CC BY
141
Сивагина Ю.А., Горячев Н.В. , Граб И.Д., Трусов В.А., Юрков Н.К.
Пенза, ПГУ.
РАЗРАБОТКА РЕТРАНСЛЯТОРА РАДИОСИГНАЛОВ И ЕГО КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ
Аннотация: В статье рассматривается три реализации симплексного ретранслятора конвенциональных сетей низовой радиосвязи. В настоящее время для организации служебной радиосвязи и связи небольших групп людей, широко применяются конвенциональные сети радиосвязи. Данные сети предназначены для использования на ограниченной территории до 5 км, однако, часто возникает необходимость организации связи на территории большой протяженности. Одним из способов увеличения дальности связи является применение ретрансляторов.
Ключевые слова: конвенциональная сеть радиосвязи, ретранслятор, контроллер симплексного ретранслятора, радиостанция.
Несмотря на активное развитие сотовых систем мобильной связи традиционные сети УКВ-радиосвязи с фиксированным закреплением каналов, называемые конвенциональными, прочно занимают свою нишу в сфере профессиональной радиосвязи.
Как показывает анализ последних катастроф и аварий, существует множество факторов, препятствующих использованию сотовых сетей в интересах служб ЧС. Катастрофы, как правило, наносят серьезный урон телекоммуникационной инфраструктуре общего пользования и провоцируют резкое возрастание нагрузки на каналы связи. А возникающие при этом внешние факторы намного затрудняют управление спасательными работами по таким сетям и координацию действия спасателей. Повреждение инфраструктуры, в свою очередь, приводит к перегрузке оставшихся ресурсов общего пользования, в результате устанавливать и поддерживать эффективную связь становится еще сложнее.
Данные ситуации являются не редкостью, как в России, так и за рубежом. Наиболее крупными катастрофами, произошедшими в последнее время, являются землетрясение в Японии и наводнение в Крымске.
Землетрясение, произошедшее в Японии в марте 2011 г.
Так, в ходе ликвидации последствий землетрясения в Японии, произошедшего в марте 2011 года, в первые двое суток основная координация служб спасения, работающих непосредственно в месте катастрофы, осуществлялась именно с помощью радиосвязи на коротких и ультракоротких волнах. Активное применение низовой и конвенциональных сетей радиосвязи в первые дни после природной катастрофы связано с повреждением сетей сотовой радиосвязи более чем 70%, вызванной цунами.
Наводнение в Крымске, 7 июля 2012 г.
Наиболее наглядной ситуацией является наводнение, произошедшее в Крымске. Максимальные усилия в первые часы после наводнения были направлены на восстановление голосовой связи. Но в связи с отсутствием электроэнергии данный вид связи не был доступен в полном объеме. По данным на 14 июля (спустя неделю) без электроэнергии оставалось 16% жителей города, или около 5 тысяч человек. Только к 20 сентября компания "Ростелеком" полностью восстановила телекоммуникационную инфраструктуру в Крымске.
В таких условиях конвенциональные системы радиосвязи незаменимы. Эти системы, являясь простейшим классом систем профессиональной мобильной радиосвязи, используют принцип фиксированного закрепления каналов связи за определенной группой абонентов. В сравнении с другими классами систем подвижной радиосвязи для конвенциональных систем характерна, с одной стороны, наименьшая пропускная способность, определяемая достижимым количеством абонентов, работающих на одном канале, а с другой - наибольшая оперативность связи, характеризующаяся временем установления канала связи. Основным типом вызова в конвенциональных системах является групповой, при котором переговоры обеспечиваются по принципу "каждый со всеми".
Одной из важнейших, проблем при построении конвенциональных сетей радиосвязи, является необходимость обеспечения радиосвязи на большой территории для ограниченного числа абонентов.
Существует несколько способов повышения дальности уверенной радиосвязи:
за счет увеличения мощности передачи;
за счет увеличения эффективности антенно-фидерных устройств (АФУ);
использования ретрансляторов.
Однако применение первых двух способов затруднено. В первом случае это связанно с ограничением мощности передающего оборудования, а во втором - с большими затратами на строительство АФУ. Таким образом, наиболее эффективным способом увеличения дальности связи является использование ретрансляторов.
Различают три вида осуществления радиосвязи: симплексную, дуплексную и полудуплексную [1].
Симплексная радиосвязь. Для связи используется одна частота, как для приема, так и для передачи. Конструкция таких ретрансляторов максимально проста и не содержит дорогостоящих элементов, таких как дуплексёры (частотно-разделительный фильтр). В качестве ретранслятора в данном случае можно использовать обычную абонентскую радиостанцию. Для работы такого ретранслятора (его называют симплексным) требуется специальное устройство - контроллер симплексного ретранслятора (КСР), которое записывает принимаемое сообщение с базовой радиостанции, а затем воспроизводит его в эфире.
Бытовое название такого типа ретранслятора «симплексер», «эхо-репитер», «кукушка», «болтушка» или «попугай».
Однако при всей простоте и относительной дешевизне метода, у него есть серьезный недостаток. При использовании симплексного ретранслятора требуется в два раза больше времени, чем при использовании дуплексного, за счет того, что абонент вначале прослушивает свое сообщение, и только потом получает сообщение от другого абонента, которое опять же поступает к нему с задержкой.
Полудуплексная радиосвязь (двухчастотный симплекс). Радиосвязь осуществляется с использованием двух частот: приемной и передающей, но, по сравнению с дуплексом, не одновременно, а поочередно. Сигнал принимается на одной частоте, а передается на другой. В один момент времени абонент может находиться либо в режиме «прием» либо «передача».
