АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА РАДИОСВЯЗИ
ADAPTIVE RADIO COMMUNICATION SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к радиосвязи и может использоваться для передачи дискретной информации в тропосферных линиях связи.
Уровень техники
Известна адаптивная система радиосвязи, содержащая на передающей стороне кодер команд зондирования, декодер команд зондирования и последовательно соединенные блок временного уплотнения, манипулятор сигналов информации и блок объединения сигналов передачи, другой вход которого соединен с синтезатором частот через манипулятор команд зондирования, причем другой вход синтезатора частот соединен с управляющим входом манипулятора сигналов информации, а на приемной стороне - кодер команд зондирования и последовательно соединенные смеситель частот и демодулятор, при этом вход смесителя частот соединен с входом блока выбора оптимальной частоты, а другой вход смесителя частот соединен с выходом синтезатора частот (Авторское свидетельство СССР №291347, Кл. Н04В 3/04, опубл. 1971). Недостатками этой адаптивной системы радиосвязи являются: ограничение помехоустойчивости при быстрых замираниях и неэффективное использование частотно-временного ресурса, так как при выборе частот для зондирования и работы радиостанции не учитывается динамика изменения физических параметров тропосферы, например ее структурной характеристики и размера неоднородностей.
Известна другая адаптивная система радиосвязи, которая отличается повышенной помехоустойчивостью при быстрых замираниях за счет реализации переменного периода зондирования на основе оценки запаса энергетического потенциала канала (Авторское свидетельство СССР №562928, кл. Н04В 7/12, опубл. 1977). Эта адаптивная система радиосвязи содержит на передающей стороне кодер команд зондирования, декодер команд зондирования и последовательно соединенные блок временного уплотнения, манипулятор сигналов информации и блок объединения сигналов передачи, другой вход которого соединен с выходом синтезатора частот через манипулятор команд зондирования, причем другой выход синтезатора частот соединен с управляющим входом манипулятора сигналов информации, а также селектор команд зондирования, блок объединения команд номера оптимальной частоты и последовательно соединенные блок объединения команд зондирования и блок управления режимом зондирования, при этом одни выходы декодера команд зондирования подключены к входам блока объединения команд зондирования, а другие выходы через блок объединения команд номера оптимальной частоты - к управляющему входу синтезатора частот, дополнительный вход которого соединен с выходом блока управления режимом зондирования, другой вход которого подключен к дополнительному входу блока временного уплотнения, а выход кодера команд зондирования подключен к сигнальному входу манипулятора команд зондирования через селектор команд зондирования, управляющий вход которого соединен с дополнительным выходом блока временного уплотнения.
На приемной стороне система радиосвязи содержит кодер команд зондирования, последовательно соединенные смеситель частот и демодулятор, при этом вход смесителя частот соединен с входом блока выбора оптимальной частоты, а другой вход смесителя частот соединен с выходом синтезатора частот, а также содержит блок измерения запаса энергетического потенциала канала, блок объединения команд номера оптимальной частоты и последовательно соединенные блок принятия решения, блок объединения команд зондирования и блока управления режимом зондирования, причем выходы блока выбора оптимальной частоты непосредственно и через блок измерения запаса энергетического потенциала канала подключены к входам блока принятия решения, одни выходы которого через блок объединения команд номера оптимальной частоты подключены к входу синтезатора частот, а другие выходы блока принятия решения - к входам кодера команд зондирования, при этом один выход блока управления режимом зондирования подключен к другому входу синтезатора частот, а другой выход - к управляющему входу блока выбора оптимальной частоты.
В указанной адаптивной системе радиосвязи не учитывается динамика изменения структурной характеристики и размера неоднородностей тропосферы. Как следствие, частоты для зондирования должны выбираться с фиксированным шагом, гарантированно превышающим необходимую в данный период времени величину интервала частотной когерентности. В результате возрастают вероятность пропуска оптимальной частоты и длительность времени зондирования. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению временного ресурса для передачи сигналов информационного графика, снижению помехоустойчивости и коэффициента готовности радиоканала.
