Краткое описание функционирования станции

Сравнительный анализ радиостанций
РС-46МЦ Ижевского радиозавода
и РС-46М Владимирского завода.
1 Сравнение структур радиостанций.
1.1 Структура радиостанции РС-46М.
Упрощенная структурная схема радиостанции РС-46М производства
Владимирского завода «Электросигнал» представлена на рисунке 1.
К ДСП1
К ДСП2
АНАЛОГ
АПУ
АПП
АПК
К ДНЦ
ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК
АТУ
К ТУ-ТС
К МАГ
К МТТ
A/D D/A
ПГС
МПК
ЦИФРА
Рис. 1
Станция представляет собой аналоговый коммутатор, работающий под
управлением цифрового автомата.
Состав аналогового коммутатора:
- адаптер проводного канала (АПК),
- адаптер пультов управления (АПУ),
- адаптер приемопередатчика (АПП),
- адаптер телеуправления-телесигнализации (АТУ)
Назначение аналогового коммутатора:
- аналоговая обработка тональных и речевых сигналов (согласование
по уровням, фильтрация, выделение управляющих команд),
- коммутация аналоговых сигналов между адаптерами
- организация группового канала методом аналогового суммирования
сигналов
Состав цифрового автомата:
- приемник-генератор сигналов (ПГС)
- микропроцессорный комплект (МПК)
Назначение цифрового автомата:
- распознавание и формирование тональных команд при работе с
распорядительной станцией,
- управление режимами работы аналогового коммутатора
Краткое описание функционирования станции:
Аналоговые тональные и речевые сигналы поступают на
соответствующие адаптеры: адаптер проводного канала (АПК), адаптер пультов
управления
(АПУ),
адаптер
приемопередатчика
(АПП),
адаптер
телеуправления-телесигнализации (АТУ), где производится их обработка
(согласование по уровням, фильтрация, выделение управляющих команд).
Распознавание и формирование тональных команд при работе с
распорядительной станцией осуществляется цифровым способом приемникомгенератором сигналов (ПГС), для чего в составе ПГС имеется аналого-цифровой
и цифро-аналоговый преобразователи.
Управление режимами работы осуществляет плата микропроцессорного
комплекта (МПК), которая анализирует выделенные адаптерами и ПГС
управляющие сигналы и формирует команды на соединение двух адаптеров
между собой. На входах адаптеров установлены аналоговые мультиплексоры.
Через выбранный канал мультиплексора сигнал от одного адаптера поступает
на другой и дальше после соответствующего согласования и фильтрации
подается в линию связи. При необходимости организуется групповой канал, для
чего на соответствующем адаптере производится аналоговое суммирование
сигналов от нескольких источников.
1.2 Структура радиостанции РС-46МЦ.
Упрощенная структурная схема радиостанции РС-46МЦ разработки
ОАО «Ижевский радиозавод» представлена на рисунке 2.
К ДНЦ
К ДСП1
К ДСП2
К МТТ
К МАГ
К ТУ-ТС
АНАЛОГ
ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК
A A
D D
A A
D D
A A
D D
A A
D D
A A
D D
АПК
АПУ1
АПУ2
АСК
АМФ
A A
D D
АПП
ЦК-8
Центральный
процессор
ЦСП
ЦИФРА
Рис. 2
Станция представляет собой цифровой пространственно-временной
коммутатор с цифровым управлением.
Состав аналоговой части станции:
- аналоговые интерфейсы адаптеров АПК, АПУ, АСК, АМФ, АПП
Назначение аналоговой части:
-
осуществление согласованного стыка с внешними аналоговыми
сигналами (согласование по уровням, фильтрация, выделение
управляющих команд).
Состав цифрового пространственно-временного коммутатора с цифровым
управлением:
- цифровые адаптеры АПК, АПУ, АСК, АМФ, АПП
- цифровая коммутационная матрица
- центральный процессор
- цифровой сигнальный процессор
Назначение цифрового пространственно-временного коммутатора с
цифровым управлением:
- преобразование нормализованных аналоговых сигналов в
последовательный цифровой код
- объединение цифровых сигналов поканально в общую шину
- выделение управляющих команд
- коммутация цифровых сигналов между адаптерами
- организация группового канала методом цифрового суммирования
сигналов
Краткое описание функционирования станции:
Аналоговые тональные и речевые сигналы поступают на
соответствующие адаптеры (название адаптеров аналогично РС46М, однако их
функции и структура отличаются от РС46М), где производится их обработка:
согласование по уровням, фильтрация, выделение управляющих команд и
преобразование в цифровой последовательный код (ИКМ). Распределенные во
времени цифровые отсчеты аналоговых сигналов, поканально объединяются
общей шиной и передаются на плату цифрового коммутатора (ЦК-8) в
коммутационную матрицу. Цифровой сигнальный процессор (ЦСП)
анализирует информацию в каналах, и при появлении управляющих команд
информирует центральный процессор, который дает команду коммутационной
матрице на организацию соединения двух адаптеров. Цифровые отсчеты от
одного адаптера поступают на другой, где преобразуются в аналоговый сигнал,
согласовываются по уровню и передаются в линию связи. При необходимости
организации группового канала ЦСП производит цифровое суммирование
отсчетов нескольких адаптеров.
