СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ЗАДАННЫХ ИНТЕРВАЛАХ ВРЕМЕНИ
DATA TRANSFER SYSTEM IN THE SPECIFIED TIME INTERVALS

Заявленное изобретение относится к области радиотехники, а именно к системам передачи данных в заданных интервалах времени, и предназначено для организации информационного обмена (передачи данных по радиоканалу) между двумя пространственно-разнесенными объектами, в условиях работы собственных помех (например, от средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ) или радиолокаторов) объектов эксплуатации.
Заявленная система передачи данных выполнена на основе технологии ортогонального частотного уплотнения (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing - OFDM) с временным разделением прямого и обратного каналов (Time Division Duplexing - TDD). Система содержит два аппарата передачи данных (АПД), один из которых является ведущим, а другой ведомым. Ведущий АПД инициирует информационный обмен.
Метод TDD использует временное разделение - то есть и прием, и передача ведутся на одной и той же частоте, но попеременно: сеанс связи делится на временные интервалы (таймслоты), и одни из них используются для передачи, а другие для приема. Длительность таймслота измеряется миллисекундами, поэтому с точки зрения абонента передача данных выглядит одновременной. Главное преимущество метода TDD заключается в том, что можно управлять соотношением таймслотов, выделенных на прием и передачу, и таким образом полностью использовать частотный ресурс. Таймслот на передачу от ведущей АПД и таймслот на прием от ведомой АПД образуют фрейм радиоканала, который имеет фиксированную длительность.
OFDM является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество (от нескольких десятков до нескольких тысяч) близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, бинарная или квадратурная фазовая манипуляция (BPSK и QPSK, соответственно), или квадратурная амплитудная модуляция (QAM)) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. Таким образом, сигнал OFDM - это сумма ортогональных поднесущих, на каждой из которых передаваемые на основной частоте данные независимо модулируются с помощью одного из типов модуляции (BPSK, QPSK, QAM и др.). Метод OFDM широко известен в литературе, например "OFDM for Wireless Communications Systems", R. Prasad, Artech House (2004), 294 p.
В патенте CN 101374012 В (Wireless transmission method for TDD OFDM system and physical layer frame structure) описаны система и способ передачи данных по радиоканалу на основе OFDM в сочетании с TDD, выбранные в качестве прототипа заявленного изобретения.
Недостатками системы и способа передачи данных по радиоканалу на основе OFDM и TDD прототипа заключаются в отсутствии возможности работы по задаваемой с внешнего устройства циклограмме, а также в отсутствии возможности запирания радиомодуля аппарата передачи данных для его защиты от выхода из строя вследствие воздействия помехового сигнала объекта эксплуатации.
Техническим результатом заявленного изобретения является создание системы передачи данных в заданных интервалах времени на основе технологий OFDM и TDD с улучшенной защитой от внешних радиопомех объекта эксплуатации, которая содержит аппараты передачи данных в заданных интервалах времени, работающие в ведущем и ведомом режимах по циклограмме, задаваемой с внешних аппаратов передачи данных в заданных интервалах времени, при этом осуществляющие передачу данных в заданных циклограммой интервалах времени, отведенных для передачи и приема данных, и запирающие собственный приемник (запирающие радиомодуль в режиме приема) в других интервалах времени.