Известна третья адаптивная система радиосвязи, которая отличается повышенной помехоустойчивостью при быстрых замираниях и повышенным коэффициентом готовности за счет учета динамики изменения физических параметров тропосферы (структурной функции показателя преломления и размера неоднородностей) и измерения полосы частотной когерентности канала (Патент RU 2325759 С1, кл. Н04В 7/12, опубл. 2008). Данная система является наиболее близкой по технической сути к предлагаемому изобретению и содержит на передающей стороне блок временного уплотнения, блок управления режимом зондирования, блок объединения команд зондирования, декодер команд зондирования, манипулятор сигналов информации, синтезатор частот, блок объединения команд номера оптимальной частоты, блок объединения сигналов передачи, манипулятор сигналов зондирования, селектор команд зондирования, кодер команд зондирования, причем первый вход блока временного уплотнения является первым входом передающей части адаптивной системы радиосвязи, второй вход блока временного уплотнения соединен с первым выходом блока управления режимом зондирования, первый выход блока временного уплотнения соединен с первым входом селектора команд зондирования, а второй выход соединен с первым входом манипулятора сигналов информации, выход которого соединен с первым входом блока объединения сигналов передачи, выход которого является выходом передающей части адаптивной системы радиосвязи; выход кодера команд зондирования соединен со вторым входом селектора команд зондирования, а выход последнего соединен со вторым входом блока объединения сигналов передачи; вход декодера команд зондирования является вторым входом передающей части адаптивной системы радиосвязи, одни выходы декодера команд зондирования соединены с соответствующими входами блока объединения команд зондирования, выход которого соединен с входом блока управления режимом зондирования; второй выход блока управления режимом зондирования соединен с первым входом синтезатора частот; другие выходы декодера команд зондирования соединены с соответствующими входами блока объединения команд номера оптимальной частоты, блока объединения команд полосы частотной когерентности, выходы которых соединены с соответствующими входами блока формирования группы частот, выход блока формирования группы частот соединен с входом блока запоминания кодов частоты, выход которого соединен со входом блока считывания кодов частоты, выход последнего соединен с входом блока объединения кодов группы частот и выход которого соединен со вторым входом синтезатора частот; первый и второй выходы последнего соединены, соответственно, со вторым входом манипулятора сигналов информации и с первым входом манипулятора сигналов зондирования, а на приемной стороне блок выбора оптимальной частоты, смеситель частот, синтезатор частот, блок управления режимом зондирования, блок объединения команд зондирования, блок принятия решения, блок измерения запаса энергетического потенциала канала, кодер команд зондирования, блок объединения команд номера оптимальной частоты, демодулятор, причем первый вход смесителя частот является входом приемной части адаптивной системы радиосвязи, выход смесителя частот соединен с входом демодулятора, выход которого является первым выходом приемной части системы; первый вход блока выбора оптимальной частоты соединен с первым входом смесителя частот, одни выходы блока выбора оптимальной частоты соединены с соответствующими входами блока принятия решения, а другие выходы - через блок измерения запаса энергетического потенциала канала с соответствующими вторыми входами блока принятия решения; часть выходов блока принятия решения соединены параллельно с соответствующими входами блока объединения команд зондирования и соответствующими входами кодера команд зондирования; другие выходы блока принятия решения соединены с соответствующими входами блока объединения команд номера оптимальной частоты, выход которого соединен с третьим входом синтезатора частот; выход блока объединения команд зондирования соединен с входом блока управления режимом зондирования; выход кодера команд зондирования является вторым выходом приемной части адаптивной системы радиосвязи; выход синтезатора частот соединен со вторым входом смесителя частот; первый и третий выходы блока управления режимом зондирования соединены, соответственно, со вторым входом синтезатора частот и со вторым входом блока выбора оптимальной частоты; третий выход блока управления режимом зондирования является третьим выходом приемной части адаптивной системы радиосвязи. В указанной адаптивной системе радиосвязи для повышения помехоустойчивости при изменении структурной функции тропосферы предлагается изменять рабочую частоту по результатам зондирования, что приводит к снижению коэффициента готовности радиоканала, который представляет собой отношение времени исправной работы к сумме времен исправной работы и вынужденных простоев системы
п
где t - суммарное время исправной работы объекта; t - суммарное время вынужденного простоя.
