ВЕДОМСТВЕННАЯ СИСТЕМА ДВУХСТОРОННЕЙ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ РАДИОСВЯЗИ С ЭФФЕКТИВНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАДИОЧАСТОТНОГО СПЕКТРА
DEPARTMENTAL SYSTEM OF TWO-WAY HIGH-SPEED RADIO COMMUNICATION WITH EFFICIENT USE OF THE RADIO FREQUENCY SPECTRUM

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано при построении ведомственных систем связи (ВСС), в том числе, средневолновых (СВ) и коротковолновых (KB), обеспечивающих полнодоступный одночастотный дуплексный и симплексный высокоскоростной обмен данными и речевыми сообщениями, преобразованными в цифровую форму, между радиоабонентами системы без использования дуплексных базовых станций-ретрансляторов.
Известны системы двухсторонней радиосвязи (спутниковой, радиорелейной, подвижной), использующие частотный дуплекс (FDD), когда частоты приема и передачи каждого абонентского канала разнесены на величину дуплексного разноса частот, при котором обеспечивается одновременная работа устройств приема и передачи взаимодействующих радиостанций [1].
Недостатком данных систем является не эффективное использование радиочастотного спектра [1], поскольку для организации каждой дуплексной радиосвязи между любыми двумя радиоабонентами необходимо использовать два частотных канала. Недостатком является и то, что дуплексный режим работы, реализуемый путем соединения передатчика и приемника (работающих на разных частотах) через дуплексный фильтр с приемопередающей антенной, возможно использовать только в системах радиосвязи, работающих в диапазоне частот свыше 30 МГц.
В системах СВ и KB радиосвязи такой режим работы между каждыми двумя взаимодействующими радиостанциями системы связи не применяется из-за сложности реализации в каждой радиостанции дуплексного фильтра в диапазоне частот до 30 МГц [2].
Для обеспечения двухсторонней связи в KB диапазоне при использовании частотного дуплекса требуется (помимо разнесения частот приема и передачи) использовать пространственное разнесение приемного и передающего радиооборудования радиостанций (приемной и передающей антенн, либо радиостанций в целом) для обеспечения их электромагнитной совместимости (ЭМС), что приводит к усложнению и существенному удорожанию таких систем при их реализации [2, 3].
Известны системы дуплексной радиосвязи с использованием частотного и временного разнесения каналов приема и передачи каждого абонентского канала, к которым относятся цифровые транкинговые и сотовые системы множественного доступа с временным разделением (GSM, TETRA и др.) [4].
В этих системах на каждой рабочей частоте с разделением во времени размещают несколько абонентских каналов с обеспечением дуплексного разноса частот приема и передачи и временного разноса режимов приема и передачи в каждом абонентском канале. Это позволяет обеспечить дуплексную радиосвязь с использованием дуплексной базовой станции и симплексных абонентских радиостанций.
К недостаткам таких систем, как и вышеприведенных систем, следует отнести сложность и удорожание подобных систем при их реализации для работы в KB диапазоне частот из-за необходимости использования дуплексной базовой станции, а также необходимости разнесения приемного и передающего оборудования дуплексной базовой станции для обеспечения ЭМС.
Известна система радиосвязи, позволяющая на основе временного разделения процессов приема и передачи, а также сжатия передаваемого аналогового сигнала и его восстановления при приеме, обеспечить дуплексный радиообмен телефонными сигналами при работе на одну антенну с использованием одной несущей частоты [5].
Однако эта система имеет следующие недостатки [2]:
1. Обеспечивается только дуплексная телефонная радиосвязь с передачей в эфир аналоговых двухполосных сигналов (класс излучения АЗЕ с занимаемой полосой частот 6800 Гц), что снижает по сравнению с аналогами показатели ЭМС и помехоустойчивости от воздействия сосредоточенных по спектру радиопомех.
2. Не обеспечивается дуплексный радиообмен дискретными сообщениями, что снижает функциональные возможности системы и не позволяет осуществить совместную работу с серийно выпускаемой аппаратурой гарантированного закрытия дискретной информации.
3. Для обеспечения разделения процессов приема и передачи требуется регулярно передавать специальные синхросигналы, что снижает пропускную способность канала связи.
4. Не предусмотрено увеличение количества радиоабонентов (приемопередающих комплектов - ППК), которые могут работать в системе региональной KB радиосвязи.
Известна система зоновой дуплексной связи с временным разделением каналов приема и передачи, содержащая базовую станцию - ретранслятор, в состав которой входят приемные и передающие технические средства, реализующие N каналов ретрансляции принимаемых сигналов, и 2N абонентских радиостанций, причем каждый канал ретрансляции взаимодействует по радиоканалу с парой абонентских радиостанций [6].
В этой системе дуплексной радиосвязи каждая из абонентских радиостанций в режиме ведения связи периодически переключается с приема на передачу с частотой f=1/Т (Т- период цикла прием/передача) и производит поочередную передачу на базовую станцию и прием от базовой станции информационных кадров, которая, в свою очередь, производит ретрансляцию информационных кадров от одной абонентской станции на другую.
прм
Для вхождения в связь вызывающая абонентская радиостанция принимает синхросигнал базовой станции и подстраивает собственный цикл прием-передача под цикл прием-передача канала ретрансляции базовой станции, затем передает вызывной сигнал в интервале Т базовой станции. Вызываемая абонентская радиостанции, получив от базовой станции сигнал вызова, обеспечивает синхронизацию с базовой станцией по синхросигналу, передаваемому базовой станции в составе вызывного сигнала, также путем подстройки собственного цикла прием-передача под цикл прием-передача канала ретрансляции базовой станции.
Следует отметить следующие недостатки этой системы дуплексной радиосвязи при работе в KB радиоканале:
1. Использование базовой станции существенно усложняет систему связи в целом и требует неоправданно больших финансовых затрат на ее реализацию, поскольку количество каналов ретрансляции определяет соответствующее количество одновременно проводимых связей между радиоабонентами (одновременно работающих пар радиоабонентов), каждый из которых должен быть оснащен абонентской радиостанцией - приемопередающим комплектом с временным разделением каналов приема и передачи. Причем каждый канал ретрансляции должен включать в себя следующие необходимые технические средства KB диапазона:
- радиоприемное устройство;
- приемную антенну;
- радиопередающее устройство с необходимой мощностью излучения для обеспечения требуемой дальности связи;
- передающую антенну;
- демодулятор информационных сигналов;
- демодулятор синхросигналов;
- модулятор информационных сигналов;
- модулятор синхросигналов;
- блоки управления, питания, сопряжения и др.
Причем антенны KB диапазона (приемная и передающая) каждого канала ретрансляции в отличии от антенн абонентских радиостанций должны быть более эффективными, а соответственно иметь большие размеры и размещаться на больших площадях, как антенны стационарных территориально разнесенных узлов радиосвязи [3, 7].
Поскольку в составе базовой станции должно быть N каналов ретрансляции, то базовая станция, предназначенная для работы в KB радиоканале, должна представлять собой фактически стационарный территориально разнесенный N-канальный приемопередающий узел радиосвязи, например, аналогичный приведенному в [8].
Большая стоимость изготовления и ввода в эксплуатацию такой системы KB радиосвязи и существенные накладные расходы, требуемые на содержание такой базовой станции, могут препятствовать ее реализации.
2. Для ведения каждой дуплексной радиосвязи через базовую станцию требуется задействовать две частоты, что снижает эффективность использования радиочастотного спектра по отношению к ранее рассмотренной системе связи [5].
3. Поскольку для реализации рассматриваемой системы связи [6] ее авторы предусматривают использование в качестве абонентский радиостанций приемопередающие комплекты из состава ранее рассмотренной системы дуплексной радиосвязи [5], то системе связи [6] присущи и все недостатки системы [5], приведенные выше.
4. В данной системе [6] при работе с использованием ионосферных радиоволн не предусмотрена смена оптимальных рабочих частот (ОРЧ) для каждой пары взаимодействующих радиостанций в зависимости от времени суток и времени года, что будет приводить к снижению помехоустойчивости радиосвязи или к полной потери связи из-за работы на неоптимальных рабочих частотах [9].
Из известных систем двухсторонней радиосвязи наиболее близким по сущности решаемых задач и большинству совпадающих признаков является ведомственная система двухсторонней высокоскоростной радиосвязи с эффективным использованием радиочастотного спектра, приведенная в работе [10], состоящая из R приемопередающих комплектов (ППК), каждый из которых содержит последовательно соединенные источник аналогового сигнала, кодер, первый коммутатор входных сигналов, устройство сжатия сигнала, второй коммутатор входных сигналов, модулятор, радиопередающее устройство (ПРдУ), коммутатор радиосигналов и радиоприемное устройство (РПУ), последовательно соединенные демодулятор, устройство расширения сигнала, коммутатор выходных сигналов, декодер и получатель аналогового сигнала, а также приемопередающую антенну, вход-выход которой подключен к дополнительно соединенному выходу РПдУ, источник дискретного сигнала, выход которого соединен с другим входом первого коммутатора входных сигналов, получатель дискретного сигнала, вход которого соединен с другим выходом коммутатора выходных сигналов, управляющий вход которого, являющийся входом управления источником сигнала ППК, объединен с управляющим входом первого коммутатора входных сигналов, формирователь сигнала цифрового избирательного вызова (ЦИВ), блок управления и демодулятор синхросигнала, вход и выход которого соединены соответственно с входом демодулятора и с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с управляющим выходом устройства сжатия сигнала, управляющий вход которого объединен с управляющим входом РПдУ, с управляющим входом коммутатора радиосигналов, с управляющим входом демодулятора и с выходом блока управления, третий вход которого, являющийся входом управления передачи сигнала ЦИВ ППК, объединен с управляющим входом второго коммутатора входных сигналов и с управляющим входом формирователя сигнала ЦИВ, выход и тактовый вход которого соединены соответственно с другим входом второго коммутатора входных сигналов и с тактовым входом устройства сжатия сигнала, четвертый вход блока управления является входом установки ППК в ждущий режим «прием», а пятый и шестой его входы соединены соответственно с тактовым выходом устройства расширения сигнала и с дополнительно соединенным выходом демодулятора.
К недостаткам известной ведомственной системы (ВС) радиосвязи [10] можно отнести следующее:
1. Функциональные возможности ВС ограничены из-за невозможности ведения между любыми двумя ППК одночастотной симплексной радиосвязи без увеличения скорости передачи данных в два раза и с дистанционным переключением (по радиоканалу) каждого «ведомого» ППК из режима дуплексной связи в режим симплексной связи.
2. Сравнительно большое время ожидания выхода на связь каждого «ведущего» ППК с требуемым «ведомым» ППК из-за использования одного, общего для всех R ППК ВС, канала связи на выделенной частоте приема-передачи, который может использоваться последовательно во времени.
3. Недостаточная помехоустойчивость ведения радиосвязи при работе с использованием ионосферных радиоволн из-за отсутствия возможности смены оптимальных рабочих частот для каждых двух взаимодействующих ППК в зависимости от времени суток и времени года, а также выбора оптимальных рабочих частот, свободных от помех.
4. Для обеспечения устойчивой синхронной работы каждых двух взаимодействующих ППК («ведущего» и «ведомого») в составе каждого из них требуется иметь устройства, формирующие передаваемые последовательности двоичных символов (источник дискретного сигнала и кодер) с высокой стабильностью, которая, определяется стабильностью задающих генераторов в составе этих устройств. Из-за этого при сравнительно длительных дуплексных сеансах связи могут иметь место вставки или выпадения отдельных двоичных символов в демодулированном двоичном сигнале только «ведущего» ППК, поскольку с момента фазирования счетчиков записи и считывания «ведомого» ППК, осуществляемого после обнаружения дешифратором сигнала ЦИВ своего адреса, по истечении определенного времени возможно смещение на критическую величину временного положения фронтов управляющего меандра на выходе блока управления «ведомого» ППК (синхронного с управляющим меандром «ведущего» ППК) и моментов следования двоичных символов с выхода первого коммутатора входных сигналов этого ППК.
