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CN109274391A - 一种小型超视距无线通信设备 - Google Patents

一种小型超视距无线通信设备 Download PDF

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CN109274391A CN201811380768.0A CN201811380768A CN109274391A CN 109274391 A CN109274391 A CN 109274391A CN 201811380768 A CN201811380768 A CN 201811380768A CN 109274391 A CN109274391 A CN 109274391A
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Abstract

本发明公开了一种小型超视距无线通信设备，涉及散射通信技术领域。它包括业务处理单元、调制解调单元、射频单元、监控单元、路由器模块、对讲机模块、电源模块、对讲机天线和wifi天线。本设备有IP数据速率自适应和区域无线接入功能，支持话音及IP数据业务，集成对讲机网关单元，可快速接入用户对讲机。它采用小型化设计，重量轻，易部署、可快速架设开通，操作简便，可由单人背负进行机动开通，可以解决自然灾害和突发事件中的超视距应急通信难题，可快速为救援队伍建立指挥所与事故现场之间点对点的超视距通信链路，为指挥系统提供保障平台，大幅度提高救援与抢修的效率，使得散射通信服务能力和使用效果得以提升。

Description

一种小型超视距无线通信设备
技术领域
本发明涉及散射通信技术领域，特别是指一种小型超视距无线通信设备，适用于在70km距离内的超视距无线通信，可点对点传输话音、数据和图像业务。
背景技术
在超视距无线通信中，对流层散射通信是唯一无须转发器实现地面大容量超视距无线通信的通信手段。现有的小型背负式散射通信装置克服了传统的散射通信装置设备成本偏高、机动能力较差等缺点，设备的经济性、可靠性和机动性较固定站或车载站散射通信装置得到了明显的改善，而且抗信道衰落和抗单频干扰能力也有了极大的提高。随着通信方式网络化不断发展演进，通信系统在通信带宽以及业务承载能力等诸多方面的要求不断提高，现有的小型背负式散射通信存在的传输能力较低、传输业务种类少、对信道资源利用不充分等缺点日益显现，设备潜能存在待挖掘的显著空间。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种小型超视距无线通信设备，在原有背负式散射通信设备上进行改造，扩展了原有背负式散射设备传输速率和业务范围。本发明具有IP数据速率自适应和区域无线接入功能，支持话音及IP数据业务，集成对讲机网关单元，可快速接入用户对讲机。本发明采用小型化设计，重量轻，易部署、可快速架设开通，操作简便，可由单人背负进行机动开通。本发明可以解决自然灾害和突发事件中的超视距应急通信难题，可快速为救援队伍建立指挥所与事故现场之间点对点的超视距通信链路，为指挥系统提供保障平台，大幅度提高救援与抢修的效率，使得散射通信服务能力和使用效果得以提升。
本发明的目的是这样实现的：
一种小型超视距无线通信设备，其包括勤务手柄1、调制解调单元3、监控单元5、路由器模块6、对讲机网关单元7、电源模块8、组合式天线9、对讲机天线10、wifi天线11、业务处理单元2和射频单元4；勤务手柄1的输入端口1与外部发送话音端口A1连接，输出端口2与外部接收话音端口A2连接；业务处理单元2的输入端口1、输出端口2分别与勤务手柄1的输出端口3、输入端口4连接，输入端口3、输出端口4分别与路由器模块6的输出端口2、输入端口1连接，输入端口5、输出端口6分别与监控单元5的输出端口2、输入端口1连接，输入端口7、输出端口8分别与调制解调单元3的输出端口2、输入端口1连接，输入/输出端口9与射频单元4的输入/输出端口4连接；调制解调单元3的输出端口3、输入端口4分别与射频单元4的输入端口1、输出端口2连接；射频单元4的输入/输出端口3与组合式天线9的输入/输出端口1连接；监控单元5的输入/输出端口3与路由器模块6的输入/输出端口2连接，输入/输出端口4与对讲机网关单元7的输入/输出端口1连接；对讲机网关单元7的输入/输出端口2与对讲机天线10的输入/输出端口1连接；路由器模块6的输入/输出端口3与wifi天线11的输入/输出端口1连接，输入/输出端口4、5分别与外部交换IP数据；电源模块8的出端+V电压端与各部件相应电源端并接。