Для частичной компенсации уменьшения коэффициента готовности смена рабочих частот производится по результатам измерения полосы частотной когерентности при зондировании тропосферы. Отсюда следует, что в данной системе помехоустойчивость и коэффициент готовности находятся в сложном соотношении, которое не исключает их противоречия: для повышения помехоустойчивости необходимо повышать требуемый энергетический потенциал системы, а это приводит к увеличению времени на проведение зондирования и, как следствие, к уменьшению коэффициента готовности.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является повышение помехоустойчивости при коэффициенте готовности не хуже требуемого.
Технический результат выражается в том, что применение метода программной перестройки рабочей частоты (ППРЧ) для повышения помехоустойчивости радиосвязи позволяет дополнительно реализовать процесс частотной адаптации с меньшими интервалами простоя системы радиосвязи. Таким образом, повышение помехоустойчивости системы радиосвязи сочетается с обеспечением требуемого коэффициента готовности.
В предлагаемом техническом устройстве оценка полосы частотной когерентности (ПЧК) и определение группы рабочих частот, переключение на которые происходит в течение сеанса с шагом, соответствующим ПЧК, осуществляется по результатам одного зондирования. Эта группа частот принимается к работе, если на них обеспечивается средний требуемый энергетический запас. Таким образом, применение ППРЧ приводит не только к повышению помехоустойчивости, но и к уменьшению времени простоя канала связи (повышению коэффициента готовности) вследствие уменьшения промежутков времени, требующих зондирования.
Для достижения технического результата в адаптивную систему радиосвязи на передающей стороне введены блок формирования частотно-временной маски, блок формирования команд группы рабочих частот и блок объединения команд группы рабочих частот, причем первый вход блока формирования команд группы рабочих частот и вход блока формирования частотно-временной маски подключены параллельно к выходу блока объединения команд полосы частотной когерентности, выходы блока формирования частотно-временной маски подключены к другим входам блока формирования команд группы рабочих частот соответственно, выходы которого соединены соответственно с входами объединения команд группы рабочих частот, выход блока объединения команд группы рабочих частот подключен к дополнительному входу синтезатора частот, на приемной стороне введены блок формирования частотно-временной маски и блок формирования команд группы рабочих частот, причем вход блока формирования частотно-временной маски и первый вход блока формирования команд группы рабочих частот подключены параллельно к выходу блока объединения команд полосы частотной когерентности, выходы блока формирования частотно-временной маски подключены соответственно к другим входам блока формирования команд группы рабочих частот, первые выходы блока формирования команд группы рабочих частот подключены соответственно к первым входам блока принятия решения, а другие его выходы подключены соответственно к входам блока измерения среднего запаса энергетического потенциала канала, выходы которого подключены другим входам блока принятия решения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведена структурная схема передающей части, а на фиг.2 - структурная схема приемной части адаптивной системы радиосвязи.
Осуществление изобретения
Адаптивная система радиосвязи содержит на передающей стороне блок временного уплотнения 1, блок управления режимом зондирования 2, блок объединения команд зондирования 3, декодер команд зондирования 4, блок объединения команд полосы частотной когерентности 5, манипулятор сигналов информации 6, синтезатор частот 7, блок формирования команд группы рабочих частот 8, блок объединения команд группы рабочих частот 9, блок формирования частотно-временной маски 10, блок объединения сигналов передачи 11, манипулятор сигналов зондирования 12, селектор команд зондирования 13, кодер команд зондирования 14, причем первый вход блока временного уплотнения 1 является первым входом передающей части описываемой адаптивной системы радиосвязи, второй вход блока временного уплотнения 1 соединен с первым выходом блока управления режимом зондирования 2, первый выход блока временного уплотнения 1 соединен с первым входом селектора команд зондирования 13, а второй выход соединен последовательно через первый вход манипулятора сигналов информации 6 с первым входом блока объединения сигналов передачи 11, выход которого является выходом передающей части адаптивной системы радиосвязи; кодер команд зондирования 14 последовательно через второй вход селектора команд зондирования 13, второй вход манипулятора сигналов зондирования 12 соединен со вторым входом блока объединения сигналов передачи 11; вход декодера команд зондирования 4 является вторым входом передающей части адаптивной системы радиосвязи, первые выходы декодера команд зондирования 4 соединены соответственно с входами блока объединения команд зондирования 3, выход которого соединен с входом блока управления режимом зондирования 2; второй выход блока управления режимом зондирования 2 соединен с первым входом синтезатора частот 7; вторые выходы декодера команд зондирования 4 соединены соответственно с входами блока объединения команд полосы частотной когерентности 5, выход блока объединения команд полосы частотной когерентности 5 соединен параллельно с первым входом блока формирования команд группы частот 8 и входом блока формирования частотно-временной маски 10, выходы которого соединены соответственно с другими входами блока формирования команд группы частот 8, выходы которого соединены соответственно с входами блока объединения команд группы рабочих частот 9, а выход последнего соединен с дополнительным входом синтезатора частот 7, первый и второй выходы синтезатора 7 соединены, соответственно, со вторым входом манипулятора сигналов информации 6 и с первым входом манипулятора сигналов зондирования 12.