Замена ячейки АПК на АЦК позволяет подключать радиостанцию РС46МЦ непосредственно к цифровому каналу.
1.3 Выводы.
Недостатки аналоговой структуры РС-46М:
- аналоговая обработка сигналов со всеми присущими ей недостатками
(погрешности, шумы, производительность и т.д.)
- жесткие алгоритмы обработки сигналов, определяемые
схемотехническими решениями
- невозможность сопряжения с цифровым приемопередатчиком
- невозможность работы с цифровым каналом связи
Достоинства цифровой структуры РС-46МЦ:
-
-
цифровая обработка сигналов со всеми присущими ей
достоинствами: (пониженные погрешности и шумы, высокая
производительность и т.д.)
гибкие алгоритмы обработки сигналов, определяемые программным
обеспечением а не схемотехническими решениями
возможность сопряжения станции с цифровым приемопередатчиком
непосредственная работа с цифровым каналом связи
2
Сравнение
приемопередатчиков
УПП-1
радиозавода с УПП-1МВ Владимирского завода.
Ижевского
В таблице приведены некоторые основные отличия УПП-1(РС-46МЦ) от УПП1МВ (РС-46М):
Отличия
Преимущества решения
1. В структуре приемопередатчика Повысился КПД источника питания
отсутствует
вторичный станции
преобразователь напряжения, схема
питания построена на использовании
напряжений
первичных
преобразователей основного модуля
электропитания
2. В выходном каскаде передатчика Повысился КПД выходного каскада и
вместо согласующих трансформаторов уменьшился
уровень
побочных
применена комбинация Г и П контуров излучений на 20 дБ
3. В выходном каскаде использован Повысилась надежность выходного
серийно выпускаемый транзистор каскада при рассогласовании с АФУ (с
меньшей стоимости и с улучшенными учетом п.2)
характеристиками
4. Узел переключения режимов Отпала необходимость в повышающем
прием/передача
построен
на преобразователе на 60 В.
низковольтной элементной базе (5 В)
5. Схема автоматической регулировки Повысилась устойчивость работы
мощности
(АРМ)
управляет усилителя
мощности
при
непосредственно
выходной рассогласовании АФУ. Повысился
мощностью выходного каскада
КПД выходного каскада
6. Для тракта приема и передачи Используется совместно для трактов
применен единый синтезатор частоты
передатчика и приемника
7. Входной смеситель приемника, Повысился запас параметра по
реализован на двухзатворном полевом интермодуляционной
транзисторе
избирательности.
8. Подавитель импульсных помех Позволило выполнить требования ТЗ с
(ПИП) включен перед смесителем
гарантированным
технологическим
запасом. Повысилась эффективность
работы ПИП
9. Изменен принцип формирования Улучшилась стабильность линейности
напряжения регистрации
напряжения регистрации
10. Применена принципиально другая Повысилась устойчивость работы
схема подавителя шума, основанная на приемника, особенно при малых
параллельном анализе сигналов двух сигналах.
цепей – шума и напряжения
регистрации,
11. Изменена схема АРУ в модуляторе Увеличился динамический диапазон
передатчика
АРУ,
увеличилась стабильность
ограничения максимальной девиации
частоты при работе в эфире
12. Применены высококачественные
Значительно
улучшилась
полосовые фильтры фирм Морион и избирательность по соседнему каналу.
Murata в тракте основной селекции Обеспечена стабильность параметра
приемного тракта
при серийном производстве.
13.
Отсутствует
промежуточный Применено
прямое
включение.
врубной ВЧ соединитель
Повысилась надежность соединения
УПП
и
АФУ
и
повысилась
технологичность производства за счет
исключения нестандартного изделия.