Такие возможные искажения сигнала на качество речевых сообщений, принимаемых «ведущим» ППК, практически не повлияют, однако при обмене данными в процессе достаточно длительных сеансов связи такие искажения в определенной степени могут снижать достоверность приема «ведущим» ППК дискретных сообщений.
Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение-ведомственная система двухсторонней высокоскоростной радиосвязи с эффективным использованием радиочастотного спектра являются:
1. Расширение функциональных возможностей ВС путем предоставления возможности каждым двум ППК ведения кроме одночастотной дуплексной радиосвязи еще и одночастотной симплексной радиосвязи с дистанционным переключением (по радиоканалу) любого «ведомого» ППК как в режим дуплексной радиосвязи, так и в режим симплексной радиосвязи по требованию инициатора радиосвязи («ведущего» ППК). Кроме того, в режиме симплексной радиосвязи должна обеспечиваться более высокая помехоустойчивость по отношению к режиму дуплексной радиосвязи за счет снижения скорости передаваемых в эфир данных в два раза.
2. Существенное сокращение времени ожидания выхода любого «ведущего» ППК на связь с требуемым «ведомым» ППК без применения в составе ВС дуплексной базовой станции - ретранслятора, обеспечивающей быструю организацию имеющихся каналов связи между радиоабонентами ВС [7, 11].
3. Повышение помехоустойчивости ведения дуплексной и симплексной радиосвязи между любыми двумя ППК ВС за счет обеспечения возможности выбора оптимальной частоты связи с минимальным уровнем аддитивных помех из соответствующей группы оптимальных рабочих частот, определяемых по результатам краткосрочного прогнозирования условий ионосферного распространения радиоволн для каждого временного интервала работы ВС.
4. Обеспечение устойчивой синхронной работы каждых двух взаимодействующих ППК вне зависимости от длительности дуплексного сеанса связи.
Решение поставленных задач достигается тем, что в ведомственную систему двухсторонней высокоскоростной радиосвязи с эффективным использованием радиочастотного спектра, состоящую из R ППК, каждый из которых содержит последовательно соединенные источник аналогового сигнала, кодер, первый коммутатор входных сигналов, устройство сжатия сигнала, второй коммутатор входных сигналов, модулятор, РПдУ, коммутатор радиосигналов и РПУ, последовательно соединенные демодулятор, устройство расширения сигнала, первый коммутатор выходных сигналов, декодер и получатель аналогового сигнала, а также приемопередающую антенну, вход-выход которой подключен к дополнительно соединенному выходу РПдУ, источник дискретного сигнала, выход которого соединен с другим входом первого коммутатора входных сигналов, получатель дискретного сигнала, вход которого соединен с другим выходом первого коммутатора выходных сигналов, управляющий вход которого, являющийся входом управления источником сигнала ППК, объединен с управляющим входом первого коммутатора входных сигналов, формирователь сигнала ЦИВ, блок управления и демодулятор синхросигнала, вход и выход которого соединены соответственно с входом демодулятора и с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с управляющим выходом устройства сжатия сигнала, управляющий вход которого объединен с управляющим входом РПдУ, с управляющим входом коммутатора радиосигналов, с управляющим входом демодулятора и с выходом блока управления, третий вход которого, являющийся входом управления передачи сигнала ЦИВ ППК, объединен с управляющим входом второго коммутатора входных сигналов и с управляющим входом формирователя сигнала ЦИВ, выход и тактовый вход которого соединены соответственно с другим входом второго коммутатора входных сигналов и с тактовым входом устройства сжатия сигнала, четвертый вход блока управления является входом установки ППК в ждущий режим «прием», а пятый и шестой его входы соединены соответственно с тактовым выходом устройства расширения сигнала и с дополнительно соединенным выходом демодулятора, устройство сжатия сигнала каждого ППК состоит из первого блока памяти, первого счетчика записи, первого блока фазирования и первого счетчика считывания, выход которого объединен с управляющим входом считывания первого блока памяти и с первым входом первого блока фазирования, второй вход которого объединен с управляющим входом записи первого блока памяти и с выходом первого счетчика записи, управляющий вход которого соединен с первым выходом первого блока фазирования, второй выход которого соединен с управляющим входом первого счетчика считывания, тактовый вход которого является тактовым входом устройства сжатия сигнала, управляющим входом и управляющим выходом которого являются соответственно управляющий вход и управляющий выход первого блока фазирования, блок управления каждого ППК содержит первый элемент ИЛИ, первый и второй триггеры, третий коммутатор входных сигналов, элемент ИЛИ-НЕ и дешифратор сигнала ЦИВ, выход которого объединен с первым входом первого элемента ИЛИ и с первым входом первого триггера, выход которого соединен с управляющим входом третьего коммутатора входных сигналов, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого подключен к выходу второго триггера, первый вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, причем первый и второй входы третьего коммутатора входных сигналов, второй вход первого триггера, объединенный с вторым входом первого элемента ИЛИ, второй вход второго триггера, первый и второй входы дешифратора сигнала ЦИВ являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами блока управления, устройство расширения сигнала каждого приемопередающего комплекта состоит из второго блока памяти, второго счетчика записи, второго блока фазирования, второго счетчика считывания, блока тактовой синхронизации и блока цикловой синхронизации, вход которого объединен с входом устройства расширения сигнала и входом блока тактовой синхронизации, первый и второй выходы которого соединены соответственно с тактовым входом второго счетчика считывания и с тактовым входом блока цикловой синхронизации, объединенным с тактовым входом второго счетчика записи и являющимся тактовым выходом устройства расширения сигнала, выход второго счетчика записи объединен с управляющим входом записи второго блока памяти и с первым входом второго блока фазирования, второй вход которого объединен с управляющим входом считывания второго блока памяти и с выходом второго счетчика считывания, управляющий вход которого соединен с первым выходом второго блока фазирования, второй выход которого соединен с управляющим входом второго счетчика записи, а управляющий вход второго блока фазирования соединен с выходом блока цикловой синхронизации, введены дополнительно в каждый ППК формирователь тактовых импульсов и устройство выбора оптимальной частоты связи (УВОЧС), первый управляющий вход которого является входом управления выбора оптимальной частоты связи ППК, а второй управляющий вход, управляющий выход, управляющий выход-вход, канальный выход и канальные входы-выходы УВОЧС соединены соответственно с первым дополнительным выходом блока управления, с первым дополнительным входом блока управления, с дополнительным управляющим входом-выходом РПдУ, с дополнительно соединенным входом демодулятора и с соответствующими канальными выходами-входами РПУ, в составе которого дополнительно используются К-1 каналов приема, объединенных по антенным входам с антенным входом РПУ, К раздельных канальных выходов-входов которого являются канальными выходами-входами соответствующих К каналов приема, при этом величина К определяет количество разрешенных для связи каждому приемопередающему комплекту оптимальных рабочих частот, значения которых при работе ведомственной системы в пределах каждого временного интервала установленной длительности, определяются частотным расписанием, составляемым по результатам краткосрочного прогнозирования ионосферного распространения радиоволн, вход формирователя тактовых импульсов соединен с дополнительным тактовым выходом устройства расширения сигнала, а первый, второй, третий и четвертый выходы формирователя тактовых импульсов соединены соответственно с дополнительно соединенным тактовым входом формирователя сигнала ЦИВ, с дополнительным тактовым входом устройства сжатия сигнала, с входом внешней синхронизации источника дискретного сигнала и с входом внешней синхронизации кодера, при этом управляющий вход формирователя тактовых импульсов объединен с дополнительным управляющим входом устройства сжатия сигнала, с дополнительным входом устройства расширения сигнала и с вторым дополнительным выходом блока управления, второй и третий дополнительные входы которого являются соответственно входом установки ППК в режим симплексный радиосвязи и входом установки ППК в режим «прием» или «передача».
В каждом ППК в блок управления дополнительно введены четвертый коммутатор входных сигналов, третий триггер, второй элемент ИЛИ, выход которого соединен с первым входом третьего триггера, и третий элемент ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом третьего триггера, выход которого, являющийся вторым дополнительным выходом блока управления, соединен с управляющим входом четвертого коммутатора входных сигналов, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, а выход и второй вход четвертого коммутатора входных сигналов являются соответственно выходом и третьим дополнительным входом блока управления, причем первый и второй входы второго элемента ИЛИ соединены соответственно с вторым входом второго триггера, и с дополнительно соединенным выходом дешифратора сигнала ЦИВ, дополнительный вход которого является первым дополнительным входом блока управления, а дополнительный выход дешифратора сигнала ЦИВ объединен с дополнительным входом первого элемента ИЛИ и с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого является вторым дополнительным входом блока управления, первым дополнительным выходом которого является дополнительно соединенный выход второго триггера.
В каждом ППК в устройство сжатия сигнала дополнительно введены второй коммутатор выходных сигналов и пятый коммутатор входных сигналов, выход которого является выходом устройства сжатия сигнала, входом которого является вход второго коммутатора выходных сигналов, первый выход которого соединен с входом первого блока памяти, выход которого соединен с первым входом пятого коммутатора входных сигналов, второй вход которого соединен с вторым выходом второго коммутатора выходных сигналов, управляющий вход которого объединен с управляющим входом пятого коммутатора входных сигналов и является дополнительным управляющим входом устройства сжатия сигналов, дополнительным тактовым входом которого является тактовый вход первого счетчика записи.
В каждом ППК в устройство расширения сигнала дополнительно введены третий коммутатор выходных сигналов и шестой коммутатор входных сигналов, выход которого является выходом устройства расширения сигнала, входом которого является вход третьего коммутатора выходных сигналов, первый выход которого соединен с входом второго блока памяти, выход которого соединен с первым входом шестого коммутатора входных сигналов, второй вход которого соединен с вторым выходом третьего коммутатора выходных сигналов, управляющий вход которого объединен с управляющим входом шестого коммутатора входных сигналов, с дополнительным входом блока тактовой синхронизации и является дополнительным входом устройства сжатия сигналов, дополнительным тактовым выходом которого является дополнительный тактовый выход блока тактовой синхронизации.
Схема электрическая структурная предлагаемой ведомственной системы двухсторонней высокоскоростной радиосвязи с эффективным использованием радиочастотного спектра приведена на фиг. 1; на фиг. 2 приведена схема электрическая структурная одного из вариантов исполнения УВОЧС ППК; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу системы.
1
2
1
1
1
1
2
2
Ведомственная система двухсторонней высокоскоростной радиосвязи с эффективным использованием радиочастотного спектра, состоящая из R ППК 1, каждый из которых содержит последовательно соединенные источник аналогового сигнала 2, кодер 3, первый коммутатор входных сигналов 4, устройство сжатия сигнала 5, второй коммутатор входных сигналов 4, модулятор 6, РПдУ 7, коммутатор радиосигналов 8 и РПУ 9, последовательно соединенные демодулятор 10, устройство расширения сигнала 11, первый коммутатор выходных сигналов 12, декодер 13 и получатель аналогового сигнала 14, а также приемопередающую антенну 15, вход-выход которой подключен к дополнительно соединенному выходу РПдУ 7, источник дискретного сигнала 15, выход которого соединен с другим входом первого коммутатора входных сигналов 4, получатель дискретного сигнала 17, вход которого соединен с другим выходом первого коммутатора выходных сигналов 12, управляющий вход которого, являющийся входом управления источником сигнала ППК 1, объединен с управляющим входом первого коммутатора входных сигналов 4, формирователь сигнала ЦИВ 18, блок управления 19 и демодулятор синхросигнала 20, вход и выход которого соединены соответственно с входом демодулятора 10 и с первым входом блока управления 19, второй вход которого соединен с управляющим выходом устройства сжатия сигнала 5, управляющий вход которого объединен с управляющим входом РПдУ 7, с управляющим входом коммутатора радиосигналов 8, с управляющим входом демодулятора 10 и с выходом блока управления 19, третий вход которого, являющийся входом управления передачи сигнала ЦИВ ППК 1, объединен с управляющим входом второго коммутатора входных сигналов 4 и с управляющим входом формирователя сигнала ЦИВ 18, выход и тактовый вход которого соединены соответственно с другим входом второго коммутатора входных сигналов 4 и с тактовым входом устройства сжатия сигнала 5. Четвертый вход блока управления 19 является входом установки ППК 1 в ждущий режим «прием», а пятый и шестой входы блока управления 19 соединены соответственно с тактовым выходом устройства расширения сигнала 11 и с дополнительно соединенным выходом демодулятора 10.