На приемной стороне адаптивная система радиосвязи содержит блок оценки полосы частотной когерентности 15, блок формирования частотно-временной маски 16, блок объединения команд полосы частотной когерентности 17, блок формирования команд группы рабочих частот 18, смеситель частот 19, синтезатор частот 20, блок управления режимом зондирования 21, блок объединения команд зондирования 22, блок принятия решения 23, блок измерения среднего запаса энергетического потенциала канала 24, кодер команд зондирования 25, демодулятор 26, блок объединения команд группы рабочих частот 27, причем первый вход смесителя частот 19 является первым входом приемной части предлагаемой адаптивной системы радиосвязи, выход смесителя частот 19 соединен с входом демодулятора 26, выход которого является первым выходом приемной части системы; первый вход блока оценки полосы частотной когерентности 15 соединен параллельно с первым входом смесителя частот 19, второй вход блока оценки полосы частотной когерентности 15 соединен со вторым выходом блока управления режимом зондирования 21, первый выход которого соединен с первым входом синтезатора частот 20, выход которого соединен со вторым входом смесителя частот 19; выходы блока оценки полосы частотной когерентности 15 соединены соответственно с первыми входами кодера команд зондирования 25, а также параллельно со входами блока объединения команд полосы частотной когерентности 17, выход которого соединен параллельно с первым входом блока формирования команд группы рабочих частот 18 и со вторым входом блока формирования частотно-временной маски 16, первый вход которого является вторым входом адаптивной системы радиосвязи; выходы блока формирования частотно-временной маски 16 соединены соответственно с другими входами блока формирования команд группы рабочих частот 18, первые выходы которого соединены соответственно с первыми входами блока принятия решения 23, а другие выходы соединены соответственно с входами блока измерения среднего запаса энергетического потенциала канала 24, выходы которого соединены соответственно с другими входами блока принятия решения 23; первые выходы блока принятия решения 23 соединены соответственно с входами блока объединения команд зондирования 22 и параллельно с другими входами кодера команд зондирования 25, другие выходы блока принятия решения 23 соединены соответственно входами блока объединения команд группы рабочих частот 27, выход которого соединен со вторым входом синтезатора частот 20; выход блока объединения команд зондирования 22 соединен с входом блока управления режимом зондирования 21, выход которого соединен с первым входом синтезатора частот 20; выход кодера команд зондирования 25 является вторым выходом приемной части адаптивной системы радиосвязи.
Адаптивная система радиосвязи работает следующим образом.
На приемной части системы радиосвязи зондирующие сигналы с выхода тракта высокой частоты (на фиг.2 не показан) поступают на первый вход блока оценки полосы частотной когерентности 15 и первый вход блока формирования частотно-временной маски 16. Результаты измерения полосы частотной когерентности (ПЧК) используется для определения группы рабочих частот, переключение на которые происходит в течение сеанса связи с шагом, соответствующим ПЧК. Блок формирования частотно-временной маски 16 формирует закон изменения и число рабочих частот в соответствии с ПЧК и частотным ресурсом системы радиосвязи. Блок формирования команд группы рабочих частот 18 определяет коды частот для ППРЧ. Результаты выбора группы рабочих частот и измерения среднего запаса энергетического потенциала канала в блоке 24 используются для принятия решения о номере группы рабочих частот передатчика корреспондента и о режиме зондирования.