具体的，所述业务处理单元2包括话音编解码模块12、接口转换模块13和辅助复分接器14；话音编解码模块12的输入端口1、输出端口2分别与勤务手柄1的输出端口3、输入端口4连接，输出端口3、输入端口4分别与辅助复分接器14的输入端口1、输出端口2连接；接口转换模块13的输出端口1、输入端口2分别与路由器模块6的输入端口1、输出端口2连接，输出端口3、输入端口4分别与辅助复分接器14的输入端口3、输出端口4连接；辅助复分接器14的输入端口5、输出端口6分别与监控单元5的输出端口2、输入端口1连接，输出端口8、输入端口7分别与调制解调单元3的输入端口1、输出端口2连接，输入/输出端口9与射频单元4的输入/输出端口4连接。
具体的，所述射频单元4包括发信机15、功率放大器16、低噪声放大器19、收信机20、切换开关17和双工器18；发信机15的输入端口1与调制解调单元3的输出端口3连接，输出端口2与功率放大器16的输入端口1连接；功率放大器16的输出端口2与切换开关17的输入端口1连接；切换开关17的输出端口3与双工器18的输入端口1连接，输出端口2与低噪声放大器19的输入端口2连接，输入端口4与双工器18的输出端口2连接；双工器18的输入/输出端口3与组合式天线9的输入/输出端口1连接；低噪声放大器19的输出端口2与收信机20的输入端口2连接；收信机20的输出端口1与调制解调单元3的输入端口4连接；业务处理单元2的输入/输出端口9分别与发信机15的输入/输出端口3、收信机20的输入/输出端口3和切换开关17的输入/输出端口5连接。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1、本发明在同一个设备机箱中集成了业务处理单元2、调制解调单元3、射频单元4、监控单元5、路由器模块6、对讲机网关单元7、电源模块8等部件，减小了传统背负式散射通信设备的体积与重量，并对传统背负式散射通信设备机箱结构进行更改，本发明设备整机具有防淋雨功能，防护等级IP65以上，设备的机动能力得到了显著的改善，可由单人背负进行机动开通工作。
2、本发明采用了便于机动的小型组合式天线9，此天线为碳纤维栅格天线，体积小、重量轻，安装快捷、操作简单。在运输状态下可将天线分解为多个模块放置于同一个背负式背包内进行机动运输，而设备需要开通时，则可在短时间内完成对天线的组合与安装，操作简便。
3、本发明支持IP数据传输，最大可达2048kbps，接口为标准网络口RJ45，传输速率64kb/s、128kb/s、256kb/s、512kb/s、1024kb/s、2048kb/s可设。
4、本发明集成对讲机语音网关，支持对讲机端到端输入。
5、本发明具有无线监控功能，设备监控可通过无线连接在PAD和手机上操作。
6、本发明内置支持802.11a/b/c协议的热点，可接入相应终端。
附图说明
图1是本发明实施例中小型超视距无线通信设备的电原理框图。
图2是本发明实施例中业务处理单元2的电原理框图。
图3是本发明实施例中射频单元4的电原理框图。
具体实施方式
参照图1至图3，一种小型超视距无线通信设备，其包括勤务手柄1、业务处理单元2、调制解调单元3、射频单元4、监控单元5、路由器模块6、对讲机网关单元7、电源模块8、组合式天线9、对讲机天线10和wifi天线11。图1是本设备的电原理方框图，实施例按图1连接线路。图1中勤务手柄1的作用是接收或输出话音信号，其输入端口1接收话音信号并由输出端口3输入到业务处理单元输入端口1进行话音编码处理，其输入端口4接收业务处理单元2输出端口2输出的解码后的话音信号，并将话音信号由输出端口2输出。实施例勤务手柄1采用吉安华声电子设备有限公司生产的SP3.844.024型防水手柄制作。
