Покровский / УМК ОРЭ ч.2(для студентов) / Радиоэлектроника(часть2) / Ответы(часть2)№29

11.6. ПРИЕМНИКИ СИСТЕМ ПЕРСОНАЛЬНОГО РАДИОВЫЗОВА

Системы персонального радиовызова (СПВ) позволяют передавать вызов и необходимый минимум информации одному человеку или группе людей незави­симо от места их нахождения. Первоначально СПВ функционировали с ради­усом действия, ограниченным территорией или помещениями, охваченными многовитковой проводной петлей. Подобные системы с индуктивной связью; исполь­зующие магнитное поле с низкими частотами несущих колебаний, находят при­менение и в настоящее время.

Для значительных территорий СПВ строятся на основе радиосвязи на мет­ровых и дециметровых волнах [15]. Абонент СПВ использует малогабаритный вызывной приемник (пейджер), имеющий индивидуальный номер (адрес). Вызы­вающий набирает номер нужного абонента на любом телефонном аппарате, вы­зов поступает по телефонной сети на центральную станцию, преобразуется в кодированный радиосигнал и передается на выделенной для СПВ частоте в то место, где находится абонент. Если радиус действия одного передатчика цент­ральной станции не позволяет обслужить всю территорию, то она разбивается на отдельные зоны, в каждой из которых имеется свой передатчик. Сигнал вы­зова длительностью 1... 2 с передается всем пейджерам, однако срабатывает только тот из них, который настроен на определенную частоту и имеет соответ­ствующий адрес. Получив вызов, абонент по телефонному аппарату по заранее известному номеру принимает адресованное ему сообщение или получает теле­фонный разговор, либо сигнал вызова совмещается в пейджере с визуальным отображением сообщения небольшого объема на дисплее. Сигнал вызова может подаваться не только одному, но и группе абонентов, которым присвоен единый адрес.

Пейджер реализуется в виде миниатюрного носимого приемника. Обобщен­ная схема пейджера показана на рис. 11.29. В УТ осуществляются усиление, се­лекция и преобразование сигнала; в ИТ он декодируется для определения соот­ветствия или несоответствия принятого адреса собственному адресу абонента и, если помимо вызова передается дополнительная информация, она обрабатыва­ется, при необходимости записывается в память и отображается на дисплее (ДС); устройство УС сигнализирует в той или иной форме о наличии вызова; блок управления (БУ), управляя работой всего пейджера, содержит таймер, пе­реключатель вида сигнализации, переключатель ждущего режима, источник питания.

В современных миниатюрных пейджерах УТ часто реализуется по схеме с прямым преобразованием (гомодинные приемники, приемники с синхронным де­тектированием, синхродины). В подобных приемниках нет зеркального канала, что позволяет существенно упростить преселектор; применение гираторов либо ЦФ позволяет сделать УТ менее сложным. Гомодинные приемники обычно реа­лизуют полностью микроминиатюрными. В пейджерах с более широкими возмож­ностями, предназначенными для работы в глобальных СПВ, УТ выполняется по схеме с двойным преобразованием частоты.

Устройство УС может включать в себя акустическую, световую и тактиль­ную сигнализацию. Последняя обеспечивает воздействие на кожу человека с помощью миниатюрного вибратора. Абонент выбирает вид сигнализации по сво­ему усмотрению. Если пейджер расположен не непосредственно на теле абонен­та, целесообразнее использовать звуковую сигнализацию, которая, однако, мо­жет оказаться незамеченной в шумном помещении. Тогда о вызове оповестит световая сигнализация. В пейджерах возможно автоматическое переключение со звуковой сигнализации на тактильную и, наоборот.