Поставленный технический результат выполнен путем создания системы передачи данных, содержащей аппарат передачи данных в заданных интервалах времени, работающий в ведущем режиме, и аппарат передачи данных в заданных интервалах времени, работающий в ведомом режиме, выполненные с возможностью соединения и передачи данных между собой по радиоканалу, причем каждый аппарат передачи данных в заданных интервалах времени содержит процессор, соединенный с модемом OFDM и радиомодулем, который соединен с усилителем мощности, который соединен с коммутатором TDD, который соединен с радиомодулем, модемом OFDM и антенной, причем процессор выполнен с возможностью соединения с внешним источником данных и внешним устройством формирования циклограммы, а коммутатор TDD выполнен с возможностью соединения через антенну по радиоканалу с антенной и коммутатором TDD другого аппарата передачи данных, причем аппарат передачи данных, работающий в ведущем режиме, выполнен с возможностью соединения с устройством формирования циклограммы, работающим в задающем режиме, а аппарат передачи данных, работающий в ведомом режиме, выполнен с возможностью соединения с устройством формирования циклограммы, работающим в синхронизируемом режиме, при этом
- процессор в ведущем режиме выполнен с возможностью приема сигнала синхронизации (СИНХР) и сигнала разрешения передачи-приема данных (РАЗР) в очередном фрейме от устройства формирования циклограммы, работающего в задающем режиме, а также с возможностью передачи сигнала синхронизации (СИНХР) в модем OFDM,
в ведомом режиме с возможностью приема сигнала синхронизации (СИНХР) от модема OFDM, а также его переформирования и передачи в устройство формирования циклограммы, работающее в синхронизируемом режиме,
в обоих режимах с возможностью передачи информационных данных от внешнего источника в модем OFDM и обратно, а также с возможностью управления модемом OFDM и радиомодулем, при этом формирования сигналов управления (УПР),
- модем OFDM в режиме передачи выполнен с возможностью формирования из полученных сигналов и информационных данных OFDM сигнала и передачи его в радиомодуль, в режиме приема с возможностью обработки OFDM сигнала и передачи его параметров и информационных данных в процессор в обоих режимах с возможностью управления коммутатором TDD, при этом формирования сигналов управления (УПР);
- радиомодуль в режиме передачи выполнен с возможностью переноса OFDM сигнала промежуточной частоты (ПЧ) на высокую частоту (ВЧ) и передачи его на усилитель мощности, а в режиме приема с возможностью усиления и переноса OFDM сигнала высокой частоты (ВЧ) на промежуточную частоту (ПЧ) и передачи его в OFDM модем;
- усилитель мощности выполнен с возможностью усиления мощности высокочастотного OFDM сигнала и передачи его в
- коммутатор TDD, который выполнен с возможностью переключения режимов передачи, приема и запирания радиомодуля в режиме приема, причем в режиме передачи коммутатор TDD выполнен с возможностью передачи на антенну OFDM сигнала с усилителя мощности, в режиме приема с возможностью передачи в радиомодуль OFDM сигнала с антенны, а в режиме запирания с возможностью ослабления высокочастотного OFDM сигнала с антенны и передачи ослабленного OFDM сигнала в радиомодуль, при этом запирания радиомодуля в режиме приема для его защиты от помехового сигнала объекта эксплуатации, на котором установлен аппарат передачи данных;
- антенна выполнена с возможностью передачи в эфир и приема из эфира высокочастотного OFDM сигнала. В предпочтительном варианте осуществления аппарата передачи данных внешний источник выполнен в виде сети Ethernet.
В предпочтительном варианте осуществления системы передачи данных период повторения сигнала синхронизации (СИНХР), формируемого устройством формирования циклограммы, работающем в задающем режиме, кратен длительности фрейма, а фреймы радиоканала нумеруются, начиная с фрейма, в котором был принят сигнал синхронизации (СИНХР) от устройства формирования циклограммы, работающего в задающем режиме.
В предпочтительном варианте осуществления системы передачи данных процессор выполнен с возможностью приема и передачи сигнала синхронизации (СИНХР), при этом передачи номера фрейма и времени задержки распространения OFDM сигнала, принятого модемом OFDM в приемном таймслоте фрейма радиоканала, в служебной информации формируемого модемом OFDM сигнала и привязки этой информации к моменту времени начала OFDM сигнала на входе антенны, формируемого модемом OFDM в передающем таймслоте фрейма радиоканала.
В предпочтительном варианте осуществления системы передачи данных в ведомом режиме модем OFDM выполнен с возможностью сканирования сигнала ведущего аппарата передачи данных и, при обнаружении и синхронизации к сигналу ведущего аппарата передачи данных, процессор ведомого аппарата передачи данных выполнен с возможностью приема служебной информации от процессора ведущего аппарата передачи данных, при этом запуска счетчика фрейма и синхронизации его по времени (с учетом времени начала приема модемом OFDM на выходе антенны ведомого аппарата передачи данных сигнала ведущего аппарата передачи данных и с учетом времени задержки распространения сигнала из служебной информации ведущего аппарата передачи данных) и по номеру (из служебной информации ведущего аппарата передачи данных).
В предпочтительном варианте осуществления системы передачи данных в ведомом режиме процессор выполнен с возможностью формирования сигнала синхронизации (СИНХР) для синхронизируемого устройства формирования циклограммы по номеру и времени синхронизированного счетчика фрейма ведомого аппарата передачи данных синхронно с сигналом (СИНХР) задающего устройства формирования циклограммы, при этом обмен по радиоканалу между процессором ведущего аппарата передачи данных и процессором ведомого аппарата передачи данных осуществляется синхронно по сигналу разрешения передачи-приема (РАЗР) в текущем фрейме, формируемого устройствами формирования циклограммы в обоих аппаратах передачи данных, причем при отсутствии сигнала разрешения передачи-приема (РАЗР) в текущем фрейме от устройств формирования циклограммы модемы OFDM обоих аппаратов передачи данных переводят коммутатор TDD каждого аппарата передачи данных в режим запирания приемника радиомодуля.