本设备中的业务处理单元2的作用是完成话音的编译码，对讲机语音、有线数据和无线数据（wifi）的复分接，输入/输出监控信息到射频单元4和调制解调单元3。业务处理单元2由话音编解码12、接口转换13、辅助复分接器14组成。图2是本设备中业务处理单元2的电原理图，实施例按图2连接线路。话音编解码12完成勤务手柄1输出端口3输入的话音信号的放大、D/A、A/D、PCM编码及2.4kb/s的语音压缩编解码，具有回音抵消处理功能；接口转换13完成路由器模块6接口电平与辅助复分接器14TTL电平之间的相互转换。辅助复分接器14将话音编解码12输出端口3输出的话音编码、接口转换13输出端口3输出的有线数据和无线数据（wifi）、监控单元5输出端口2输出的对讲机语音进行复接，形成速率为2.4kbps/320kbps/640kbps/1152kbps/2304kbps的复接信息码流和监控单元5输出端口2输入监控信息由输出端口8输出到调制解调单元3端口1；其输入端口7接收调制解调单元3输出端口2输出的速率为2.4kbps/320kbps/640kbps/1152kbps/2304kbps的分接信息码流和调制解调单元3状态信息，从分接信息码流中还原出话音解码后经输出端口2输出到话音编解码12输入端口4，有线数据和无线数据（wifi）由输出端口4输入到接口转换13输入端口4、对讲机话音数据和调制解调单元3状态信息由输出端口6输出到监控单元5输入端口1；还将监控单元5输出端口2输入的监控信息由输入/输出端口9输入到射频单元4输入/输出端口，将射频单元4输入/输出端口输出的状态信息输入到监控单元5输入端口1。实施例话音编解码12采用美国DVSI公司生产的语音处理器AMBE2000-10和中国台湾华邦电子股份有限公司生产的PCM编译码器W681512RG制作，接口转换13采用美国Maxim公司生产的真RS-232收发器MAX3223EEAP制作，辅助复分接器14采用一块美国Alterna公司生产Cyclone系列数字现场可编程芯片5CEFA5F23I7制作。
本设备调制解调单元3的作用是对由业务处理单元2输出端口8输入的复接信息码流进行信道编码、BPSK/QPSK调制和信号放大，形成发中频信号由其输出端口3输入到射频单元4输入端口1，并由其输入端口4接收由射频单元4输出端口2输出的收中频信号，将收中频信号进行自动增益控制、DAR解调、分集合并和信道译码，由输出端口2输出分接信息码流到业务处理单元2输入端口7。实施例调制解调单元3采用厦门市合佳兴电子有限公司生产的AD9361-A9-C-01型C波段调制解调单元制作。
本设备射频单元4完成收发中频信号与射频信号之间的变换功能，同时对收、发信号进行隔离、滤波和放大，将发射信号放大到额定的功率电平输出到组合式天线9发射。射频单元4由发信机15、功率放大器16、低噪声放大器19、收信机20、切换开关17和双工器18组成。图3是本发明射频单元4的电原理图，实施例按图3连接线路。发信机15输入端口1接收来自调制解调单元输出端口3输出的发中频信号，通过变频完成发射信号中频到射频的频谱搬移并将该信号放大到一定电平，同时将发中频信号中本振泄漏、杂散、谐波、交调等不需要的信号抑制掉，形成发射频信号由输出端口2输出到功率放大器16输入端口1将接收到的发射频信号进行低噪声的放大。功率放大器16输出端口2输出放大后的发射频信号到切换开关17的输入端口1，切换开关17作用是用于发射通道与接收通道的切换使用，开关电路是时分工作的，当设备发射时，发射通道处于接通状态，接收通道处于断开状态，避免在发射时对收通道造成不必要的干扰；当设备接收时，发射通道处于断开状态，接收通道处于接通状态，避免发射信号对接收通道的接收信号造成干扰。切换开关17接收功率放大器16输出的发射频信号由输出端口3输出到双工器，接收双工器输出的收射频信号由输出端口2输出到低噪声放大器的输入端口2，接收业务处理单元3输入/输出端口9输出到输入/输出端口5的监控信号，按监控信号完成收发波道的切换，并由输入/输出端口5反馈状态信号到接收业务处理单元3输入/输出端口9。双工器18输入端口1接收切换开关17输出的发射频信号，并由输入/输出端口3输出到组合式天线9发射；同时由输入/输出端口3接收组合式天线9所接收的对端发射的收射频信号，并将收射频信号由输出端口2发送到切换开关17的输入端口4。