Кроме того, каждый ППК 1 содержит формирователь тактовых импульсов 31 и УВОЧС 32, первый управляющий вход которого является входом управления выбора оптимальной частоты связи ППК 1, а второй управляющий вход, управляющий выход, управляющий выход-вход, канальный выход и канальные входы-выходы УОВКС 32 соединены соответственно с первым дополнительным выходом блока управления 19, с первым дополнительным входом блока управления 19, с дополнительным управляющим входом-выходом РПдУ 7, с дополнительно соединенным входом демодулятора 10 и с соответствующими канальными выходами-входами РПУ 9.
Вход формирователя тактовых импульсов 31 соединен с дополнительным тактовым выходом устройства расширения сигнала 11, а первый, второй, третий и четвертый выходы формирователя тактовых импульсов 31 соединены соответственно с дополнительно соединенным тактовым входом формирователя сигнала ЦИВ 18, с дополнительным тактовым входом устройства сжатия сигнала 5, с входом внешней синхронизации источника дискретного сигнала 16 и с входом внешней синхронизации кодера 3, при этом управляющий вход формирователя тактовых импульсов 31 объединен с дополнительным управляющим входом устройства сжатия сигнала 5, с дополнительным входом устройства расширения сигнала 11 и с вторым дополнительным выходом блока управления 19, второй и третий дополнительные входы которого являются соответственно входом установки ППК 1 в режим симплексный радиосвязи и входом установки ППК 1 в режим «прием» или «передача».
1
1
1
2
2
2
1
5
2
5
1
В каждом ППК 1 устройство сжатия сигнала 5 состоит из первого блока памяти 21, первого счетчика записи 22, первого блока фазирования 23, первого счетчика считывания 24, второго коммутатора выходных сигналов 12 и пятого коммутатора входных сигналов выход которого является выходом устройства сжатия сигнала 5, входом которого является вход второго коммутатора выходных сигналов 12, первый выход которого соединен с входом первого блока памяти 21, выход которого соединен с первым входом пятого коммутатора входных сигналов 4, второй вход которого соединен с вторым выходом второго коммутатора выходных сигналов 12, управляющий вход которого объединен с управляющим входом пятого коммутатора входных сигналов 4 и является дополнительным управляющим входом устройства сжатия сигналов 5, дополнительным тактовым входом которого является тактовый вход первого счетчика записи 22.
1
1
1
1
1
1
1
1
Выход первого счетчика считывания 24 объединен с управляющим входом считывания первого блока памяти 21 и с первым входом первого блока фазирования 23, второй вход которого объединен с управляющим входом записи первого блока памяти 21 и с выходом первого счетчика записи 22, управляющий вход которого соединен с первым выходом первого блока фазирования 23, второй выход которого соединен с управляющим входом первого счетчика считывания 24, тактовый вход которого является тактовым входом устройства сжатия сигнала 5, управляющим входом и управляющим выходом которого являются соответственно управляющий вход и управляющий выход первого блока фазирования 23.
1
1
2
3
4
3
2
3
3
3
4
В каждом ППК 1 блок управления 19 содержит первый элемент ИЛИ 25, первый 26 и второй 26 триггеры, третий коммутатор входных сигналов 4, элемент ИЛИ-НЕ 27, дешифратор сигнала ЦИВ 28, четвертый коммутатор входных сигналов 4, третий триггер 26, второй элемент ИЛИ 25, выход которого соединен с первым входом третьего триггера 26, и третий элемент ИЛИ 25, выход которого соединен с вторым входом третьего триггера 26, выход которого, являющийся вторым дополнительным выходом блока управления 19, соединен с управляющим входом четвертого коммутатора входных сигналов 4, первый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 27.
4
2
2
1
3
2
Выход и второй вход четвертого коммутатора входных сигналов 4 являются соответственно выходом и третьим дополнительным входом блока управления 19, причем первый и второй входы второго элемента ИЛИ 25 соединены соответственно с вторым входом второго триггера 26, и с дополнительно соединенным выходом дешифратора сигнала ЦИВ 28, дополнительный вход которого является первым дополнительным входом блока управления 19, а дополнительный выход дешифратора сигнала ЦИВ 19 объединен с дополнительным входом первого элемента ИЛИ 25 и с первым входом третьего элемента ИЛИ 25, второй вход которого является вторым дополнительным входом блока управления 19, первым дополнительным выходом которого является дополнительно соединенный выход второго триггера 26.
1
1
3
2
1
Выход дешифратора сигнала ЦИВ 28 объединен с первым входом первого элемента ИЛИ 25 и с первым входом первого триггера 26, выход которого соединен с управляющим входом третьего коммутатора входных сигналов 4, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ-НЕ 27, второй вход которого подключен к выходу второго триггера 26, первый вход которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ 25.
3
1
1
2
Первый и второй входы третьего коммутатора входных сигналов 4, второй вход первого триггера 26, объединенный с вторым входом первого элемента ИЛИ 25, второй вход второго триггера 26, первый и второй входы дешифратора сигнала ЦИВ 28, являются соответственно первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым входами блока управления 19.
2
2
2
2
3
6
3
2
6
3
6
В каждом ППК 1 устройство расширения сигнала 11 состоит из второго блока памяти 21, второго счетчика записи 22, второго блока фазирования 23, второго счетчика считывания 24, блока тактовой синхронизации 29, блока цикловой синхронизации 30, третьего коммутатора выходных сигналов 12 и шестого коммутатора входных сигналов 4, выход которого является выходом устройства расширения сигнала 19, входом которого является вход третьего коммутатора выходных сигналов 12, первый выход которого соединен с входом второго блока памяти 21, выход которого соединен с первым входом шестого коммутатора входных сигналов 4, второй вход которого соединен с вторым выходом третьего коммутатора выходных сигналов 12, управляющий вход которого объединен с управляющим входом шестого коммутатора входных сигналов 4, с дополнительным входом блока тактовой синхронизации 29 и является дополнительным входом устройства сжатия сигналов 11, дополнительным тактовым выходом которого является дополнительный тактовый выход блока тактовой синхронизации 29.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Вход блока цикловой синхронизации 30 объединен с входом устройства расширения сигнала 11 и входом блока тактовой синхронизации 29, первый и второй выходы которого соединены соответственно с тактовым входом второго счетчика считывания 24 и с тактовым входом блока цикловой синхронизации 30, объединенным с тактовым входом второго счетчика записи 22 и являющимся тактовым выходом устройства расширения сигнала 11, выход второго счетчика записи 22 объединен с управляющим входом записи второго блока памяти 21 и с первым входом второго блока фазирования 23, второй вход которого объединен с управляющим входом считывания второго блока памяти 21 и с выходом второго счетчика считывания 24, управляющий вход которого соединен с первым выходом второго блока фазирования 23, второй выход которого соединен с управляющим входом второго счетчика записи 22, а управляющий вход второго блока фазирования 23 соединен с выходом блока цикловой синхронизации 30.
Ведомственная система двухсторонней высокоскоростной радиосвязи с эффективным использованием радиочастотного спектра функционирует следующим образом.
1
2
K
j
В РПУ 9 каждого ППК ВС используют К частотных каналов приема, объединенных по антенным входам и подключаемых к приемопередающей антенне 15 в режиме «прием», для осуществления одновременного приема по К независимым частотным каналам приема П, П,…, П с выводом выходного напряжения каждого канала приема П с порядковым номером j=1,2,…,К в цифровой форме.
В диапазоне KB (3-30) МГц и верхней части диапазона СВ (0,3-3) МГц работа ВС из-за изменчивости параметров радиолиний в зависимости от времени суток, сезона, уровня солнечной активности [9, 12] осуществляется в соответствии с частотным расписанием, составляемым на каждую рабочую смену продолжительностью L часов непрерывной работы ВС, отсчитываемых по системе единого времени.
Частотное расписание составляется по результатам краткосрочного прогнозирования условий ионосферного распространения радиоволн или по результатам более точного оперативного прогнозирования с проведением зондирования ионосферы [12] в пределах конкретного региона работы системы на суше или на море с радиусом до 1000 км и более (в зависимости от мощности излучения используемого РПдУ в составе каждого ППК).
i
i
i
1Ti
2Ti
KTi
jTi
j
i
f Ti
МРЧ Ti
МПЧ
Ti
i
В соответствии с частотным расписанием каждая рабочая смена продолжительностью L часов разбивается на m временных интервалов каждый длительностью T=L/m, где i=1, 2,…, m определяет порядковый номер следования каждого временного интервала T в пределах L часов, и на каждый временной интервал T выделяется соответствующая группа из К разрешенных для связи оптимальных рабочих частот (ОРЧ) f, f,…,f, каждой из которых f назначается порядковый номер j=1,2,…,К, совпадающий с порядковым номером канала приема П, настраиваемого на эту ОРЧ для работы в пределах временного интервала T, причем каждая группа из К ОРЧ формируется из соответствующего интервала частот Δ=(0,7-0,9)•f, где f - максимальная применимая частота на временном интервале T, определяемая по результатам краткосрочного прогнозирования условий ионосферного распространения радиоволн.
j
jT1
jT2
jTm
1
2
m
Учитывая, что в ВСС должны использоваться современные многоканальные цифровые РПУ и современные РПдУ, какими должны быть соответственно РПУ 9 и РПдУ 7 в составе каждого ППК и которые позволяют осуществлять программирование необходимого количества каналов настройки или так называемых заранее подготовленных каналов (ЗПК) приема или передачи [7], то перед началом каждой рабочей смены в электронную память каждого канала приема П РПУ 9 каждого ППК записываются как ЗПК приема m соответствующих значений ОРЧ f, f,…, f, разрешенных для работы на соответствующих временных интервалах T,T,…,T согласно частотного расписания, а в электронную память канала передачи каждого ППК ВСС записываются как ЗПК передачи все Q=К•m значений ОРЧ согласно частотного расписания.
i
1
2
K
1Ti
2Ti
KTi
Перед наступлением каждого следующего друг за другом временного интервала Т работы ВС производится одновременная перестройка всех К каналов приема П, П,…, П каждого ППК на соответствующие К ЗПК приема f, f,…, f. Это позволяет свести до необходимого минимума время перестройки каналов приема и передачи в соответствии с частотным расписанием.
1T1
2T1
KT1
1
1T2
2T2
KT2
2
j
jT1
jT2
jTm
1
2
m
Например, значения первой группы из К ОРЧ (f, f,…,f), разрешенных для работы ВС на первом временном интервале T, записывают в первые ячейки электронной памяти соответствующих К каналов приема РПУ 9 каждого ППК - по одному значению ОРЧ для каждого канала приема каждого ППК. Значения второй группы из К ОРЧ (f, f,…,f), разрешенных для работы ВСС на втором временном интервале Т, записывают во вторые ячейки электронной памяти соответствующих К каналов приема РПУ 9 каждого ППК - также по одному значению ОРЧ для каждого канала приема и т.д.. В результате для каждого j-го канала приема П РПУ 9 каждого ППК будет записано m значений ОРЧ-ЗПК (f, f,…,f), разрешенных для работы на соответствующих m временных интервалах (T,T,…,T) в соответствии с частотным расписанием ВС на одну рабочую смену продолжительностью L часов.
