СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВХОЖДЕНИЯ В СВЯЗЬ И ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ АБОНЕНТСКОЙ И БАЗОВОЙ СТАНЦИЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
METHOD OF AUTOMATIC INPUT IN COMMUNICATION AND SELECTION OF OPTIMAL MODE OF WORK OF THE SUBSCRIBER AND BASIC DATA TRANSFER STATIONS

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к способам автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных, и может применяться в аппаратуре передачи данных для стационарных и подвижных объектов. К стационарным объектам относятся радиорелейные линии, аппаратура широкополосного радио доступа неподвижных объектов и т.д. К подвижным объектам относятся системы передачи данных и управления в звене стационарный объект - подвижный объект и подвижный объект - подвижный объект.
В современных системах радиосвязи во время работы базовой и абонентской станций передачи данных управление режимами аппаратуры передачи данных осуществляют с базовой станции.
Базовая и абонентская станции передачи данных работают на модуляциях BPSK, QPSK, QAM-16, QAM-64 (модуляции перечислены в порядке увеличения спектральной эффективности, увеличения пропускной способности и снижения помехоустойчивости).
Для перечисленных выше методов модуляции количество бит, передаваемых одним модуляционным символом, составляет: 1 для BPSK, 2 для QPSK, 4 для QAM16, 6 для QAM64.
При организации радиоканала передачи данных между базовой и абонентской станциями передачи данных возникают следующие проблемы:
- загруженность заданного частотного диапазона;
- воздействие преднамеренных и непреднамеренных помех;
- изменение параметров радиолинии при изменении погодных условий;
- изменение параметров радиолинии при изменении взаимного расположения подвижных объектов, на которых установлены станции;
- выполнение требований по электромагнитной совместимости (снижение радиозаметности в эфире).
Решением этих проблем может быть:
- автоматический поиск свободного от помех участка частотного диапазона;
- автоматический переход на запасную частоту при воздействии помех;
- автоматическое изменение скорости передачи данных при изменении параметров радиолинии;
- автоматическое изменение выходной мощности при изменении параметров радиолинии.
Наиболее близким к заявленному изобретению является способ автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных, описанный в заявке US 2012/0039308 А1. Данный способ выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.
Недостатком способа прототипа является недостаточная эффективность осуществления автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных по причине отсутствия возможности измерения в процессе работы уровня входного сигнала (помеховой обстановки); выбора и изменения в процессе работы наилучшего участка частотного диапазона на обоих концах радиолинии; выбора и изменения в процессе работы оптимальной мощности передачи; выбора и изменения в процессе работы оптимального вида модуляции.
Техническим результатом изобретения является создание способа автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных с улучшенной эффективностью, с минимизированным вмешательством оператора при организации и мониторинге работы абонентской и базовой станций, за счет возможности измерения в процессе работы уровня входного сигнала (помеховой обстановки), выбора и изменения в процессе работы наилучшего участка частотного диапазона на обоих концах радиолинии, выбора и изменения в процессе работы оптимальной мощности передачи, выбора и изменения в процессе работы оптимального вида модуляции.
