор 3 /фиг.1/ на первый /второй/ информационный вход сетевого адаптера 19 /фиг.2/. С выхода формирователя 35 импульсов первый код в потоке является адресным, поступает через диод Д1 /Д2/ в регистр 38, с него в дешифратор 39, где код дешифруется, и выходной сигнал с него U_от открывает ключ 32 /33/. Через открытый ключ 32 несущая частота 300 МГц поступает в усилитель 6 несущей частоты, которая модулируется по амплитуде синусоидальным колебанием частоты 25 МГц с ключа 34, промодулированная несущая усиливается в блоке 8 и излучается в эфир. Радиосигналы принимаются радиоприемным устройством 44 /фиг.3/ абонентского комплекта. После усиления радиочастоты сигналы поступают на вход двухполярного амплитудного детектора 48, затем полусинусоиды преобразуются в импульсы кодов и с выхода формирователя 52 импульсов поступают на вход первого USB-порта ПК 61. Прохождение сигналов информации от ПК провайдера на первый USB-порт ПК 61 абонентского комплекта является маршрутом №1, представленным на фиг.7.

Работа канала преобразования сигналов.

Радиосигнал с усилителя 46 радиочастоты /фиг.3/ поступает в двухполярный амплитудный детектор 48, в котором диод Д1 /фиг.4/ выделяет положительную огибающую /фиг.6, диагр.6/ модулирующего сигнала /синусоиды/, диод Д2 уже из модулирующей выделяет огибающие положительных полусинусоид /фиг.6, диагр.7/, диод Д3 из модулирующего сигнала выделяет огибающие отрицательных полусинусоид /диагр.8/. С первого выхода блока 48 /20 на фиг.2/ положительные полусинусоиды в элементе 49 /21/ задержки задерживаются на 20 нс /на 0,5 периода синусоиды/ и поступают на первый вход суммирующего усилителя 51 /23/, диагр.9. Со второго выхода блока 48 /20 на фиг.2/ отрицательные полусинусоиды через инвертор 50 /22/, меняющий фазу отрицательных полусинусоид на 180°/диагр.10, фиг.6/, поступают на второй вход суммирующего усилителя 51 /23/, с выхода которого сигналы в виде увеличенной по амплитуде положительной полусинусоиды поступают на вход формирователя 52 /24/ импульсов /диагр.11/. Инвертор 50 /22/, элемент 49 /21/ задержки в суммирующий усилитель 51 /23/ применяются для восстановления сигналов кода, подвергнувшихся действию помех в эфире. Полусинусоиды одного колебания разнополярные, поэтому воздействие помех на них будет не одинаковое: искажается помехой больше та полусинусоида, которая в противофазе с помехой. Полусинусоида другой полярности подвергается искажению слабее или вообще не искажается. Искаженная полусинусоида по форме остается ближе к ней, чем к форме сигнала другого вида. Для создания условий, содействующих восстановлению импульсов кода, перед их излучением в эфир и осуществляется замена каждого импульса на синусоидальное колебание. При искажении и даже отсутствии одной из полусинусоид блоку 51 /23/ достаточно одной полусинусоиды для выдачи сигнала в формирователь 52 /24/ импульсов, формирующий импульсы по полярности, амплитуде и длительности в 40 нс.

Процесс связи абонентский комплект - базовая станция - ПК провайдера.

Сигналы кодов по маршруту №2 /фиг.7/. С выхода второго USB-порта ПК 61 абонента информация поступает в адаптер 47 на входы регистра 58 и формирователь 56 импульсов. Первый код является адресным кодом абонента, он поступает с выхода регистра 58 на входы первого 59 и второго 60 дешифраторов. Дешифратор 59 выдает сигнал U_от, открывающий второй ключ 57, который пропускает на вход усилителя 41 несущую частоту с первого выхода синтезатора 54 частот. Информация кодов с ПК 61 поступает на вход формирователя 56 импульсов, с выхода которого импульсы поступают на управляющий вход U_от первого ключа 55 и открывают его на время 40 нс длительности синусоидального сигнала 25 МГц со второго выхода синтезатора 54 частот, синусоидальное колебание проходит на второй вход формирователя 42 однополосного сигнала и выполняет амплитудную модуляцию несущей частоты с блока 41. Промодулированная несущая усиливается в выходном усилителе 43 и излучается в эфир /фиг.6, диаграммы 1-5/. Радиосигналы поступают на базовой станции в блок 14 /фиг.2/, усиливаются в усилителе 15 радиочастоты, с которого поступают в двухполярный амплитудный детектор 20 /фиг.2/: идет процесс восстановления импульса кода из синусоидального сигнала. С выхода формирователя 24 импульсов коды поступают на соответствующий вход концентратора 3 /фиг.1/, с него по кабельной магистрали 4 поступают в ПК провайдера. С окончанием передачи информации абонент выводит на экран своего монитора окно “пуск - выключение” и вводит команду “ОК”, при этом код конца передачи поступает в регистр 58 /фиг.3/, который дешифрируется дешифратором 60, сигнал с него U_з закрывает ключ 57, несущая частота не поступает в радиопередающее устройство 40.

