Способ сложения мощности приемопередающих радиоустройств, разнесенных в пространстве
METHOD FOR ADDING POWER OF TRANSCEIVER RADIO DEVICES SPREAD OUT IN SPACE

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к защите от преднамеренных помех и может быть использовано для противодействия системам радиоэлектронного подавления, путем повышения мощности передаваемого сигнала в канале радиосвязи стационарных и подвижных приемопередающих радиоустройств разнесенных в пространстве.
Известен способ повышения отношения сигнал/шум при применении «принципа затухания помехи» [1]. Способ содержит операцию суммирования сигналов, смешанных с шумом, принимаемых в точках, разнесенных в пространстве, и требует предварительной синхронизации сигналов по времени.
Недостатком реализации данного способа является необходимость накопления передаваемых фрагментов сигналов, что ограничивает его быстродействие.
Известны способы сложения мощности радиопередатчиков [2, 3]. В которых для повышения уровня сигнала в канале связи, требующем восстановления используются широкополосные мосты сложения мощности, к входам которых подключены регулируемые искусственные линии, первые входы которых подключены к выходам антенного коммутатора, вторые входы подключены к системе управления моста сложения, выход широкополосного моста сложения подключен к входу антенного коммутатора.
Недостаток способов заключается в невозможности осуществить сложение мощности приемопередающих устройств с использованием широкополосных мостов, в случае значительного пространственного разнесения радиопередатчиков друг от друга.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому способу является способ увеличения мощности помехи за счет суммирования колебаний, созданных разными радиопередатчиками, описанный в [4] - данный способ выбран в качестве прототипа. Согласно способу-прототипу суммирование происходит в пространстве или на входе антенны, когда передатчик формирует, а антенны излучают независимые колебания.
Недостатком реализации способа-прототипа является то, что увеличение мощности излучения осуществляется за счет суммирования колебаний на входе антенны, с использованием параллельно включенных каскадом усилителей мощности, тем самым обуславливает и ограничивает пространственное размещение и использование приемопередающих радиоустройств, требующих дополнительного оборудования усилителями мощности, или суммированием колебаний в пространстве, что невозможно осуществить без синхронизации работы и позиционирования приемопередающих радиоустройств.
Техническим результатом заявляемого способа является расширение функциональных возможностей систем радиосвязи по противодействию преднамеренным помехам, путем повышения мощности сигнала в канале радиосвязи за счет суммирования колебаний, созданных разнесенными в пространстве приемопередающими радиоустройствами, находящимися на значительном удалении друг от друга.
Для достижения технического результата в способе сложения мощности приемопередающих радиоустройств, разнесенных в пространстве включающем формирование передатчиками и излучение антеннами независимых колебаний, дополнительно приемопередающие радиоустройства оборудуются блоком вычисления характеристик пространственного разнесения и синхронизации приемопередающих радиоустройств (БВПС), включающим блок вычисления, блок синхронизации, и блок точного времени (опорный источник синхронизации). В БВПС, подключенном к системе управления по проводным линиям связи, вычисляются параметры начала работы приемопередающего радиоустройства, формируют командные сигналы приемопередающего радиоустройства на переключение передатчика в режим работы сложения мощности, формируются управляющие сигналы блока синхронизации, содержащего данные о рабочей частоте, времени передачи и содержании передаваемого сигнала. Осуществляется переключение приемопередающего радиоустройства в режим работы сложения мощности и одновременная и синхронная передача одного и того же (идентичного) сообщения.
На фиг. 1 представлена схема передачи управляющего сигнала от системы управления ведущему и ведомому приемопередающим радиоустройствам, в составе:
Б.1 - блок управления;
Б.2 - блок коммутации;
Б.3 - БВПС приемопередающих радиоустройств, который необходим, для определения времени и параметров начала работы приемопередающих радиоустройств в режиме сложения мощности;
Б.4 - блок точного времени (опорный источник синхронизации). Данным блоком оборудуются все приемопередающие радиоустройства в системе радиосвязи, но синхронизация работы в режиме сложения мощности происходит по данным того блока, который находится в приемопередающем радиоустройстве определенным как ведущее;
Б.5 - блок синхронизации приемопередающих радиоустройств;
Б.6 - приемопередающее радиоустройство;
Б.7 - блок согласования;
Б.8 - блок вычислений характеристик пространственного разнесения приемопередающих радиоустройств;
На фиг. 2 изображена схема организации работы приемопередающих устройств в режиме сложения мощности, где:
1 - ведущее приемопередающее радиоустройство (ВППУ-1);
2-10 - ведомые приемопередающие радиоустройства (ВППУ-2);
11 - приемопередающее радиоустройство, для которого предназначена передаваемая информация.
На фиг. 3 представлена временная диаграмма синхронизации приемопередающих устройств:
ВС
А
СВ
ВС2
СВ2
ΔТ, ΔТ, ΔТ, ΔТ, ΔТ, - интервалы времени синхронизации;
C1
B1
C2
B2
T, T, T, T - фиксированные временные метки, известные приемопередающим радиоустройствам;
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
С, С, С, С, С, С, С, C, С, С - сообщения настройки синхронизации: «состояние», «время», «квитанция», «задержка запроса», «задержка ответа», «состояние 2», «время 2», «квитанция 2», «время поправки», «команда» соответственно;
ВППУ-1, t - время функционирования ведущего (основного) приемопередающего радиоустройства;
ВППУ-2, t - время функционирования ведомого приемопередающего радиоустройства;
И
Т - длительность передаваемого сообщения.