Поставленный технический результат достигнут путем создания способа автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных, в котором выполняют следующие операции
a) включают, с помощью абонентской и базовой станций, передатчики абонентской и базовой станций только на прием в режиме измерения входного сигнала (помеховой обстановки) на каждой рабочей частоте в заданном диапазоне рабочих частот F=(F1…Fi), где индекс i соответствует значению частоты, с заданным шагом N МГц перестройки рабочей частоты, и заданным временем Т секунд сканирования одной рабочей частоты;
b) определяют, с помощью абонентской станции, массив А=(A0…Ai) значений уровня приемника абонентской станции для каждой рабочей частоты из массива F=(F1…Fi);
c) определяют, с помощью базовой станции, массив В=(B0…Bi) значений уровня приемника базовой станции для каждой рабочей частоты из массива F=(F1…Fi);
0
min
max
A
B
d) осуществляют, с помощью абонентской и базовой станций, попытку их вхождения в связь друг с другом и перехода в режим передачи данных при заданной максимальной частоте F из диапазона рабочих частот F, минимально возможной модуляции Mod сигнала станции, максимальной мощности P передачи станции, времени T работы абонентской станции на одной частоте, времени T работы базовой станции на одной частоте, при этом
b
a
x
b
x
a
x
b
x
a
x
x
x
x
e) в случае, если станции успешно вошли в связь друг с другом и перешли в режим передачи данных, тогда сравнивают, с помощью базовой станции, уровень S отношения сигнал/шум на базовой станции и, с помощью абонентской станции, уровень S отношения сигнал/шум на абонентской станции с уровнем S отношения сигнал/шум, необходимым для обеспечения связи на минимально возможной модуляции сигнала станции, причем, если S≥S и S≥S, тогда отправляют, с помощью абонентской станции, в базовую станцию массив А=(А0…Ai) значений уровня приемника абонентской станции, а если соотношение S≥S и S≥S не выполняется, тогда изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, рабочую частоту F по формуле, F=F-i, где i - шаг изменения частоты в МГц;
0
i
i
i
i
i
i
0
i
f) формируют, с помощью базовой станции, массив Р=(P…P) мощностей выходного сигнала на основе массива В=(B0…Bi) значений уровня приемника базовой станции и полученного массива значений уровня приемника абонентской станции А=(A0…Ai) по следующему принципу: если A>Bi тогда P=A, иначе P=B, при этом определяют для каждого значения массива Р=(P…P) соответствующее значение рабочей частоты массива F=(F0…Fi);
0
i
0
i
0
i
0
i
0
i
g) сортируют, с помощью базовой станции, массив Р=(P…P) мощностей выходного сигнала по возрастанию его значений, при этом выбирают одну основную рабочую частоту F1 и три резервные рабочие частоты F2, F3, F4, причем F1 - частота, соответствующая наименьшему значению в массиве Р=(P…P) мощностей выходного сигнала, F2 - частота, соответствующая второму наименьшему значению в массиве Р=(P…P) мощностей выходного сигнала, F3 - частота, соответствующая третьему наименьшему значению в массиве Р=(P…P) мощностей выходного сигнала, F4 - частота, соответствующая четвертому наименьшему значению в массиве Р=(P…P);
h) передают, с помощью базовой станции, основную частоту F1 и резервные частоты F2, F3, F4 из базовой станции в абонентскую станцию;
max
min
i) осуществляют, с помощью абонентской и базовой станций, попытку их вхождения в связь друг с другом и перехода в режим передачи данных в течении времени Т1 секунд, при частоте передачи F1, максимальной мощности P передачи станции, минимально возможной модуляции Mod сигнала станции;
b
a
x
b
x
a
x
b
x
a
x
j) сравнивают, с помощью базовой станции, уровень S отношения сигнал/шум на базовой станции и, с помощью абонентской станции, уровень S отношения сигнал/шум на абонентской станции с уровнем S отношения сигнал/шум, необходимым для обеспечения связи на минимально возможной модуляции сигнала станции, причем, если соотношение S≥S и S≥S не выполняется, тогда понижают, с помощью базовой и абонентской станций, мощность Р выходного сигнала, а, если соотношение S≥S и S≥S выполняется, тогда
k) проверяют уровень требуемой скорости передачи информации, при этом, если скорость передачи информации соответствует заданным требованиям, тогда
l) изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, модуляцию и увеличивают мощность Р выходного сигнала;
b
a
x
b
x
a
x
