РЕТРАНСЛЯТОР И КОНВЕРТЕР РАДИОСИГНАЛОВ Российский патент 2019 года по МПК H04B7/15 

Предлагаемые в качестве изобретений технические решения относятся к области радиосвязи и могут быть использованы, в частности, при построении беспроводных систем мобильной связи: конвертер радиосигналов - в качестве устройства для переноса получаемых непосредственно от базовой станции несущих рабочих частот в канал ретрансляции, ретранслятор - в качестве автономного звена ретрансляции радиосигналов (далее по тексту - сигналы) в системе.

Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения ретранслятора является Линейный ретранслятор с переносом канальной емкости системы связи по патенту №2279764 («Система сотовой связи и ее узлы», Громаков Ю.А., г. Москва, публ. 10.07.2006), содержащий два канала ретрансляции, содержащие соответственно первое и второе приемопередающие устройства ретрансляции (модуль (18) линейных приемопередатчиков ретрансляции и один модуль (24) линейных приемопередатчиков ретрансляции), а также один рабочий приемопередающий канал (для организации приема/передачи выделенных сигналов рабочих частот пользователям) с одним рабочим приемопередающим устройством рабочих частот (модуль (20) n линейных приемопередатчиков рабочих частот).

Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения конвертера радиосигналов является Блок 12 ретрансляции радиоканалов системы сотовой связи по патенту №2279764 («Система сотовой связи и ее узлы», Громаков Ю.А., г. Москва, публ. 10.07.2006), получающий сигналы для ретрансляции от базовой станции и содержащий приемопередающее устройство ретрансляции (модуль цифровых приемопередатчиков ретрансляции).

Недостатками описанных устройств являются: невозможность сбора данных (в том числе удаленного) о функционировании и работоспособности устройств и проведения обновления их программного обеспечения (далее ПО); потери мощности сигналов при приеме и передаче, что увеличивает количество ошибок при передаче рабочих сигналов пользователям и снижает КПД устройств.

Целью изобретения является создание ретранслятора и конвертера радиосигналов, позволяющих повысить точность обработки входных сигналов, эффективность передачи выходных сигналов, а также существенно сократить затраты по контролю работы и обслуживанию устройств.

В предлагаемых в качестве изобретений технических решениях ретранслятора и конвертера радиосигналов цель достигается введением служебного приемопередающего устройства для двусторонней связи с внешним управляющим устройством (ВУУ) посредством служебных радиосигналов по сети сотовой связи - приема команд управления и данных, переустановки и обновления программного обеспечения, а также передачи данных о работе устройства, приемника навигационных сигналов (приемник НС) для коррекции реального времени и определения координат устройства, а также блока измерения параметров сигналов, обеспечивающего достижение заданных параметров выходных радиосигналов каналов ретрансляции и рабочих каналов за счет увеличения мощности и формирования цифровых предыскажений.

При этом ретранслятор содержит главное управляющее устройство (ГУУ), приемник навигационных сигналов (Приемник НС), блок измерения параметров сигналов (БИПС) и блок цифровой обработки сигнала (БЦОС), к первому входу/выходу (Вх/Вых1) которого подключен первый канал ретрансляции из последовательно соединенных первого приемопередающего устройства ретрансляции (ППУ КР1) и первого усилителя ретрансляции (Усилитель КР1), подключенного к первому ретранслирующему входу/выходу ретранслятора, к второму входу/выходу (Вх/Вых2) БЦОС подключен второй канал ретрансляции из последовательно соединенных второго приемопередающего устройства ретрансляции (ППУ КР2) и второго усилителя ретрансляции (Усилитель КР2), подключенного к второму ретранслирующему входу/выходу ретранслятора, для прямого и обратного прохождения сигнала ретрансляции через ретранслирующие входы/выходы. К БЦОС параллельно подключены хотя бы два рабочих канала связи - соответственно к третьему и четвертому входам/выходам (Вх/Вых3, Вх/Вых4) БЦОС. Один (первый) канал содержит последовательно соединенные одно рабочее приемопередающее устройство (первое рабочее приемопередающее устройство или ППУ РЧ1) и один рабочий усилитель (первый рабочий усилитель или Усилитель РЧ1), подключенный к одному (первому) рабочему входу/выходу ретранслятора, второй - последовательно соединенные второе рабочее приемопередающее устройство (ППУ РЧ2) и второй рабочий усилитель (Усилитель РЧ2), подключенный ко второму рабочему входу/выходу ретранслятора. Первый и второй рабочие каналы служат для организации приема/передачи выделенных из сигнала ретрансляции сигналов рабочих частот (которые могут содержать служебный сигнал) пользователям через соответствующие рабочие входы/выходы ретранслятора. В Усилителях КР производят конвертацию частоты поступающего в ретранслятор сигнала в промежуточную частоту и обратно, в приемопередающих устройствах каналов ретрансляции производят усиление, фильтрацию и конвертацию сигналов от усилителя КР и передают сигнал для обработки БЦОС и обратно. Среди рабочих сигналов может быть служебный сигнал БС для данного ретранслятора.

Кроме того, ретранслятор содержит блок измерения параметров сигналов (БИПС), к первому, второму, третьему, четвертому, пятому, шестому, седьмому и восьмому входам которого подключены соответственно ППУ КР1, Усилитель КР1, ППУ КР2, Усилитель КР2, ППУ РЧ1, Усилитель РЧ1, ППУ РЧ2 и Усилитель РЧ2, а вход/выход (Вх/Вых) БИПС соединен с пятым входом/выходом (Вх/Вых5) БЦОС, за счет чего для каждого из каналов образуется обратная петля контроля параметров (уровня мощности и фазы) выходных сигналов для коррекции и поддержания их на заданных уровнях.

К шестому входу/выходу (Вх/Вых6) БЦОС через главное управляющее устройство (ГУУ) подключен модуль служебной связи из последовательно соединенных устройства коммутации и управления (УКУ) и служебного приемопередающего устройства (служебное ППУ), подключенного к служебному входу/выходу ретранслятора для организации служебного канала связи и приема/передачи служебного сигнала от одного из рабочих входов/выходов ретранслятора.