При разработке СПВ особое внимание уделяется следующим принципам и схемотехническим решениям: совмещению частотного и временного разделения каналов связи для расширения сети и увеличения числа обслуживаемых або­нентов; разработке кодов с повышенной надежностью и емкостью как индиви­дуального, так и группового вызова абонентов; совмещению сигнализации и ви­зуального отображения информации с введением ее в память для повторного воспроизведения и напоминания абоненту о наиболее важных сообщениях; обе­спечению возможности приема в пейджере как цифровых данных, так и речевых сообщении; реализации последовательного пакетного приема сообщений относи­тельно большого объема с устранением разрывов при воспроизведении; повыше­нию надежности вызова путем совместного одновременного или последователь­ного использования звуковой, световой и тактильной сигнализации; использова­нию ждущего режима работы пейджера для продления срока службы миниатюр­ного гальванического источника питания; миниатюризации и повышению эрго­номических качеств пейджеров. Намечается обеспечение возможности ответной" сигнализации от абонента либо о приеме им сообщения, либо о необходимости переадресования вызова и сообщений другим абонентам. Рассматривается воз­можность приема пейджером речевой информации. Разнос между частотами пе­редатчиков в СПВ в выделяемых полосах частот лежит в пределах от 2,5... ... 6,5 до 25 кГц.

Особого внимания заслуживает проблема ждущего режима приема сигна­лов, гарантирующего непрерывную круглосуточную работоспособность пейджера, при минимальном расходе ресурса источника питания. Стремление уменьшить размеры пейджера вызывает необходимость уменьшения размеров источника пи­тания, что, естественно, приводит к уменьшению его ресурса. Проблема одно­временной минимизации размеров пейджера и увеличения ресурса источника пи­тания решается использованием в пейджере таймера, работающего в непрерыв­ном микромощном режиме и обеспечивающего автоматическое прерывистое включение пейджера на время, существенно меньшее длительности выключенного состояния, и периодическим повторением от передатчика в течение определенно­го времени сигнала вызова. Естественно, при этом срок службы источника пи­тания пейджера увеличится в число раз, примерно равное отношению длитель­ностей выключенного и включенного состояний.

Надежность вызова обеспечивается увеличением длительности и выбором пе­риода его повторения таким образом, чтобы по крайней мере одно включение пейджера совпало с передаваемым вызовом При достоверном совпадении адреса пейджера, хранящегося в его памяти, с адресом вызываемого абонента приемник сохраняется во включенном, состоянии и обеспечивает дальнейший прием сооб­щения, вводя его в оперативную память.

На экономию источника питания пейджера существенно влияют синтез алго­ритма его работы в ждущем режиме и выбор вида кода. Обычно в пейджере при работе в ждущем режиме на время его включения остаются обесточенными цепи, потребляющие наибольший ток (в основном это цепи сигнализации); питание на них подается только в случае приема пейджером предназначенного ему сообще­ния. Экономии ресурса источника питания способствует и применение в пейджерах дисплеев на жидких кристаллах, которые значительно экономичнее светодиодов.

Существенное значение для СПВ имеет как выбор способа кодирования вызова и передаваемого сообщения, так и построение декодирующих устройств. При этом разрабатываются коды, которые помимо индивидуального позволяют осуществлять групповой прием вызовов многими абонентами одновременно. Та­кая информация может передаваться как произвольно, так и по определенному расписанию, заложенному в память пейджера с контролем от таймера. Алгоритм работы пейджера может предусматривать как последовательное запоминание в его памяти поступающей информации, так и автоматическое стирание из опера­тивной памяти пейджера ранее введенных в нее сообщений при приеме новых. Разрабатываются коды, позволяющие осуществлять прием наряду с буквенно-цифровыми и кодированных речевых сообщений с акустическим воспроизведением в речевой форме. В оперативную память пейджера вводится только основ­ное сообщение без служебной и адресной информации, что повышает эффектив­ность использования ее ограниченного объема. Современные коды в СПВ поз­воляют автоматически осуществлять в пейджере проверку верности принятого сообщения, исправлять ошибки и не записывать в его память ошибочно приня­тые сообщения.

