Способ активного контроля рабочих частот без перерыва передачи информации
METHOD FOR ACTIVE CONTROL OF WORKING FREQUENCIES WITHOUT INTERRUPTION IN INFORMATION TRANSMISSION

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в системах радиосвязи (СРС), использующих режим с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ).
Известен «Способ активного контроля рабочих частот» (Патент РФ №2447579, МПК Н04В 3/46, опубл. 10.04.2012 Бюл. №10).
В известном способе сообщение на рабочей частоте передается полностью, за исключением последнего информационного пакета, а последний пакет каждого сообщения передают на одной из резервных частот, при этом на приемной стороне по числу исправленных корректирующим кодом ошибок определяется степень пригодности данной резервной частоты на смену рабочей, и таким образом, резервные частоты расставляются в вариационный ряд, определяющий приоритеты в использовании частот.
Недостатком известного способа является то, что его реализация изначально предполагает наличие обратного канала связи с идеальными характеристиками, что определяет перерывы передачи информации в реальных каналах радиосвязи.
Известен способ определения лучшей частоты на основе предварительного зондирования, описанный в (Комарович В.Ф., Сосунов В.Н. Случайные радиопомехи и надежность KB связи. - М.: «Связь», 1977 г. 136 с., см. стр. 92-98).
В известном способе источник информации последовательно отправляет на каждой из возможных частот заранее подготовленный тестовый блок данных, известный на приемной стороне. При этом системы передачи данных на приемной и передающей сторонах перестраивают с частоты на частоту абсолютно синхронно. Приемник информации производит оценку параметров канала связи на соответствующей частоте и по каналу обратной связи сообщает передающей стороне о качестве канала связи. После получения необходимой статистики по всему выделенному частотному ресурсу принимают решение о выборе рабочей частоты для передачи данных.
Недостатком известного способа является то, что на этапе контроля передача информации прерывается, а поскольку коротковолновый радиоканал является каналом с быстроизменяемыми параметрами, то суммарное время передачи информации сокращается.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому изобретению является «Способ активного контроля рабочих частот» (Патент РФ №2710027, МПК Н04В 1/713, СПК Н04В 1/713, опубл. 24.12.2019, Бюл. №36).
В способе-прототипе на передающей стороне источник информации последовательно отправляет на каждой из возможных частот заранее подготовленный тестовый блок данных, известный на приемной стороне, при этом системы передачи данных на приемной и передающей сторонах перестраивают с частоты на частоту абсолютно синхронно, приемник информации производит оценку параметров канала связи на соответствующей частоте и по каналу обратной связи сообщает передающей стороне о качестве канала связи, после получения необходимой статистики по всему выделенному частотному ресурсу принимают решение о выборе рабочей частоты для передачи данных. При этом сообщают передающей стороне о качестве канала на той частоте, на которой был принят подготовленный тестовый блок, причем, в тот момент, когда принимают подготовленный тестовый блок на текущей частоте, одновременно сообщают передающей стороне о качестве канала на предыдущей частоте.
Недостатком способа-прототипа является то, что этапы контроля рабочих частот предполагают передачу только тестовых блоков с перерывом передачи информации.
Задачей изобретения является создание способа, позволяющего обеспечить возможность передачи информации на всех циклах функционирования в СРС с активным контролем пригодности рабочих частот.
Техническим результатом заявляемого способа является совмещение технических процедур контроля пригодности рабочих частот и передачи информации СРС.
Заявляемый технический результат достигается тем, что источник информации отправляет на каждой из возможных рабочих частот заранее подготовленный тестовый блок данных, известный на приемной стороне, при этом системы передачи данных на приемной и передающей сторонах перестраивают с частоты на частоту абсолютно синхронно, приемник информации производит оценку параметров канала связи на соответствующей рабочей частоте и после получения необходимой статистики по всему выделенному частотному ресурсу принимают решение о выборе рабочих частот для передачи данных, при этом весь временной цикл передачи разделяют на подциклы анализа, передачи вектора частот, передачи данных, при этом длительность подцикла передачи данных выбирают на основе параметров радиоканала, подцикла анализа - на основе времени, необходимого для анализа всех рабочих частот, используемых для передачи данных, подцикла передачи вектора частот - на основе времени, необходимого для передачи двоичной последовательности, содержащей информацию о перечне номиналов рабочих частот, которые будут использовать на длительности подцикла передачи данных, причем алгоритм псевдослучайного выбора рабочих частот и параметры используемого в нем сигнала остаются неизменными на всех подциклах, при этом для передачи данных во всех подциклах используют сформированный сигнал четырехпозиционной квадратурной манипуляции, а на подцикле анализа тестовый блок данных объединяют с информационным блоком таким образом, чтобы нечетные биты относились к тестовому блоку, четные - к информационному, а после демодуляции сигнала на приемной стороне нечетные биты тестового блока анализируют и по степени их искажения делают вывод о пригодности или непригодности рабочих частот, на которых их передавали, затем на приемной стороне формируют вектор частот, элементы которого соответствуют номеру тестируемой рабочей частоты, а значения элементов вектора в виде двоичных чисел содержат информацию о пригодности или непригодности тестируемых рабочих частот, на длительности подцикла передачи вектора частот битовую последовательность вектора частот объединяют с информационными битами таким образом, чтобы нечетные биты относились к вектору частот, а четные - к информационному блоку и передают корреспонденту, где после демодуляции приемником информации четные биты передают получателю сообщения, и на основе информации, содержащейся в векторе частот, заменяют непригодные частоты на резервные, номиналы которых выбирают заранее, при этом подциклы анализа и передачи вектора частот периодически повторяются во время всего сеанса связи.