Кроме того, ретранслятор содержит приемник навигационных сигналов (Приемник НС), вход которого служит навигационным входом ретранслятора, а выход подключен к входу главного управляющего устройства, двунаправлено соединенного с генератором опорной частоты (генератор ОЧ) для получения точных координат и реального времени и подстройки тактовой частоты генератора, с которого ее подают на все требующие тактирования элементы ретранслятора (в том числе на главное управляющее устройство, БЦОС, БИПС, все приемопередающие устройства, усилители). Ретранслятор выполнен с возможностью подачи необходимого стабилизированного напряжения питания на все элементы ретранслятора, требующие питания.

Предпочтительно, чтобы в главном управляющем устройстве были предусмотрены дополнительные входы и/или выходы.

Предпочтительно, чтобы ретранслятор содержал датчики (внутренние и/или внешние), подключенные к соответствующим дополнительным входам главного управляющего устройства для контроля состояния устройства. Внутренние датчики служат для контроля внутреннего состояния устройства (например, перегрева какого-либо из внутренних элементов), внешние - для подачи аварийных сигналов извне (например, охрана (вскрытие/взлом), контроль напряжения сети и т.д).

Предпочтительно, чтобы ретранслятор включал в себя блок питания, выход которого подключен к первому входу коммутатора питания для подачи необходимого стабилизированного напряжения питания на все элементы, требующие питания (в том числе на усилители каналов ретрансляции и усилители рабочих приемопередающих каналов, генератор), при этом второй вход коммутатора подключен к выходу (дополнительному) главного управляющего устройства. То есть подачу питания осуществляли бы блоком питания через коммутатор питания, управляемый главным управляющим устройством, что позволяет производить дистанционный полный сброс изделия по питанию, повышает экономичность изделия при блокировке неиспользуемых узлов.

Предпочтительно, чтобы устройство коммутации и управления содержало хотя бы один дополнительный вход/выход для подключения дополнительного служебного приемопередающего устройства (например, приемопередающего модуля Wi-Fi) для приема/передачи служебных сигналов ВУУ на близком расстоянии. В качестве дополнительных входов/выходов могут быть введены, например, порты Ethernet, USB, GPIO и т.п. для приема/передачи служебной информации от различных устройств.

Предпочтительно, чтобы БЦОС и БИПС содержали хотя бы по одному дополнительному входу/выходу для подключения дополнительных устройств.

Кроме того, количество рабочих каналов, выполненных аналогично с контролем параметров сигналов может быть увеличено.

Конвертер радиосигналов (далее конвертер) содержит главное управляющее устройство (ГУУ), приемник навигационных сигналов (Приемник НС), блок измерения параметров сигналов (БИПС) и блок цифровой обработки сигнала (БЦОС), к первому входу/выходу (Вх/Вых1) которого подключен канал связи с БС из последовательно соединенных приемопередающего устройства сигналов базовой станции (ППУ БС) и модуля согласования, подключенного к информационному входу/выходу (Вх/ВыхИнф) конвертера для приема/передачи информации (сигналы рабочих частот от БС, которые могут содержать служебный сигнал). В модуле согласования адаптируют поступающие в него сигналы рабочих частот от БС для обработки ППУ БС и обратно. В ППУ БС сигналы рабочих частот БС усиливают, фильтруют, конвертируют и передают для обработки в БЦОС и обратно, в БЦОС формируют из сигналов рабочих частот сигнал ретрансляции либо выделяют из последнего сигналы рабочих частот для БС. К второму входу/выходу (Вх/Вых2) БЦОС подключен канал ретрансляции из последовательно соединенных приемопередающего устройства ретрансляции (ППУ КР) и усилителя ретрансляции (Усилитель КР), подключенного к ретранслирующему входу/выходу конвертера для передачи и приема сигнала ретрансляции через линию ретрансляции из последовательно установленных ретрансляторов. Ретрансляторы (в том числе оконечный) в линии ретрансляции могут быть выполнены, например, как описано выше.

Кроме того, конвертер содержит блок измерения параметров сигналов (БИПС), к первому, второму и третьему входам которого подключены соответственно выходы ППУ БС, ППУ КР и Усилителя КР, а к входу/выходу (Вх/Вых) - третий вход/выход (Вх/Вых3) БЦОС для образования обратной петли контроля параметров выходных сигналов конвертера (в данном случае - сигналов БС и ретрансляции).

К четвертому входу/выходу (Вх/Вых4) БЦОС через главное управляющее устройство (ГУУ) подключен модуль служебной связи из последовательно соединенных устройства коммутации и управления (УКУ) и служебного приемопередающего устройства (служебное ППУ), подключенного к служебному входу/выходу конвертера для приема/передачи служебного сигнала. Кроме того, выход главного управляющего устройства подключен к выходу модуля согласования. Конвертер содержит также Приемник НС, вход которого служит навигационным входом конвертера, а выход подключен к входу главного управляющего устройства, двунаправлено соединенного с генератором опорной частоты (генератор ОЧ), тактовую частоту которого подают на все требующие тактирования элементы конвертера (в том числе на главное управляющее устройство, БЦОС, БИПС, приемопередающие устройства, усилитель, модуль согласования). Конвертер выполнен с возможностью подачи необходимого стабилизированного напряжения питания на все элементы, требующие питания.

Предпочтительно, чтобы БЦОС и БИПС, а также сам конвертер содержали хотя бы по одному дополнительному входу/выходу для подключения дополнительных устройств.

