СТАНЦИЯ СВЯЗИ С АДАПТИВНОЙ КОММУТАЦИЕЙ КАНАЛОВ
COMMUNICATION STATION WITH ADAPTIVE SWITCHING OF CHANNELS

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для построения адаптивных линий связи.
Известен аналог предлагаемой системы, «Устройство связи наземных станций» [1], которое может использоваться при проектировании сети связи наземных станций между собой с многостанционным доступом. В нем имеются последовательно соединенные антенна, блок совмещения приема-передачи, приемник и блок разделения сигналов, а также блок уплотнения и последовательно соединенные блок регулировки общего индекса модуляции и передатчик, выход которого подключен к входу блока совмещения приема-передачи, и блок определения качества сигналов стволов, включенный между выходами приемника и входами блоков уплотнения. Блок определения усредненного качества, блок регулирования мощностью передатчика и блок регуляторов частных индексов модуляции, причем выходы блока разделения сигналов подключены к входам блока регуляторов частных индексов модуляции и блока определения усредненного качества, выход которого подключен к другим входам блока регуляторов частных индексов модуляции, а через блок регулирования мощностью передатчика подключен ко второму входу передатчика, при этом выходы блока уплотнения подключены к третьим входам блока регуляторов частных индексов модуляции, выходы которого подключены к входам блока регулировки общего индекса модуляции. При этом блок регуляторов частных индексов модуляции состоит из последовательно соединенных блока сравнения и регулируемого усилителя, вход и выход которого и входы блока сравнения являются соответственно входами и выходом блока регуляторов частных индексов модуляции.
Однако аналогу присущи следующие недостатки:
- отсутствует анализ состояния каналов связи в ДКМВ диапазоне на текущий момент времени в заданных направлениях и соответствующая коррекция планов связи, поэтому связь будет неустойчивой;
- построение устройства не позволяет проводить процедуру адаптации.
Наиболее близким по назначению и большинству существенных признаков является станция связи с адаптивной коммутацией каналов [2], которая и принята за прототип. Станция содержит частотный дуплексер с антенной, передатчик, приемник, аппаратуру разделения каналов, измерители качества каналов, выходной коммутатор, блок формирования служебных сигналов, аппаратуру уплотнения, блок разделения служебных сигналов, блок ранжирования, блок выбора адреса сигнала, входной коммутатор, передающий распределитель каналов, шифратор, блок задания приоритета, блок памяти, дешифратор, приемный распределитель каналов. Выходной коммутатор состоит из набора канальных переключателей в количестве двух штук. Входной коммутатор состоит из набора канальных переключателей также в количестве двух штук.
На станции на одном из выходов блока распределения служебной информации выделяются сигналы качества приема информации абонента станции на станции-корреспонденте, а на другом выходе блока распределения служебной информации - сигналы о состоянии каждого из двух канальных переключателей выходного коммутатора. Сигналы с выхода блока распределения служебной информации декодируются в дешифраторе для получения сигналов выбора соответствующего номера канального переключателя и его состояния, т.е. подключения абонента с данным номером к нужному информационному каналу аппаратуры разделения, т.е. абоненты станции свяжутся с абонентами станции-корреспондента по определенному каналу аппаратуры уплотнения и разуплотнения, номер которого задается сигналом передающего распределителя (на обеих станциях). Любая станция-корреспондент из двух, участвующих в обмене данными, имеет такое же построение.
Однако аналогу присущи следующие недостатки:
- в начальный момент времени, когда отсутствует информация о состоянии каналов, система работает неустойчиво;
- при постановке помехи по обратному каналу связи передача данных в прямом направлении останавливается;
- передача данных осуществляется только на одной частоте по прямому и обратному каналам связи, что снижает помехозащищенность системы при воздействии помех;
- станция-прототип функционирует с помощью радиолиний с двумя названными станциями только через бортовой ретранслятор;
- связь между несколькими станциями осуществляется только с помощью ретранслятора, не напрямую по радиоэфиру;
- из-за наличия на борту только одноканального приемника ДКМВ диапазона невозможно организовать прием разнесенных по частоте радиосигналов, а следовательно, и повысить достоверность передачи информации;
- не осуществляется анализ состояния всех каналов, выделенных для связи, а только работающих в текущий момент времени.
Таким образом, основной технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение помехозащищенности обмена данными между станциями связи за счет непрерывного анализа состояния всех каналов, выделенных для связи и хранения информации об этом, выделения для передачи, приема, анализа, совместной обработки принимаемых сигналов нескольких частотных каналов с максимальными отношениями сигнал/шум как в прямом направлении, так и в обратном направлении, формирования новых планов связи, передачи этой информации соответствующим абонентам системы, хранения ее до деградации параметров хотя бы одного из работающих радиоканалов и перехода на новый план связи в дальнейшем.