低噪声放大器19把切换开关输入的收射频信号进行放大由输出端口1输出到收信机20的输入端口2。收信机20接收低噪声放大器19送来的信号经放大变频后形成收中频信号由输出端口1输出到调制解调单元的输入端口4。业务处理单元3输入/输出端口9输出的监控信号也分别输出到发信机的输入/输出端口3和收信机的输入/输出端口3，对收信机和发信机进行状态监控，发信机的输入/输出端口3和收信机的输入/输出端口3也反馈回各自状态信号到业务处理单元3输入/输出端口9。实施例发信机15、功率放大器16、低噪声放大器19、收信机20、切换开关17均采用通用的模块电路制作，功率放大器16采用氮化镓功放管制作。
本设备监控单元5的作用是监控业务处理单元2、调制解调单元3、射频单元4、路由器模块6和对讲机网关单元7工作状态，对设备进行工作频率设置，基带、中频自环操作，工作方式选择，输出功率控制，控制收发通道工作频率，误码检测，设备故障检测，地理位置输入及上传，设备工作参数的记忆、更新、配置，提供操作环境支持用户的操作指令输入和监控信息查询。实施例监控单元5采用北京天润融创科技有限公司生产的MCS5000-1型主控板制作。
本设备路由器模块6作用是接收和发送有线数据，通过wifi天线11接收和发送无线数据（wifi)，并将监控单元5输入/输出端口3发送的输入/输出端口2接收的监控信息通过输入/输出端口3输出到wifi天线11发送，将输入/输出端口3接收的wifi天线11控制信息通过输入/输出端口2输出到监控单元5输入/输出端口3。实施例路由器模块6采用北京天润融创科技有限公司生产的MCS5000-3型无线路由器制作。
本设备对讲机网关单元7作用是通过对讲机天线10接收和发送对讲机话音，完成无线对讲机话音和数字信号的转换、呼叫等功能。实施例对讲机网关单元7采用北京天润融创科技有限公司生产的MCS5000-4型对讲机模块制作。
本设备电源模块8的作用是提供整个装置的直流工作电压，实施例采用石家庄市大宇科技有限公司生产的DC/DC变换器电源模块DSD90D-24F4-J1制作。
本设备组合式天线9的作用是发送本端小型超视距无线通信设备射频信号和接收来自对端小型超视距无线通信设备的射频信号。实施例组合式天线9采用西安星展测控科技有限公司生产的F120B型散射天线制作。
本设备对讲机天线10的作用是接收和发送对讲机语音信号，实施例对讲机天线10采用科立讯通信股份有限公司生产的DP980型对讲机配套天线制作。
本设备wifi天线11的作用是接收和发送无线网络信号，实施例wifi天线11采用通用的IPX天线制作。
本发明简要工作原理如下：
本设备处于传输的状态时，业务处理单元2接收来自勤务手柄1的话音信号并对其进行话音编码处理，并将话音编码信号与路由器模块6输出的有线数据和无线数据（wifi)、监控单元5输出的对讲机语音复接成发信息码流输入调制解调单元3中进行信道编码、BPSK/QPSK调制和信号放大，形成发中频信号输出到射频单元4。射频单元4将发中频信号进行频谱搬移、放大、滤波形成发射频信号再输出到组合式天线9向外发射出去；同时组合式天线9也接收对方小型超视距无线通信设备发送来的收射频信号，并将该信号输入射频单元4，射频单元4将此收射频信号放大滤波并下变频为收中频信号后输入调制解调单元3进行自动增益控制、DAR解调、分集合并和信道译码输出收信息码流输入业务处理单元2。业务处理单元2进行从信息码流中分接出话音解码后输出到勤务手柄1，分接出有线数据和无线数据（wifi）输出到路由器模块6，处理后有线数据直接通过接收IP数据端口B和C对外输出，无线数据（wifi)通过wifi天线输出，分接出对讲机话音数据由监控单元5输出到对讲机网关单元7；处理后直接通过对讲机天线对外输出，完成接收和发送通信。
本发明安装结构如下：
把图1至图3中除勤务手柄1、组合式天线9外其余电路器件按图1至图3连接线路。它们结构形式分别安装在七块印制板上，射频单元4紧贴机箱底面；电源模块8紧贴机箱右侧面；调制解调单元3紧贴机箱底面，调制解调单元3上面采用螺柱安装业务处理单元2；监控单元5紧贴机箱底面，监控单元5上面采用螺柱安装路由器模块6和对讲机网关单元7。各印制板尺寸如下：
调制解调单元3：128mm×120mm×20mm；
业务处理单元2：100mm×100mm×15mm；