Предпочтительно, чтобы к дополнительному входу/выходу БЦОС был подключен дополнительный канал ретрансляции из дополнительного приемопередающего устройства ретрансляции (ППУ КР Доп) и дополнительного усилителя ретрансляции (Усилитель КР Доп), подключенного к дополнительному ретранслирующему входу/выходу конвертера. При этом к первому и второму дополнительным входам БИПС подключены соответственно выходы ППУ КРДоп и Усилителя КРДоп. Это позволяет сформировать на базе данного конвертера дополнительную линию (цепочку) ретрансляции из последовательно установленных дополнительных ретрансляторов.

Предпочтительно, чтобы к первому и второму дополнительным входам/выходам (Вх/Вых Д1, Вх/Вых Д2) БЦОС были параллельно подключены соответственно первый и второй рабочие каналы связи. Первый канал содержит последовательно соединенные одно (первое) рабочее приемопередающее устройство (ППУ РЧ1) и один (первый) рабочий усилитель (Усилитель РЧ1), второй - последовательно соединенные второе рабочее приемопередающее устройство (ППУ РЧ2) и второй рабочий усилитель (Усилитель РЧ2). Выходы ППУ РЧ1, Усилитель РЧ1, ППУ РЧ2, Усилитель РЧ2 подключены к дополнительным первому, второму, третьему и четвертому входам БИПС соответственно. Первый и второй рабочие каналы служат для приема/передачи выделенных из сигнала ретрансляции сигналов рабочих частот (которые могут содержать служебный сигнал) пользователям через соответственно первый и второй рабочие входы/выходы конвертера. Такое расширение функциональных возможностей конвертера позволяет увеличить количество рабочих каналов на месте его установки (рядом с БС), не используя ресурсов БС.

Предпочтительно, чтобы в главном управляющем устройстве были предусмотрены дополнительные входы и/или выходы.

Предпочтительно, чтобы конвертер содержал датчики (внутренние и/или внешние), подключенные к соответствующим дополнительным входам главного управляющего устройства для контроля состояния устройства.

Предпочтительно, чтобы конвертер включал блок питания, выход которого подключен к первому входу коммутатора питания для подачи необходимого стабилизированного напряжения питания на все элементы, требующие питания, при этом второй вход коммутатора питания подключен к выходу (дополнительному) главного управляющего устройства.

Предпочтительно, чтобы устройство коммутации и управления содержало хотя бы один дополнительный вход/выход, соединенный с дополнительным служебным входом/выходом конвертера через дополнительное служебное приемопередающее устройство.

В качестве элементов схемы ретранслятора используют стандартные изделия, выпускаемые серийно российскими и зарубежными фирмами и доступные для коммерческого использования. Это могут быть процессоры, контроллеры, ПЛИС либо сборки, выполненные с применением широко известных схемных решений. Работа устройств может осуществляться посредством программного обеспечения, предназначенного для обработки, формирования, передачи, обмена командами и информацией между блоками, а также извне и вовне.

Далее состав и работа ретранслятора и конвертера радиосигналов будут описаны в одном из предпочтительных вариантов их исполнения.

На Фиг. 1 приведена структурная схема ретранслятора в одном из предпочтительных вариантов исполнения.

На Фиг. 2 приведена структурная схема конвертера радиосигналов в одном из предпочтительных вариантов исполнения.

Ретранслятор (далее устройство), структурная схема которого приведена на фиг. 1, содержит блок цифровой обработки сигнала 1 (БЦОС), к первому входу/выходу (Вх/Вых1) которого последовательно подключены первое приемопередающее устройство ретрансляции 2 (ППУ КР1) и первый усилитель ретрансляции 3 (Усилитель КР1) - первый канал ретрансляции (первый КР), к второму входу/выходу (Вх/Вых2) БЦОС последовательно подключены второе приемопередающее устройство ретрансляции 4 (ППУ КР2) и второй усилитель ретрансляции 5 (Усилитель КР2) - второй канал ретрансляции (для получения/передачи информации через соответственно первый и второй ретранслирующие входы/выходы - Вх/ВыхРет1, Вх/ВыхРет2 - ретранслятора). К третьему входу/выходу (Вх/Вых3) БЦОС последовательно подключены первое рабочее приемопередающее устройство 6 (ППУ РЧ1) и первый рабочий усилитель 7 (Усилитель РЧ1), к четвертому входу/выходу (Вх/Вых4) БЦОС последовательно подключены второе рабочее приемопередающее устройство 8 (ППУ РЧ2) и второй рабочий усилитель 9 (Усилитель РЧ2), образующие параллельные первый и второй рабочие каналы связи для получения/передачи рабочих сигналов через соответственно первый и второй рабочие входы/выходы - Вх/ВыхРаб1, Вх/ВыхРаб2 - ретранслятора.

К первому, второму, третьему, четвертому, пятому, шестому, седьмому и восьмому входам (Bx1, Вх2, Вх3, Вх4, Вх5, Вх6, Вх7, Вх8) блока измерения параметров сигналов 10 (БИПС) соответственно подключены выходы ППУ КР1, Усилитель КР1, ППУ КР2, Усилитель КР2, ППУ РЧ1, Усилитель РЧ1, ППУ РЧ2 и Усилитель РЧ2, а к входу/выходу (Вх/Вых) БИПС 10 - пятый вход/выход (Вх/Вых5) БЦОС для контроля мощности сигналов с Bx1, Вх2, Вх3, Вх4, Вх5, Вх6, Вх7, Вх8 (обратная петля контроля параметров).