Проблемы экономии частотного ресурса решаются использованием миниа­тюрных СЧ с кварцевой стабилизацией и активных фильтров в интегральном исполнении. В качестве примера рассмотрим дисплейный цифровой малогабарит­ный пейджер, структурная схема которого приведена на рис. 11.30. Пейджер осу­ществляет прием сигналов в диапазоне 138... 174 МГц со скоростью передачи 512 бит/с. Размеры приемника 50×64×18,6 мм³. В пейджере УТ выполнен с пря­мым преобразованием частоты, используются гираторные фильтры. Источник питания — подзаряжаемый щелочной аккумулятор 1,5 В; предусмотрено повыше­ние этого напряжения с помощью электронного преобразователя (ЭП) до зна­чения 2,2 В, необходимого для работы декодера. Срок работы батарейки 1000 ч без подзарядки. Детектор разряда батарейки (ДР) обеспечивает свето­вую индикацию порогового разряда, СН — стабилизатор напряжения. Декодер обрабатывает 20-значные цифробуквенные сообщения, при этом используется код POCSAG. Рамочная антенна (А) с повышенной добротностью реализуется в виде металлической боковой оболочки. Для повышения надежности действия пейджеров можно использовать две антенны в виде двух пар металлизирован­ных взаимно перпендикулярных стенок корпуса пейджера для автоматической адаптации к поляризации волн от передатчика в месте расположения пейджера.

Чувствительность приемника выше 14 мкВ/м обеспечивается малошумящим УРЧ. В двух квадратурных преобразователях ПЧ используется вторая гармони­ка частоты генератора (Г). Фазорасщепитель (ФР) обеспечивает напряжения с двумя различными фазами ±π/4, необходимые для работы ПЧ. После ФНЧ и усилителей-ограничителей (АО) сигнал подается на ЧД. После ЧД, ФНЧ и фор­мирователя импульсов (ФИ) сигнал в двоично-цифровой форме поступает на декодер. Стабильность настройки пейджера 10⁻⁵ — в интервале температур −10... +50°С. Частотный разнос между каналами 25 кГц. Избирательность по соседнему каналу выше 60 дБ. Пейджер позволяет накапливать до 16 сообщений; поскольку в нем предусмотрен таймер, каждое сообщение при записи в память маркируется по времени. Дисплей позволяет просмотреть одновременно 12 со­общений.

В пейджере имеется две секции: радиосекция (на рисунке она выделена штрихпунктирной линией), выполненная в виде интегрального модуля (ИМ), и секция управления и дисплея. Радиосекция осуществляет прием кодированных ЧМ сигналов с девиацией частоты ± 4,5 кГц. В тракте радиочастоты использо­ваны высокочастотные транзисторы n-p-n-типа с граничной частотой 4,5 ГГц и током в рабочей точке 0,1 мкА, в тракте НЧ — p-n-p-транзисторы с граничной частотой 7 МГц; ЧД реализован на триггере; гираторный ФНЧ имеет частоту среза 8 кГц.

Адрес принимаемого вызова сравнивается в декодере с адресом пейджера, записанным в ППЗУ. При совпадении адресов вызов фиксируется, и если далее передается сообщение, то оно воспроизводится на дисплее с отображением вре­мени его получения. Пейджер имеет адреса трех видов (всего предусмотрено де­вять вариантов), что позволяет ему работать как в одиночном, так и в группо­вом режиме при приеме сигналов различного вида. Дисплей на жидких кристал­лах может одновременно отображать 12 сообщений по 12 знаков в каждом, подсветку дисплея при пользовании пейджером в темноте обеспечивает диод ПД.

Имеется несколько вариантов сигнализации о приеме вызова. При звуковой сиг­нализации прослушивается либо один из четырех тонов (1,5; 2,0; 2,7 и 3,3 кГц), либо одна из четырех двухтоновых комбинаций; при этом с помощью переклю­чателя режима сигнализации (ПРС) можно обеспечить либо тихое звучание, либо громкое, либо плавно меняющееся от тихого к громкому. Световая сигна­лизация обеспечивается миганием светодиода (СД). В случае тактильной сигнализации при приеме вызова осуществляется вибрационное воздействие на кожу человека вибратором (ТТ). С помощью ПРС может осуществляться вос­произведение на дисплее информации, записанной в ОЗУ.

Ждущий режим в пейджере реализуется следующим образом. В соответствии с используемым кодом POCSAG всякий прием на данной частоте начинается с преамбулы длительностью 576 бит. Для автоматического установления наличия вызова приемник включается с помощью устройства ждущего режима (УЖР) на 50 мс с периодом 1 с, а поскольку преамбула длится больше секунды, часть ее (при наличии вызова) будет принята приемником. Этой части достаточно для фиксирования вызова. По статистике известно, что вызов в систему (не обязательно данному абоненту) поступает примерно через 2 мин. Тогда за 2 мин между вызовами пейджер находится во включенном состоянии 2 мин × 60 с × 5 мс = 6 с.

