Способ выбора скорости передачи в радиолиниях
TRANSMISSION RATE IN RADIO LINKS SELECTING METHOD

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для адаптивного выбора скорости передачи в радиолинии по результатам измерения текущего значения отношения мощности сигнала к мощности шума в полосе приема сигнала (ОСШ - отношения мощности сигнала к мощности шума в полосе приема сигнала).
Известен способ измерения скорости передачи цифровой информации, реализованный в устройстве для измерения скорости передачи цифровой информации (по патенту RU №2024217 от 12.05.1991 г., H04Q 5/16. Опубликовано: 30.11.1994 г.).
Сущность известного способа состоит в том, что под действием импульсов, поступающих по входу устройства, отсчитывается 16 временных интервалов, каждый из которых равен периоду частоты 2048 кГц. Затем дешифратор выделяет импульсы временных интервалов: первый, восьмой, шестнадцатый, девятый, одиннадцатый. После чего счетчик формирует код адреса временных интервалов - каналов, число которых соответствует числу канальных интервалов группового тракта. После чего на вход устройства поступает информационная последовательность, каждый бит которой записывается последовательно в регистр с помощью импульсов тактовой частоты, синхронных, но сдвинутых на полпериода относительно импульсов тактовой частоты. После записи входной информации в регистр по переднему фронту тактовых импульсов она переписывается в параллельном виде в регистр. Перезапись осуществляется по заднему фронту (спаду) импульса при одновременном наличии сигнала на управляющем входе регистра, формируемого с выхода дешифратора. Накопление порции информации в регистре и последующая перезапись после накопления позволяют осуществлять ее независимую обработку за время длительности канальных интервалов, содержащихся в цикле группового тракта. Из регистра записанная информация выдается по заднему фронту импульсов на первый логический вход триггера (а также на выход устройства при необходимости). При появлении на входе триггера "флажка", который представлен всегда битом "логическая единица", триггер переключается по заднему фронту импульса в единичное состояние, а по сигналу с выхода дешифратора - в нулевое состояние. За "флажком" следуют биты информации, значения которых соответствуют значениям бит в дискретном канале связи, а распределение и количество бит в каждом выходном канале зависят от скорости передачи информации. Дешифратор декодирует это число принятых бит, соответствующее номиналу скорости передачи информации в дискретном канале связи, и выдает его на информационные входы оперативного запоминающего устройства.
Недостаток указанного способа заключается в том, что он реализуем только после процедур демодуляции радиосигнала.
Известны Система и способ для динамической адаптации скорости передачи данных и мощности передачи с помощью протокола передачи маяка (по патенту РФ №2381622 от 19.10.2005 г., Н04В 7/005, Опубликовано: 10.02.2010 Бюл. №4).
В известном способе динамического выбора скорости передачи данных и/или мощности передачи в системе связи, включающей в себя множество устройств, включающих в себя, по меньшей мере, одно приемное устройство и, по меньшей мере, одно передающее устройство, заключающийся в том, что делят время на последовательность из, по меньшей мере, одного суперкадра; внедряют в приемное устройство обратную связь в маяк, причем указанная обратная связь по состоянию или качеству линии связи дополнительно содержит, по меньшей мере, одно из следующего: отношение сигнал/шум; уровень принятого сигнала; уровень шума; частоту пакетных ошибок; частоту битовых ошибок; потери в тракте и любую другую характеристику качества канала или приема.
Недостаток известного способа заключается в ограниченности его применения, т.к. он относится только к беспроводным системам связи, использующих протокол MAC, в которых устройства передают маяк.
В качестве прототипа выбран Способ выбора скорости передачи элементов сигнала в радиомодемах (по патенту РФ №2640431, от 01.07.2016 г., G01R 23/00, Опубликовано: 09.01.2018 Бюл. №1).
Способ-прототип заключается в том, что принимают сигнал, измеряют его ширину спектра, значение которой уточняют по мере поступления сигнала. Измеряют уровень мощности спектральной составляющей сигнала с максимальным значением амплитуды, а ширину спектра сигнала измеряют в пределах полосы его половинной мощности, причем решение о выбранном номинале скорости передачи осуществляют по результатам сравнения измеренных значений ширины спектра с предварительно рассчитанными значениями, соответствующими тем номиналам скоростей, для работы с которыми предназначены радиомодемы, искомым значением является то, различия с которым по результатам измерения наименьшие.
Недостаток способа-прототипа заключается в том, что он не обеспечивает адаптацию скорости в радиолинии в зависимости от ОСШ.
Задача предлагаемого способа заключается в расширении области его применения, а именно в обеспечении возможности адаптации скорости в радиолинии в зависимости от ОСШ.
Технический результат заключается в адаптивном изменении скорости передачи на передающей стороне радиолинии и соответствующем выборе полосы пропускания приемного тракта на приемной стороне радиолинии в зависимости от ОСШ.