К шестому входу/выходу (Вх/Вых6) БЦОС подключен первый вход/выход (Вх/Вых1) главного управляющего устройства 11 (ГУУ), второй вход/выход (Вх/Вых2) которого подключен к первому входу/выходу (Вх/Вых1) устройства коммутации и управления 12 (УКУ), второй вход/выход (Вх/Вых2) которого подключен к первому входу/выходу (Вх/Вых1) служебного приемопередающего устройства 13 (служебное ППУ), второй вход/выход (Вх/Вых2) которого является служебным входом/выходом - Вх/ВыхСл - ретранслятора. УКУ 12 и служебное ППУ 13 образуют служебный канал связи. К дополнительному входу/выходу (Вх/ВыхДоп) УКУ 12 подключен первый вход/выход (Вх/Вых1) дополнительного служебного приемопередающего устройства (Доп.служебное ППУ) 14, второй вход/выход (Вх/Вых2) которого является дополнительным служебным входом/выходом - Вх/ВыхДопСл - ретранслятора. В качестве служебного ППУ 13 выбрано устройство (например, модем сотовой связи с SIM-картой) для приема/передачи служебных сигналов от/на удаленное внешнее управляющее устройство (например, стационарный управляющий сервер со специализированным ПО (терминал) с возможностью выхода в сеть сотовой связи). В качестве Доп. служебного ППУ 14 - приемопередающий модуль Wi-Fi для организации связи на небольшом расстоянии (без выхода в сотовую сеть) ГУУ с переносным устройством оператора, на котором установлено серверное ПО.

УКУ 12, служебное ППУ 13, а также Доп.служебное ППУ в данной реализации устройства выделены в конструктивно независимый модуль служебной связи 15, первым входом/выходом (Вх/Вых1) которого является первый вход/выход (Вх/Вых1) УКУ 12, вторым (Вх/Вых2) - второй вход/выход (Вх/Вых2) служебного ППУ 13 (Вх/ВыхСл), а дополнительным входом/выходом (Вх/ВыхДоп) - второй вход/выход (Вх/Вых2) Доп. служебного ППУ 14 (Вх/ВыхДопСл).

Вход приемника навигационных сигналов 16 (приемник НС) является навигационным входом - ВхНав - устройства, выход приемника НС 16 соединен с входом ГУУ 11, третий вход/выход (Вх/Вых3) которого подключен к входу/выходу (двунаправленное соединение) генератора опорной частоты 17 (генератор ОЧ). Блок питания 18 (БП) подключен к первому входу коммутатора питания 19 (КП), второй вход которого подключен к выходу (дополнительному) ГУУ 11. Кроме того, к дополнительному входу ГУУ 11 подключены датчики 20 для подачи на ГУУ аварийных сигналов.

Применение служебного канала связи позволяет сократить затраты по контролю его работы и обслуживанию. Применение приемника НС позволяет повысить точность обработки входных сигналов. Введение обратной петли контроля для каждого из сигналов ретрансляции и рабочих сигналов пользователям параметров позволяет измерить в БИПС 10 параметры сигналов в ППУ 2, 4, 6, 8 и Усилителях 3, 5, 7, 9, передавать этих данные в БЦОС 1 для осуществления контроля заданных главным управляющим устройством параметров выходных сигналов (уровня мощности и фазы сигналов), а при необходимости - проведения коррекции этих параметров с заданной точностью, что повышает эффективность передачи сигналов.

Таким образом, достигается заявленный технический результат.

Кроме того, предварительная конвертация частоты принимаемого сигнала ретрансляции в промежуточную частоту на усилителях 3 и 5 каналов ретрансляции с последующим ее понижением в приемопередающих устройствах до частоты работы Блоков 1 и 10 позволяет применять недорогие комплектующие для ретранслятора (приемопередающие устройства, процессоры, микросхемы), снижая его себестоимость.

Ретранслятор может функционировать в сетях сотовой связи различных стандартов данных за счет настроек и ПО входящих в него устройств и блоков. Ретранслятор обеспечивает двухстороннюю передачу (прямую и обратную) ретранслируемого сигнала, содержащего несущие частоты (отдельные сектора) базовой станции (БС), в цепочке сети, а также выделяемых в нем сигналов рабочих частот для пользователей, находящихся в зоне действия ретранслятора. Количество несущих частот в канале ретрансляции, а также в рабочем канале зависит от ширины полосы несущих. Например, при работе в сетях стандартов LTE FDD, UMTS, NB-IoT (далее LTE/UMTS) обеспечивается такое соотношение: одна LTE несущая - 20 МГц, либо до двух LTE несущих - 10 МГц, либо до 4 несущих LTE/UMTS/NB-IoT - 5 МГц/180 кГц.

В ГУУ посредством ПО обрабатывают всю поступающую информацию о параметрах радиосигналов каналов ретрансляции, рабочих и служебных каналов, осуществляют контроль, управление, согласование работой всех узлов и модулей заданием параметров их работы. В том числе определяют рабочие частоты для передачи потребителям по рабочим каналам, производят опрос датчиков, сохраняют собранную информацию о работе устройства, производят обновление ПО элементов схемы, управляют коммутатором питания.

Модуль служебной связи служит для обеспечения связи с ВУУ с помощью служебных сигналов: дистанционной - через Служебное ППУ, один из рабочих каналов связи и канал ретрансляции на БС - по сети сотовой связи, либо локальной - через Доп. Служебное ППУ непосредственно с переносным ВУУ. Это позволяет запрашивать и задавать параметры работы ГУУ, получать данные о текущем состоянии и истории работы ГУУ (то есть устройства в целом). При этом УКУ модуля служебной связи управляет приемом/передачей пакетных данных через выбранный Вх/ВыхСл или Вх/ВыхДопСл. В других реализациях устройства УКУ может содержать контроллеры с соответствующими драйверами для коммутации других средств связи (например, портов Ethernet, USB, GPIO и т.д.).

Приемник НС (например, сигналов GPS/SBAS, GLONASS) служит для получения координат устройства, синхронизации внутренних часов и повышения точности генератора тактовой частоты программно-аппаратными средствами главного управляющего устройства с помощью сигнала PPS, что позволяет синхронизировать работу всего устройства с реальным временем.

Каждый из каналов ретрансляции состоит из внутреннего ППУ КР1 (КР2) (для приема сигналов на частоте обработки в устройстве и передачи их на промежуточной частоте и обратно) и внешнего Усилителя КР1 (КР2). Последний в данной реализации устройства содержит аналоговый преобразователь частоты с промежуточной в диапазон ретрансляции (например, 7 ГГц) и обратно, усилитель мощности и дуплексер для приема/передачи сигналов с частотным разделением. Питание и синхронизацию частоты внешних блоков, выполненных конструктивно независимыми (например, Усилителей КР1, КР2, модуля служебной связи) осуществляют по высокочастотному кабелю промежуточной частоты.

