RU210735U1 - Радиомодем-маршрутизатор - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области радиотехники и может найти применение в системах радиосвязи для обмена цифровой, голосовой и видеоинформацией по радиоканалу, в условиях воздействия сосредоточенных или преднамеренных помех. Радиомодем-маршрутизатор выполнен с функцией ретрансляции и реализацией в одном радиомодеме функции базового устройства, ретранслятора и удалённого устройства и содержит корпус с размещенными в нем связанными между собой модулями передатчика и приёмника. Каждый из модулей связан с антенно-разделительным модулем, а модуль приёмника содержит процессорный модуль; модулем GPS-приёмника, обеспечивающим синхронизацию с программно встроенным в операционную систему процессорного модуля NTP-сервером точного времени; модулем питания; блоком цифровых интерфейсов, включающим коннекторы со степенью защиты IP51 и интерфейсы: Ethernet, USB, COM1 (RS-232), COM2 (RS-232) и RS-485, голосовые интерфейсы и интерфейс сжатого видео по технологии VoIP, причем модуль передатчика выполнен с возможностью использования сигнально-кодовых конструкций с экспоненциальными модуляциями CPFSK и с линейными модуляциями с высокой спектральной эффективностью (256QAM, 64QAM, 16DEQAM, D8PSK, π/4DQPSK); процессорный модуль связан с модулем GPS-приёмника и выполнен с возможностью программной реализации функций альтернативной маршрутизации, ARP-прокси, VLAN, L2, L3, L4, QoS, VPN, NTP, NAT, GRE/IPSec-туннелей, SNMP-агента, поддержки основных SCADA-протоколов, а также алгоритмов CRC32, FEC, Треллис-кодирования с декодером Витерби, а антенно-разделительный модуль выполнен с возможностью приёма-передачи Rx/Tx в режиме симплекса, двухчастотного симплекса и полного дуплекса, включая опции раздельного исполнения антенных разъемов Tx/Rx и Rx; кроме того, радиомодем-маршрутизатор выполнен с возможностью программной реализации функции «прозрачной» передачи данных по радиоканалу в режиме «Мост»; осуществления адресной доставки данных в режиме «Маршрутизатор»; контроля доступа в радиоканал; работы в режиме энергосбережения; реализации функций «горячего» резервирования канала связи (1+1) и создания гибридных радиосетей с радиоустройствами сторонних производителей; с возможностью настройки, конфигурирования и управления радиомодемом через вэб-интерфейс, содержащий подробную контекстную справку. Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в повышении эксплуатационных характеристик устройства.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники и может найти применение в системах радиосвязи для обмена цифровой, голосовой и видеоинформацией по радиоканалу, в условиях воздействия сосредоточенных или преднамеренных помех.

Радиомодем предназначен для организации в УКВ-диапазонах (диапазон ультракоротких волн) симплексной, полудуплексной или дуплексной радиосвязи в конфигурациях «точка-точка», «точка-многоточка» или в ячеистой топологии, при использовании в технологических сетях телемеханики, АСУТП и SCADA, для удаленного управления и мониторинга стационарных и подвижных объектов, для сбора параметров электроподстанций по протоколам МЭК 870-5-101/104, в составе станций электрохимзащиты и мобильных замерных установок, в системах GNSS/RTK съемки и высокоточной навигации, в межсайтовых соединениях систем связи DMR и Tetra, для телефонизации и т.п.

Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в разработке радиомодема-маршрутизатора по технологии «программно-управляемое радио», и в отличие от существующих на сегодня аналогов, способного многократно увеличить производительность и пропускную способность УКВ-радиосети для создания территориально-распределенных радиосетей передачи данных с последовательным или произвольным доступом в радиоканал, в т.ч. с использованием сетевой и радиоканальной IP-маршрутизации и выполняющего одновременно функции базового радиомодема, ретранслятора или удаленного устройства, имеющего конфигурирование через интуитивно-понятный вэб-интерфейс, доступное как локально, так и удаленно по радиоканалу.

Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в повышении эксплуатационных характеристик за счет расширения функциональных возможностей устройства, применения высокоэффективных сигнально-кодовых конструкций и современных методов обеспечения помехоустойчивости, в режиме многозадачности, мультиплексирования и конвертации данных через различные пользовательские интерфейсы, с гарантированной целостностью и достоверностью передачи информации.