14.
Применен
последовательный Повысилась гибкость управления УПП
цифровой канал управления работой за счет использования программного
УПП
управления
УПП.
Значительно
снизилось количество цепей между
станцией и УПП для контроля и
управления.
15.
Использована
технология Повысилась надежность УПП и
поверхностного монтажа элементов
стабильность
его
параметров,
значительно
повысилась
технологичность производства
16. Приемопередатчик выполнен на Уменьшились
массогабаритные
двух
платах:
плата показатели в 1.5 раза
приемника/передатчика
и
плата
усилителя мощности
3 Особенности интерфейса проводного канала радиостанции
РС-46МЦ.
Некоторые основные отличия интерфейса проводного канала приведены в
таблице.
Отличия
Преимущества решения
1. Использована схема универсального Появилась возможность работать в 2 и
стыка
4 проводных линиях связи без замены
модулей.
2. Применена схема цифрового Имеет более качественные шумовые
автоматического регулятора усиления, характеристики при малых сигналах,
реализованная по компандерному чем в
схеме с
классическим
принципу
аналоговым АРУ.
3. Имеется возможность отключения Расширение
схемы АРУ
возможностей
функциональных
использования
интерфейса проводного канала
4 Отличие пульта управления ПУС радиостанции РС-46МЦ
от РС-46М.
Отличия
Преимущества решения
Используется тональное 2-х частотное 1. Появилась возможность передачи
управление ( в отличие от токового в команд управления по каналам систем
ПУС РС-46М)
уплотнения.
2.
Значительно
повысилась
надежность передачи команд.
3. Значительно увеличилась дальность
дистанционного
выноса
пульта
управления
4. Повысилась надежность пультов за
счет
исключения
внешних
высоковольтных цепей управления
5 Особенности программного обеспечения РС-46МЦ.
Поскольку структура радиостанций ( см. раздел 1) отличается
кардинальным образом, то в целом судить об отличиях программного
обеспечения одной станции от другой будет некорректно. В той и другой
станции имеется схема анализа и выделения команд управления радиостанцией.
Рассмотрим отличия алгоритмов работы программного обеспечения на примере
функционирования этих цифровых решающих устройств.
Отличия сравнимых характеристик приведены в таблице
Тип станции
Характеристики
1. Алгоритм работы цифрового сигнального процессора
2. Количество точек цифрового фильтра
3. Полоса цифрового фильтра
РС-46М
Классический
алгоритм
ШОУ
Не более 150
Не менее +100 Гц
РС-46МЦ
модифицирова
нный алгоритм
ШОУ с
последующей
корреляционно
й обработкой
1024
+- 10 Гц
Использование
оригинального
программного
обеспечения
с
последующей корреляционной обработкой спектральной составляющей сигнала
совместно с оптимальным схемотехническим решением позволило значительно
повысить достоверность выделения команд в самых неблагоприятных шумовых
условиях проводного канала.
Краткое описание функционирования схем анализа и выделения команд
управления радиостанций
1 В радиостанции РС-46М реализован следующий принцип анализа –
ЦСП, работающий на F= 5 МГц, осуществляет предфильтрацию
анализируемого сигнала, усиливает и ограничивает (широко известная в теории
оптимального обнаружения схема ШОУ), а затем фильтрует по 5 основным
частотам. Затем из полученного частотного распределения, в зависимости от
временного распределения формируется номер полученной посылки.
Данный алгоритм и его конкретная программно-схемотехническая
реализация имеет следующие ограничения:
использование ЦСП с низкой тактовой частотой привело к малому
количеству доступных команд за время прихода одной посылки (к примеру,
команда ПРИЕМ – 200 мс). Простой подсчет показывает, что за время 200 мс
процессор успеет выполнить не более 500 000 команд. Взяв частоту
дискретизации 8 кГц, за 200 мс получим 1600 отсчетов. Отсюда следует, что
число команд за прошедших за один отсчет АЦП = 312. Соответственно фильтр,
работающий по ДПФ, будет иметь не более 150 точек. Поэтому полоса
пропускания данного фильтра получается широкой.
2 В радиостанции РС-46МЦ был применен модифицированный
алгоритм ШОУ с последующей корреляционной обработкой на базе более
производительного процессора. Для обеспечения запаса по командам
использован ЦСП на 22 млн. тактов в секунду с параллельным выполнением до
8 операций за такт, со встроенным 13 разрядным АЦП. В результате удалось
получить большой запас по командам за один отсчет АЦП (2750 команд), что
позволило реализовать фильтры на 1024 точек с полосой +-10 Гц.