В предпочтительном варианте осуществления системы передачи данных в каждом из следующих временных интервалов (циклов), отведенных под передачу данных, радиомодуль под управлением процессора выполнен с возможностью изменения рабочей частоты передачи и приема (в пределах диапазона рабочих частот), при этом последовательного перехода на другую частоту по заданному алгоритму или перехода на другую частоту по псевдослучайному закону.
В предпочтительном варианте осуществления системы передачи данных в каждом из следующих временных интервалов (циклов), отведенных под передачу данных, радиомодуль под управлением процессора выполнен с возможностью изменения рабочей частоты передачи и приема (в пределах диапазона рабочих частот), при этом последовательного перехода на другую частоту по заданному алгоритму или перехода на другую частоту по псевдослучайному закону.
Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.
Фиг. 1. Схема принципа работы системы, состоящей из двух аппаратов передачи данных, выполненная согласно изобретению.
Фиг. 2. Схема варианта выполнения аппарата передачи данных, выполненная согласно изобретению.
Элементы:
1 - процессор;
2 - модем OFDM;
3 - радиомодуль;
4 - усилитель мощности;
5 - коммутатор TDD;
6 - антенна.
Заявленная система передачи данных предназначена для решения задачи передачи данных в заданные, синхронные для пространственно-разнесенных объектов, интервалы времени; и защиты АПД от собственных помех объекта эксплуатации. Сущность заявленного изобретения заключается в следующем. Пространственно-разнесенные объекты работают по заданному, синхронному временному циклу (так называемой циклограмме). На каждом пространственно-разнесенном объекте находится комплект, состоящий из устройства формирования циклограммы и АПД (фиг. 1). Устройство формирования циклограммы одного из объектов является задающим и формирует сигнал синхронизации (СИНХР) для АПД (является ведущим) данного объекта. Ведущий АПД транслирует сигнал синхронизации по радиоканалу на АПД (является ведомым) пространственно-разнесенного объекта. Ведомый АПД формирует сигнал синхронизации (СИНХР), синхронно с задающим устройством, для устройства формирования циклограммы пространственно-разнесенного объекта, которое является синхронизируемым (фиг. 1).
Циклограмма определяет интервалы времени, разрешенные для передачи и приема данных, и интервалы времени, запрещенные для обмена по радиоканалу (в которые собственный приемник АПД должен быть заперт во избежание выхода из строя от мощного помехового сигнала объекта эксплуатации). Устройство формирования циклограммы известно из уровня техники. Для простоты изложения примем, что для разрешения передачи и приема данных от устройства формирования циклограммы на АПД поступает управляющий сигнал (сигнал разрешения обмена по радиоканалу). Вид этого сигнала не влияет на сущность заявленного изобретения.
Рассмотрим подробнее функционирование варианта выполнения заявленной системы, содержащей аппарат передачи данных без коммутируемых фильтров фиг. 2.
Процессор 1 осуществляет управление модемом OFDM 2 и радиомодулем 3, передачу данных в модем OFDM 2 и считывание принятых данных из модема OFDM 2, прием и передачу информационных данных из/в сеть Ethernet, а также прием/формирование сигнала синхронизации (СИНХР) и прием сигнала разрешения передачи в очередном фрейме (РАЗР).
Модем OFDM 2 осуществляет формирование OFDM сигнала в режиме передачи и обработку OFDM сигнала в режиме приема, а также управление коммутатором TDD 5.
Радиомодуль 3 в режиме передачи осуществляет перенос сформированного OFDM модемом сигнала промежуточной частоты (ПЧ) на высокую частоту (ВЧ) для последующей передачи на усилитель мощности 4; в режиме приема осуществляет усиление и перенос высокочастотного сигнала с антенны через коммутатор TDD 5 на промежуточную частоту для последующей передачи в OFDM модем 2.
Усилитель мощности 4 осуществляет усиление мощности высокочастотного сигнала, получаемого с радиомодуля 3, для последующей передачи через коммутатор TDD 5 на антенну 6.
Коммутатор TDD 5 под управлением модема OFDM 2 осуществляет переключение режимов передачи, приема и запирания входа приемника радиомодуля 3, в режиме передачи - выдавая на антенну 6 сигнал с усилителя мощности 4, в режиме приема - выдавая сигнал с антенны 6 на вход радиомодуля 3, а в режиме запирания - ослабляя высокочастотный сигнал с антенны 6 и передавая ослабленный сигнал на радиомодуль 3 (таким образом осуществляется т.н. запирание собственного приемника, т.е запирание радиомодуля 3 в режиме приема для защиты его от мощного помехового сигнала объекта эксплуатации).