Повышение эксплуатационных характеристик устройства обеспечивается за счет повышения надежности работы и качества связи радиомодема-маршрутизатора, а также повышения его производительности и эффективности работы при возможности использования патентуемого устройства с оборудованием других производителей и повышении универсальности применения как в системах телемеханики, так и для обеспечения радиотелефонной связи.

Указанный технический результат достигается в радиомодеме-маршрутизаторе, выполненном с возможностью ретрансляции и реализации функции удаленного устройства и содержащем корпус с размещенными в нем связанными между собой модулями передатчика и приемника, причем каждый из модулей связан с антенно-разделительным модулем, а модуль приемника (приемный модуль) содержит процессорный модуль;

модулем GPS-приемника, обеспечивающим синхронизацию с программно встроенным в операционную систему процессорного модуля NTP-сервером точного времени;

модулем питания;

блоком цифровых интерфейсов, включающим коннекторы со степенью защиты IP51 и интерфейсы: Ethernet, USB (универсальная последовательная шина), COM1 (RS-232) (СОМ - коммуникационный порт, RS - рекомендованный стандарт), COM2 (RS-232 и RS-485, назначаемыми программно), голосовые интерфейсы и интерфейс сжатого видео по технологии VoIP (голосовая связь по интернет-протоколу),

причем модуль передатчика выполнен с возможностью использования сигнально-кодовых конструкций с экспоненциальными модуляциями CPFSK и с линейными модуляциями с высокой спектральной эффективностью (256QAM, 64QAM, 16DEQAM, D8PSK, π/4DQPSK);

процессорный модуль связан с модулем GPS-приемника (GPS - спутниковая система навигации) и выполнен с возможностью программной реализации функций альтернативной маршрутизации, ARP-прокси, VLAN, L2/L3/L4, QoS, VPN, NTP (временной сетевой протокол сервера точного времени), NAT, GRE/IPSec-туннелей, SNMP-агента, поддержки основных SCADA-протоколов, а также алгоритмов CRC32, FEC, Треллис-кодирования с декодером Витерби,

а антенно-разделительный модуль выполнен с возможностью приемо-передачи (приема-передачи) Rx/Tx в режиме симплекса, двухчастотного симплекса или полного дуплекса, включая опции раздельного исполнения антенных разъемов Tx/Rx и Rx;

кроме того, радиомодем-маршрутизатор выполнен с возможностью программной реализации функции «прозрачной» передачи данных по радиоканалу в режиме «Мост»; осуществления адресной доставки данных в режиме «Маршрутизатор»; контроля доступа в радиоканал; работы в режиме энергосбережения; реализации функций «горячего» резервирования канала связи (1+1) и создания гибридных радиосетей с радиоустройствами сторонних производителей; с возможностью настройки, конфигурирования и управления радиомодемом через вэб-интерфейс.

В качестве интерфейса сжатого видео могут использоваться видеокодер Н.264/Н.265.

В сигнально-кодовых конструкциях могут использоваться экспоненциальные модуляции (2CPFSK/4CPFSK).

В радиомодеме-маршрутизаторе используются голосовые интерфейсы FXO/FXS/ТЧ.

Функции «прозрачной» передачи данных по радиоканалу в режиме «Мост», адресной доставки, контроля доступа в радиоканал, а также переход устройства в режим энергосбережения осуществляются процессорным модулем.

Под «прозрачной» передачей данных по радиоканалу в режиме «Мост» подразумевается передача по радиоканалу пользовательского пакета, полученного на интерфейс радиомодема от внешнего по отношению к радиомодему центра опроса SCADA, без какой-либо модификации со стороны программного обеспечения радиомодема, «как есть». При этом все необходимые антиколлизионные процедуры для успешного прохождения пакета по радиоканалу осуществляются центром опроса SCADA.

Реализация в процессорном модуле функции «прозрачной» передачи данных по радиоканалу в режиме «Мост» позволяет упростить процедуру передачи радиомодемом-маршрутизатором пользовательского пакета, полученного от центра опроса SCADA, с сохранением надежности его доставки, что приводит к повышению эксплуатационных характеристик радиомодема-маршрутизатора.