Заявляемый технический результат достигается тем, что способ выбора скорости передачи в радиолиниях, заключающийся в том, что принимают сигнал, измеряют уровень мощности сигнала, сравнивают измеренные значения с предварительно рассчитанными значениями, принимают решение по результатам измерения, отличается тем, что предварительно на приемном конце радиолинии задают градации полосы пропускания приемного тракта в соответствии с номиналами допустимых скоростей передачи для радиолинии; измеряют уровень шума на приемной стороне радиолинии и рассчитывают его спектральную плотность мощности, первоначально принимают переданный тестовый сигнал с минимально допустимой для радиолинии скоростью передачи, измеряют уровень мощности тестового сигнала и рассчитывают текущее значение отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума; передают рассчитанное текущее значение отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума на передающую сторону на минимально допустимой для радиолинии скорости, устанавливают градацию полосы пропускания приемного тракта в соответствии с допустимой скоростью передачи, определяемой для текущего значения отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума, передают информационные сообщения в виде пакетов со скоростью, определяемой для текущего значения отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума, принимают переданный сигнал информационного сообщения на длительности пакета и измеряют соответствующее ему значение отношения мощности информационного сигнала к спектральной плотности мощности шума, передают измеренное значение отношения мощности информационного сигнала к спектральной плотности мощности шума на передающую сторону, при этом сравнивают измеренное значение и принимают решение по результатам измерения, если отношение мощности информационного сигнала к спектральной плотности мощности шума окажется меньше предварительно рассчитанного значения отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума, то на передающей стороне уменьшают скорость передачи на одну градацию, а на приемной уменьшают на одну градацию полосу пропускания приемного тракта, а если измеренное значение отношения мощности информационного сигнала к спектральной плотности мощности шума окажется не меньше рассчитанного значения отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума, то передают следующий пакет информационных сообщений, указанные процедуры повторяют до тех пор, пока не будут переданы все пакеты информационных сообщений.
Работа радиолиний, как правило, осуществляется в условиях шумов и помех, интенсивность которых может изменяться в ходе сеанса радиосвязи, см. (Дворников С.В. и др. Обобщенная функциональная модель радиолинии с управлением ее частотным ресурсом // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2016. №3. С. 49-56). В результате изменения уровня шумов происходит изменение значения ОСШ в тракте приема, см. (Комарович В.Ф., Сосунов В.Н. Случайные радиопомехи и надежность КВ связи. - М.: «Связь», 1977 г. 136 с.). В таких условиях для сохранения допустимого значения вероятности ошибки в канале необходимо изменять скорость передачи адаптивно с изменением текущего значения ОСШ, см. (Зайцев Д.В. и др. Способ выбора скорости передачи элементов сигнала в радиомодемах. Патент РФ №2640431, от 01.07.2016 г., G01R 23/00, Опубликовано: 09.01.2018 Бюл. №1).
Обеспечение допустимого значения вероятности ошибки в тракте приема возможно за счет своевременной адаптации, в зависимости от значения ОСШ на приемном конце радиолинии, скорости передачи на передающем конце радиолинии и изменения полосы пропускания приемного тракта. Реализация указанных процедур обеспечивается в заявляемом техническом решении.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг. 1 - спектры сигналов при различных значениях скорости передачи;
фиг. 2 - спектр шума и спектры сигналов в шумах при различных скоростях передачи.
Реализация заявляемого способа предполагает последовательное выполнение следующих процедур.
1. Задают градации полосы пропускания приемного тракта в соответствии с номиналами допустимых скоростей передачи для радиолинии.
Взаимосвязь ширины спектра сигнала со скоростью передачи его элементов известна и описана, например, см. (Зайцев Д.В. и др. Способ выбора скорости передачи элементов сигнала в радиомодемах. Патент РФ №2640431, от 01.07.2016 г., G01R 23/00, Опубликовано: 09.01.2018 Бюл. №1).
2. Измеряют уровень шума на приемной стороне радиолинии и рассчитывают его спектральную плотность мощности.
Процедуры измерения принятых реализаций радиоизлучений известны. Например, см. (Гель В.Э. и др. Способ оценки помехозащищенности линий радиосвязи. Патент РФ №2613035 С1, от 16.03.2016 г., H04L 29/00, Опубликовано: 14.03.2017 г., Бюл. №8)
3. Первоначально принимают переданный тестовый сигнал с минимально допустимой для радиолинии скоростью передачи.
Процедуры приема сигналов известны. Например, см. (Горячая А.В. и др. Способ оценки помехозащищенности линий радиосвязи приемного радиоцентра. Патент РФ №2633984 С1, от 23.05.2016, H04L 29/00, Опубликовано: 20.10.2017 г., Бюл. №29).
4. Измеряют уровень мощности тестового сигнала и рассчитывают текущее значение отношения мощности тестового сигнала к мощности шума в полосе сигнала (ОТСШ - отношения мощности тестового сигнала к мощности шума в полосе сигнала).