Указанный технический результат достигается тем, что в станцию связи с адаптивной коммутацией каналов, обменивающуюся данными с аналогичными станциями, в количестве (n-1), и содержащую последовательно соединенные аппаратуру уплотнения каналов, передатчик, частотный дуплексер, соединенный с антенной, приемник, аппаратуру разуплотнения каналов, измерители качества каналов, последовательно соединенные блок разделения служебных сигналов, блок ранжирования, блок выбора адреса сигнала, передающий распределитель каналов, шифратор и блок формирования служебных сигналов, выход которого подключен к служебному входу аппаратуры уплотнения, последовательно соединенные дешифратор и приемный распределитель каналов, последовательно соединенные блок задания приоритета и блок памяти, выход которого подключен к второму входу блока выбора адреса сигнала, входной коммутатор, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам аппаратуры уплотнения каналов, а управляющий вход - к выходу передающего распределителя каналов, выходной коммутатор, входы которого подключены к выходам аппаратуры разуплотнения каналов, а управляющий вход - к выходу приемного распределителя каналов, вход блока разделения служебных сигналов подключен к соответствующему выходу аппаратуры азделения каналов, а второй выход - к входу дешифратора, выходы измерителей качества каналов соединены с соответствующими входами блока формирования служебных сигналов, введены (N-1) передатчик, (М-1) приемник, разделенные с помощью частотного дуплексера, вычислитель, соединенный двухсторонними связями с N передатчиками, М приемниками, N кодирующими устройствами, М декодирующими устройствами, выходной коммутатор, состоящий из набора канальных переключателей, входы которых через М канальных декодирующих устройств подключены к соответствующим выходам аппаратуры разуплотнения каналов, входной коммутатор, состоящий из набора N канальных переключателей, выходы которых через N канальных кодирующих устройств подключены к соответствующим входам аппаратуры уплотнения каналов, приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, подключенный к входу вычислителя.
2
n
На фигуре приведена схема, на которой изображена станция *\-\ связи, обменивающаяся данными с аналогичными станциями 1-1.
1
Станция 1 связи содержит частотный дуплексер 2 с антенной, N передатчиков 3, М приемников 4, аппаратуру 5 разуплотнения каналов, измерители 6 качества каналов, выходной коммутатор 7, блок 8 формирования служебных сигналов, аппаратуру 9 уплотнения каналов, блок 10 разделения служебных сигналов, блок 11 ранжирования, блок 12 выбора адреса сигнала, входной коммутатор 13, передающий распределитель 14 каналов, шифратор 15, блок 16 задания приоритета, блок 17 памяти, дешифратор 18, приемный распределитель 19 каналов, при этом выходной коммутатор 7 состоит из набора М канальных переключателей 20, а входной коммутатор 13 состоит из набора М канальных переключателей 21, вычислитель 22, канальные кодирующие устройства 23, М канальные декодирующие устройства 24 и приемник 25 сигналов глобальных навигационных спутниковых систем.
Станция работает следующим образом.
1
i
<mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mover accent="true"><mrow><mn>1,</mn><mtext> </mtext><mi>n</mi><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow><mo stretchy="true">¯</mo></mover></mrow>
На станции 1 радиосигналы на М несущих частотах станции-корреспондента 1, где
, принимаются антенной в частотном дуплексере 2 и, проходя через соответствующие приемники 4, где усиливаются, преобразуются и демодулируются, аппаратуру 5 разделения каналов, измерители 6 для определения качества приема в каналах, М канальных переключателей 20 выходного коммутатора 7 поступают абонентам. В отсутствие входных радиосигналов приемниками 4 под действием управляющих сигналов вычислителя 22 осуществляется сканирование по всем выделенным для связи частотам с привязкой к единому времени с помощью меток с выхода приемника 25 сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, например, ГЛОНАСС, GPS, и запись в память вычислителя 22 данных о каналах, в которых отношение сигнал/шум превышает заданное значение для обеспечения требуемой достоверности. Выходные сигналы о состоянии всех выделенных для связи каналов, в том числе с выходов измерителей 6 и из памяти вычислителя 22, подаются в блок 8 формирования служебного сигнала о показателях качества приема.
1
Сигналы от абонентов станции 1 подаются через N канальных переключателей 21 входного коммутатора 13 и N кодирующих устройств 23 на соответствующие информационные входы аппаратуры 9 уплотнения для передачи через N передатчиков 3 и частотный дуплексер 2 с антенной по радиоканалу абонентам станции-корреспондента.
i
i
1
1
Сигнал задания состояния и номера канального переключателя 21, подаваемый с передающего распределителя 14, поступает через шифратор 15 на блок 8 формирования служебных сигналов, где он совместно с сигналами измерителей 6 образует служебный сигнал. Этот служебный сигнал также передается станции-корреспонденту 1 последовательно через узлы 9, 3 и 2. Поскольку станция-корреспондент 1 работает точно так же, то она посылает по служебному каналу аналогичный служебный сигнал, в котором заложена информация о качестве приема на ней сигналов станции 1, об отношении сигнал/шум во всех каналах, о принятии рекомендованного станцией 1 списка частот для следующего сеанса связи или предложении нового списка частот и положении каждого своего канального переключателя 21 входного коммутатора 13.