m) сравнивают, с помощью базовой станции, уровень S отношения сигнал/шум на базовой станции и, с помощью абонентской станции, уровень S отношения сигнал/шум на абонентской станции с уровнем S отношения сигнал/шум, необходимым для обеспечения связи на минимально возможной модуляции сигнала станции, причем, если соотношение S≥S и S≥S не выполняется, тогда увеличивают с помощью базовой и абонентской станций, мощность Р выходного сигнала, а, если соотношение Sb≥Sx и Sa≥Sx выполняется, тогда
n) проверяют уровень требуемой скорости передачи информации, при этом, если скорость передачи информации соответствует заданным требованиям, тогда переходят, с помощью базовой и абонентской станций, в режим передачи данных, а если скорость передачи информации не соответствует заданным требованиям, тогда
о) изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, модуляцию и увеличивают мощность Р выходного сигнала;
b
a
x
b
x
a
x
р) сравнивают, с помощью базовой станции, уровень S отношения сигнал/шум на базовой станции и, с помощью абонентской станции, уровень S отношения сигнал/шум на абонентской станции с уровнем S отношения сигнал/шум, необходимым для обеспечения связи на минимально возможной модуляции сигнала станции, причем, если соотношение S≥S и S≥S не выполняется, тогда повышают, с помощью базовой и абонентской станций, мощность Р выходного сигнала, а, если соотношение Sb≥Sx и Sa≥Sx выполняется, тогда
q) проверяют уровень требуемой скорости передачи информации, при этом, если скорость передачи информации соответствует заданным требованиям, тогда переходят, с помощью базовой и абонентской станций, в режим передачи данных, а если скорость передачи информации не соответствует заданным требованиям, тогда
r) изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, модуляцию и увеличивают мощность Р выходного сигнала;
b
a
x
b
x
a
x
s) сравнивают, с помощью базовой станции, уровень S отношения сигнал/шум на базовой станции и, с помощью абонентской станции, уровень S отношения сигнал/шум на абонентской станции с уровнем S отношения сигнал/шум, необходимым для обеспечения связи на минимально возможной модуляции сигнала станции, причем, если соотношение S≥S и S≥S не выполняется, тогда повышают, с помощью базовой и абонентской станций, мощность Р выходного сигнала, а, если соотношение Sb≥Sx и Sa≥Sx выполняется, тогда переходят, с помощью базовой и абонентской станций, в режим передачи данных.
В предпочтительном варианте осуществления способа задают значения шага перестройки рабочей частоты N МГц и время сканирования одной рабочей частоты Т секунд в зависимости от ширины рабочего диапазона частот, от требуемой точности измеренных значений и времени, предоставленного для развертывания базовой и абонентской станций.
A
B
B
A
В предпочтительном варианте осуществления способа время T работы абонентской станции на одной частоте составляет не менее 15 секунд, а времени T работы базовой станции на одной частоте, определяют по формуле T=T*10.
-6
В предпочтительном варианте осуществления способа Sx - уровень отношения сигнал/шум, необходимый для обеспечения связи с коэффициентом ошибок BER не хуже 10 на минимально возможной модуляции сигнала станции.
b
x
a
x
В предпочтительном варианте осуществления способа на шаге j), если соотношение S≥S и S≥S не выполняется, тогда понижают, с помощью базовой и абонентской станций, мощность выходного сигнала Р на 1 дБ.
В предпочтительном варианте осуществления способа на шаге l) изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, модуляцию на QPSK и увеличивают мощность Р выходного сигнала на 4 дБ.
b
x
a
x
В предпочтительном варианте осуществления способа на шаге m), если соотношение S≥S и S≥S не выполняется, тогда увеличивают, с помощью базовой и абонентской станций, мощность Р выходного сигнала на 1 дБ.
В предпочтительном варианте осуществления способа на шаге о) изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, модуляцию на QAM16 и увеличивают мощность Р выходного сигнала на 5 дБ.
В предпочтительном варианте осуществления способа на шаге r) изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, модуляцию на QAM64 и увеличивают мощность Р выходного сигнала на 5 дБ.
Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.
Фиг. 1-3. Блок-схема пошагового выполнения способа автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных, выполненная согласно изобретению.