Данный алгоритм проверен на максимальную производительность в
наихудших сочетаниях входных воздействий на матмоделе в MATCAD и
подтвержден испытаниями на радиостации.
6 Отличительные характеристики.
Наиболее характерные отличительные параметры приведены в таблице.
Тип станции
Характеристики
1. Мощность передатчика, Вт
3. Чувствительность приемника, мкВ
- диапазон ГМВ
- диапазон МВ
43РТС
10  2
РС-46М
12  2
РС-46МЦ
12  2
50
5
0,5
5
0,5
187-242
21-28
140-280
18-36
80
135
25
70
4. Напряжение питания, В
- основного источника питания
- резервного источника питания
5. Потребляемая мощность от сети 220В,
50Гц, Вт, не более
- в режиме приема
- в режиме передачи
120
6. Габаритные
высота) мм
размеры
(длина,
ширина, 280х660x880 276х358х429
7. Масса, кг, не более
249х298х256
75
19
7,5
есть
есть
есть
нет
нет
есть
10. Количество
пультов
управления
станционного диспетчера (ПУС)
1
2
2
11. Возможность удаленного подключения
ПУС по аналоговым физическим линиям
связи
есть
есть
есть
12. Возможность удаленного подключения
ПУС по каналам цифровых систем
передачи
нет
нет
есть
11
4
аналогоцифровая
цифровая
8. Возможность
работы
линейных сетях связи
в
аналоговых
9. Возможность работы в цифровых сетях
13. Количество ТЭЗ базового блока
14. Внутренняя архитектура базового блока
аналоговая
Отличительные особенности радиостанции РС-46МЦ
Ижевского радиозавода от прототипа РС-46М.
1. Уменьшены габариты и масса станции более чем в 2 раза;
2. Снижена потребляемая мощность в 2,5 раза;
3. При сборке печатных плат применен поверхностный монтаж;
4. Современная надежная импортная элементная база: ПЛИС Altera,
DSP Texas Instruments, контроллеры Atmel;
5. Современная идеология построения: внутренние обработка,
формирование и коммутация сигналов производится цифровым способом.
Преобразование сигналов в аналоговую форму производится только на
аналоговых стыках. Внутренняя работа осуществляется в дуплексном
режиме, симплекс появляется при необходимости на аналоговых стыках.
Такая организация позволяет легко адаптировать станцию к различным
условиям применения (подключение к цифровым или аналоговым каналам),
обеспечивает возможность дальнейшего развития в качестве дуплексной
аналоговой или цифровой станции (заменой приемопередатчика), вводить
новые функциональные возможности путем развития программного
обеспечения, осуществлять глубокое самотестирование и самодиагностику.
6. Модульный принцип построения облегчает ремонт и модернизацию
станции. Например: для организации цифрового интерфейса с аппаратурой
ОТС-Ц необходимо произвести замену всего одной платы из состава
станции.
7 Перспективы развития РС-46МЦ.
а) Поскольку внутренняя архитектура РС-46МЦ построена по цифровой
идеологии, а аналоговый сигнал появляется только на стыках с аналоговым
оборудованием, то радиостанция легко адаптируется к работе в цифровых сетях
связи путем замены модуля стыка с аналоговым проводноым каналом на модуль
стыка с цифровым каналом (одна плата)
К ДСП1
К ДСП2
К МАГ
К МТТ
К ТУ-ТС
К ДНЦ
АНАЛОГ
АЦК
A A
D D
A A
D D
A A
D D
A A
D D
АПУ1
АПУ2
АСК
АМФ
ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК
A A
D D
АПП
ЦК-8
Центральный
процессор
ЦИФРА
ЦСП
б) возможна замена аналогово приемопередтчика цифровым и
соответственно организация цифрового радиоканала с возможностью передачи
голоса и данных.
К МТТ
К ДНЦ
К ДСП1
К ДСП2
К МАГ
Канал
данных
АНАЛОГ
A A
D D
ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК
A A
D D
ВОКОДЕР
АЦК
АПУ1
АПУ2
АСК
АМФ
АПП
ЦК-8
ЦИФРА
Центральный
процессор
ЦСП
в)
РС-46МЦ
является
аппаратно-программным
продуктом,
функциональные возможности которого определяются в большой степени
программным обеспечением. Функции могут гибко меняться путем
переконфигурирования параметров или перепрограммированием станции.