Если в момент смены частот какой-либо ППК ВС продолжает прием информации по одному из каналов приема РПУ 9, то перестройка частоты этого канала приема производится после завершения сеанса связи, т.е. после установки этого ППК в исходное состояние - ждущий режим «прием». Перестройка частот каналов приема РПУ 9 и канала передачи РПдУ 7 каждого ППК производится по цифровым сигналам, формируемым УВОЧС 32, которое может взаимодействовать с РПУ 9 и РПдУ 7, например, путем информационного обмена по интерфейсу Gigabit Ethernet [7].
1
1
1
1T1
2T1
KT1
1
1T2
2T2
KT2
При этом первый временной интервал T для каждого ППК должен начинаться с началом каждой рабочей смены, т.е. с началом отсчета каждых L часов непрерывной работы ВС в пределах суток. Например, первая рабочая смена продолжительностью L=6 часов должна начинаться в 00 часов, 00 минут, 00 секунд, отсчитываемых в УВОЧС 32 по системе единого точного времени. Соответственно первый интервал T будет начинаться в это же время и перед началом первого интервала T все каналы приема РПУ 9 каждого ППК должны быть настроены на соответствующие частоты f, f,…,f. При m=2 момент начала второго интервала должен отсчитываться в этом случае с 3 часов, 00 минут, 00 секунд, и перед окончанием первого интервала T, например, в 2 часа, 59 минут, 45 секунд должна производиться синхронная перестройка каналов приема РПУ 9 всех ППК ВС на последующую группу рабочих частот f, f,…,f в соответствии с частотным расписанием этой рабочей смены.
2
3
4
Каждый ППК ВС до начала дуплексного или симплексного сеанса связи или после завершения сеанса связи, устанавливается в исходное состояние - ждущий режим «прием», путем подачи на вход «Упр. ПРМ» (четвертый вход блока управления 19) импульсного сигнала в виде кратковременного логического уровня «1». В блоке управления 19 импульсный сигнал перебрасывает второй триггер 26 в единичное (запрещающее) состояние, и его выходной логический уровень «1» блокирует поступление управляющего сигнала с выхода третьего коммутатора входных сигналов 4 на выход элемента «ИЛИ-НЕ» 27. С выхода элемента «ИЛИ-НЕ» 27 в этом случае на первый вход четвертого коммутатора входных сигналов 4 поступает логический уровень «0».
2
3
4
2
5
1
3
6
2
4
Одновременно импульсный сигнал с входа ППК «Упр. ПРМ» через второй элемент «ИЛИ» 25 подается на первый вход третьего триггера 26, устанавливая его в нулевое состояние, и его выходной логический уровень «0» поступает на управляющий вход четвертого коммутатора входных сигналов 4 блока управления 19, с второго дополнительного выхода которого этот логический уровень подается на дополнительный управляющий вход устройства сжатия сигнала 5 и на дополнительный вход устройства расширения сигнала 11. В результате устройства сжатия сигнала 5 и расширения сигнала 11 устанавливаются в основные их режимы - сжатия и расширения сигнала (повышения скорости передачи двоичных символов в два раза и понижения скорости принимаемого сигнала в два раза), как в известной системе [10], поскольку второй коммутатор выходных сигналов 12 и пятый коммутатор входных сигналов 4 обеспечивают подключение входа и выхода первого блока памяти 21 соответственно к входу и выходу устройства сжатия сигнала 5, а третий коммутатор выходных сигналов 12 и шестой коммутатор входных сигналов 4 обеспечивают подключение входа и выхода второго блока памяти 21 соответственно к входу и выходу устройства расширения сигнала 11. Кроме того, четвертый коммутатор входных сигналов 4 обеспечивает коммутацию выходного сигнала элемента «ИЛИ-НЕ» 27 на выход блока управления 19. В этом случае, как и в известной системе [10], логический уровень «0» с выхода блока управления 19, поступая на управляющий вход РПдУ 7, на управляющий вход коммутатора радиосигналов 8 и управляющий вход демодулятора 10, блокирует выходной сигнал РПдУ 7 на входе приемопередающей антенны 15 и обеспечивает подключение приемопередающей антенны 15 к входу РПУ 9 через коммутатор радиосигналов 8.
i
j
В режиме «прием» принимаемое приемопередающей антенной 15 результирующее колебание может представлять собой совокупность различного вида помех и сигналов, которую можно назвать результирующим колебанием. Это колебание поступает на антенный вход РПУ 9, который является общим для всех К каналов приема РПУ 9, настраиваемых перед началом следования каждого временного интервала Т на соответствующую группу из К различных частот в соответствии с частотным расписанием. В РПУ 9 каждого ППК каждым каналом приема П выполняется усиление принимаемого сигнала, его преобразование в цифровую форму, основная частотная фильтрация с необходимой полосой пропускания, перенос спектра принимаемого сигнала с частоты настройки на нулевую частоту с переходом к представлению сигнала в виде отсчетов квадратур, и вывод отсчетов квадратур выходного сигнала каждого канала приема РПУ 9 на соответствующий вход-выход УВОЧС 32, например, через интерфейс Fast Ethernet спецификации 100 Base - ТХ [7].
1
1
Обмен информацией между любыми двумя ППК с использованием источников аналоговых сигналов 2 и получателей аналоговых сигналов 14 осуществляется путем подачи на вход «Упр. ИС» (управления источником сигнала) каждого из взаимодействующих ППК логического уровня «0». При этом первый коммутатор входных сигналов 4 подключает к входу устройства сжатия сигнала 5 выход кодера 3, который обеспечивает преобразование аналогового, например, телефонного (ТЛФ) сигнала с выхода источника аналогового сигнала 2 в двоичный поток, а первый коммутатор выходных сигналов 12 подключает выход устройства расширения сигналов 11 к декодеру 13, который осуществляет обратную операцию преобразования принимаемого двоичного потока в аналоговый сигнал, который далее подается получателю аналогового сигнала 14.
1
1
Обмен информацией с использованием источников дискретной информации 16 и получателей дискретной информации 17 осуществляется путем подачи на вход «Упр. ИС» каждого из взаимодействующих ППК логического уровня «1», при котором первый коммутатор входных сигналов 4 подключает к входу устройства сжатия сигнала 5 выход источника дискретной информации 16, а первый коммутатор выходных сигналов 12 подключает выход устройства расширения сигналов 11 к получателю дискретной информации 17.
1
При этом не исключается установка первого коммутатора выходных сигналов 12 в режим разветвления сигнала (например, с помощью органов местного управления) при котором входной двоичный сигнал с выхода устройства расширения сигнала 11 одновременно может поступать на вход декодера 13 и на вход получателя дискретного сигнала 17 вне зависимости от команд управления на входе «Упр. ИС» ППК. Это позволяет вести слуховой контроль принимаемого дискретного сигнала и прием голосовых команд управления от взаимодействующего ППК в паузах между приемом отдельных файлов цифровой информации, например, команд на смену частоты связи при ухудшении качества принимаемой информации.
Для более детального описания принципа работы ППК рассмотрим его работу с одним из вариантов исполнения УВОЧС 32, структурная схема которого приведена на фиг. 2.
Данный вариант УВОЧС 32 содержит коммутатор Ethernet, входы-выходы которого являются входами-выходами УВОЧС 32, а также К анализаторов уровней подканалов группового сигнала (АУПГС), К обнаружителей сигнала временного дуплекса (ОСВД), блок анализа и управления техническими средствами (БАУТС) и блок определения местоположения и меток точного времени (БОММТВ), входы-выходы каждого из которых соединены с соответствующими выходами-входами коммутатора Ethernet, управляющий выход-вход и канальный выход которого являются соответственно управляющим выходом-входом и канальным выходом УВОЧС 32, управляющим входом и управляющим выходом которого являются соответственно управляющий вход и управляющий выход БАУТС, управляющий вход выбора оптимальной частоты связи (ОЧС) которого является управляющим входом выбора ОЧС УВОЧС 32, а соответственно и управляющим входом выбора ОЧС ППК 1.
j
В данном варианте исполнения УВОЧС 32 выходное напряжение каждого канала приема П РПУ 9 с порядковым номером j (j=1,2,…,К), представленное в цифровой форме, поступает через коммутатор Ethernet на вход АУПГС с таким же порядковым номером j.
ц
ц
ц
гс
гс
При дуплексной радиосвязи между любыми двумя ППК каждый из них периодически переключается из режима «прием» в режим «передача» с частотой F=1/Т, где Т - длительность одного цикла переключений «прием»-«передача», и передает в эфир на одной из разрешенных ОРЧ последовательность регулярно следующих на соответствующих временных интервалах «передача» квантов группового сигнала, модулированных двоичным сигналом, каждый длительностью Т/2, причем групповой сигнал формируется как сигнал OFDM, состоящий из N ортогональных сигналов подканалов с частотным интервалом между соседними подканалами равным Δf=1/Т, где Т - длительность посылки группового сигнала [10]. Для краткости такую последовательность квантов группового сигнала будем называть в соответствии с [1] групповым сигналом временного дуплекса (ГСВД).
При одночастотной симплексной радиосвязи каждый ППК принимает в режиме «прием» и излучает в режиме «передача» на одной и той же частоте групповой сигнал такого же структуры, только непрерывный в пределах каждого временного интервала «передача». Такой сигнал по аналогии с ГСВД будем называть групповым сигналом одночастотного симплекса (ГСОС). При этом ГСВД и ГСОС модулируется либо двоичным сигналом ЦИВ от формирователя сигнала ЦИВ 18, либо информационным двоичным сигналом от источника дискретного сигнала 16, либо от источника аналогового сигнала 2, преобразованного в цифровую форму в кодере 3).
i
j
С учетом структуры ГСВД и ГСОС, которые могут передаваться на любой из К несущих частот при работе ВС в пределах соответствующего временного интервала T, для осуществления непрерывного анализа структуры принимаемого колебания на выходе каждого канала приема П РПУ 9 требуется, чтобы каждый из К АУПГС содержал в своем составе, например, N цифровых фильтров, где N (как отмечено выше) - количество частотных подканалов в структуре используемого в ВСС группового сигнала.
гс
j
Полоса пропускания каждого из N фильтров должна обеспечивать выделение из многочастотного группового сигнала, представленного в цифровой форме на выходе канала приема, напряжения соответствующего частотного подканала с полосой пропускания Δf=1/Т. При этом в каждом АУПГС с порядковым номером j, соответствующему порядковому номеру канала приема П РПУ 9, выходное напряжение которого расфильтровывается, производится непрерывная оценка (в относительных единицах) мгновенных значений выходного напряжения каждого фильтра в реальном масштабе времени и среднего уровня напряжения каждого фильтра, а также мгновенных значений суммарного напряжения с выходов всех N фильтров в реальном масштабе времени и среднего уровня суммарного напряжения с выходов всех N фильтров. Причем при приеме каким-либо каналом приема РПУ 9 ГСВД, средний уровень напряжения каждого частотного подканала и средний уровень суммарного напряжения N подканалов должны оцениваться в УВОЧС 32 по результатам приема только следующих друг за другом квантов группового сигнала (без учета приема на других временных интервалах, на которых групповой сигнал не передается) с постоянной времени интегрирования результатов оценки принимаемых сигналов, превышающего период замираний сигнала, приходящего в точку приема после отражения от ионосферы.
j
jTi
Аналогичным образом может быть оценен в УВОЧС 32 каждого ППК средний уровень помех на выходе каждого канала приема П РПУ 9, когда ГСВД или ГСОС на несущей частоте f настройки этого канала приема не излучается в эфир другими ППК.