1
i
1
i
Таким образом, на станции 1 на первом выходе блока 10 распределения служебной информации выделяются сигналы качества приема информации абонента станции 1 на станции-корреспонденте 1, а на втором выходе блока 10 - сигналы о состоянии каждого канального переключателя 20 выходного коммутатора 7. Сигналы со второго выхода блока 10 декодируются в дешифраторе 18, для получения сигналов выбора номера канального переключателя (например, 20) и его состояния, т.е. подключения абонента с данным номером к выходу соответствующего устройства 24 декодирования, подключенного к одному из М информационных каналов аппаратуры 5 разделения, т.е. абоненты станции 1 свяжутся с абонентами станции-корреспондента 1 по нескольким каналам аппаратуры уплотнения и разуплотнения, номера которых задаются сигналом передающего распределителя 14 (на обеих станциях).
С первого выхода блока 10 сигналы качества приема подаются на блок 11 ранжирования, который определяет порядковые номера N каналов с лучшими характеристиками, обеспечивающих заданную достоверность передачи информации. Например, пятый канал имеет лучшее качество приема из всех каналов, шестой канал - лучшее качество приема из всех остальных, восьмой канал - лучшее качество из всех оставшихся и т.д. Проранжированные номера N каналов подаются на управляющий (первый) вход блока 12 выбора адреса канала. На второй вход блока 12 подается из блока 17 памяти приоритетов таблица абонентов, составленная в порядке убывания важности (приоритета) абонента. Эта таблица заранее введена в блок 17 памяти с помощью блока 16 задания приоритета. Блок 12 для самого важного абонента в первую очередь по времени отводит каналы, например, N штук, с лучшими характеристиками, для второго по приоритетному списку отводит следующие N штук каналов по согласованию с принимаемым абонентом и другой интервал времени и т.д. При поступлении наиболее приоритетного сообщения на вход коммутатора 13 он передается сразу за предыдущим сообщением. Сигнал задания соответствия списка проранжированных каналов и списка приоритетов с выхода блока 12 поступает на передающий распределитель 14, который задает адрес каждого канального переключателя (например, 21) и определяет его состояние во входном коммутаторе 13.
i
На станции-корреспонденте 1 происходит аналогичная расстановка абонентов по каналам связи и передача адресов абонентов на станцию Таким образом, если среди каналов связи между двумя станциями появятся новые каналы с наилучшим качеством приема, то с помощью блоков 11, 12 и 14 входной коммутатор 13 подключает эти каналы к абоненту с высшим приоритетом и через соответствующие устройства 23 кодирования, узлы 9, 3, 2 передаваемые сообщения в форме радиосигналов излучаются в радиоэфир. С помощью блоков 10, 18 и 19 выходной коммутатор 7 подключает соответствующие ответные принимаемые сигналы корреспондента к каналам вызывающего абонента.
Таким образом, включение дополнительно в устройство управления системой связи новых блоков с их связями позволяет повысить помехозащищенность обмена данными между станциями связи за счет:
1
- непрерывного анализа состояния всех каналов не только с помощью блока 6, но и с помощью N приемников 4, выделенных для связи и хранения информации об их параметрах в памяти вычислителя 22, выделения для передачи (в порядке снижения приоритета) приоритетных сообщений, их приема, анализа, совместной обработки сигналов нескольких (М или N) частотных каналов с максимальными отношениями сигнал/шум как в прямом направлении, так и в обратном направлении, формирования новых планов связи, передачи этой информации соответствующим абонентам системы, хранения ее у них в памяти вычислителя 22 до деградации параметров хотя бы одного из работающих радиоканалов и перехода по согласованию с вызывающей станцией 1 на новый план связи в дальнейшем;
- установки в трактах станций устройств 23 и 24 кодирования и декодирования соответственно [3, 4];
- выбора наилучших по отношению сигнал/шум каналов и предоставления их наиболее важным корреспондентам, стоящим первыми в списке приоритетов, и постоянного слежения за параметрами этих каналов.
Сравнение заявляемой станции с другими аналогами показывает, что вновь введенные узлы известны специалистам в области техники связи, что показывают приведенные ссылки. Предлагаемое изобретение существенно отличается от известных аналогов в области техники связи, явным образом не следует из уровня техники, поэтому соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень». Введенные узлы: вычислитель, устройства кодирования и декодирования, приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем с их связями характеризуют наличие критерия «новизна». Заявляемая система может быть реализована программно с применением существующих серийных устройств, используемых в технике связи и вычислительной технике, и является промышленно применимой.
Литература
1. Авторское свидетельство СССР №801278 - аналог.
2. Авторское свидетельство СССР №1614116 - прототип.
3. Кейстович А.В., Комяков А.В. Системы и техника радиосвязи в авиации: учеб. Пособие. - Нижний Новгород: НГТУ, 2012. - 236 с.
4. Кузьмин Б.И. Авиационная цифровая электросвязь в условиях реализации «Концепции ИКАО-ИАТА CNS/АТМ» в Российской Федерации. - С.-Петербург - Н. Новгород: ООО «Агентство «ВиТ-принт», 2007. С. 195-196.