Если при включении на 50 мс приемник зафиксировал наличие преамбулы, то он остается включенным еще на 2 с дополнительно для выяснения, не ему ли направлен вызов. Тогда за 2 мин между вызовами пейджер находится во вклю­ченном состоянии 8 с. При этом коэффициент экономии ресурса питания соста­вит 2 мин/8 с = 15. Коэффициент экономии можно повысить, если ввести во всю СПВ синхронизацию по таймеру. Для этого после преамбулы передается кодо­вое слово синхронизации, обеспечивающее введение приемника в режим синхро­низации. При наличии синхронизации вызов начинает передаваться только в мо­менты, совпадающие с точками синхронизации. Если точки синхронизации раз­несены на 30 с, то пейджер можно включать в моменты синхронизации на 50 мс через 30 с. Тогда время дежурства пейджера за 2 мин составит 2 + 3 × 0,05 = 2,15 с и коэффициент экономии составит 2 мин/2,15 с = 54.

Литература: Н. Н. Фомин, “Радиоприемные устройства”, Издате6льство «Радио и связь», Москва, 1996.

Системы персонального радиовызова. Пейджинговые системы связи обес­печивают одностороннюю передачу ограниченного по объему сообщения мобильному абоненту по радиоканалу в пределах определенной зоны. По прин­ципу действия СПРВ — однонаправленная (симплексная) система связи, предназначенная для вызова подвижного абонента на двустороннюю (отло­женную на некоторое время) связь по принципу «в любое время, в любое ме­сто, любому человеку». Здесь, естественно, «любое место» ограничено зоной обслуживания сети подвижной связи.

Работу пейджинговой сети связи упрощенно можно описать следующим образом. Мобильные абоненты системы связи всегда имеют при себе малога­баритный приемник персонального вызова (пейджер), находящийся в режиме дежурного приема. Вся обслуживаемая территория охватывается сетью мало­мощных передатчиков в соответствии с известной сотовой моделью их раз­мещения (см. рис. 1.29). Эти передатчики с помощью проводной или радио­канальной связи подключены к выходу пейджингового терминала, который, в свою очередь, связан с телефонной сетью общего пользования. По сетям пер­сонального радиовызова могут быть переданы различные виды информации: тональные (звуковые) сигналы, речевые цифровые, буквенные и буквенно-цифровые сообщения. Тональные сигналы используются, как правило, с другими видами сигналов для привлечения внимания вызываемого абонента. Вызов может быть подан на пейджинговый терминал от телефонной сети ли­бо через многоканальный телефон с многочастотным набором номера, либо (что пока чаще) через диспетчера центра обслуживания, который фиксирует передаваемое сообщение и вводит его в терминальный компьютер. Сообще­ние может также поступить непосредственно на пейджинговый терминал от сетевого компьютера, подключенного к телефонной сети через проводной модем.

Пейджинговый терминал преобразует поступившее сообщение в формат соответствующего кода СПРВ, переводит его в буферную память компьютера и ставит в очередь к ранее поступившим сообщениям. Далее закодированное сообщение через сеть всех передатчиков системы излучается («выстрели­вается») в эфир. Включенные на прием абонентские пейджеры непрерывно анализируют адреса поступающих вызовов. При совпадении поступившего адреса с его собственным сообщение принимается, записывается в буфер па­мяти и высвечивается на дисплее пейджера. При этом о принятом сообщении абонент извещается звуковым и световым сигналами или вибрацией корпуса приемника.

Большинство современных систем персонального радиовызова для пере­дачи различных сообщений абонентам используют известный международ­ный цифровой код (кодовый радиовызов абонента) POCSAG. Данный код позволяет обеспечить передачу тональных (звуковых) сигналов, буквенных, цифровых и буквенно-цифровых сообщений и другой информации, следую­щих со скоростями 1200 и 2400 бит/с. Практически все цифровые СПРВ имеют идентичное построение и выпускаются в ряде стран в различных мо­дификациях.