Технический результат достигается за счет новой совокупности существенных признаков, заключающихся в объединении технологий активного контроля рабочих частот и передачи данных, в заявленном способе передача информации осуществляется на всех этапах функционирования СРС.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг. 1 - частотно-временная матрица, поясняющая принцип активного контроля рабочих частот, реализованного в способе-прототипе;
фиг.2 - частотно-временная матрица, поясняющая принцип активного контроля рабочих частот, реализованного в заявляемом способе;
фиг. 3 - временная диаграмма, поясняющая циклы функционирования СРС с м контролем рабочих частот на основе заявляемого способа.
Реализация заявляемого способа активного контроля рабочих частот без перерыва передачи информации предусматривает выполнение следующих технических операций.
1. Источник информации отправляет на каждой из возможных рабочих частот заранее подготовленный тестовый блок данных, известный на приемной стороне.
Реализация данной процедуры аналогична способу-прототипу, см. [2].
2. Системы передачи данных на приемной и передающей сторонах перестраивают с частоты на частоту абсолютно синхронно.
Реализация указанных процедур для линий радиосвязи с ППРЧ аналогична способу-прототипу, представлена в [1, 2, 4].
3. Приемник информации производит оценку параметров канала связи на соответствующей рабочей частоте и после получения необходимой статистики по всему выделенному частотному ресурсу принимают решение о выборе рабочих частот для передачи данных
Данная процедура раскрыта в способе-прототипе, см. [2].
4. Временной цикл передачи разделяют на подциклы анализа передачи вектора частот и передачи данных, при этом длительность подцикла передачи данных выбирают на основе параметров радиоканала, подцикла анализа - на основе времени, необходимого для анализа всех рабочих частот, используемых для передачи данных, подцикла передачи вектора частот - на основе времени, необходимого для передачи двоичной последовательности, содержащей информацию о перечне номиналов рабочих частот, которые будут использовать на длительности подцикла передачи данных, причем алгоритм псевдослучайного выбора рабочих частот и параметры используемого в нем сигнала остаются неизменными на всех подциклах.
Реализация указанной процедуры основывается на выборе длительностей интервалов передачи данных, анализа и передачи вектора рабочих частот. Определение длительностей данных интервалов, соответствующих подциклам функционирования СРС, определяется параметрами моделей каналов радиосвязи, режимами функционирования линий СРС, видами деструктивных воздействий и раскрыты в работах [5, 6, 7]. Особенностью данной процедуры является сохранение параметров и алгоритма функционирования СРС на всех подциклах.
5. Для передачи данных во всех подциклах используют сформированный сигнал четырехпозиционной квадратурной манипуляции.
Формирование радиосигналов четырех позиционной квадратурной манипуляции известно и раскрыто, в частности, в [8].
6. На подцикле анализа тестовый блок данных объединяют с информационным блоком таким образом, чтобы нечетные биты относились к тестовому блоку, четные - к информационному.
Реализация данной процедуры основывается на выделении очередных битов тестовой и информационной последовательностей и их объединении. Данные операции могут быть реализованы на основе преобразователя параллельного кода в последовательный, описанного, в частности, в [9].
7. После демодуляции сигнала приемником на приемной стороне, нечетные биты тестового блока данных анализируют и по степени их искажения делают вывод о пригодности или непригодности рабочих частот, на которых их передавали.
Операция демодуляции известна и приведена в [6]. Операция определения факта пригодности рабочей частоты аналогична п. 3.