Антенна 6 в режиме передачи принимает от усилителя мощности 4 через коммутатор TDD 5 и излучает высокочастотный сигнал в эфир, а в режиме приема и запирания принимает из эфира высокочастотный сигнал и передает его через коммутатор TDD 5 на радиомодуль 3.
Работа заявленного АПД осуществляется следующим образом (фиг. 1-2). Процессор 1 каждого АПД конфигурируется в один из двух возможных режимов работы, ведущий (транслирует сигнал синхронизации от задающего устройства формирования циклограммы) или ведомый (принимает и формирует сигнал синхронизации для синхронизируемого устройства формирования циклограммы). При этом период повторения сигнала синхронизации от задающего устройства формирования циклограммы должен быть кратен длительности фрейма, а фреймы радиоканала нумеруются начиная с фрейма, в котором был принят сигнал синхронизации от задающего устройства формирования циклограммы ведущего АПД. Трансляция сигнала синхронизации (СИНХР) процессором ведущего АПД производится посредством передачи номера фрейма и времени задержки распространения сигнала (сформированного модемом OFDM 2 ведомого АПД и принятого модемом OFDM 2 ведущего АПД в приемном таймслоте фрейма радиоканала) в служебной информации сформированного модемом OFDM 2 ведущего АПД сигнала, и привязки этой информации к моменту времени начала сформированного сигнала в передающем таймслоте фрейма радиоканала на входе антенны 6 ведущего АПД. На ведомом АПД, первоначально, производится сканирование модемом OFDM 2 сигнала ведущего АПД и, при обнаружении и синхронизации к сигналу ведущего АПД, процессор 1 ведомого АПД принимает служебную информацию от процессора 1 ведущего АПД, при этом запускает счетчик фрейма и синхронизирует его по времени (с учетом времени начала приема модемом OFDM 2 на выходе антенны 6 ведомого АПД сигнала ведущей АПД и с учетом времени задержки распространения сигнала из служебной информации ведущего АПД) и по номеру (из служебной информации ведущего АПД). Формирование сигнала синхронизации (СИНХР) процессором 1 ведомого АПД для синхронизируемого устройства формирования циклограммы производится по номеру и времени синхронизированного счетчика фрейма ведомого АПД синхронно с сигналом задающего устройства формирования циклограммы. При этом обмен по радиоканалу между процессором 1 ведущего АПД и процессором 1 ведомого АПД осуществляется синхронно по сигналу разрешения передачи-приема (РАЗР) в текущем фрейме от устройств формирования циклограммы обоих АПД. При отсутствии сигнала разрешения передачи-приема в текущем фрейме от устройств формирования циклограммы модем OFDM 2 обоих АПД переводит коммутатор TDD 5 каждого АПД в режим запирания приемника радиомодуля.
Заявленный аппарат передачи данных (АПД) может работать с более сложными устройствами формирования циклограммы, в частности, при циклограммах, определяемых псевдослучайными последовательностями.
В заявленном аппарате передачи данных в каждом из следующих временных интервалов (циклов), отведенных под передачу данных, радиомодуль под управлением процессора может менять рабочую частоту передачи и приема (в пределах диапазона рабочих частот) по какому-либо закону: последовательный переход на другую частоту по заданному алгоритму или переход на другую частоту по псевдослучайному закону. Это сделано с целью увеличения защищенности радиоканала связи от средств радиоразведки и подавления.
Заявленное изобретение может быть использовано для внутрикомплексного информационного обмена в комплексах радиоэлектронной борьбы (РЭБ), в которых, как правило, основное время отводится на радиоэлектронную разведку (то есть сбор разведывательной информации на основе приема и анализа электромагнитного излучения) и радиоподавление (то есть воздействие на приемные устройства противника радиоэлектронными помехами); тогда как для передачи данных между взаимодействующими объектами комплекса отводятся малые интервалы времени, задаваемые устройствами формирования циклограммы.
Заявленное изобретение может применяться также для обеспечения передачи данных в условиях сложной объектовой электромагнитной обстановки, например, для связи вблизи работающих импульсных радиолокаторов, когда сеансы связи осуществляются в паузах между работой радиолокаторов. В этом случае устройства формирования циклограммы должны быть согласованы с работой радиолокаторов и не выдавать на аппарат передачи данных сигналы «РАЗР» в режиме излучения радиолокаторов.
Хотя описанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации заявленного изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла заявленного изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.