В качестве примера рассмотрим обобщенную структурную схему одного из современных абонентских приемников, представленную на рис. 1.35. Або­нентский пейджер, имеющий размеры карманного калькулятора (50×65×20 см), работает на несущей частоте порядка 150 МГц и принимает огра­ниченные по объему буквенные, цифровые и буквенно-цифровые сообщения. Миниатюрные размеры пейджера достигаются благодаря применению в тюнере (т. е. блоке настройки приемника на требуемый канал радиосвязи, частотной селекции сигнала, демодуляции и усиления) прямого преобразова­ния радиосигнала в тональный сигнал, а также использованию активных фильтров и новейших радиотехнологий. Для приема информационных и служебных радиосигналов, передаваемых базовыми станциями, в абонент­ском пейджере используется встроенная широкополосная рамочная антенна (один или нескольких плоских витков провода, образующих рамку круглой или прямоугольной формы) 1, непосредственно соединенная с усилителем радиочастоты 2. Понижение частоты радиосигнала до значения тональной (звуковой) осуществляется в двухканальном квадратурном преобразователе 3, на выходе которого включены фильтры тональных частот 4 и усилители-ограничители 5. Квадратурные (сдвинутые относительно друг друга по фазе на 90°) гетеродинные высокочастотные напряжения подаются на преобразова­тель частоты с кварцевого генератора 6 через удвоитель частоты 7 и фазовра­щатель 8. Далее преобразованные сигналы тональной частоты подаются на общий канал обработки 9, включающий в себя элемент аналоговой обработки, компаратор с фильтром и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) двоичного кода.

Рис. 1.35. Обобщенная структурная схема абонентского

приемника цифровой СПРВ

Декодер и процессор с модулем памяти 10 содержат таймер (часы), частота выходных колебаний которого стабилизирована кварцем 11. Код номера або­нента, содержащийся в полученных данных, сравнивается с собственным ко­дом номера абонента, хранящимся в памяти процессора, и при их совпаде­нии приемник переходит в режим приема сообщения. При этом в приемнике пейджера генерируется тональный сигнал вызова, который через усилитель 12 подается на акустический преобразователь 13 и тактильный (вибрирующий) сигнализатор 14. Светодиод 15 обеспечивает визуальную сигнализацию вызо­ва абонента системой связи. Буквенно-цифровой дисплей 16 на жидких кри­сталлах отражает принятое сообщение и время его приема. Кроме того, на дисплее может быть указано текущее время суток, и календарная дата. При считы­вании сообщения в темноте можно использовать подсвет дисплея путем включения светодиода 17.

Для включения и выключения тюнера 18 пейджера по программе ждущего ре­жима используется специальный переключатель 19. Питание пейджера постоянным током обеспечивается батарейным элементом 20. Для сигнализации абоненту о необходимости смены или подзарядки питающего элемента применен пороговый обнаружитель разряда 21. Абонент управляет приемником с помощью переключа­теля режимов воспроизведения сообщения и звуковой сигнализации 22.

Наряду с традиционными пейджерами разработаны и начинают внедряться ма­логабаритные двусторонние пейджеры — твейджеры, или трансиверы (приемопе­редатчики), передающие подтверждение приема сообщения и краткую ответную информацию на базовую станцию. В такие абонентские приемники вводится ряд дополнительных сервисных услуг.

В последние годы широкое распространение получила идея создания глобальных международных систем персонального радиовызова и оповещения с передачей коди­рованных сообщений абонентам в любую точку земного шара. Эта идея воплощается в спутниковых системах персонального радиовызова. Первая спутниковая система подвижной радиосвязи была разработана в США и получила название Sky-Tel. Основ­ным элементом этой системы является спутник-ретранслятор, расположенный на гео­стационарной орбите (порядка 36000 км над поверхностью Земли). Поскольку такой спутник находится практически всегда над одной точкой Земли, то это позволяет ох­ватывать лучом ДН антенны ретранслятора определенную зону обслуживания. Сис­тема персонального радиовызова Sky-Tel обслуживает более 750 городов в США и Сингапуре. Спутниковый канал системы работает на одной несущей частоте 931 МГц.

Литература: В.И. Нефедов, “Основы радиоэлектроники и связи”, Издательство «Высшая школа», Москва, 2002.

7