В каждом из рабочих каналов связи Усилитель РЧ1 (РЧ2) содержит усилитель мощности рабочих сигналов (например, LTE/UMTS) прямого и обратного направления (DL/UL) и дуплексер, а ППУ РЧ1 (РЧ2), управляемый БЦОС, реализует синтез частот каналов приема и передачи, смещения/фильтрации рабочего сигнала.

БИПС предназначен для измерения входных/выходных уровней мощности и фазы сигналов подключенных к нему приемопередатчиков и усилителей и передачи этих значений в БЦОС.

БЦОС предназначен для обеспечения работы приемопередатчиков Канала ретрансляции, приемопередатчиков и усилителей рабочих каналов LTE/UMTS, для обработки сигналов, сравнения измеренных параметров и характеристик сигналов с заданными для внесения необходимых изменений в работу ППУ 2, 4, 6, 8 для введения цифровых предыскажений в передаваемые сигналы и восстановления на Входах/Выходах устройства значений параметров сигналов с заданной точностью (уровней мощности и фазы).

Коммутатор питания управляется главным управляющим устройством и подает необходимого напряжения питания от блока питания на все элементы схемы, требующие питания (на Фиг. 1 связи не показаны), в том числе на усилители 3, 5, 7, 9, что позволяет при необходимости производить перезапуск устройства.

Ретранслятор начинает работу при подаче питания на все устройства и элементы, требующие питания. Прием, передачу сигналов устройства осуществляют через соответствующие антенные устройства.

Через навигационный вход ретранслятора и приемник НС 16 спутниковых навигационных систем обеспечивают прием сверхвысокоточного синхронного сигнала PPS и других навигационных параметров в ГУУ. С помощью сигнала PPS посредством ГУУ выполняют подстройку тактовой частоты генератора ОЧ 17, определяющей точность и синхронность работы устройства в целом, что повышает точность обработки и устойчивость приема/передачи сигналов.

Аналоговый сигнал на частоте ретрансляции (например, 7 ГГц) поступает в данном варианте исполнения ретранслятора через Вх/ВыхРет1 на дуплексер Усилителя КР1 далее их усиливают и переносят на промежуточную частоту (например, в полосу от 1,4-1,8 ГГц). Далее сигнал передают в ППУ КР1, где его принимают, переносят на частоту обработки в БЦОС, отфильтровывают и передают на БЦОС, где выполняют аналого-цифровое преобразование (АЦП). В последнем обработанный сигнал перераспределяют, фильтруют, выделяя из сигнала ретрансляции определенные рабочие сигналы рабочих частот для передачи в определенные рабочие каналы, формируют сигнал ретрансляции и передают его во второй канал ретрансляции, где проводят обратные преобразования для передачи далее по цепи ретрансляции. В ППУ КР2 проводят цифро-аналоговое преобразование (ЦАП) сигнала ретрансляции, переносят на промежуточную частоту и передают в Усилитель КР2. В последнем сигнал, переносят на частоту ретрансляции, усиливают и через дуплексер передают на Вх/ВыхРет2. В данной реализации устройства, при работе с сигналами стандартов LTE/UMTS получаемый сигнал ретрансляции совпадает с передаваемым сигналом ретрансляции.

При этом для передачи сигнала с заданными параметрами используют обратную петлю контроля параметров. В данной реализации устройства контроль осуществляют следующим образом. С заданной от ГУУ периодичностью опроса каждого из входов (с Bx1 по Вх4) в БИПС 10 получают передаваемые сигналы ретрансляции: от ППУ - сигналов после обработки в этих ППУ, от Усилителей - сигналов после обработки в этих усилителях (то есть до и после соответствующих Усилителей). В БИПС 10 оцифровывают эту информацию и определяют мощность и фазу каждого из контролируемых сигналов. Найденные значения параметров передают в БЦОС 1, где их сравнивают с заданными значениями. При падении мощности и/или изменении фазы какого-либо из контролируемых сигналов БЦОС 1 вносит необходимую коррекцию в работу соответствующего ППУ 4 для внесения в передаваемый сигнал необходимых цифровых предыскажений, улучшающих параметры сигнала до заданных значений. Автоматическое поддержание параметров сигналов на выходе Усилителей обеспечивает стабильное заданное качество излучаемых сигналов.

Выделенные рабочие сигналы распределяют для передачи пользователям, находящимся в зоне работы устройства, в определенные из ГУУ рабочие каналы - на ППУ РЧ1 и/или ППУ РЧ2. В ППУ выполняют ЦАП, отфильтровывают, переносят на рабочую частоту (стандартов LTE/UMTS), а в усилителе РЧ1 (РЧ2) сигнал усиливают до необходимого выходного уровня мощности и через дуплексер передают через выходы Вх/ВыхРаб1 (Вх/ВыхРаб2). Проводят контроль выходных параметров (уровня мощности и фазы) рабочих сигналов, считывая периодически с Вх5, Вх6, Вх7, Вх8 БИПС 10 сигналы после обработки в соответствующих ППУ и Усилителях. При необходимости коррекции выходных параметров каждого из рабочих сигналов, вносят необходимые цифровые предыскажения сигналов за счет коррекции работы соответствующих ППУ (РЧ1/РЧ2).

Выбор канала (частоту), ширину полосы частот каналов, уровень мощности, осуществляет автоматическую регулировку уровня каналов ретрансляции и рабочих каналов задают из ГУУ.

Кроме того, искажения выходных/выходных сигналов минимизируют за счет согласования работы ППУ, Усилителей, ГУУ, БЦОС, БИПС и других элементов схемы сигналом PPS.

