4.3 Применение дуплексных св радиоканалов для построения система радиосвязи «точка-точка»

Система дуплексной радиосвязи, предложенная в работе [104] может использоваться при построении дуплексных радиолиний, работающих на одной частоте, в том числе на одну антенну. Структурная схема системы представлена на рис. 4.7. Система состоит из двух одинаковых приемопередающих комплек-

тов. Каждый комплект содержит последовательно соединенные источник сигнала, устройство сжатия сигнала, модулятор, коммутатор, передатчик, последовательно соединенные приемник, демодулятор, устройство расширения сигнала, получатель сигнала, а также, датчик синхросигнала и модулятор синхросигнала, демодулятор синхросигнала, приемопередающую антенну и блок управления.

Устройство сжатия сигнала обеспечивает преобразование непрерывного телефонного сигнала, поступающего от источника сигнала, в кванты сжатого сигнала, которые далее дополняются синхросигналом, сформированным датчиком синхросигнала, и поступают на передатчик и далее в канал связи. С приемника сжатый сигнал поступает на демодуляторы телефонного сигнала и синхросигнала, на которых происходит выделение квантов телефонного сигна-

ла и синхросигнала. Выделенный синхросигнал поступает в блок управления, где используется для синхронизации процессов приема и передачи. Кванты телефонного сигнала с демодулятора поступают в устройство расширения сигнала, где происходит расширение квантов сигнала до длительности Т и восстановление исходного сигнала.

Блок управления формирует сигналы управления устройствами сжатия сигнала и расширения сигнала, датчиком синхросигнала, коммутатором, приемником, обрабатывает полученный с демодулятора синхросигнал, обеспечивает управление приемопередающим комплектом в целом.

В работе [104] представлены варианты исполнения блока управления, устройств сжатия и расширения сигнала. На рис. 4.8 приведена структурная схема блока управления с устройствами сжатия и расширения.

Устройство сжатия сигнала представляет собой последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП), буферный накопитель (оперативное запоминающее устройство – ОЗУ с независимой адресацией записи /считывания), цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, ключ, фильтр нижних частот (ФНЧ). Устройство расширения сигнала представляет собой последовательно соединенные АЦП, буферный накопитель с независимой (ОЗУ

Рис. 4.8. Блок управления системы дуплексной радиосвязи с устройствами сжатия и расширения сигнала

адресацией записи /считывания), ЦАП и ФНЧ. Блок управления работает от опорного генератора (ОГ) и формирует все необходимые сигналы управления системы дуплексной радиосвязи в целом. Формирователь импульсов управления 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, используется также в качестве опорного сигнала для формирователя цикла Т и формирователя импульсов управления;

• F₃ = F₂ /n (n– целое положительное число) – частота изменения состояния счетчика адреса считывания из буферного накопителя устройс-

тва 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 /k_сж – 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. F₄ должна удовлетворять требованиям теоремы Котельникова (теоремы отсчетов) по отношении к дискретизируемому сигналу.

На фиг. 4.9 показаны временные диаграммы сигналов управления, формируемых также блоком управления:

• F_тпрд – (рис. 4.9а) 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 – (рис. 4.9б) сигнал, получаемый путем задержки сигнала F_тпрд на время Т_зад ; данный сигнал используется для сброса счетчика адреса считывания устройства сжатия сигнала;

• F_прд – (рис. 4.9в) 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

• F_спрд – (рис. 4.9г) сигнал, который используется для запуска датчика синхросигнала и управления коммутатором для подключения модулятора синхросигнала ко входу передатчика;

• F_спрм – (рис. 4.9д) сигнал, который образуется из принимаемого и демодулированного синхросигнала второго приемопередающего комплекта;

• F_пт – (рис. 4.9е) сигнал, вырабатываемый из задержанного сигнала F_спрм на время Т_зад1 = Т_прм + Т_прд + _з ; (заметим, что Т_прм = Т_прд, а _з – 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 – (рис. 4.9ж) 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 – (рис. 4.9 з) сигнал, вырабатываемый из сигнала F_прм; данный сигнал используется для сброса счетчиков адресов записи / считывания буферного накопителя устройства расширения сигнала.

Устройство сжатия сигнала 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 = T_прд /T, каждый временной интервал сигнала Т будет сжиматься до временного интервала T_прд. Устройство расширения сигнала 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 T_прм = T_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 передаваемый ТЛФ сигнал, поступающий из источника сигнала, в устройстве сжатия сигнала распределяется на кванты сигнала длительностью Т (рис. 4.9а), каждый из которых сжимается до длительности Т_прд (рис. 4.9в), модулирует несущую, проходит через коммутатор, усиливается передатчиком и передается через приемопередающую антенну. Во временные отрезки Т_зад, (рис. 4.9б), 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 в виде квантов сигнала длительностью Т_прм (рис. 4.9ж) принимаются приемником, демодулируются, расширяются до длительности Т и поступают получателю сигнала. 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, модулируются и передаются синхросигналы (рис. 4.9г). Передаваемые вторым корреспондентом синхросигналы, принимаемые первым корреспондентом как F_спрм (рис. 4.9д) и формируемые далее блоком управления, как F_пт (рис. 4.9е), 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 подключает свой выход к выходу модулятора синхросигнала.