8. Формируют вектор частот, элементы которого соответствуют номеру тестируемой рабочей частоты, а значения элементов вектора в виде двоичных чисел содержат информацию о пригодности или непригодности тестируемых рабочих частот.
Формирование вектора частот представляет собой реализацию формирования вектора двоичных чисел, причем номера элементов соответствуют номеру частоты, а значение элемента отражает событие пригодности/непригодности рабочей частоты, например: 1 - частота пригодна, 0 - частота непригодна. Процедура формирования вектора двоичных чисел приведена, в частности, в [2].
9. На длительности подцикла передачи вектора частот битовую последовательность вектора частот объединяют с информационными битами таким образом, чтобы нечетные биты относились к вектору частот, а четные -к информационному блоку.
Реализация данной процедуры аналогична п. 6.
10. После демодуляции приемником информации четные биты передают получателю сообщения, и на основе информации, содержащейся в векторе частот, заменяют непригодные частоты на резервные, номиналы которых выбирают заранее, при этом подциклы периодически повторяются во время всего сеанса связи.
Указанные процедуры реализуют принципы функционирования адаптивных линий радиосвязи и приведены в [5].
По сравнению с прототипом (см. фиг.1), в котором источник информации последовательно отправляет на каждой из возможных рабочих частот заранее подготовленный тестовый блок данных , здесь верхний индекс * указывает частоту, на которой передают тестовый блок данных. При этом передача тестового блока данных происходит строго последовательно на всех рабочих частотах, используемых для работы СРС, а передача информации прерывается. Данная последовательность процедур повторяется на каждом цикле анализа частот, что снижает суммарное время передачи информации и уменьшает показатели оперативности функционирования СРС [1].
r
а
a
m
В то же время, в заявляемом способе контроль рабочих частот осуществляется совместно с передачей информационных блоков, причем режим работы ППРЧ и параметры сигналов остаются неизменными на всех подциклах функционирования СРС. Таким образом, в способ-прототип активного контроля частот добавлена последовательность передачи информации на всех подциклах контроля. Причем интервалы работы T и анализа Т выбираются исходя из статистических параметров каналов KB радиосвязи [3], что обеспечивает требуемую периодичность и достоверность контроля на всем интервале функционирования СРС. При этом на подциклах анализа T и передачи вектора частот Т отбракованные частоты заменяются на заранее выбранные из группы резервных частот. Выбор резервных частот производят на основе их ранжирования по критерию минимального уровня помех. Разработанные процедуры достаточно точно согласуются со статистической моделью канала коротковолновой радиосвязи с быстроизменяющимися параметрами, представленной, в частотности, в [3].
Имитация алгоритма функционирования линий радиосвязи на основе разработанного способа не выявила перерывы в передачи информационных блоков. Таким образом, в заявляемом изобретении при его реализации обеспечивается передача информации на всех этапах функционирования СРС, что указывает на достижение технического результата.
Используемые источники информации
1. Борисов В.И., Зинчук В.М., Лимарев А.Е. Помехозащищенность систем радиосвязи расширением спектра сигналов методом псевдослучайной перестройки рабочей частоты // под ред. В.И. Борисова; изд. 2-е, перераб. и доп.- М: РадиоСофт, 2008. - 512 с.
2. Дворников С.В., Пшеничников А.В. и др. Способ активного контроля рабочих частот. Патент РФ на изобретение 2710027 от 18.04.2019. Опубликовано: 24.12.2019 Бюл. №36.
3. Комарович В.Φ., Сосунов В.Н. Случайные радиопомехи и надежность Кв связи. - М.: «Связь», 1977 г.
4. Герасименко В.Г., Тупота В.И., Тупота А.В. Способ передачи дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Патент №2228575 по заявке №2002117818/09 от 02.07.2002.
5. Адаптивные автоматизированные системы военной радиосвязи / Ю.П. Килимник, Е.В. Лебединский, В.К. Прохоров, А.Н. Шаров. // Под ред. А.Н. Шарова. - Л.: ВАС, 1978. - 284 с.
6. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение / Пер. с англ.; Под ред. А.В. Назаренко - М: «Вильямс», 2003. - 1104 с.
7. Модели и методы помехозащиты: монография/ А.В. Пшеничников - СПб.: 2017. - 136 с.
8. Бурыкин Д.В. и др. Способ формирования сигналов четырехпозиционной квадратурной манипуляции. Патент РФ на изобретение 2579951 от 12.01.2015. Опубликовано: 10.04.2016 Бюл. №10.
9. Киселев Е.Ф. и др. Преобразователь параллельного кода в последовательный. Патент РФ на изобретение 2187887 от 30.10.2000. Опубликовано: 20.08.2002 Бюл. №23.