При распознавании среди рабочих сигналов служебного сигнала от ВУУ данному ретранслятору в цепи ретрансляции, этот сигнал выделяют из сигнала ретрансляции в БЦОС и в составе рабочего сигнала и передают по выбранному одному из рабочих каналов пользователю - через Вх/ВыхСл на служебное ППУ (модем), далее через УКУ на ГУУ 11, где его декодируют и выполняют содержащиеся в нем команды и запросы (в том числе по изменению уставок работы устройства, запросы журналов работы, обновление ПО, перезапуск устройства и т.д.). При необходимости в ГУУ формируют служебный сигнал ответа на ВУУ, который передают через УКУ на служебное ППУ, где его переносят на необходимую рабочую частоту и передают через рабочий вход/выход в один из рабочих каналов для передачи на ВУУ.

При подключении устройства оператора к Вх/ВыхДопСл с помощью УКУ переключают прием/передачу служебных сигналов на Вх/ВыхДопСл.

При возникновении нештатных ситуаций в ГУУ формируют соответствующий служебный сигнал об аварии для передачи соответствующему ВУУ.

При обратной ретрансляции принятые в БЦОС сигналы рабочих каналов и второго канала ретрансляции объединяют в суммарный сигнал ретрансляции для передачи через первый канал ретрансляции - по цепи в направлении к БС, контролируя параметры выходного сигнала в первом канале ретрансляции, аналогично контролю выходного сигнала во втором канале ретрансляции.

Конвертер радиосигналов (далее конвертер), структурная схема которого приведена на фиг. 2, содержит блок цифровой обработки сигнала 31 (БЦОС), к первому входу/выходу (Вх/Вых1) последовательно подключены приемопередающее устройство сигналов базовой станции 32 (ППУ БС) и модуль согласования 33, образующие канал связи с БС через информационный вход/выход (Вх/Вых Инф) конвертера. К второму входу/выходу (Вх/Вых2) БЦОС последовательно подключены приемопередающее устройство ретрансляции 34 (ППУ КР) и усилитель ретрансляции 35 (Усилитель КР) - канал ретрансляции для получения/передачи информации через соответственно ретранслирующий вход/выход конвертера. Выходы ППУ БС 32, ППУ КР 34 и Усилителя КР 35 подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока измерения параметров сигналов 36 (БИПС), вход/выход (Вх/Вых) которого подключен к третьему входу/выходу (Вх/Вых3) БЦОС 31 для образования обратной петли контроля параметров выходных сигналов ретрансляции конвертера.

К четвертому входу/выходу (Вх/Вых4) БЦОС подключен первый вход/выход (Вх/Вых1) главного управляющего устройства 37 (ГУУ). Выход ГУУ 37 соединен с входом модуля согласования 33. Второй вход/выход (Вх/Вых2) ГУУ 37 подключен к первому входу/выходу (Вх/Вых1) устройства коммутации и управления 38 (УКУ), второй вход/выход (Вх/Вых2) которого подключен к первому входу/выходу (Вх/Bx1) служебного приемопередающего устройства 39 (служебное ППУ), второй вход/выход (Вх/Вых2) которого является служебным входом/выходом (Вх/ВыхСл) конвертера. УКУ 38 и служебное ППУ 39 образуют служебный канал связи. К дополнительному входу/выходу (Вх/ВыхДоп) УКУ 38 подключен первый вход/выход (Вх/Вых1) дополнительного служебного приемопередающего устройства 40 (Доп.служебное ППУ), второй вход/выход (Вх/Вых2) которого является дополнительным служебным входом/выходом (Вх/ВыхДопСл) конвертера. УКУ 38, служебное ППУ 39 и Доп. служебное ППУ 40 образуют модуль служебной связи 41, который может быть выполнен, как описано выше.

Вход приемника навигационных сигналов 42 (приемник НС) является навигационным входом (Вх/ВыхНав) конвертера, а выход приемника НС 42 соединен с входом ГУУ 37, третий вход/выход (Вх/Вых3) которого подключен к входу/выходу (двунаправленное соединение) генератора опорной частоты 43 (генератор ОЧ).

Кроме того, к первому дополнительному входу/выходу (Вх/Вых Д1) БЦОС последовательно подключены первое рабочее приемопередающее устройство 44 (ППУ РЧ 1) и первый рабочий усилитель 45 (Усилитель РЧ 1), к второму дополнительному входу/выходу (Вх/Вых Д2) БЦОС последовательно подключены второе рабочее приемопередающее устройство 46 (ППУ РЧ 2) и второй рабочий усилитель 47 (Усилитель РЧ 2), образующие параллельные первый и второй рабочие каналы связи для получения/передачи рабочих сигналов через соответственно первый и второй рабочие входы/выходы конвертера (Вх/Вых Раб1, Вх/Вых Раб2). При этом к первому, второму, третьему и четвертому дополнительным входам (Bx1, Вх2, Вх3, Вх4) БИПС 36 подключены соответственно ППУ РЧ 1, Усилитель РЧ 1, ППУ РЧ 2 и Усилитель РЧ 2 для поддержания заданных формы и мощности выходных рабочих сигналов конвертера.

Блок питания 49 (БП) выходом подключен к первому входу коммутатора питания 50 (КП), второй вход которого подключен к дополнительному выходу ГУУ 37. Кроме того, к дополнительному входу ГУУ 37 подключены датчики 51.

Конвертер радиосигналов может функционировать в сети сотовой связи различных стандартов данных в зависимости от настроек и ПО входящих в него элементов. Конвертер обеспечивает преобразование получаемых от БС нескольких (больше одной) несущих частот информационных рабочих радиосигналов (информационных сигналов) в радиосигнал ретрансляции для передачи по каналу ретрансляции и обратно - к БС, а также (в описанной реализации конвертера) - выделение и формирование радиосигналов выделенных рабочих частот для передачи пользователям, находящимся в зоне действия конвертера (в том числе на служебное ППУ).