Функция адресной доставки позволяет, в отличие от «прозрачной» передачи данных, передавать по радиоканалу пользовательский пакет, полученный на интерфейс радиомодема от центра опроса SCADA, путем использования собственной сетевой (TCP/IP) и радио-канальной маршрутизации, реализуемой программным обеспечением радиомодема-маршрутизатора, которое в процессе передачи пакета по радиоканалу контролирует каждый транслируемый пакет на целостность и достоверность, и в случае его повреждения, с помощью специальных математических методов, восстанавливает пакет, что обеспечивает гарантированную доставку пакета из любой точки в радиосети до конкретного адресата без необходимости участия в этом процессе центра опроса SCADA. Это способствует повышению надежности доставки пользовательского пакета и, как следствие, позволяет повысить эксплуатационные характеристики радиомодема-маршрутизатора.

Реализация в процессорном модуле программным способом функции «адресной» доставки данных в режиме «Маршрутизатор» позволяет предотвращать коллизии (нарушение целостности пользовательского пакета, его повреждение) в радиоканале, которые возникают при одновременном разнонаправленном доступе в радиоканал со стороны нескольких удаленных контролируемых устройств, что реализуется за счет выделения для каждого сообщения специального тайм-слота, в течение которого базовым радиомодемом создаются синхронизированные между собой временные интервалы, а также производится псевдослучайная задержка трансляции пакета при обнаружении коллизии, что обеспечивает повышение эффективности применения радиомодема-маршрутизатора, надежности его работы в системах телемеханики контролируемых пунктов добычи нефти, крановых узлов магистральных трубопроводов, сбора данных с электроподстанций, учета потребления ресурсов и т.п., в которых используется как последовательный опрос (поллинг), контролируемый из центра опроса SCADA, так и произвольный (спорадический) доступ в радиоканал со стороны любого контролируемого устройства радиосети.

Реализация таких сервисных функций, как альтернативная маршрутизация, ARP-прокси (ARP - протокол преобразования адресов), VLAN (виртуальная локальная компьютерная сеть), L2, L3, L4, QoS, VPN, NTP, NAT, GRE (туннелирование сетевых пакетов) и IPSec-туннели (IPSec - безопасность интернет-протокола), SNMP-агент, поддержка основных SCADA-протоколов путем активации при необходимости каждой функции программно через вэб-интерфейс, позволяет расширить программную совместимость при работе радиомодема-маршрутизатора с коммуникационными протоколами, используемыми в оборудовании различных производителей.

Альтернативная (резервная) маршрутизация позволяет обеспечить непрерывное тестирование альтернативных путей между IP-адресами; производить автоматическое переключение на альтернативный путь, если основной маршрут не удается; создавать альтернативный путь за любым радиомодемом, репитером или по проводной (оптической) IP-сети; создавать неограниченное число альтернативных путей и назначать различные приоритеты их использования.

ARP-прокси сервер используется, если IP-адрес контролируемого устройства, стоящего за удаленным радиомодемом, находится по какой-либо причине в пределах одной и той же IP-подсети, и такое устройство не имеет возможности для маршрутизации.

VLAN используется для разделения сети на несколько логических частей и для распознавания трафика управления и трафика пользовательских данных при использовании различных технологий, применяемых в устройствах SCADA.

Уровни доступа L2, L3 и L4 (коммутаторы 2, 3, 4) определяют варианты взаимодействия сетевого оборудования между собой согласно модели OSI, что обеспечивает эффективность, надежность, высокую производительность работы заявленного радиомодема-маршрутизатора и, как следствие, повышение эксплуатационных характеристик устройства.

При этом уровень L2 обеспечивает работу с фреймами с помощью МАС-адресов; уровень L3 используется для организации узлов агрегации и маршрутизации между различными сегментами сети или при разделении сети на сегменты для разных типов устройств; уровень L4 контролирует надежность передачи данных путем считывания служебной информации, содержащейся в заголовках пакетов, идентифицирует и перенаправляет трафик конкретного приложения.

QoS (качество сервиса) обеспечивает предоставление разным классам трафика различных приоритетов в обслуживании.

NAT (трансляция адреса в сети) обеспечивает преобразование адресов транзитных IP-пакетов, когда IP-адреса внутренней IP-сети и публичные IP-адреса сопоставляются между собой через один общедоступный IP-адрес, что позволяет скрывать от внешнего наблюдателя структуру внутренней IP-сети.