Рассмотрим вариант выполнения заявленного способа автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных (Фиг. 1-3).
Шаг 1. Станции включаются.
Шаг 2. Станции переходят в режим измерения входного сигнала.
Станции выключают передатчики и работают только на прием в режиме измерения входного сигнала (помеховой обстановки) в диапазоне частот F=(F1…Fi), где F - диапазон рабочих частот, шаг перестройки частоты N МГц. Время сканирования одной частоты Т секунд. В зависимости от ширины диапазона частот, требуемой точности полученных значений и времени, предоставленного для развертывания системы, значения N и Т можно изменять в большую или меньшую сторону.
Шаг 3. Каждая станция заполняет массив значений уровня приемника.
А=(A0…Ai) - массив значений уровня приемника абонентской станции, где индекс i соответствует значению частоты из массива F=(F0…Fi).
В=(B0…Bi) - массив значений уровня приемника базовой станции, где индекс i соответствует значению частоты массива F=(F0…Fi).
Шаг 4. Вхождение станций в режим работы.
Станции пытаются войти в связь и перейти в режим передачи данных при заранее сохраненных настройках.
0
F - максимальная частота из диапазона F.
min
Mod - минимально возможная модуляция сигнала станции.
max
P - максимальная мощность передачи станции.
A
T - время работы абонентской станции на одной частоте, не менее 15 секунд.
B
B
A
T - время работы базовой станции на одной частоте, вычисляется по формуле T=T*10.
Шаг 5. Проверка связи.
b
a
x
x
-6
Если станции успешно вошли в связь друг с другом и перешли в режим передачи данных, то сравниваем уровень отношения сигнал/шум на базовой станции S и на абонентской станции S со значением S, где S значение уровня отношения сигнал/шум, необходимое для обеспечения связи с коэффициентом ошибок BER не хуже 10 на минимально возможной модуляции сигнала станции.
b
x
a
x
Если S≥S и S≥S, переходим к шагу 6, иначе переходим к шагу 7.
Если станции не вошли в связь друг с другом и не перешли в режим передачи данных, то переходим к шагу 7.
Шаг 6. Абонентская станция отправляет массив значений уровня приемника абонентской станции А=(А0…Ai).
Шаг 7. Смена частоты.
x
x
x
Изменение рабочей частоты F по формуле, F=F-i, где i - шаг изменения частоты в МГц.
0
i
Шаг 8. Базовая станция формирует массив Р=(Р…P).
0
i
Базовая станция на основе своего массива значений уровня приема В=(B0…Bi) и полученного массива значений уровня приемника абонентской станции А=(А0…Ai) формирует массив Р=(P…P) по следующему принципу:
i
i
i
i
i
если A>Bi тогда P=A, иначе P=B.
0
i
Шаг 9. Каждому значению массива Р=(P…P) соответствует значение частоты массива F=(F0…Fi).
0
i
Шаг 10. Массив Р=(P…P) сортируется по возрастанию, выбирается одна основная частота F1 и три резервные частоты F2, F3, F4 по следующему принципу:
0
i
F1 - частота, соответствующая наименьшему значению в массиве Р=(P…P);
0
i
F2 - частота, соответствующая второму наименьшему значению в массиве Р=(P…P);
0
i
F3 - частота, соответствующая третьему наименьшему значению в массиве Р=(P…P);
0
i
F4 - частота, соответствующая четвертому наименьшему значению в массиве Р=(P…P).
Шаг 11. Передача резервных частот.
Базовая станция передает основную частоту F1 и резервные частоты F2, F3, F4 в абонентскую станцию.
Шаг 12. Вхождение станций в режим работы.
Станции пытаются войти в связь и перейти в режим передачи данных в течение времени Т1 секунд с настройками:
- Частота передачи = F1
max
- P - максимальная мощность передачи станции.
min
- Mod - минимально возможная модуляция сигнала станции (BPSK).