Функционирование элементов схемы конвертера - ГУУ 37, Модуля служебной связи 47 и выходящих в него элементов, Приемника НС 42, канала ретрансляции (из ППУ КР 34 и усилителя КР 35), рабочих каналов (из ППУ РЧ1 44 и Усилителя РЧ1 45, а также ППУ РЧ2 46 и Усилителя РЧ2 47), БЦОС 31, БИПС 36 Коммутатора питания 50, Генератора ОЧ 43 аналогично соответствующим элементам описанного выше ретранслятора.

Конвертер начинает работу при подаче питания на все устройства и элементы, требующие питания. Частоту опорного генератора корректируют посредством ГУУ 37 (через Вх/Вых3) по PPS, полученным от Приемника НС, что синхронизирует прием/передачу сигналов конвертера с реальным временем.

Сигналы рабочих каналов (например, LTE/UMTS) поступают от базовой станции через Вх/ВыхИнф в модуль согласования 33, включающий узел фильтров с управляемыми аттенюаторами. Управление приемом (последовательным или параллельным при многоканальном Вх/ВыхИнф) ведут посредством ГУУ.

Сигналы рабочих каналов поступают через ППУ БС 32 (где их отфильтровывают и переносят на частоту обработки в БЦОС) в блок обработки цифровых сигналов, в котором проводят АЦП входящих сигналов. Кроме того, входящие сигналы БС поступают в БИПС, где после АЦП проводят измерение уровня мощности и фазы вышеуказанных сигналов. Результаты измерения поступают через БЦОС на ГУУ, который посылает при необходимости в узел фильтров с управляемыми аттенюаторами команды для нормализации уровня мощности поступающих сигналов. Далее нормализованные сигналы рабочих частот поступают в БЦОС, где их перераспределяют в соответствии с установками ГУУ и формируют рабочие сигналы пользователям (среди которых может быть служебный сигнал для передачи на Служебное ППУ) через рабочие выходы конвертера и сигнал ретрансляции для передачи по каналу ретрансляции. В данной реализации конвертера передаваемый сигнал ретрансляции содержит всю поступающую информацию с Вх/ВыхИнф. Контроль параметров выходных сигналов (рабочих и ретрансляционных) ведут аналогично контролю сигналов в ретрансляторе (описано выше).

На приеме в сторону БС поступающие в БЦОС конвертера радиосигналов рабочие сигналы и сигналы ретрансляции перераспределяют на отдельные сектора - сигналы рабочих каналов, передают в ППУ БС, где выполняют ЦАП, перенос на частоту работы модуля согласования, и через последний передают на Вх/ВыхИнф для передачи БС.

Несмотря на то, что предлагаемые в качестве изобретений технические решения ретранслятора и конвертера радиосигналов описаны со ссылкой на их конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области техники следует понимать, что различные изменения по форме и содержанию могут быть сделаны без отступления от сущности и объема изобретений, определенных прилагаемой формулой изобретения.

Например, необходимость перехода на промежуточную частоту в усилителях каналов ретрансляции отпадает при использовании приемопередающих устройств с более высокой частотой пропускания, необходимость переноса сигналов на частоту обработки БЦОС в приемопередающих устройствах также может быть излишней. Кроме того, в других реализациях предлагаемых устройств АЦП входящих сигналов для обработки в БЦОС могут проводить в ППУ каналов ретрансляции (рабочих каналов) - в зависимости от выбранных комплектующих. При использовании других стандартов радиосигналов получаемый и передаваемый ретранслируемые сигналы могут не совпадать. Например, для стандарта GSM выделенные сигналы рабочих частот далее не передают, и передаваемый ретранслируемый сигнал содержит лишь остававшиеся после выделения рабочие сигналы (остаточный сигнал). При выполнении конвертера лишь с каналом ретрансляции выбирают служебное приемопередающее устройство для обмена служебными сигналами либо непосредственно с БС по сотовой сети, либо с переносным устройством оператора.

Предлагаемые структурные схемы ретранслятора и конвертера радиосигналов позволяют повысить эффективность передачи сигналов введением необходимых предыскажений, повысить точность обработки входных и выходных сигналов, сократить время и затраты по контролю и обслуживанию устройств.

Изобретения относятся к области радиосвязи и могут быть использованы при построении беспроводных систем мобильной связи. Ретранслятор содержит главное управляющее устройство (ГУУ) для управления всеми элементами ретранслятора, два канала ретрансляции и два рабочих канала приема/передачи радиосигналов, приемник навигационных сигналов для согласования работы ретранслятора с реальным временем, модуль служебной связи для приема/передачи служебных радиосигналов через один из рабочих каналов, блок цифровой обработки сигнала (БЦОС) и блок измерения параметров сигналов (БИПС) для контроля параметров выходных радиосигналов (рабочих и ретрансляции). Конвертер радиосигналов содержит главное управляющее устройство (ГУУ) для управления всеми элементами конвертера, канал ретрансляции и информационный канал связи с базовой станцией, приемник навигационных сигналов для согласования работы конвертера с реальным временем, модуль служебной связи для приема/передачи служебных радиосигналов, блок цифровой обработки сигнала (БЦОС) и блок измерения параметров сигналов (БИПС) для контроля параметров выходных сигналов (ретрансляции и связи с базовой станцией). Технический результат – повышение точности обработки входных сигналов, эффективность передачи выходных сигналов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Ретранслятор, выполненный с возможностью подачи необходимого стабилизированного напряжения питания на все его элементы, требующие питания, содержит первое и второе приемопередающие устройства ретрансляции (ППУ КР1 и ППУ КР2) и одно рабочее приемопередающее устройство (ППУ РЧ1), отличающийся тем, что дополнительно содержит главное управляющее устройство (ГУУ), приемник навигационных сигналов (Приемник НС), блок измерения параметров сигналов (БИПС) и блок цифровой обработки сигнала (БЦОС), первый вход/выход которого подключен к первому ретранслирующему входу/выходу ретранслятора через последовательно соединенные ППУ КР1 и первый усилитель ретрансляции (Усилитель КР1), второй вход/выход БЦОС подключен к второму ретранслирующему входу/выходу ретранслятора через последовательно соединенные ППУ КР2 и второй усилитель ретрансляции (Усилитель КР2), третий вход/выход БЦОС подключен к первому рабочему входу/выходу ретранслятора через последовательно соединенные ППУ РЧ1 и один рабочий усилитель (Усилитель РЧ1), четвертый вход/выход БЦОС подключен к второму рабочему входу/выходу ретранслятора через последовательно соединенные ППУ РЧ2 и второй рабочий усилитель (Усилитель РЧ2), причем