Для уменьшения времени и увеличения надежности вхождения в связь целесообразно при вхождении использовать более длинную синхропоследовательность, чем при ведении связи. В качестве синхропоследовательности может быть принят, например, код Баркера, М-последовательность или любая другая последовательность с хорошими автокорреляционными и взаимнокорреляционными характеристиками.

Вхождение в связь.

Относительно низкая частота переключений радиостанций с приема на передачу и наоборот позволяет применить для вхождения в связь систему единого времени на базе приемников GPS/ГЛОНАСС, для чего они должны быть включены в состав радиостанций. Однако, при этом должно быть задано какая из двух радиостанций работает в «позитиве» и какая в «негативе», чтобы обеспечить работу в противофазе. Таким образом, может быть реализовано беспоисковое и бесподстроечное вхождение в связь.

Рассмотрим более подробно метод вхождения в связь с использованием специальных синхропоследовательностей в составе вызывного сигнала. В исходном состоянии обе радиостанции находятся в состоянии (в режиме) дежурного приема, т.е. в режиме непрерывного поиска сигналов вызывающей станции. Далее одна из радиостанций начинает передачу вызывного сигнала передаче вызывного сигнала, что и является началом вхождения в связь.

Вызывной сигнал посылается заданное количество раз, например 10 раз в слотах передачи. В слотах приема вызывающая радиостанция ожидает сигнал «ответ» от вызываемой радиостанции. Вызываемая радиостанция, приняв вызывной сигнал, по синхросигналу в его составе проводит синхронизацию своих циклов прием/передача с циклами вызывающей радиостанции. Затем вызываемая радиостанция в слоты передачи передает заданное число раз команду «ответ» и переходит в режим ведения связи. Приняв сигнал «ответ» вызывающая радиостанция прекращает передавать вызывной сигнал и переходит в режим ведения связи, извещая об этом оператора звуковым или световым сигналом и подключает гарнитуру оператора к образованному каналу связи

Синхронизация вызываемой станции по командам вызывающей производится следующим образом. При приеме вызывного сигнала (команды «вызов») радиостанция по «меандру» проводит тактовую синхронизация и по синхропоследовательности проводит цикловую синхронизацию. Далее определяется номер вызываемой радиостанции. Если это не её номер, то радиостанция остается в режиме дежурного приёма. Если это её номер, то определяется идентификатор команды и режим работы. По режиму определяется требуемый период Т, в соответствии с которым необходимо проводить переключение прием/передача. Радиостанция устанавливает заданный режим работы и устанавливает (смещает) положение своих слотов приема и передачи относительно слотов вызывающей радиостанции так, чтобы начало слота передачи вызывающей станции приходилось на момент времени сдвинутый относительно начала слота приема вызываемой станции на интервал t = ( + ).

По окончании сеанса речевой связи любой из операторов нажимает кнопку на радиостанции - «конец связи», после чего радиостанция передает в эфир команду «конец связи» и переходит в режим дежурного приема.

На рис. 4.10 приведён возможный вариант структуры команд «вызов», «ответ» и «конец связи».

В процессе ведения связи радиостанции обеспечивают дуплексный речевой обмен операторам, при этом вызываемая радиостанция непрерывно подстраивается (корректирует положение слотов приема и передачи) под вызывающую станцию по передаваемым в каждом слоте синхросигналам. Коррекция производится по нескольким принятым синхросигналам, если заданное положение синхросигнала сдвинулось. Вызывающая станция не меняет временное положение своих слотов приема и передачи.

Заметим, что закон сжатия временных интервалов передаваемого телефонного сигнала длительностью Т и обратный закону сжатия закон расши-рения квантов телефонной информации длительностью Т_прм могут быть

Структура команды «вызов»

Структура сигнала «ответ»

Структура сигнала «конец связи»

Рис. 4.10. Вариант структуры команд «вызов», «ответ» и «конец связи».

произвольными и определяться необходимостью простоты их реализации аппаратными средствами или приданием специальных свойств сигналу, передаваемому по каналу связи, например, его закрытию. Устройства сжатия и расширения сигнала могут быть реализованы на микроконтроллере, снабженном АЦП и ЦАП.

Устройство управления также может быть реализовано на микроконтроллере. При необходимости в микроконтроллере программно может быть реализовано и закрытие речи.

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