Шаг 13. Проверка качества связи.
b
a
x
x
-6
Сравнение отношения сигнал/шум на базовой станции S и абонентской станции S со значением S, где S - значение отношения сигнал/шум для обеспечения связи с коэффициентом ошибок BER не хуже 10 на минимально возможной модуляции сигнала.
b
x
a
x
Если S≥S и S≥S, переходим к шагу 15, иначе переходим к шагу 14.
Шаг 14. Изменение частоты вхождения станций в режим работы.
Изменяем рабочую частоту на резервные F1, F2, F3
Шаг 15. Проверка качества связи.
b
a
x
x
-6
Сравнение отношения сигнал/шум на базовой станции S и абонентской станции S со значением S, где S - значение отношения сигнал/шум для обеспечения связи с коэффициентом ошибок передачи данных BER не хуже 10 на минимально возможной модуляции сигнала.
b
x
a
x
Если S≥S и S≥S, переходим к шагу 17, иначе переходим к шагу 16.
Шаг 16. Изменение мощности выходного сигнала.
Понижение мощности выходного сигнала Р на 1 дБ.
Шаг 17. Проверка уровня требуемой скорости передачи информации.
Если скорость передачи информации соответствует требованиям, переходим к шагу 29, иначе переходим к шагу 18.
Шаг 18. Смена модуляции на QPSK.
Изменение модуляции на QPSK, увеличение мощности выходного сигнала Р на 4 дБ.
Шаг 19. Проверка качества связи.
b
a
x
x
-6
Сравнение отношения сигнал/шум на базовой станции S и абонентской станции S со значением S, где S - значение отношения сигнал/шум для обеспечения связи с коэффициентом ошибок передачи данных BER не хуже 10.
b
x
a
x
Если S≥S и S≥S, переходим к шагу 21, иначе переходим к шагу 20.
Шаг 20. Изменение мощности выходного сигнала.
Повышение мощности выходного сигнала Р на 1 дБ.
Шаг 21. Проверка уровня требуемой скорости передачи информации.
Если скорость передачи информации соответствует требованиям, переходим к шагу 29, иначе переходим к шагу 22.
Шаг 22. Смена модуляции на QAM16.
Изменение модуляции на QAM16, увеличение мощности на 5 дБ.
Шаг 23. Проверка качества связи.
b
a
x
x
-6
Сравнение отношения сигнал/шум на базовой станции S и абонентской станции S со значением S, где S - значение отношения сигнал/шум для обеспечения связи с коэффициентом ошибок BER не хуже 10.
b
x
a
x
Если S≥S и S≥S, тогда переходим к шагу 25, иначе переходим к шагу 24.
Шаг 24. Изменение мощности выходного сигнала.
Повышение мощности выходного сигнала Р на 1 дБ.
Шаг 25. Проверка уровня требуемой скорости передачи информации.
Если скорость передачи информации соответствует требованиям переходим к шагу 29, иначе переходим к шагу 26.
Шаг 26. Смена модуляции на QAM64.
Изменение модуляции на QAM64, увеличение мощность на 5 дБ.
Шаг 27. Проверка качества связи
b
a
x
x
-6
Сравнение отношение сигнал/шум на базовой станции S и абонентской станции S со значением S, где S значение отношение сигнал/шум для обеспечения связи с коэффициентом ошибок BER не хуже 10.
b
x
a
x
Если S≥S и S≥S тогда переходим к шагу 29, иначе переходим к шагу 28.
Шаг 28. Изменение мощности выходного сигнала.
Повышаем мощность выходного сигнала Р на 1 дБ.
Шаг 29. Работа в режиме передачи данных.
Шаг 30. Выключение.
Применение заявленного способа автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных, позволяет минимизировать вмешательство оператора при организации и мониторинге аппаратуры передачи данных (абонентской и базовой станций передачи данных), а также обеспечить автоматическую адаптацию радиолинии к изменяющимся условиям работы.
Хотя описанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации заявленного изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла заявленного изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.