к первому, второму, третьему, четвертому, пятому, шестому, седьмому и восьмому входам БИПС подключены соответственно ППУ КР1, Усилитель КР1, ППУ КР2, Усилитель КР2, ППУ РЧ1, Усилитель РЧ1, ППУ РЧ2 и Усилитель РЧ2, а вход/выход БИПС соединен с пятым входом/выходом БЦОС, к шестому входу/выходу которого через ГУУ подключен первый вход/выход устройства коммутации и управления (УКУ), второй вход/выход которого соединен со служебным входом/выходом ретранслятора через служебное приемопередающее устройство (служебное ППУ), причем

к навигационному входу ретранслятора подключен Приемник НС, выход которого подключен к входу ГУУ, двунаправлено соединенного с генератором опорной частоты (генератор ОЧ), тактовую частоту которого подают на все требующие тактирования элементы ретранслятора.

2. Ретранслятор по п. 1, отличающийся тем, что УКУ содержит дополнительный вход/выход, соединенный с дополнительным служебным входом/выходом ретранслятора через дополнительное служебное приемопередающее устройство (Доп.служебное ППУ).

3. Ретранслятор по п. 1, отличающийся тем, что в ГУУ предусмотрены дополнительные входы и/или выходы.

4. Ретранслятор по п. 3, отличающийся тем, что содержит датчики, подключенные к соответствующим дополнительным входам ГУУ.

5. Ретранслятор по п. 3, отличающийся тем, что подачу стабилизированного напряжения питания на все элементы, требующие питания, осуществляют блоком питания через коммутатор питания, управляемый через дополнительный выход главного управляющего устройства.

6. Конвертер радиосигналов, выполненный с возможностью подачи необходимого стабилизированного напряжения питания на все его элементы, требующие питания, содержит приемопередающее устройство ретрансляции (ППУ КР) отличающийся тем, что дополнительно содержит главное управляющее устройство (ГУУ), приемник навигационных сигналов (Приемник НС), блок измерения параметров сигналов (БИПС) и блок цифровой обработки сигнала (БЦОС), первый вход/выход которого подключен к информационному входу/выходу конвертера через последовательно соединенные приемопередающее устройство сигналов базовой станции (ППУ БС) и модуль согласования, второй вход/выход БЦОС подключен к ретранслирующему входу/выходу конвертера через последовательно соединенные ППУ КР и усилителя ретрансляции (Усилитель КР), причем

к первому, второму и третьему входам БИПС подключены соответственно выходы ППУ БС, ППУ КР и Усилителя КР, к входу/выходу БИПС подключен третий вход/выход БЦОС, к четвертому входу/выходу которого через ГУУ подключен первый вход/выход устройства коммутации и управления (УКУ), второй вход/выход которого соединен со служебным входом/выходом ретранслятора через служебное приемопередающее устройство (служебное ППУ), а выход ГУУ подключен к выходу модуля согласования, причем

к навигационному входу ретранслятора подключен Приемник НС, выход которого подключен к входу ГУУ, двунаправлено соединенного с генератором опорной частоты (генератор ОЧ), тактовую частоту которого подают на все требующие тактирования элементы ретранслятора.

7. Конвертер радиосигналов по п. 6, отличающийся тем, что БЦОС и БИПС содержат хотя бы по одному дополнительному входу и/или выходу для подключения дополнительных устройств.

8. Конвертер радиосигналов по п. 7, отличающийся тем, что дополнительный вход/выход БЦОС подключен к дополнительному ретранслирующему входу/выходу конвертера через дополнительное приемопередающее устройство ретрансляции (ППУ КРДоп) и дополнительный усилитель ретрансляции (Усилитель КРДоп), а к первому и второму дополнительным входам БИПС подключены соответственно выходы ППУ КРДоп и Усилителя КРДоп.

9. Конвертер радиосигналов по п. 7, отличающийся тем, что первый дополнительный вход/выход БЦОС подключен к первому рабочему входу/выходу конвертера через последовательно соединенные одно рабочее приемопередающее устройство (ППУ РЧ1) и один рабочий усилитель (Усилитель РЧ 1), второй дополнительный вход/выход БЦОС подключен к второму рабочему входу/выходу конвертера через последовательно соединенные второе рабочее приемопередающее устройство (ППУ РЧ1) и второй рабочий усилитель (Усилитель РЧ 1), а выходы ППУ РЧ1, Усилителя РЧ1, ППУ РЧ2, Усилителя РЧ2 подключены соответственно к дополнительным первому, второму, третьему и четвертому входам БИПС.

10. Конвертер радиосигналов по п. 6, отличающийся тем, что в ГУУ предусмотрены дополнительные входы и/или выходы.

11. Конвертер радиосигналов по п. 10, отличающийся тем, что содержит датчики, подключенные к соответствующим дополнительным входам ГУУ.

12. Конвертер радиосигналов по п. 10, отличающийся тем, что подачу стабилизированного напряжения питания на все элементы, требующие питания, осуществляют блоком питания через коммутатор питания, управляемый через дополнительный выход ГУУ.

13. Конвертер радиосигналов по п. 6, отличающийся тем, что УКУ содержит дополнительный вход/выход, соединенный с дополнительным служебным входом/выходом конвертера через дополнительное служебное приемопередающее устройство (Доп.служебное ППУ).