Работа формирователя 7 /11, 42/ однополосного сигнала.

На первый вход формирователя 7 однополосного сигнала поступает несущая частота /300 МГц/, на второй вход поступает с ключа 34 /фиг.2/ синусоидальное колебание 25 МГц. Спектр амплитудно-модулированного сигнала /фиг.5/ состоит из несущей частоты и двух боковых частот. Сама несущая и одна из ее боковых частот в информационном смысле являются избыточными. Формирователь однополосного сигнала [4; с.235] состоит из кольцевого модулятора и полосового фильтра. Методом двойной балансной модуляции и отфильтровыванием одной из боковых полос блок 7 и формирует однополосный сигнал. В блоке 7 подавляется несущая 300 МГц частота, а полосовой фильтр отфильтровывает верхнюю боковую частоту 325 МГц /300 МГц+25 МГц/. Информацию о кодах несет нижняя боковая частота 275 МГц /300 МГц-25 МГц/. Стабильность несущей частоты задается стабильностью тактовых импульсов синхронизации с ПК провайдера /или ПК 61/ и составляет 10, которая и определяет полосу, занимаемую в эфире. При частоте несущей 300 МГц занимаемая полоса в эфире составляет:

/300 МГц±25 МГц/×10^-6=±275 Гц, т.е. 550 Гц, что позволяет в полосе 1 МГц, например, разместить для обслуживания много радиоабонентов: . Спектр помехи всегда широк, и на долю полосы в 550 Гц придется мизерная часть энергии помехи.

При приеме радиосигналы поступают в блок 14 /17, 45/ приема, являющийся селектором каналов дециметрового диапазона /СКД/. Блок 14 /17, 45/ представляет собой первую половину СКД-24 [5; с.132, фиг.4.2] и включает входную цепь, предварительный усилитель радиочастоты и смеситель VТ2 [5; рис.4.2, с.132] без контура гетеродина и фильтра промежуточной частоты ПЧ, имеющиеся в СКД-24. На первый вход смесителя VТ2 в блоке 14 /17, 45/ поступает сигнал с предварительного усилителя радиочастоты, на второй вход смесителя поступают синусоидальные колебания несущей частоты /300 МГц/ с выхода ключа 32 /с третьего выхода синтезатора 54 частот фиг.3/, которая необходима для детектирования однополосного сигнала [3; c.146], сигнал со смесителя, являющийся выходным сигналом блока 14 /17, 45/, поступает в усилитель 15 /18, 46/ радиочастоты, и с него на вход двухполярного амплитудного детектора 20 /25, 48/ подается сумма напряжений однополосного сигнала и несущей частоты.

Базовые станции исполняются модулями, приобретаются организацией интернет-провайдера, абонентские комплекты тоже исполняются модулями, преображаются клиентами в комплекте с соответствующими антеннами. Предлагаемая сеть радиоинтернета обслужит массу неохваченных пользователей ПК, населяющих города, не застроенные высотными зданиями, в местах, не имеющих проводных окончаний, в сельской местности и в загородных дачных поселениях.

Источники информации

1. В.И.Мураховский. Устройство компьютера. М., 2003, с.580.

2. В.И.Мураховский. Железо ПК, новые возможности. СПб., 2005, с.472-475.

3. Радиосвязь, вещание и телевидение. Под ред. А.Д.Фортушенко, учебник для вузов. М., 1981, с.666, 67, 146.

4. Радиопередающие устройства. М.С.Шумилин и др. М., 1981, с.234, 235.

5. Бродский М.А. Телевидение цветного изображения. Минск, 1988, с.132, рис.4.2., с.133.

Изобретение относится к беспроводным сетям Интернет, может быть использовано для абонентов удаленного доступа, внегородского проживания, не имеющих проводных абонентских окончаний. Технический результат - осуществление беспроводной связи базовых станций с абонентскими комплектами клиентов удаленного доступа в местах внегородского проживания до 28 км. Сущность изобретения заключается в том, что в сеть радиоинтернета, включающую базовые станции и абонентские комплекты, вводятся в базовые станции сетевой адаптер, в абонентские комплекты -адаптер ввода и вывода информации. 7 ил.