VPN (виртуальная выделенная сеть), GRE/IPSec используются для маршрутизации по сети виртуальных каналов уровня L3, при котором протокол IPsec обеспечивает сквозную безопасность, аутентификацию, целостность и защиту передаваемых данных между точками сети.

NTP (временной сетевой протокол сервера точного времени) используется для синхронизации внутреннего таймера радиомодема с аналогичными таймерами во всех остальных радиомодемах радиосети, а также с любыми другими внешними устройствами, использующими временную синхронизацию.

SNMP-агент (SNMP - протокол сетевого управления) является частью программного обеспечения радиомодема-маршрутизатора и отвечает на запросы SNMP-менеджера в соответствии с алгоритмом его работы, а также отправляет ему SNMP-уведомления, когда контролируемые в радиомодеме-маршрутизаторе значения параметров его работы выйдут за пределы диапазона предварительно установленных допустимых значений.

SCADA-протоколы (SCADA-система контроля и сбора данных) обеспечивают программную реализацию таких коммуникационных протоколов, как: Modbus, ModbusTCP/ModbusRTU, МЭК-60870-5-101/104, DNP3, DNP3TCP/DNP3RTU, Comli, RP570, С24, DF1, Profibus, при этом адрес SCADA-протокола отображается в IP-адресе радиомодема, что позволяет отдельные SCADA-пакеты передавать по сети как одноадресные IP-пакеты с обеспечением их гарантированной доставки.

Использование модуля передатчика, формирующего как сигнально-кодовые конструкции с экспоненциальными модуляциями (2CPFSK/4CPFSK) для реализации узкополосного радиоканала с самым высоким энергетическим потенциалом, обеспечивающего «медленный», но гарантированный и защищенный канал радиосвязи, так и сигнально-кодовые конструкции с линейными модуляциями (256QAM (QAM - квадратурная модуляция), 64QAM, 16DEQAM, D8PSK (восьмипозиционная фазовая модуляция), π/4DQPSK (дифференциальная фазовая модуляция), имеющими, в отличие от существующих аналогов приемо-передающих устройств, многократно более высокую скорость передачи данных (до 166 кбит/с в стандартном радиоканале 25 кГц в симплексном режиме) и значительно более высокую спектральную эффективность (до 10 бит/с/Гц), позволяет существенно повысить производительность узкополосной УКВ-радиосети, увеличить количество опрашиваемых контролируемых устройств, в том числе в режиме ретрансляции, сократить цикл опроса, что в целом повышает эффективность работы всей системы SCADA.

Функция «горячего» резервирования канала связи (1+1) реализована в виде отдельного Блока конструктива 19 дюймов высотой 3U (на фиг. 1 не показан) для монтажа в телекоммуникационную стойку 19 дюймов, в Блоке размещен основной радиомодем-маршрутизатор, резервный радиомодем-маршрутизатор, блок управления режимами переключения и сетевой коммутатор, при этом процессорные модули обоих радиомодемов связаны через коммутатор между собой и с блоком управления электрическими связями. Функция «горячего» резервирования канала связи (1+1) позволяет за счет постоянного контроля за состоянием контролируемых параметров работы основного радиомодема со стороны Блока управления производить автоматическое переключение с основного радиомодема-маршрутизатора на резервный в случае возникновения неисправности основного радиомодема-маршрутизатора. Это позволяет достичь повышения надежности работы канала связи для ответственных точек радиосети (базовых станций или ретрансляторов) при любых обстоятельствах и, как следствие, повысить эксплуатационные характеристики устройства.

Функция создания «гибридной радиосети» с радиоустройствами сторонних производителей реализуется в радиомодеме-маршрутизаторе за счет наличия в его конструкции антенного переключателя-коммутатора (на фиг. 1 не показан), который позволяет осуществлять совместную работу на одном радиоканале с заявляемым радиомодемом-маршрутизатором радиоустройств сторонних производителей. Возможность реализации в заявленном радиомодеме-маршрутизаторе данной функции позволяет осуществлять постепенный вывод из эксплуатации устаревших или снятых с производства радиоустройств передачи данных и постепенную их замену на заявляемые радиомодемы-маршрутизаторы, при этом за счет программных настроек маршрутизации через вэб-интерфейс в радиомодеме-маршрутизаторе обеспечивается бесколлизионная работа на одном радиоканале всех радиоустройств и работа радиомодема-маршрутизатора с несколькими центрами опроса (центрами SCADA) одновременно. В результате достигается повышение эффективности работы всей системы SCADA, а следовательно, и повышение эксплуатационных характеристик самого устройства. Кроме того также достигается сохранность уже сделанных инвестиций в строительство радиосети и обеспечивается непрерывность технологического процесса эксплуатируемой радиосети в процессе поэтапной модернизации.