电源模块8：135mm×65mm×25mm；
监控单元5：100mm×73mm×15mm；
射频单元4：210mm×90mm×60mm；
路由器模块6：120mm×120 mm×25mm；
对讲机网关单元7：120mm×50mm×15mm。
然后把七个印制板安装在一个长340mm宽250mm高100mm（不含把手）的设备机箱内，在机箱的前面板上安装与勤务手柄1、组合式天线9、wifi天线和对讲机天线连接的电缆插座，还安装发送IP数据端口B、IP数据端口C的电缆插座，在后面板上安装电池输入端插座，组合式天线9、wifi天线和对讲机天线通过电缆与其机箱上插座连接，组装成本发明。

Claims (3)

1.一种小型超视距无线通信设备，其特征在于：包括勤务手柄（1）、调制解调单元（3）、监控单元（5）、路由器模块（6）、对讲机网关单元（7）、电源模块（8）、组合式天线（9）、对讲机天线（10）、wifi天线（11）、业务处理单元（2）和射频单元（4）；勤务手柄（1）的输入端口1与外部发送话音端口（A1）连接，输出端口2与外部接收话音端口（A2）连接；业务处理单元（2）的输入端口1、输出端口2分别与勤务手柄（1）的输出端口3、输入端口4连接，输入端口3、输出端口4分别与路由器模块（6）的输出端口2、输入端口1连接，输入端口5、输出端口6分别与监控单元（5）的输出端口2、输入端口1连接，输入端口7、输出端口8分别与调制解调单元（3）的输出端口2、输入端口1连接，输入/输出端口9与射频单元（4）的输入/输出端口4连接；调制解调单元（3）的输出端口3、输入端口4分别与射频单元（4）的输入端口1、输出端口2连接；射频单元（4）的输入/输出端口3与组合式天线（9）的输入/输出端口1连接；监控单元（5）的输入/输出端口3与路由器模块（6）的输入/输出端口2连接，输入/输出端口4与对讲机网关单元（7）的输入/输出端口1连接；对讲机网关单元（7）的输入/输出端口2与对讲机天线（10）的输入/输出端口1连接；路由器模块（6）的输入/输出端口3与wifi天线（11）的输入/输出端口1连接，输入/输出端口4、5分别与外部交换IP数据；电源模块（8）的出端+V电压端与各部件相应电源端并接。
2.根据权利要求1所述的小型超视距无线通信设备，其特征在于：所述业务处理单元（2）包括话音编解码模块（12）、接口转换模块（13）和辅助复分接器（14）；话音编解码模块（12）的输入端口1、输出端口2分别与勤务手柄（1）的输出端口3、输入端口4连接，输出端口3、输入端口4分别与辅助复分接器（14）的输入端口1、输出端口2连接；接口转换模块（13）的输出端口1、输入端口2分别与路由器模块（6）的输入端口1、输出端口2连接，输出端口3、输入端口4分别与辅助复分接器（14）的输入端口3、输出端口4连接；辅助复分接器（14）的输入端口5、输出端口6分别与监控单元（5）的输出端口2、输入端口1连接，输出端口8、输入端口7分别与调制解调单元（3）的输入端口1、输出端口2连接，输入/输出端口9与射频单元（4）的输入/输出端口4连接。
3.根据权利要求1所述的小型超视距无线通信设备，其特征在于：所述射频单元（4）包括发信机（15）、功率放大器（16）、低噪声放大器（19）、收信机（20）、切换开关（17）和双工器（18）；发信机（15）的输入端口1与调制解调单元（3）的输出端口3连接，输出端口2与功率放大器（16）的输入端口1连接；功率放大器（16）的输出端口2与切换开关（17）的输入端口1连接；切换开关（17）的输出端口3与双工器（18）的输入端口1连接，输出端口2与低噪声放大器（19）的输入端口2连接，输入端口4与双工器（18）的输出端口2连接；双工器（18）的输入/输出端口3与组合式天线（9）的输入/输出端口1连接；低噪声放大器（19）的输出端口2与收信机（20）的输入端口2连接；收信机（20）的输出端口1与调制解调单元（3）的输入端口4连接；业务处理单元（2）的输入/输出端口9分别与发信机（15）的输入/输出端口3、收信机（20）的输入/输出端口3和切换开关（17）的输入/输出端口5连接。
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