j
Результаты оценки выходных напряжений цифровых фильтров каждого АУПГС с порядковым номером j передаются через коммутатор Ethernet в БАУТС в виде цифровых данных для последующего анализа. Одновременно текущие данные (без усреднения) об оценках уровня суммарного напряжения с выходов N фильтров каждого АУПГС через коммутатор Ethernet подаются в соответствующий ОСВД с таким же порядковым номером j. В каждом j-ом ОСВД цифровые данные об оценках уровня отфильтрованного группового напряжения соответствующего j-го канала приема П проверяются на предмет того, является или нет принимаемый сигнал сигналом временного дуплекса, передаваемым одним из R ППК ВС. Например, в качестве обнаружителя сигнала временного дуплекса можно использовать цифровой амплитудный детектор, выходной бинарный сигнал которого непрерывно проверяется на соответствие (с определенной степенью достоверности) управляющей двоичной последовательности (меандру), аналогичной последовательности, формируемой в каждом ППК на выходе блока управления 19.
i
Порядковые номера тех ОСВД, в которых произошло обнаружение группового сигнала временного дуплекса, передаются через коммутатор Ethernet в БАУТС в виде цифровых данных. В БАУТС производится непрерывный анализ поступающих от каждого из К АУПГС и каждого из К ОСВД цифровых данных. Результаты анализа в наглядной форме могут выводиться на табло или дисплей в составе УВОЧС 32 для непрерывного мониторинга оценок следующих данных (в пределах каждого временного интервала Т), от использования которых существенно зависит помехоустойчивость ведения радиосвязи между любыми двумя ППК:
j
1. Уровней напряжений на выходе каждого канала приема П РПУ 9:
- в парциальной полосе Δf каждого из N частотных подканалов группового сигнал;
- в суммарной полосе ΔF=Δf•N всех подканалов.
i
Эти данные могут характеризовать в реальном масштабе времени занятость каналов связи на каждом временном интервале T в реальном масштабе времени и относительный уровень помех в каждом канале связи.
j
2. Порядковых номеров тех каналов приема П РПУ 9, по результатам анализа выходного колебания каждого из которых выявлено, что идет прием:
а) ГСВД (если в соответствующем АУПГС выявлено, что средние уровни напряжений подканалов группового сигнала отличаются друг от друга незначительно и средний уровень суммарного напряжения N подканалов не ниже выбранного порогового значения, а также при условии, что в соответствующем ОСВД обнаружен групповой сигнал временного дуплекса);
б) ГСОС (если в соответствующем АУПГС выявлено, что средние уровни напряжений подканалов группового сигнала отличаются друг от друга незначительно и средний уровень суммарного напряжения N подканалов не ниже выбранного порогового значения, а также при условии, что в соответствующем ОСВД групповой сигнал временного дуплекса не обнаружен);
в) сосредоточенных по спектру помех [15], спектральные составляющие которых попадают в полосу пропускания одного или нескольких подканалов группового сигнала (если в соответствующем АУПГС выявлено, что средний уровень напряжения помех, оцененный в полосе пропускания одного или нескольких подканалов группового сигнала значительно превышает средний уровень напряжения каждого из остальных подканалов, а также при условии, что в соответствующем ОСВД сигнал временного дуплекса не обнаружен);
г) помех типа нормальный белый шум [15], что означает, что канал связи на частоте настройки данного канала приема не занят (если в соответствующем АУПГС выявлено, что средний уровень напряжения флуктуационной помехи, оцененный в полосе пропускания каждого из подканалов примерно одинаков, и средний уровень суммарного напряжения помехи N подканалов не превышает заданной пороговой величины, а также при условии, что в соответствующем ОСВД сигнал временного дуплекса не обнаружен).
i
Для удобства работы и отображения результатов анализа в УВОЧС 32 все каналы приема РПУ 9 каждого ППК при работе на временном интервале T можно распределить по четырем категориям: к первой категории можно отнести каналы приема, соответствующие каналам приема, приведенным выше в пункте 2а; к второй категории можно отнести каналы приема, соответствующие каналам приема, приведенным в пункте 2б; к третьей категории - каналы приема, соответствующие каналам приема, приведенным в пункте 2в и к четвертой категории - каналы приема, соответствующие каналам приема, приведенным в пункте 2г.
i
Кроме того, задачей БАУТС в данном варианте исполнения УВОЧС 32 является формирование команд управления для смены частот настройки (ОРЧ) каналов приема РПУ 9 в соответствии с частотным расписанием на каждый временной интервал T а также для смены частоты настройки РПдУ 7 после выбора с помощью УВОЧС 32 оптимальной частоты связи (ОЧС). Команды управления от БАУТС поступают на РПУ 9 и РПдУ 7 через коммутатор Ethernet УВОЧС. Необходимые сигналы точного времени для синхронной смены частот в каждом ППК ВС поступают в цифровом виде от БОММТВ, входящего в состав УВОЧС. Кроме того, БОММТВ обеспечивает определение координат местоположения каждого ППК, поскольку данные о местоположении каждого из R ППК, рассредоточении в пределах региона или морского пространства, должны быть учтены при составлении частотного расписания.
Следует отметить, что специфическая структура группового сигнала позволяет с высокой вероятностью определять наличие или отсутствие этого сигнала на выходе любого канала приема РПУ 9.
j
В данном варианте исполнения УВОЧС 32 (фиг. 2) при обнаружении ГСВД, модулированного сигналом ЦИВ или информационным сигналом, на выходе канала приема П РПУ 9 с порядковым номером j, относящегося к каналам приема первой категории, БАУКС обеспечивает коммутацию этого сигнала на канальный выход УВОЧС 32 (через коммутатор Ethernet) при условии, что на его второй управляющий вход поступает логический уровень «1», сигнализирующий, что ППК находится в ждущем режиме «прием», при котором производится поиск ГСВД или ГСОС, модулированных сигналом ЦИВ, каждым каналом приема РПУ 9.
j
С канального выхода УВОЧС 32 групповой сигнал j-го канала приема П поступает параллельно на входы демодулятора синхросигнала 20 и демодулятора 10, которые работают в непрерывном режиме (работа демодулятора 10 не блокируется управляющим сигналом на его управляющем входе).
Одновременно на управляющем выходе УВОЧС 32 формируется логический уровень «1» положительной полярности, который подается на дополнительный вход дешифратора сигнала ЦИВ 28 блока управления 19 и сигнализирует об обнаружении ГСВД на выходе канала приема, относящегося к каналам приема первой категории. Время действия этого сигнала должно быть не меньше времени, необходимого для обнаружения дешифратором сигнала ЦИВ 28 (с требуемой вероятностью правильного обнаружения) своего адреса, закодированного в демодулированных квантах двоичного сигнала на выходе демодулятора 10.
1
1
2
1
2
3
4
j
При обнаружении своего адреса на выходе дешифратора сигнала ЦИВ 28 формируется импульсный сигнал - кратковременный логический уровень «1», который, поступая на первые входы первого триггера 26, первого элемента ИЛИ 25 и второго элемента ИЛИ 25, устанавливает первый и второй триггеры 26 и 26 в нулевые состояния, при которых обеспечивается коммутация управляющего меандра с выхода демодулятора синхросигнала 20 (через третий коммутатор входных сигналов 4, элемент ИЛИ-НЕ 27 и четвертый коммутатор входных сигналов 4) на выход блока управления 19. Этим обеспечивается дистанционный перевод вызываемого на связь ППК в состояние «ведомый» и установка дуплексного режима работы «ведомого» ППК, при котором производится формирование и передача в эфир с помощью РПдУ 7 и приемопередающей антенны 15 квантов ГСВД, модулированного информационным сигналом «ведомого» ППК. При этом на канальный выход УВОЧС 32 «ведомого» ППК постоянно будет подключен выход выбранного канала приема П РПУ 9, принимающего ГСВД, модулированный информационным сигналом «ведущего» ППК, а на управляющем выходе УВОЧС 32 будет сформирован управляющий сигнал - логический уровень «0», который блокирует работу дешифратора сигнала ЦИВ 28 на время проведения дуплексного сеанса связи.
Одновременно УВОЧС 32 формирует цифровой сигнал, поступающий на управляющий вход-выход РПдУ 7, для изменения частоты настройки РПдУ 7 в соответствии с частотой настройки выбранного канала приема РПУ 9.
i
j
При обнаружении на временном интервале T ГСОС каналом приема П РПУ 9 с порядковым номером j, относящегося к каналам приема второй категории, УВОЧС 32 также обеспечивает коммутацию этого сигнала на канальный выход при условии, что на его второй управляющий вход также поступает логический уровень «1» с первого дополнительного выхода блока управления 19. Однако на дополнительный управляющий вход дешифратора сигнала ЦИВ 28 с управляющего выхода УВОЧС 32 в этом случае будет поступать логический уровень «1» отрицательной полярности, сигнализирующий прием ГСОС. Время действия этого сигнала также должно быть не меньше времени, необходимого для обнаружения дешифратором сигнала ЦИВ 28 (с требуемой вероятностью правильного обнаружения) своего адреса, закодированного в непрерывном двоичном сигнале на выходе демодулятора 10.
1
3
2
3
4
В этом случае при обнаружении своего адреса в демодулированном двоичном сигнале на дополнительном выходе дешифратора сигнала ЦИВ 28 формируется импульсный сигнал - кратковременный логический уровень «1». Этот сигнал, поступая на дополнительный вход первого элемента ИЛИ 25 и первый вход третьего элемента ИЛИ 25, устанавливает второй триггер 26 в нулевое состояние, а третий триггер 26 - в единичное состояние, при котором управляющий логический уровень с входа «Упр. ПРМ/ПРД» ППК через четвертый коммутатор входных сигналов 4 подается на выход блока управления 19 (логический уровень «0» - прием ГСОС; логический уровень «1» - передача ГСОС), обеспечивая тем самым дистанционный перевод «ведомого» ППК в симплексный режим работы, при котором «ведомый» ППК также, как и «ведущий» ППК, в режиме «передача» может передавать в эфир ГСОС, модулированный информационным двоичным сигналом.
При этом на канальный выход УВОЧС 32 «ведомого» ППК постоянно будет подключен выход выбранного канала приема РПУ 9, принимающего ГСОС от «ведущего» ППК, а на управляющем выходе УВОЧС 32 будет сформирован управляющий сигнал - логический уровень «0», который блокирует работу дешифратора сигнала ЦИВ 28 на время проведения симплексного сеанса связи.
Перестройка частоты передачи РПдУ 7 после обнаружения своего адреса в двоичном сигнале ЦИВ производится аналогично рассмотренному выше.
Следует отметить, что формирование на управляющем выходе УВОЧС 32 трех видов команд управления (в данном варианте исполнения УВОКС 32 - логические уровни: «1» - положительной полярности, «1» - отрицательной полярности и «0» - нулевой уровень) позволяет упростить реализацию дешифратора сигнала ЦИВ 28 и повысить его помехоустойчивость от ложного срабатывания при поиске своего адреса в демодулированном сигнале.
Кроме того, если в каком либо ППК ВС, находящимся в исходном состоянии, определено два и более каналов приема, относящихся к первой и второй категории каналов приема (при одновременном обнаружении двух и более ГСВД и ГСОС на выходах соответствующих каналов приема РПУ 9), то УВОЧС 32 обеспечивает последовательную коммутацию выходных сигналов этих каналов приема на канальный выход с требуемым интервалом времени удержания каждого выходного сигнала на входе демодулятора 10, а соответственно и на сигнальном входе дешифратора сигнала ЦИВ 28 после демодуляции группового сигнала.
Интервал времени удержания выходного сигнала каждого из этих каналов приема РПУ 9 на входе демодулятора 10 должно быть не меньше времени, необходимого для обнаружения дешифратором сигнала ЦИВ 28 (с требуемой вероятностью правильного обнаружения) своего адреса, закодированного в одном из коммутируемых сигналов.
В этом случае на дополнительный вход дешифратора сигнала ЦИВ 28 синхронно с коммутируемыми групповыми сигналами будут коммутироваться логические уровни положительной или отрицательной полярности с управляющего выхода УВОЧС 32, соответствующие виду сигнала (ГСВД или ГЧОС), коммутируемого на канальный выход УВОЧС 32.