Программная реализация в процессорном модуле алгоритмов CRC32 (CRC - контроль с использованием циклического избыточного кода), FEC (FEC - прямая коррекция ошибок), Треллис-кодирования с декодером Витерби позволяет добиться помехоустойчивости и достоверности передачи данных, что приводит к повышению надежности работы радиомодема-маршрутизатора и улучшению качества радиосвязи, и обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик устройства.

Программно встроенный в процессорный модуль NTP-сервер соединен с модулем GPS-приемника электрическими связями для обеспечения высокоточной внутрисистемной синхронизации времени (до 10^-9) при трансляции пакетов в системах связи с метками времени по протоколу TCP/IP. Это позволяет отказаться от необходимости использования внешних специализированных устройств точного времени (что существенно упрощает конструкцию устройства), применяемых для временного согласования работы устройств и приложений при обработке данных в режиме реального времени с целью протоколирования контролируемых процессов и своевременного реагирования на аварийные события. Таким образом, за счет наличия встроенного в процессорный модуль NTP-сервера, соединенного с модулем GPS-приемника, достигается упрощение конструкции радиомодема-маршрутизатора при сохранении надежности его работы и передачи данных и повышении универсальности его использования.

Настройка, конфигурирование и управление радиомодемом реализуется через графически выполненные вэб-модули и панели с помощью встроенного программного обеспечения «РАЙПЕКС-ИНТЕРФЕЙС». Все настройки доступны через вэб-интерфейс с помощью компьютера локально, по радиоканалу или удаленно через любой другой радиомодем в сети, или с помощью планшета, смартфона через подключенный к USB-разъему радиомодема адаптер WiFi/USB; активация встроенных аппаратных интерфейсов в заявленной полезной модели назначается программно через вэб-интерфейс.

Аппаратно встроенный модуль питания за счет электрических связей обеспечивает индивидуальное питание 12 В, 5 В и 3,3 В пост. для всех взаимоувязанных компонентов и модулей.

Использование режима энергосбережения «Сон» с потреблением 5 мА/24 В пост, или режима энергосбережения «Эконом» с потреблением 90 мА/24 В пост, позволяет эффективно использовать резервное питание от АКБ, солнечных батарей или химических источников тока и включать радиомодем на передачу, в дежурный прием или в режим энергосбережения как локально через цифровой вход на разъеме питания, так и удаленно по радиоканалу.

Таким образом, возможность использования режима энергосбережения обеспечивает увеличение длительности работы устройства без дополнительного расходования внешних энергетических ресурсов, что дополнительно повышает эксплуатационные характеристики устройства.

Передача данных через все активные коммуникационные интерфейсы обеспечивается одновременно по времени благодаря специальному антиколлизионному протоколу доступа в радиоканал с временным разделением (TDMA) и возможности создавать несколько виртуальных каналов передачи данных в одном радиоканале.

Сервисное программное обеспечение «РАЙПЕКС-МОНИТОР» предоставляет возможность распределенного мониторинга корпоративного класса, включает в себя программно-аппаратные средства управления радиосетью через веб-интерфейс в режиме реального времени в процессе тестирования, настройки и эксплуатации и позволяет:

- осуществлять глобальный мониторинг параметров сети с использованием SNMP, получать мгновенное отображение состояния сети и контролировать жизнеспособность и целостность всех соединений;

- автоматически обнаруживать сетевые устройства, SNMP OID и файловые системы;

- использовать гибкий механизм оповещений, основанных на e-mail, для создания уведомлений любого события;

- создавать функции отчетности, графического отображения и визуализации данных, основанных на данных истории;

- предоставлять права доступа с безопасной аутентификацией пользователей и установлением доступа отдельным пользователям к конкретным страницам и т.п.