Сеть радиоинтернета, содержащая базовые станции, каждая из которых включает радиопередающее и радиоприемное устройства, абонентские комплекты, каждый из которых включает радиопередающее и радиоприемное устройства и персональный компьютер (ПК), активный концентратор и кабельную магистраль Интернет-провайдера, отличающаяся тем, что каждая базовая станция включает радиопередающие и радиоприемные устройства по числу обслуживаемых абонентских комплектов, каждое передающее устройство содержит последовательно соединенные усилитель несущей частоты, формирователь однополосного сигнала, выходной усилитель и антенну, каждое радиоприемное устройство содержит последовательно соединенные антенну, блок приема радиосигналов и усилитель радиочастоты и включает сетевой адаптер, содержащий каналы преобразования сигналов по числу радиоприемных устройств, каналы приема информации по числу радиопередающих устройств и один канал формирования несущих частот, которых по числу обслуживаемых абонентских комплектов, каналы преобразования сигналов идентичны, каждый включает последовательно соединенные двухполярный амплитудный детектор, вход которого подключен к выходу своего радиоприемного устройства, элемент задержки сигнала, суммирующий усилитель и формирователь импульсов, выход которого является информационным выходом сетевого адаптера, подключенный к соответствующему входу активного концентратора, и инвертор, вход которого подключен к второму выходу двухполярного амплитудного детектора, а выход подключен к второму входу суммирующего усилителя, каналы приема информации идентичны, каждый включает формирователь импульсов, вход которого является информационным входом сетевого адаптера, подключенный к соответствующему выходу активного концентратора, и ключ, к управляющему входу U_от которого подключен формирователь импульсов, а выход ключа подключен к второму входу однополосного формирователя сигналов своего радиопередающего устройства, канал формирования несущих частот включает последовательно соединенные генератор синусоидальных колебаний, вход которого является управляющим входом сетевого адаптера, подключенный к соответствующему выходу активного концентратора, синтезатор частот и ключи по числу обслуживаемых абонентских комплектов, входы ключей подключены к соответствующим выходам синтезатора частот, выход каждого ключа подключен параллельно к входу усилителя несущей частоты своего радиопередающего устройства и к второму входу блока приема радиосигналов своего радиоприемного устройства, соответствующий выход (25 МГц) синтезатора частот подключен параллельно к сигнальным входам ключей в каналах приема информации, сетевой адаптер включает регистр, вход которого подключен параллельно через диоды к выходам формирователей импульсов в каналах приема информации, тактовый вход регистра подключен к соответствующему выходу синтезатора частот, выходы регистра подключены к входам дешифратора, соответствующие выходы которого подключены к управляющим входам U_от соответствующих ключей, абонентские комплекты идентичны, в каждом радиопередающее устройство содержит последовательно соединенные усилитель несущей частоты, формирователь однополосного сигнала, выходной усилитель и антенну, радиоприемное устройство содержит антенну, блок приема радиосигналов и усилитель радиочастоты, и включает адаптер ввода и вывода информации, содержащий канал преобразования сигналов, канал приема информации и канал формирования несущей частоты, канал преобразования сигналов включает последовательно соединенные двухполярный амплитудный детектор, вход которого подключен к выходу радиоприемного устройства, элемент задержки сигнала, суммирующий усилитель и формирователь импульсов, выход которого является информационным выходом адаптера ввода и вывода информации, подключенный к входу первого USB-порта ПК абонентского комплекта, и инвертор, вход которого подключен к второму выходу двухполярного амплитудного детектора, а выход подключен к второму входу суммирующего усилителя, канал приема информации включает формирователь импульсов и первый ключ, выход которого подключен к второму входу формирователя однополосного сигнала в радиопередающем устройстве, управляющий вход U_от ключа подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого является информационным входом адаптера ввода и вывода информации и подключен к выходу второго USB-порта ПК абонентского комплекта, канал формирования несущей частоты содержит последовательно соединенные генератор синусоидальных колебаний, вход которого является управляющим входом адаптера ввода и вывода информации и подключен к соответствующему выходу тактового генератора ПК абонентского комплекта, синтезатор частот, вход которого подключен к выходу генератора синусоидальных колебаний, первый выход синтезатора частот подключен к сигнальному входу второго ключа, выход которого подключен к входу усилителя несущей частоты в радиопередающем устройстве, второй выход (25 МГц) синтезатора частот подключен к сигнальному входу первого ключа, третий выход синтезатора частот подключен к второму входу блока приема радиосигналов в радиоприемном устройстве, адаптер ввода и вывода информации включает регистр, вход которого подключен к входу формирователя импульсов канала приема информации, тактовый вход регистра подключен к четвертому выходу синтезатора частот, выходы регистра подключены параллельно к поразрядно объединенным входам первого и второго дешифраторов, выход первого дешифратора подключен к первому управляющему входу U_от второго ключа, выход второго дешифратора подключен к второму управляющему входу U_з, второго ключа.