При поступлении на управляющий вход УВОЧС 32 логического уровня «0» (после обнаружении дешифратором 28 своего адреса в принимаемом двоичном сигнале), последовательная коммутация сигналов в УВОЧС 32 прекращается и на его канальный выход продолжит поступать выходной сигнал последнего скоммутированного канала приема РПУ 9. Одновременно производится перестройка частоты передачи РПдУ 7 аналогично рассмотренному выше.
j
jTi
При необходимости, установку любой частоты приема-передачи «ведомого» ППК, а также и «ведущего» ППК, из числа оптимальных рабочих частот, указанных в частотном расписании, или выбранной автоматическим способом с помощью УВОЧС 32 оптимальной частоты связи - ОЧС (путем выбора одного из каналов приема П РПУ 9 с соответствующим порядковым номером j, совпадающем с порядковым номером j частоты его настройки f, и относящегося к каналам приема четвертой категории, с минимальным уровнем напряжения помех на его выходе) можно осуществлять также по командам, поступающим на цифровой вход «Упр. ОЧС» ППК (управления выбором ОЧС).
i
Для проведении дуплексного сеанса связи в пределах временного интервала T между любыми двумя ППК требуется сначала произвести выбор ОЧС «ведущим» ППК.
i
j
Выбор ОЧС производят, как отмечено выше, с помощью УВОЧС 32 «ведущего» ППК автоматически - при подачи на управляющий многоразрядный цифровой вход «Упр. ОЧС» ППК соответствующей цифровой команды. В этом случае из всех К частот приема-передачи (ОРЧ), разрешенных для связи на временном интервале T в соответствии с частотным расписанием, УВОЧС 32 должно обеспечить коммутацию на входы демодулятора 10 и демодулятора синхросигнала 20 выходного сигнала одного из каналов приема П РПУ 9 с порядковым номером j, соответствующего каналам приема четвертой категории, на выходе которого уровень напряжения помех минимальный по отношению к другим каналам приема этой категории.
jTi
j
jTi
Одновременно управляющий цифровой сигнал о номере выбранного канала приема, сформированный УВОЧС 32, подается на управляющий вход-выход РПдУ 7, обеспечивая его настройку на ОРЧ f. Цифровой сигнал (квитанция) о выполнении перестройки частоты РПдУ 7 передается в обратном направлении в УВОЧС 32. После этого выполненная в УВОЧС 32 коммутация выходного сигнала выбранного канала приема П РПУ 9 и настройка РПдУ 7 на ОРЧ f должны сохраняться в «ведущем» ППК до поступления на его вход «Упр. ОКС» последующей команды о выборе другой ОЧС.
i
jTi
KTi
KTi
jTi
KTi
KTi
Например, если требуется при ухудшении качества связи на каком либо интервале T использовать новую ОРЧ f с другим порядковым номером, например, с j=K, т.е. ОЧС f, выбранной радиоабонентом (радистом-оператором, например, «ведущего» ППК) по результатам анализа данных, отображаемых на экране УВОКС 32, то номер новой ОЧС f и точное время смены частот можно заранее сообщить взаимодействующему «ведомому» ППК по действующему каналу связи (на ранее выбранной ОРЧ f), например, с использованием наиболее помехоустойчивого кодирования при передачи нового номера К ОЧС f. Необходимая информация записывается, например, в БАУКС, представленного на фиг. 2 варианта исполнения УВОЧС 32, каждого ППК, и в назначенный момент времени, определяемый БОММТВ, БАУКС УВОКС (фиг. 2) взаимодействующих ППК обеспечат их синхронную автоматическую перестройку на ОЧС f, работа на которой должна обеспечить более лучшее качество связи.
KTi
После выбора перед началом сеанса связи ОЧС f, на которой будет проводиться дуплексный сеанс связи с «ведомым» ППК, требуется произвести вызов «ведомого» ППК на связь.
2
2
Вызов на связь осуществляется путем подачи на вход «Упр. ЦИВ» «ведущего» ППК (управления передачи сигнала ЦИВ) команды в виде логического уровня «1». Этот уровень, поступая на управляющие входы второго коммутатора входных сигналов 4 и формирователя сигнала ЦИВ 18, обеспечивает запуск формирователя 18 и коммутацию его выходного сигнала через второй коммутатор входных сигналов 4 на вход модулятора 6.
Модулирующий сигнал ЦИВ формируют в виде двоичной последовательности с закодированным и периодически повторяемым цифровым адресом вызываемого на связь ППК, причем скорость формирования двоичного сигнала ЦИВ при проведении дуплексного сеанса связи устанавливается в два раза выше скорости передачи информационного двоичного сигнала V=1/Т, где Т - длительность элемента информационного двоичного сигнала, передаваемого от источника дискретного сигнала 16, либо от источника аналогового сигнала 2, преобразованного в цифровую форму кодером 3.
1
1
1
2
3
4
ц прд1
Одновременно управляющий логический уровень «1» с входа «Упр. ЦИВ» «ведущего» ППК подается на третий вход блока управления 19, в котором он поступает на второй вход первого элемента ИЛИ 25 и второй вход первого триггера 26, переводя первый 26 и второй 26 триггеры соответственно в единичное и нулевое состояния. При этом на выход блока управления 19 коммутируется с управляющего выхода устройства сжатия сигнала 5 (через третий коммутатор входных сигналов 4, элемент ИЛИ-НЕ 27, четвертый коммутатор входных сигналов 4) управляющий сигнал-меандр. Этот управляющий меандр, сформированный в устройстве сжатия сигнала 5, определяет периодически повторяющиеся циклы работы «прием»-«передача» «ведущего» ППК с частотой F («передача»-логический уровень «1», «прием» - логический уровень «0»).
В каждый интервал времени «передача» управляющего меандра РПдУ 7 обеспечивает усиление по мощности сигнала с выхода модулятора 6, фильтрацию его от нежелательных частотный составляющих в одном из диапазонных фильтрующих узлов фильтра гармоник, полоса прозрачности которого обеспечивает прохождение передаваемого сигнала [10], и излучение в эфир с помощью приемопередающей антенны 15 ГСВД, модулированного двоичным сигналом ЦИВ.
2
Исходная модулирующая двоичная последовательность сигнала ЦИВ с выхода второго коммутатора входных сигналов 4 подается на вход модулятора 6, в котором она разбивается на N параллельных потоков (N - число частотных подканалов модулятора 6, в каждом из которых длительность двоичных символов увеличивается в N раз), после чего производится формирование многочастотного сигнала OFDM (группового сигнала) [10].
В интервалы времени «прием» управляющего меандра происходит запирание возбудителя и усилителя мощности в составе РПдУ, в результате в эти интервалы времени обеспечивается необходимое ослабление уровня шумов с выхода РПдУ 7 и сохранение показателей чувствительности каналов приема РПУ 9.
Работа «ведомого» ППК при приеме ГСВД, модулированного двоичным сигналом ЦИВ аналогична работе любого другого ППК, установленного в исходное состояние - ждущий режим «прием», и приведена выше. Дополнительно здесь следует отметить то, что используемый в ВСС ГСВД представляет собой сигнал, по форме соответствующий сигналу многочастотной амплитудной телеграфии (AT) [10], который содержит кроме основной информации, содержащейся в квантах группового сигнала, еще и синхроинформацию о границах временных интервалов «прием»-«передача». Эту синхроинформацию можно использовать для обеспечения синхронной работы двух ППК без введения в передавамый сигнал избыточной синхроинформации.
Выделение синхросигнала, соответствующего управляющему меандру «ведущего» ППК, производится демодулятором синхросигнала 20 «ведомого» ППК, в котором сигнал сначала детектируется амплитудным детектором, после чего AT- сигнал подвергается регенерации регенератором, где производится усреднение временного положения фронтов посылок двоичной последовательности (типа меандра) на выходе детектора и восстановление формы посылок как управляющего меандра, обеспечивающего работу ведомого ППК в противофазе по отношению к работе ведущего ППК [10].
Ввиду периодичности и довольно большой длительности периода следования цикловых интервалов «передача»-«прием», регенерируемый меандр может быть восстановлен с высокой степенью достоверности.
т прм2
т
прд1
Одновременно в «ведомом» ППК производится демодуляция принимаемого группового сигнала демодулятором OFDM- сигнала 10 известным способом, после чего N синхронных двоичных потоков преобразуются в единую двоичную последовательность, которая поступает на выход демодулятора 10 с эфирной скоростью передачи V=2F=2F [10].
Рассмотрим более подробно процесс установления и ведения дуплексной радиосвязи.
2
По окончании передачи сигнала ЦИВ «ведущим» ППК (при смене единичного логического уровня на нулевой уровень на входе «Упр. ЦИВ») второй коммутатор входных сигналов 4подключает к входу модулятора 6 модулирующую информационную двоичную последовательность с выхода устройства сжатия сигнала 5.
Устройство сжатия сигналов 4 работает следующим образом.
1
На вход устройства через первый коммутатор входных сигналов 4 может поступать двоичный сигнал либо с выхода кодера 3 (цифровая речь), либо с выхода источника дискретного сигнала 16 (данные) со скоростью передачи V (бит/с). Для наглядности описания работы примем, что входной сигнал представляет собой периодически повторяемую комбинацию двоичных символов типа 1110010 (фиг. 3а).
3
1
В устройстве сжатия сигнала 5 входной сигнал через третий коммутатор выходных сигналов 12 поступает на первый блок памяти 21, который может представлять собой оперативное запоминающее устройство с раздельными и независимыми управляющими входами записи и считывания информации.
1
т
прд1
2
т прд1
т вс1
т вс2
т оп
Формирование необходимых тактовых последовательностей импульсов для первого счетчика записи 22 (F), для первого счетчика считывания 24, объединенного по тактовым входам с формирователем сигнала ЦИВ 18 (2 F), для источника дискретного сигнала 16 (F) и для кодера 3 (F) производится от одного формирователя тактовых импульсов 31, формирующего эти последовательности импульсов от одной опорной последовательности тактовых импульсов (F) с дополнительного тактового выхода устройства сжатия сигнала 11, которая формируется его блоком тактовой синхронизации 29. Соответственно этим достигается синхронная работа всех составных частей ППК и исключаются возможные фазовые рассогласования между передаваемыми и принимаемыми двоичными сигналами двух взаимодействующих ППК из-за недостаточной стабильности опорных частот задающих генераторов тактовых импульсов с составе источников дискретного сигнала 16 и кодеров 3 «ведущего» и «ведомого» ППК, с помощью которых производится формирование соответствующих двоичных сигналов.
т прд1
Для обеспечения сжатия двоичного сигнала в 2 раза на выходе устройства сжатия сигнала 5 необходимо, чтобы частота следования импульсов считывания была в два раза выше частоты следовании импульсов записи F.
1
2
1
2
Емкости М и М счетчиков записи (22) и считывания (24) должны определяться следующим образом.
ц
ц
ц
ц
Для ведения дуплексной радиосвязи каждый ППК должен периодически переключаться с приема на передачу в противофазе по отношению друг к другу с частотой F=1/Т, где Т - длительность одного цикла «передача» - «прием». Длительность Т выбирается исходя из допустимой величины задержки преобразованного в цифровую форму телефонного сигнала (0,1-0,3) с и характеристик применяемых приемопередающих средств. Для радиообмена дискретными сообщениями величина Т может выбираться в более широких пределах.
1
1
1
1
ц
1
т прд1
1
ц
1
ц
1
При скорости передачи двоичных символов оцифрованного речевого сигнала равной V (бит/с), емкость M счетчика записи 22 или количество двоичных символов, периодически записываемое счетчиком записи 22 в блок памяти 21 за один цикл длительностью Т=MT (двоичных символов или тактовых интервалов (ТИ) частоты F), можно выбрать в пределах: M=Т/Т~(0,1-0,3)⋅V. Причем целое число M должно быть четным для обеспечения задержки на величину Т/2 между моментами записи и считывания информации в первом блоке памяти 21.