Процедуры измерения мощности тестового сигнала известны. Например, см. (Дворников С.В. и др. Способ распознавания радиосигналов. Патент РФ №2419147 С1, от 23.11.2009, G06K 9/00, Опубликовано: 20.05.2011 г., Бюл. №14). Расчет текущего значения ОТСШ производят как отношение измеренной мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума, рассчитанной в ходе 2-го этапа, в полосе частот спектра тестового сигнала.
5. Передают рассчитанное текущее значение ОТСШ на передающую сторону на минимально допустимой для радиолинии скорости.
Процедуры передачи информационных сигналов известны. Например, см. (Вознюк М.А. и др. Работа линий радиосвязи с ППРЧ в условиях преднамеренных помех // Информационные технологии. 2012. №10. С.64-67).
6. Устанавливают градацию полосы пропускания приемного тракта в соответствии с допустимой скоростью передачи, определяемой для текущего значения ОТСШ.
Процедуры установки градацию полосы пропускания приемного тракта в соответствии с допустимой скоростью передачи известны, см. (Зайцев Д.В. и др. Способ выбора скорости передачи элементов сигнала в радиомодемах. Патент РФ №2640431, от 01.07.2016 г., G01R 23/00, Опубликовано: 09.01.2018 Бюл. №1).
7. Передают информационные сообщения в виде пакетов со скоростью, определяемой для текущего значения ОТСШ.
Процедуры пакетной передачи известны. Например, см. (Дворников С.В. и др. Аппарат анализа частотного ресурса для режима псевдослучайной перестройки рабочей частоты // Информационно-управляющие системы. 2019. №4 (101). С. 62-68).
8. Принимают переданный сигнал информационного сообщения на длительности пакета и измеряют соответствующее ему значение отношения мощности информационного сигнала к спектральной плотности мощности шума в полосе приема (ОИСШ - отношения мощности информационного сигнала к спектральной плотности мощности шума в полосе приема).
Процедуры приема сигнала и измерения значения ОИСШ известны. Например, см. (Горячая А.В. и др. Способ оценки помехозащищенности линий радиосвязи приемного радиоцентра. Патент РФ №2633984 С1, от 23.05.2016, H04L 29/00, Опубликовано: 20.10.2017 г., Бюл. №29) и (Дворников С.В. и др. Способ распознавания радиосигналов. Патент РФ №2419147 С1, от 23.11.2009, G06K 9/00, Опубликовано: 20.05.2011 г., Бюл. №14).
9. Передают измеренное значение ОИСШ на передающую сторону. Реализация данных процедур аналогична процедурам этапа 5.
10. Сравнивают измеренное значение и принимают решение по результатам измерения, если ОИСШ окажется меньше предварительно рассчитанного значения ОТСШ, то на передающей стороне уменьшают скорость передачи на одну градацию, а на приемной уменьшают на одну градацию полосу пропускания приемного тракта.
Реализация процедур этапа 10 аналогична реализации процедур этапа 6.
11. Если измеренное значение ОИСШ окажется не меньше рассчитанного значения ОТСШ, то передают следующий пакет информационных сообщений.
Реализация процедур этапа 11 аналогична процедурам этапа 7.
12. Указанные процедуры повторяют до тех пор, пока не будут переданы все пакеты информационных сообщений.
При этом если в ходе передачи пакетов информационных сообщений текущее значение ОИСШ будет ниже допустимого для передачи на самой низкой скорости для данной линии радиосвязи, то передача пакетов информационных сообщений прекращается и периодически происходит передача тестового сигнала до момента установления ОТСШ, позволяющего осуществлять дальнейшую передачу информационных пакетов.
Периодичность передачи тестового сигнала устанавливают на основе эмпирического опыта предыдущих сеансов связи.
В качестве примера, на фиг.  показаны спектры: сигналов |S1(f)| и |S2(f)|, обеспечивающих различные скорости передачи. Так скорость передачи, обеспечиваемая сигналом s1, в два раза больше скорости, обеспечиваемой сигналом s2, поэтому полоса частот ΔF1, занимаемая спектром (по уровню третьей гармоники) сигнала s1, в два раза шире полосы частот ΔF2, занимаемой спектром (по уровню третьей гармоники) сигнала s2.
На фиг. 2 показаны спектры: шума |Sx(f)| и сигналов s1 и s2 в шумах |Sxl(f)| и |Sx2(f)|. Текущее значение ОСШ в полосе приема для сигнала s1 составляет около 10 дБ, а в полосе приема для сигнала s2 ОСШ составляет около 8 дБ при одном и том же уровне шума в канале.
Таким образом, благодаря новым существенным признакам обеспечивается технический результат, заключающийся в адаптивном изменении скорости передачи на передающей стороне радиолинии и соответствующем выборе полосы пропускания приемного тракта на приемной стороне радиолинии в зависимости от ОСШ в приемном тракте.
В рассмотренном случае адаптация заключается в изменении скорости передачи и полосы пропускания в соответствии с изменяющимся в приемном тракте значением ОСШ.