Заявленная полезная модель поясняется фигурой 1, на которой представлена схема радиомодема-маршрутизатора.

На фигуре 1 позициями 1-45 обозначены:

1 - корпус радиомодема,

2 - передатчик,

3 - приемник,

4 - антенно-разделительный модуль,

5 - блок цифровых интерфейсов,

6 - GPS-приемник,

7 - модуль питания,

8 - процессорный модуль,

9 - формирователь служебных сигналов,

10 - блок обнаружения и контроля,

11 - блок управления автоматической регулировки усиления,

12 - блок синхронизации,

13 - блок настройки,

14 - цифровой вход передающего модуля,

15 - входной адаптивный фильтр,

16 - блок формирования служебной информации,

17 - блок измерения параметров канала,

18 - синхронизатор приемника,

19 - оптимизатор передатчика,

20 - оптимизатор приемника,

21 - буфер,

22 - синхронизатор передатчика,

23 - кодер,

24 - формирователь спектра сигнала,

25 - умножитель,

26 - модулятор,

27 - блок циклической перестановки,

28 - переключатель,

29 - переключатель,

30 - буфер,

31 - ЦАП,

32 - выходной фильтр,

33 - канал связи передатчика,

34 - канал связи приемника,

35 - автоматический регулятор усиления,

36 - АЦП,

37 - буфер,

38 - компенсатор сдвига частоты,

39 - демодулятор,

40 - предкорректор,

41 - корректор,

42 - декодер,

43 - буфер,

44 - блок распознавания служебных сигналов,

45 - оптимизатор.

Согласно фигуре 1 радиомодем-маршрутизатор содержит корпус 1, внутри которого размещены электрически соединенные между собой передатчик 2, приемник 3, антенно-разделительный модуль 4, блок цифровых интерфейсов 5, GPS-приемник 6 и модуль питания 7.

В свою очередь, передатчик 2 содержит формирователь служебных сигналов 9, цифровой вход передающего модуля 14, оптимизатор передатчика 19, буфер 21, синхронизатор передатчика 22, кодер 23, формирователь спектра сигнала 24, умножитель 25, модулятор 26, блок циклической перестановки 27, переключатель 28, переключатель 29, буфер 30, ЦАП 31, выходной фильтр 32, канал связи передатчика 33, блок распознавания служебных сигналов 44.

Приемник 3 содержит процессорный модуль 8, блок обнаружения и контроля 10, блок управления автоматической регулировки усиления 11, блок синхронизации 12, блок настройки 13, входной адаптивный фильтр 15, блок формирования служебной информации 16, блок измерения параметров канала 17, синхронизатор приемника 18, оптимизатор приемника 20, канал связи приемника 34, автоматический регулятор усиления 35, АЦП 36, буфер 37, компенсатор сдвига частоты 38, демодулятор 39, предкорректор 40, корректор 41, декодер 42, буфер 43, оптимизатор 45.

Все режимы работы, взаимодействие составных частей радиомодема между собой, управление блоком питания и GPS-приемником обеспечиваются сигналами от процессорного модуля 8, установленного в приемнике 3.

Антенные разъемы приемопередатчика могут иметь два различных исполнения:

- один приемопередающий разъем A1(1xTx/Rx);

- раздельные разъемы A1(1xTx/Rx) и A2(1xRx).

GPS-приемник 6 с антенным разъемом A3 предназначен для синхронизации всех радиомодемов в радиосети с помощью программно реализованного в процессорном модуле NTP-сервера точного времени (на фигуре не показан).

Взаимодействие составных частей радиомодема осуществляется в двух основных режимах: служебный режим установления соединения и рабочий режим передачи пользовательских данных. Служебный режим установления соединения осуществляется следующим образом.

По сигналу с блока управления 8 базовый (ведущий) радиомодем передает в канал радиосвязи два синусоидальных сигнала на частотах, которые генерируются формирователем служебных сигналов 9. Эти сигналы передаются до тех пор, пока абонентский (ведомый) радиомодем не обнаружит их с помощью блока обнаружения 10 и не начнет передавать в ответ ответный сигнал в виде двух синусоидальных сигналов. После обнаружения ответного сигнала в базовом радиомодеме его передатчик генерирует определенное число блоков из N-отсчетов ответного сигнала, также состоящего из двух синусоид.