ц
Для обеспечения сжатия исходного кванта сигнала длительностью Т в 2 раза производится следующее:
ц
1
1
- в первой половине каждого цикла (временной интервал «прием» длительностью Т/2) производится последовательная запись (в соответствующие ячейки памяти блока памяти 21) М двоичных символов подготавливаемого к передачи кванта сигнала;
1
ц
- во второй половине каждого цикла (временной интервал «передача») из этих ячеек блока памяти 21 производится последовательное считывание двоичной информации с удвоенной скоростью и с задержкой на величину Т/2 по отношению к моментам записи.
2
1
1
2
1
1
1
т
прд1
1
1
1
Для этого необходимо, чтобы емкость М счетчика считывания 24 была в 2 раза больше емкости счетчика записи 22, т.е. М=2М. Причем первые M адресов ячеек считывания, последовательно сменяемых на выходе счетчика считывания 24 с тактовой частотой 2F, должны соответствовать адресам ячеек памяти, в которые произведена запись M входных символов первого блока памяти 21, а последующие М адресов считывания должны соответствовать ячейкам, в каждой из которых постоянно записан символ «0».
1
2
Соответственно количество ячеек памяти в блоке памяти 21 устройства сжатия сигнала 4 должно быть не менее величины М.
ц
1
1
1
1
2
1
1
Для наглядности на фиг. 3а длительность цикла Т в тактовых интервалах (ТИ) или емкость M счетчика записи 22 принята равной M=16, емкость счетчика считывания 24-М=32. В качестве счетчика записи 22 в данном случае можно использовать 4-х разрядный двоичный счетчик, а в качестве счетчика считывания 24 - 5-ти разрядный двоичный счетчик.
1
Каждому состоянию счетчика записи (в рассматриваемом случае от 0 до 15) соответствует своя ячейка памяти в блоке памяти 21, в которую записывается логический уровень, соответствующий двоичному символу на входе блока памяти и который сохраняется в ячейке в течение одного цикла.
ц
На фиг. 3г, д, ж, з, и приведены логические уровни ячеек памяти с номерами 1, 2, 3, …, 15, 16, соответствующие пронумерованным от 1 до 16 символам входной двоичной последовательности, условно разбитой на цикловые интервалы длительностью Т=16 ТИ каждый.
ц
т прд1
Считывание информации из ячеек памяти производится с запаздыванием на величину Т/2=8 ТИ (или 16 тактовых интервалов частоты следования импульсов 2F).
1
1
1
Необходимые фазовые соотношения между счетчиками записи и считывания устанавливаются блоком фазирования 23 путем сравнения состояний счетчиков (выходных разрядных двоичных чисел) на входах 1 и 2 блока фазирования 23 и принудительной начальной установки счетчика записи 22 в требуемое состояние управляющим сигналом с первого выхода этого блока.
1
ц
прд1
1
1
Кроме того, блок фазирования 23 формирует управляющий меандр с частотой следования двоичных уровней F, который управляет работой ППК, установленного в состояние «ведущий». Поскольку выходы счетчиков записи и считывания подключены к входам 1 и 2 блока фазирования 23, то формирование управляющего сигнала довольно просто реализуется с использованием выходного сигнала старшего разряда счетчика считывания 24.
1
На фиг. 3к приведен выходной сигнал устройства сжатия сигнала 5, на фиг. 3л - управляющий меандр блока управления 19, формируемый блоком фазирования 23 в инверсном виде. Временные интервалы «передача» и «прием» «ведущего» ППК здесь обозначены соответственно «ПРД1» и «ПРМ1».
ц
гс
Сжатые в 2 раза кванты передаваемого сигнала по окончании действия команды единичного логического уровня на входе «Упр. ЦИВ»» ведущего» ППК подаются через второй коммутатор входных сигналов 4 г на вход модулятора 6. Для упрощения изложения принципа работы здесь принято, что количество параллельных частотных подканалов уплотнения модулятора 6 равно N=8, соответственно двоичные символы каждого кванта передаваемого сигнала в последовательно-параллельном преобразователе модулятора 6 распределяются по восьми подканалам для формирования многочастотного сигнала OFDM блоком формирования сигнала OFDM модулятора 6[10]. При этом, длительность каждого двоичного символа входного кванта увеличивается в 8 раз, и в каждый интервал времени «передача» (ПРД1) длительностью Т/2 по каждому из частотных подканалов сигнала OFDM (группового сигнала) предается в эфир (приведенным выше методом) информация о значениях только двух символов из каждых 16-ти с длительностью элемента группового сигнала в эфире Т=4Т.
Далее процесс формирования и передачи квантов группового сигнала временного дуплекса, модулированного информационным двоичным сигналом, аналогичен описанному выше при передачи ГСВД, модулированного сигналом ЦИВ.
Аналогично вышеизложенному работают устройство сжатия сигнала 11 «ведомого» ППК и последующие его устройства, обеспечивающие передачу ГСВД, модулированного информационным сигналом, в эфир при дуплексной передачи информации в сторону «ведущего» ППК. Однако передача квантов ГСВД начинается только после регенерации демодулированного управляющего меандра и приема сигнала ЦИВ.
ц прм2
ц
прд1
З
З
Регенерированный управляющий меандр, аналогичный управляющему меандру первого ППК, с частотой следования цикловых интервалов F=F, приведен на фиг. 3м с учетом задержки сигнала τ на время его распространения от передатчика первого ППК до приемника второго ППК. Для наглядности принято, что величина задержки соответствует длительности одного принимаемого двоичного символа, т.е. τ=Т/2.
1
1
1
1
Для формирования «ведомым» ППК квантов сигнала, аналогичных по методу формирования квантов «ведущего» ППК, необходимо обеспечить совмещения начала считывания двоичных символов из первого блока памяти 21 устройства сжатия сигнала 5 с началом временного интервала «передача» регенерированного управляющего меандра. Это достигается принудительной установкой счетчика считывания 24 в необходимое состояние сигналом со второго выхода первого блока фазирования 23 в соответствии с временным положением (фазой) интервалов «передача» регенерированного управляющего меандра, который подается на управляющий вход первого блока фазирования 23 после обнаружения своего адреса в сигнале с ЦИВ.
з
На фиг. 3н условно обозначены временные границы квантов группового сигнала, передаваемых «ведомым» ППК, на входе коммутатора радиосигналов 8 «ведущего» ППК с учетом задержки распространения сигнала от одного комплекта к другому. При этом суммарная задержка принимаемых «ведущим» ППК квантов сигнала по отношению к переданным составляет величину 2 τ.
Рассмотрим процесс приема «ведущим» ППК ГСВД, модулированного информационным сигналом, после приема «ведомым» ППК ГСВД, модулированного сигналом ЦИВ.
Будем полагать, что в «ведомом» ППК исходный сигнал на входе устройства сжатия сигнала 5 аналогичен ранее рассмотренному (фиг. 3а), но со смещением фазы (временного положения) двоичной последовательности по отношению к управляющему меандру (фиг. 3м).
з
Коммутатор радиосигналов 8 первого ППК, управляемый меандром (фиг. 3л), формируемым устройством сжатия сигнала 5, будет коммутировать во временные интервалы ПРМ1 («прием») на вход РПУ 9 кванты принимаемого группового сигнала, усеченные на окончаниях на величину 2τ. Форма огибающей этих квантов соответствует выходному сигналу демодулятора синхросигнала 20, приведенному на фиг. 3о (при отсутствии каких либо помех на входе РПУ 9).
т прд1
Блок демодуляции сигнала OFDM в составе демодулятора 10 осуществляет операцию, обратную операции, выполняемой блоком формирования сигнала OFDM модулятора 6 [10]. При этом на его выходе формируется N=8 двоичных потоков, которые параллельно-последовательным преобразователем (в составе демодулятора 10) преобразуются в общий поток со скоростью 2F (фиг. п).
з
э
з
Укорочение по длительности каждого принимаемого с эфира кванта высокочастотного сигнала коммутатором радиосигналов 8 на величину 2τ на помехоустойчивость приема двоичной информации не повлияет. Количество частотных подканалов N, определяющих увеличение длительности двоичного символа (после удвоения скорости передачи) в каждом канале в N раз (Т=NT/2), выбирается исходя из обеспечения требуемой величины защитного интервала при передачи высокоскоростной информации по KB каналу связи [13], которая существенно больше величины 2τ.
ц
ц
ц
Более того, уменьшению длительности подвергается только часть кванта сигнала, соответствующая последнему двоичному символу в каждом подканале (в нашем примере при N=8 и Т=16 ТИ последним является второй символ каждого подканала - фиг. 3о). В действительности же, при реализации системы Т выбирается намного большим величины 16 ТИ, например, при Т=0,2 с, N=8 и при скорости передачи информации по KB каналу 4800 бит/с, в каждом кванте сигнала по каждому их 8-ми частотных подканалов передается L=0,2•4800/8=120 двоичных символов, т.е. последним в подканале будет являться 120-й символ).
2
3
т
прм1
т
прм1
2
2
2
2
1
С выхода демодулятора 10 дискретный сигнал поступает в устройство расширения сигнала 11, в котором этот сигнал подается на входы блока тактовой синхонизации (БТС) 29 и блока цикловой синхронизации 30, а также на вход второго блока памяти 21 через третий коммутатор выходных сигналов 4. В устройстве расширения сигнала 11 производится операция, обратная операции сжатия сигнала. Для осуществления этого в БТС 29 осуществляется определение временного положения границ двоичных элементов с выхода демодулятора 10 и формирование соответствующих последовательностей тактовых импульсов F, 2F (фиг. 3р,т), обеспечивающих синхронную запись информации во второй блок памяти 21 и ее считывание с помощью второго счетчика записи 22 и второго счетчика считывания 24, емкость которых равна ранее определенным величинам М и M, соответственно.
т
прм1
т
прм1
т
оп
т
прм1
т
оп
т
прм1
т
оп
т
оп
Последовательности тактовых импульсов 2F и F могут формироваться на выходах промежуточных делителей частоты БТС 29 путем деления частоты задающего генератора, имеющего высокую стабильность. Фаза импульсов на выходе делителей может изменяться с помощью кольца фазовой автоподстройки путем добавления или вычитания импульсов в последовательности импульсов с более высокой частотой в соответствии с изменением фазы входных двоичных символов [15, стр. 252]. Аналогичным образом формируется на дополнительном выходе БТС 29 последовательность опорных импульсов F, подстраиваемая по фазе в соответствии с изменением фазы входного бинарного сигнала и подаваемая на вход формирователя тактовых импульсов 31. Частота следования импульсов этой последовательности должна быть кратна частоте F, т.е. F=k•F, где k - целое число. Выбор частоты F (на выходе одного из промежуточных делителей частоты БТС 29) производится в зависимости от требований, предъявляемых к формирователю тактовых импульсов 31, который обеспечивает формирование необходимых тактовых последовательностей импульсов путем деления опорной частоты F на соответствующие коэффициенты деления. Такое формирование синхронных тактовых частот для работы приемных и передающих составных частей каждого ППК обеспечивает, как отмечено выше, надежный синхронный дуплексный обмен данными между каждыми двумя ППК системы связи.
ц
2
2
Необходимая задержка на половину циклового интервала Т/2 моментов считывания двоичной информации относительно моментов записи обеспечивается путем установки второго счетчика считывания 24 в требуемое состояние управляющим сигналом с первого выхода второго блока фазирования 23.
2
2
Кроме того, необходимо, чтобы начало записи во второй блок памяти 21 последовательности двоичных информационных символов каждого демодулированного кванта сигнала (фиг. 3п) совпадало с приходом первого двоичного символа демодулированного кванта, т.е. в первую ячейку памяти блока 21 должен быть записан первый символ демодулированного кванта сигнала, во вторую ячейку - следующий второй символ и т.д.
2
2
цс
прм1
1
Необходимое фазирование второго счетчика записи 22 обеспечивается управляющим сигналом со второго выхода блока фазирования 23 в соответствии с временным положением (фазой) цикловых импульсов F (фиг. 3с) с выхода блока цикловой синхронизации 30. В качестве циклового синхросигнала, содержащегося в каждом цикле демодулированного сигнала, можно использовать последовательность из M нулевых двоичных символов, следующих после последнего информационного символа демодулированного кванта сигнала (фиг. 3п).