Если в процессе зондирования блоком формирования частотно-временной маски 16 определена группа частот, на которой радиосигнал имеет амплитуду, превышающую требуемую, и результаты измерения среднего энергетического потенциала канала в блоке 24 свидетельствует о наличии запаса, то в блоке принятия решения 23 формируется сигнал выключения зондирования, зависящий от номера группы рабочих частот. Этот сигнал через блок объединения команд зондирования 22 передается на вход блока управления режимом зондирования 21 и на вторые входы кодера команд зондирования 25, а через него - на передающую часть адаптивной системы радиосвязи, где эта команда декодируется декодером команд зондирования 4 и с его первых выходов через блок объединения команд зондирования 3 поступает на вход блока управления режимом зондирования 2. Сигнал управления с первого выхода этого блока поступает в блок временного уплотнения 1, переводит его в режим передачи сигналов информационного графика по цепи: первый вход - второй выход блока временного уплотнения 1, манипулятор сигналов информации 6, блок объединения сигналов передачи 11. Одновременно сигнал с первого выхода блока временного уплотнения 1 блокирует селектор команд зондирования 13 на время передачи сигналов информационного трафика.
При отсутствии запаса энергетического потенциала канала блок принятия решения 23 формирует сигнал включения режима зондирования. Этот сигнал через блок объединения команд зондирования 22 поступает в блок управления режимом зондирования 21 и в кодер команд зондирования 25. Блок управления режимом зондирования 21 формирует сигнал включения блока оценки полосы частотной когерентности 15, а также сигнал блокировки блока временного уплотнения 1 на период зондирования. Блок оценки полосы частотной когерентности 15 формирует сигнал, соответствующий текущему значению полосы когерентности тропосферы и через блок объединения команд полосы частотной когерентности 17 подает его на второй вход блока формирования частотно-временной маски 16, который формирует закон изменения и число рабочих частот в соответствии с измеренным значением ПЧК, и на второй вход блока формирования команд группы рабочих частот 18, где определяются коды рабочих частот для реализации ППРЧ. С выхода блока формирования команд группы рабочих частот 18 коды частот поступают в блок измерения среднего запаса энергетического потенциала канала 24. Блок измерения среднего запаса энергетического потенциала 24 измеряет и вычисляет средний энергетический запас по алгоритму
i
где A - энергетический запас на i-й частоте группы рабочих частот;
р
k
р
k
I=Δf/Δf - число рабочих частот, определяемое отношением диапазона рабочих частот Δf к сдвигу частот Δf (полосе частотной когерентности).
Одновременно сигналы с выхода блока оценки полосы частотной когерентности 15 подаются на первые (дополнительные) входы кодера команд зондирования 25 для передачи команд, соответствующих сигналам включения режима зондирования, значения полосы частотной когерентности и перестройки синтезатора частот передающей части станции корреспондента на выбранную частоту.
На передающей части адаптивной системы радиосвязи декодер команд зондирования 4 формирует на первых выходах сигнал включения режима зондирования. Этот сигнал через блок объединения команд зондирования 3 и блок управления режимом зондирования 2 переводит синтезатор в режим зондирования и запирает на период зондирования блок временного уплотнения 1, который формирует сигнал разблокировки селектора команд зондирования 13, пропускающего сигналы с выхода кодера команд зондирования 14 на второй вход манипулятора сигналов зондирования 12. На вторых выходах декодера команд зондирования 4 формируются команды, которые через блок объединения команд ПЧК 5 поступают в блок формирования команд группы рабочих частот 8 и в блок формирования частотно-временной маски 10. Коды частот для реализации ППРЧ с блока формирования команд группы рабочих частот 8 поступают в блок объединения команд группы рабочих частот 9, где формируются управляющие сигналы для перестройки синтезатора частот 7 в соответствии с кодами частот. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет определена частота из группы рабочих частот, на которой энергетический потенциал радиолинии превысит требуемый.
В предлагаемой адаптивной системе радиосвязи по сравнению с прототипом оценка ПЧК осуществляется по результатам одного зондирования и определяется группа рабочих частот, переключение на которые происходит в течение сеанса с шагом, соответствующим ПЧК. Эта группа частот принимается к работе, если на них обеспечивается средний требуемый энергетический запас. Таким образом, применение ППРЧ приводит не только к повышению помехоустойчивости, но и к уменьшению времени простоя канала связи (повышению коэффициента готовности) вследствие уменьшения промежутков времени, требующих зондирования.