Таким образом, двухчастотный сигнал используется для обнаружения факта начала работы базового и абонентского устройств. Кроме того, этот сигнал в каждом радиомодеме используется для вычисления управляющего сигнала в блоке управления АРУ 11 и вычисления частотного Δƒ и временного Δτ сдвигов в блоке синхронизации 12.

После передачи двухчастотного сигнала передатчик каждого радиомодема генерирует фиксированное число блоков сигнала с требуемой модуляцией. По этому сигналу в блоке настройки 13 вычисляются: передаточная функция сквозного тракта, включающего канал цифрового ввода 14 и входной адаптивный фильтр 15, передаточная функция входного адаптивного фильтра и коэффициенты предыскажений. Одновременно двухчастотный сигнал поступает на блок формирования служебной информации 16.

Затем передатчик базового радиомодема генерирует одночастотный синусоидальный сигнал. По этому сигналу в блоке измерения параметров канала 17 осуществляется измерение мощности шумов в канале связи. Одночастотный синусоидальный сигнал продолжает передаваться до окончания измерений характеристики обратного канала блоками настройки и измерения. Измеренные и вычисленные мощность шумов и коэффициенты предыскажений передаются по каналу обратной связи между радиомодемами. Для этого используется фиксированное число блоков служебного сигнала с квадратурной амплитудной модуляцией с минимально возможным количеством комбинаций амплитудных и фазовых сдвигов.

После окончания передачи блоков служебного сигнала принятые данные поступают в оптимизатор передатчика 19 с целью формирования параметров оптимальной сигнально-кодовой конструкции, которая будет использоваться на этапе передачи данных в рабочем режиме. Аналогичные параметры вычисляются в оптимизаторе приемника 20 и затем используются при декодировании сигнала в рабочем режиме.

Из-за достаточно узкого спектра служебного сигнала передается фиксированное число блоков служебного сигнала с целью настройки адаптивных блоков приемника, спектральные параметры блоков служебного сигнала аналогичны параметрам сигнала в рабочем режиме.

После окончания передачи и приема блоков служебного сигнала стартует рабочий режим передачи пользовательских данных.

На этом этапе блок управления 8 формирует специальные информационные символы, транслируемые на кодер 23 через канал цифрового ввода 14, буфер 21 и синхронизатор передатчика 22. Кодер 23 конвертирует эти символы в сигналы амплитудной модуляции, одинаковые для всех частот используемого спектра в соответствии с параметрами сигнально-кодовой конструкции, сформированной оптимизатором передатчика 19 на этапе установления служебного соединения.

Формирователь спектра сигнала 24 определенным способом расставляет информационные символы с выхода кодера 23 и добавляет к ним служебные компоненты, необходимые для обеспечения работы приемника 3 с требуемым запасом энергетики.

Далее в умножителе 25 производится умножение частотной компоненты на коэффициент предыскажения, полученный по каналу обратной связи. Модулятор 26 выполняет преобразование Фурье и результирующий сигнал во временной области поступает на блок циклической перестановки 27 для последующего преобразования апериодической свертки в канале связи в циклическую свертку. Сформированные с помощью переключателей 28 и 29 блоки временных отсчетов через буфер 30, ЦАП 31 и выходной фильтр 32 поступают в канал связи 33.

На следующем этапе приема данных сигнал из канала связи 34 через регулируемый усилитель АРУ 35, АЦП 36 и буфер 37 поступает на входной адаптивный фильтр 15, коэффициенты которого подстраиваются в зависимости от переменных характеристик канала связи. Затем в блоке синхронизации 12 по нескольким тестовым компонентам вычисляются оценки сдвигов по частоте и задержке, которые используются в компенсаторе сдвига частоты 38 и в синхронизаторе 18. Сигнал после компенсации частотного сдвига демодулируется в демодуляторе 39 с помощью обратного преобразования Фурье и поступает на вход предкорректора 40, который обеспечивает коррекцию фазовых сдвигов, вызванных неточностью компенсатора сдвига частоты, медленным фазовым дрожанием и т.п., а также осуществляет автоматическую регулировку усиления.