Для того, чтобы исключить появление на выходе демодулятора 10 «ложных» символов «1» после последнего информационного символа каждого демодулированного кванта сигнала (вследствии действия шумов на его входе) работа блока демодуляции сигнала OFDM в составе демодулятора 10 блокируется управляющим меандром с выхода блока управления 19 в интервалы времени «ПРД1» [10] (фиг. 3л).
Для обеспечения работы БЦС 30 на его информационный вход подается сигнал с выхода демодулятора 10, а на его тактовый вход - последовательность тактовых импульсов со второго выхода БТС 29.
2
2
6
1
Результат считывания информации из второго блока памяти 21 представлен на фиг. 2у. С выхода блока памяти 21 этот двоичный сигнал подается на выход устройства расширения сигнала 11 через шестой коммутатор входных сигналов 4 и далее коммутируется первым коммутатором выходных сигналов 12 на вход декодера 13, где производится его преобразование в аналоговый ТЛФ сигнал, который далее подается получателю аналогового сигнала 14.
Аналогичным образом происходит прием информационного сигнала «ведомым» ППК в процессе ведения дуплексной радиосвязи после приема ГСВД, модулированного сигналом ЦИВ. В отличии от приема информации «ведущим» ППК, укорочения принимаемых квантов сигнала здесь не происходит ввиду того, что интервалы времени «ПРМ 2» регенерированного управляющего меандра совпадают с длительностью квантов двоичной последовательности демодулированного сигнала.
Рассмотрим работу этих же двух ППК при проведении симплексного сеанса связи.
В исходном состоянии (до начала сеанса связи) также, как и при дуплексной работе, каждый ППК устанавливается в ждущий режим «прием» путем подачи на вход «Упр. ПРМ» импульсного сигнала аналогично приведенному выше.
3
3
4
Перед началом проведения симплексного сеанса связи инициатор связи - «ведущий» ППК, устанавливается в симплексный режим работы путем подачи на вход «Уст. СР» (установка симплексного режима работы) импульсного сигнала в виде кратковременного логического уровня «1». Поступая на второй дополнительный вход блока управления 19, этот сигнал подается через третий элемент ИЛИ 25 на второй вход третьего триггера 26, устанавливая его в единичное состояние. Логический уровень «1» с выхода этого триггера поступает на управляющий вход четвертого коммутатора 4 и обеспечивает коммутацию управляющих логических уровней с входа «Упр. ПРМ/ПРД» (управление режимами «прием»/«передача») на выход блока управления 19. В этом случае управляющий логический уровень «0» на входе «Упр. ПРМ/ПРД» переводит ППК в режим «прием», обеспечивая прием сигналов в течении времени действия этого уровня, а управляющий логический уровень «1» на этом входе переводит ППК в режим «передача». Таким образом, управление ППК по данному входу аналогично управлению симплексной радиостанции в режим приема и передачи с использованием тангенты.
Одновременно при е 5 и работа устройства расширения сигнала 11 блокируется и каждый из них переводятся в режим коммутации двоичного сигнала с входа на выход соответствующего устройства. В этом случае логический уровень «1» с второго дополнительного выхода блока управления 19, поступая на вход управления формирователя тактовых импульсов 31, на дополнительный управляющий вход устройства сжатия сигнала 5 и на управляющий вход устройства расширения сигнала 11 обеспечивает следующее:
1
прд
1прд
1. В формирователе тактовых импульсов 31 частота тактовых импульсов на первом его выходе (2F) понижается в два раза, обеспечивая формирование двоичного сигнала ЦИВ блоком 18 с такой же скоростью F, что и скорость передачи информационных символов на входе устройства сжатия сигнала 5.
5
2
1
2
2. В устройстве сжатия сигнала 5 логический уровень «1», поступая на управляющие входы пятого коммутатора входных сигналов 4и второго коммутатора выходных сигналов 12, обеспечивает передачу двоичного сигнала с выхода первого коммутатора входных сигналов 4 на вход второго коммутатора входных сигналов 4.
6
3
1
т
прм1
т
прм1
3. В устройстве расширения сигнала 11 логический уровень «1», поступая на управляющие входы шестого коммутатора входных сигналов 4 и третьего коммутатора выходных сигналов 12 обеспечивает передачу двоичного сигнала с выхода демодулятора 10 на вход перового коммутатора выходных сигналов 12. Кроме того, логический уровень «1», поступая на дополнительный вход БТС 29, обеспечивает понижение скорости тактовых импульсов на втором выходе БТС 29 (2F) в 2 раза (F), т.е. в соответствии со скоростью следования принимаемых двоичных символов на выходе демодулятора 10.
Далее для проведения симплексного сеанса связи требуется произвести выбор оптимального канала связи «ведущим» ППК. Выбор производится путем подачи на вход «Упр. ОЧС» «ведущего» ППК импульсной команды таким же образом, что и при проведении дуплексного сеанса связи, изложенного выше.
После этого «ведущий» ППК должен передать ГСОС, модулированный сигналом ЦИВ, путем подачи одновременно на вход «Упр. ЦИВ» и на вход «Упр. ПРМ/ПРД» команды в виде логического уровня «1».
1
ГСОС, модулированный сигналом ЦИВ формируется и излучается в эфир в виде непрерывного группового сигнала с закодированным и периодически повторяемым цифровым адресом вызываемого ППК. Скорость передачи сигнала ЦИВ и последующей дискретной информации равна в данном случае скорости передачи основного сигнала V=1/Т бит/с (Т - длительность элемента исходного сигнала на выходе первого коммутатора входных сигналов 4). Длительность формирования сигнала ЦИВ определяется временем действия логического уровня «1» на входах Упр. ЦИВ» и «Упр. ПРМ/ПРД» и должна быть не меньше интервала времени, необходимого для надежного обнаружения сигнала ЦИВ во втором («ведомом») ППК.
Работа «ведомого» ППК при приеме ГСОС, модулированный сигналом ЦИВ аналогична работе любого другого ППК, установленного в исходное состояние - ждущий режим «прием», и приведена выше.
Ведение симплексного сеанса радиосвязи производится известным способом, путем последовательного обмена информацией при соответствующем управлении процессами передачи и приема группового сигнала по входам «Упр. ПРМ/ПРД» каждого ППК.
С практической точки зрения все составные части ведомственной системы двухсторонней высокоскоростной радиосвязи с эффективным использованием радиочастотного спектра реализуемы, о чем оговорено при изложении работы системы и в [10]. Радиоприемные устройства пятого поколения (типа РПУ 9) с прямым аналого-цифровым преобразованием открывают возможность создания многоканальных цифровых радиоприемных устройств по принципу «один аналоговый вход - много каналов приема», при котором сложность и стоимость РПУ в целом слабо зависит от количества каналов приема [7]. УВОЧС 32 может быть реализовано программным способом, например, под операционную систему Windows. В качестве аппаратной платформы может использоваться мини-ПЭВМ с требуемым быстродействием.
В заключение следует отметить, что реализация предлагаемого изобретения - ведомственной системы двухсторонней высокоскоростной радиосвязи с эффективным использованием радиочастотного спектра, позволит достичь следующих преимуществ по отношению к известным системам двухсторонней радиосвязи [5, 6, 10]:
1. Расширить функциональные возможности ВС путем обеспечения каждым двум ППК ведения кроме одночастотной дуплексной радиосвязи еще и одночастотной симплексной радиосвязи с дистанционным переключением (по радиоканалу) любого «ведомого» ППК как в режим дуплексной радиосвязи, так и в режим симплексной радиосвязи по требованию инициатора радиосвязи («ведущего» ППК). Кроме того, в режиме симплексной радиосвязи обеспечивается более высокая помехоустойчивость по отношению к режиму дуплексной радиосвязи за счет снижения скорости передаваемых в эфир данных в два раза.
2. Существенно сократить время ожидания выхода любого «ведущего» ППК на связь с требуемым «ведомым» ППК без применения в составе ВСС дуплексной базовой станции - ретранслятора, обеспечивающей быструю организацию имеющихся каналов связи между радиоабонентами ВСС [7, 11].
3. Повысить помехоустойчивость ведения как дуплексной, так и симплексной радиосвязи между любыми двумя ППК ВС за счет обеспечения возможности выбора оптимальной частоты связи с минимальным уровнем аддитивных помех из соответствующей группы оптимальных рабочих частот, определяемых по результатам краткосрочного прогнозирования условий ионосферного распространения радиоволн для каждого временного интервала работы ВСС.
4. Обеспечить устойчивую синхронную работу каждых двух ППК при проведении дуплексного сеанса связи вне зависимости от длительности сеанса связи.
Источники информации
1. Быховский М.А. Новый способ дуплексной связи // Электросвязь. - 2015. - №2. - С. 12-14.
2. Шадрин Б.Г., Зачатейский Д.Е., Будяк B.C., Алексеенко В.Н. Совершенствование систем дуплексной декаметровой радиосвязи //Техника радиосвязи / Омский НИИ приборостроения. - 2015. - Вып. 4. - С. 31-47.
3. Березовский В.А., Дулькейт И.В., Шадрин Б.Г., Будяк B.C. Особенности разработки и модернизации узлов коротковолновой радиосвязи //Специальная техника. - 2010. - С. 17-24.
4. Карташевский В.Г., Семенов С.Н., Фирстова Т.В. Сети подвижной связи. - М.: Эко-Трендз, 2001 г.
5. Патент РФ 2190301  Система дуплексной радиосвязи: /А.Н. Юрьев, Б.Н. Ярошевич, В.И. Левченко, Б.Г. Шадрин. - 2002.
6. Патент РФ 2507683 Способ зоновой дуплексной связи с временным разнесением каналов приема и передачи / А.Н. Юрьев, В.Л. Хазан. - 2014.
7. Березовский В.А., Дулькейт И.В., Савицкий O.K. Современная декаметровая радиосвязь: оборудование, системы и комплексы/ Под ред. В.А.Березовского. - М.: Радиотехника. 2011 - 444 с.
8 Пат. №2428792 РФ Автоматизированный радиоузел коротковолновой связи / В.А. Березовский, О.А. Селиванов, И.В. Дулькейт, Б.Г. Шадрин, В.С. Будяк. - 2011.
9. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П., Журбенко Э.М. и др. Коротковолновые антенны / под ред. Г.З. Айзенберга. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1985. 536 с.
10. Пат. №2553091 РФ Система дуплексной высокоскоростной коротковолновой радиосвязи /Б.Г. Шадрин, В.С. Будяк, В.Н. Алексеенко. - 2015.
11. Шадрин Б.Г., Юрьев А.Н., Гриненко А.А. Транкинговая система связи диапазона 136 - 174 МГц // Техника радиосвязи / Омский НИИ приборостроения. - 2001. - Вып. 6. - - с. 27-33.
12. Зачатейский Д.Е., Шадрин Б.Г. О точности краткосрочного прогнозирования условий распространения KB радиоволн на основе использования модели ионосферы IRI // Техника радиосвязи / Омский НИИ приборостроения. - 2006. - Вып. 11. - с. 29-39.
13. Киселев A.M., Махотин В.В., Рыжов Н.Ю., Шаталова Г.В. Способ реализации высокоскоростного параллельного модема// Техника радиосвязи. 2006. вып. 11. с. 5-15.
14. Гинсбург В.В., Гиршов B.C., Заездный A.M., Каган Б.Д., Кустов О.В., Окунев Ю.Б. и др. Аппаратура передачи дискретной информации МС-5/ Под редакцией Заездного A.M. и Окунева Ю.Б. - М.: Связь. 1970. 152 с.
15. Н.А. Сартасов, В.М. Едвабный, В.В. Грибин Коротковолновые радиоприемные устройства. М.: Связь, 1971 - 288 с.