Дуплексная радиосвязь. Дуплексный ретранслятор работает по следующему принципу: одновременно принимает сигнал на одной радиочастоте, усиливает его и передает на другой. Таким образом, ретранслятор одновременно работает как передатчик и как приёмник. Все радиопередачи в системе
с дуплексным ретранслятором осуществляются через сам ретранслятор. Это означает, что абонентские радиостанции уже не могут взаимодействовать между собой напрямую, без участия ретранслятора.
Учитывая данный недостаток и высокую стоимость дуплексного ретранслятора следует, что для организации конвенциональных сетей радиосвязи эффективнее применять симплексные ретрансляторы на базе радиостанции.
На данный момент разработано три модификации контроллера симплексного ретранслятора (КСР):
запись осуществляется на sd-карту (> 58 часов);
запись осуществляется в ОЗУ (~ 1 мин.);
программная реализация (неограниченное время записи).
Структурная схема контроллера симплексного ретранслятора с записью на карту памяти (SD) представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Структурная схема контроллера симплексного ретранслятора с записью на карту памяти (SD)
Структурная схема контроллера симплексного ретранслятора с записью в ОЗУ представлена на рисунке 2.
Рисунок 2. Структурная схема контроллера симплексного ретранслятора с записью в ОЗУ
В случаях работы со стационарными базовыми станциями или при необходимости сохранения передаваемых сообщений неограниченной длительности удобно использовать персональный компьютер с установленной компьютерной моделью КСР.
Рисунок 3. Структурная схема контроллера симплексного ретранслятора (программная реализация)
Внешний вид программной реализации КСР представлен на рисунке 4.
Рисунок 4. Программная реализация КСР
Программная модель КСР для конвенциональных сетей радиосвязи работает по следующему алгоритму. После нажатия кнопки «Старт» КСР переходит в режим «Пауза». В данном режиме компьютерная модель КСР анализирует входной сигнал и как только он станет больше заданного уровня шума, переходит в режим «Запись». После прекращения сигнала, программная модель КСР ожидает установленное время. Если в течение этого времени сигнал появляется, тогда запись продолжается до следующего прекращения сигнала (максимальное время записи одного сообщения составляет 3 минуты). Если же сигнал в течение установленного времени не появляется, то программная модель КСР переходит в режим «Воспроизведение». По окончании воспроизведения, программная модель КСР вновь переходит в режим ожидания и цикл повторяется. На рисунке 5 представлена программная реализация в режимах «Запись» и «Воспроизведение».
Данная модель КСР имеет гибкие настройки, которые сохраняются в конфигурационном файле (рисунок 6) .
Одной из отличительных особенностей данной реализации КСР является архивирование сообщений и возможность их воспроизведения из файла и передачи в эфир. На рисунке 7 представлена программная реализация КСР в режиме «Воспроизведение файла из архива».
Рисунок 5. Программная реализация КСР в режимах «Запись» и «Воспроизведение»
Рисунок 6. Настройки КСР.
Рисунок 7. Список воспроизведения архивных сообщений и режим «Воспроизведение файла из архива»
Таким образом, представленные реализации симплексного ретранслятора имеют улучшенные технические характеристики, которые устраняют недостатки существующих аналогов [2 - 5]. И позволяют выбрать оптимальную модификацию при использовании в конкретных условиях[6, 7]. Представленная компьютерная модель КСР радиосигналов имеет: увеличенное время записи сообщений; гибкие настройки;
возможность архивирования сообщений;
возможность воспроизведения сохраненных сообщений из файла и их передачи в эфир.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сивагина Ю.А. Разработка современного симплексного ретранслятора радиосигналов / Ю.А. Сивагина, И.Д. Граб, Н.К. Юрков // Сб. статей Междунар. НТК "Современные информационные технологии - 2012". Вып.15, Пенза, изд-во ПГТА, 2012, С. 176-177.
2. Сивагина Ю.А. Обзор современных симплексных ретрансляторов радиосигналов/ Ю.А. Сивагина, И.Д. Граб, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков //Труды международного симпозиума "Надежность и качество". 2012. Т. 1. С. 74-76.
3. «Оборудования для связи» [Электронный ресурс]: - Режим доступа: http://swjz.narod.ru
«Radio shack» [Электронный ресурс]: - Режим доступа:
http://support.radioshack.com/productinfo/DocumentResults.asp?sku_id=19-
345&Name=Manuals%20for%2019-345&Reuse=N
4. «Russian ham radio portal» [Электронный ресурс]: - Режим доступа:
http://www.cqdx.ru/ham/new-equipment/ads-sr1-simplex-repeater/
5. Информационные технологии проектирования РЭС. Единое информационное пространство предприятия : учеб. пособие / В. Б. Алмаметов, В. Я. Баннов, И. И. Кочегаров. - Пенза : Изд-во
ПГУ, 2013. - 108 с.
6. И. И. Кочегаров, В. В. Стюхин, Н. А. Сидорин «Использование метода перебора при расчете показателей надежности систем» Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС : межвуз. сб. науч. тр.- Вып. 17., Пенза : Изд-во ПГУ, 2012 С.175-179
7. Кочегаров И.И.,Баннов В.Я., Трусов В.А. «Информационная поддержка этапов жизненного цикла изделий» // Цифровые модели в проектировании и производстве РЭС: тр. ун-та. Межвуз. сб.
научн. тр./ под ред.профессора Юркова Н.К.. - Пенза: Изд. Пенз. гос. ун-та, 2009. Вып. 14. -264с., С.227-232