Корректор 41 осуществляет адаптивную коррекцию спектра сигнала путем умножения всех его компонент на подстраиваемые коэффициенты коррекции. После декодирования декодером 42 приемная версия переданного блока информационных символов через оптимизатор приемника 20 подается на блок распознавания служебных сигналов 44 и на формирователь приемной версии сигнала 45. Этот формирователь, используя параметры сигнально-кодовой конструкции, поступающие с оптимизатора 20, синтезирует приемную версию рабочего сигнала. Приемная версия сигнала затем используется совместно с передаточной функцией сквозного тракта для вычисления коэффициента коррекции, а также коэффициентов входного адаптивного фильтра 15. Одновременно приемная версия переданного блока информационных символов через буфер 43 направляется в блок цифровых интерфейсов 5 и далее поступает пользователю.

Максимальная скорость радиомодема-маршрутизатора

- в радиоканале шириной 25 кГц: 21 кбит/с при максимальной мощности 10 Вт,

- в радиоканале шириной 25 кГц: 166 кбит/с при максимальной мощности 5 Вт,

- в радиоканале шириной 50 кГц: 330 кбит/с при максимальной мощности 3 Вт,

- в радиоканале шириной 100 кГц: 550 кбит/с при максимальной мощности 2 Вт,

- в радиоканале шириной 200 кГц: 1100 кбит/с при максимальной мощности 2 Вт.

Радиомодем-маршрутизатор предназначен для работы в условиях районов с умеренным или суровым климатом, категория размещения - в отапливаемых помещениях или в уличных боксах класса защиты IP56 в неотапливаемых помещениях, при температуре окружающей среды: предельная минус 60°С-плюс 70°С, рабочая минус 40°С-плюс 55°С, относительная влажность среды не более 85% при температуре 25°С и соответствует требованиям, предъявляемым к аппаратуре группы С2 по ГОСТ 16019-2001 в части стойкости к воздействию механических и климатических факторов.

Claims (1)

1. Радиомодем-маршрутизатор, характеризующийся тем, что выполнен с функцией ретрансляции и программной реализацией в одном радиомодеме функции базового устройства, ретранслятора и удаленного устройства и содержит корпус с размещенными в нем связанными между собой модулями передатчика и приемника, причем каждый из модулей связан с антенно-разделительным модулем, а модуль приемника содержит процессорный модуль; модулем GPS-приемника, обеспечивающим синхронизацию с программно встроенным в операционную систему процессорного модуля NTP-сервером точного времени; модулем питания; блоком цифровых интерфейсов, включающим коннекторы со степенью защиты IP51 и интерфейсы: Ethernet, USB, СОМ1 RS-232, COM2 RS-232 и COM2 RS-485, назначаемыми программно, голосовые интерфейсы и интерфейс сжатого видео по технологии VoIP, причем модуль передатчика выполнен с возможностью использования сигнально-кодовых конструкций с экспоненциальными модуляциями CPFSK и с линейными модуляциями с высокой спектральной эффективностью: 256QAM, 64QAM, 16DEQAM, D8PSK, π/4DQPSK; процессорный модуль связан с модулем GPS-приемника и выполнен с возможностью программной реализации функций альтернативной маршрутизации, ARP-прокси, VLAN, L2, L3, L4, QoS, VPN, NTP, NAT, GRE/IPSec-туннелей, SNMP-агента, поддержки основных SCADA-протоколов, а также алгоритмов CRC32, FEC, Треллис-кодирования с декодером Витерби, а антенно-разделительный модуль выполнен с возможностью приема-передачи Rx/Tx в режиме симплекса, двухчастотного симплекса и полного дуплекса, включая опции раздельного исполнения антенных разъемов Tx/Rx и Rx; кроме того, радиомодем-маршрутизатор выполнен с возможностью программной реализации функции «прозрачной» передачи данных по радиоканалу в режиме «Мост»; осуществления гарантированной адресной доставки данных в режиме «Маршрутизатор»; контроля доступа в радиоканал; работы в режиме энергосбережения; реализации функций «горячего» резервирования канала связи 1+1 и создания гибридных радиосетей с радиоустройствами сторонних производителей; с возможностью локального и удаленного конфигурирования и управления радиомодемом через вэб-интерфейс, содержащий в том числе подробную контекстную справку по каждому разделу.

Images