Способ сложения мощности приемопередающих радиоустройств, разнесенных в пространстве, реализуется следующим образом.
Приемопередающие радиоустройства 1-10 (фиг. 2) оборудуются блоком вычисления характеристик пространственного разнесения и синхронизации приемопередающих радиоустройств Б.3 (фиг. 1) на которые по линиям проводной связи от блока управления Б.1 (фиг. 1) поступает командный сигнал на переключение приемопередающих радиоустройств в режим работы сложения мощности, в блоке вычисления характеристик пространственного разнесения и синхронизации приемопередающего радиоустройства Б.3 (фиг. 1) производятся следующие действия:
проводятся расчеты радиотрассы на основе имеющихся данных о взаимном расположении приемопередающего радиоустройства в пространстве и относительно друг друга, данных о состояние ионосферы по рекомендациям Международного союза электросвязи ITU-R Р.1812, ITU-R Р.1240, ITU-R Р.533 [7, 8, 9];
определяются параметры начала работы приемопередающего радиоустройства в режиме сложения мощности (рабочая частота, время передачи и содержание передаваемого сигнала);
1
2
1
осуществляется оценка временных параметров приемопередающих радиоустройств 1-10 (фиг. 2) и выполняется временная поправка в соответствии с принципом синхронизации описанным в протоколе «точного времени» РТР {Precision Time Protocol), отличающийся тем, что дополнительно вводятся сообщения для оценки временной поправки начала излучения сигнала. Блок Б.5 (фиг. 1) формирует управляющий сигнал на передачу сообщений «состояние» С (фиг. 3), содержащее данные о рабочей частоте и запрос на начало синхронизации и «время» С (фиг. 3), в котором указывается время отправки сообщения «состояние» С (фиг. 3) - ТВ1 (фиг. 3) измеренное максимально точно к среде передачи для уменьшения ошибки во времени опорного источника ВППУ-1 (фиг. 2).
1
2
1
С1
2
0
ВС
ВППУ-2 (фиг. 2), после получения первых сообщений «состояние» С (фиг. 3) и «время» С (фиг. 3) фиксирует время получения сообщения «состояние» С (фиг. 3) - Т (фиг. 3) и сравнивает значение с полученным в сообщении «время» С (фиг. 3) от ВППУ-1. Разница между этими значениями отражает сдвиг часов Т (фиг. 3) плюс задержку передачи сообщения от ВППУ-1 (фиг. 2) к ВППУ-2 (фиг. 2) (ΔТ (фиг. 3)) [10, 11]:
СВ
Вычисление времени задержки передачи сообщения и сдвига отсчетов часов осуществляется по значениям сообщения ВППУ-2 (фиг. 2) «квитанция» + «задержка запроса» (С3+С4 (фиг. 3)) со своим временем ТС2 (фиг. 3). ВППУ - 1 (фиг. 2) в ответ отправляет сообщение «задержка ответа» (С5 (фиг. 3)) с временем ТВ2 (фиг. 3). Задержка передачи от ВППУ - 1 (фиг. 2) к ВППУ - 2 (фиг. 2) - Т (фиг. 3) определяется выражением [10, 11]:
Средняя задержка передачи данных в канале равна среднему арифметическому задержки распространения в обе стороны канала [10, 11]:
C1
В1
С2
В2
Зная значения фиксированных временных меток (отсчетов времени) T, Т, Т, Т (фиг. 3) в блоке Б.5 (фиг. 1) ВППУ-1 (фиг. 2) вычисляется усредненная задержка распространения сигнала в канале переданных данных [10, 11]:
6
C3
B3
На втором этапе производится окончательная синхронизация - выполняется после передачи ВППУ-1 (фиг. 2) второй последовательности сообщений «состояние 2» С (фиг. 3) с фиксированным значением времени T (фиг. 3) и «время 2 » с фиксированным значением времени T (фиг. 3). В вычислительном блоке Б.3 ВППУ-2 (фиг. 2) вычисляется временная поправка своих часов по формуле [10, 11]:
П
После этого ВППУ-2 подстраивает свои часы в соответствии с вычисленными значениями ВППУ-1 вычисляет временную поправку начала излучения сигнала Т (фиг. 3) представляющую собой сумму длительности передаваемого сигнала и временной поправки ВППУ-2 (фиг. 2) [10, 11]:
9
10
После получения сообщения «временная поправка» С (фиг. 3) и «команда» С (фиг. 3) от ведущего (основного) ВППУ-1 (фиг. 2), ВППУ-2 (фиг. 2) приемопередающие радиоустройства 1-10 (фиг. 2) переключаются в режим работы сложения мощности в строго синхронизированный момент времени и начинают излучение сигнала в режиме сложения мощности.
В результате работы приемопередающих радиоустройств 1-10 (фиг. 2) в режиме сложения мощности напряженность поля в точке приема 12 (фиг. 2) суммируется и будет представлять собой аддитивную смесь напряженностей поля, создаваемую всеми приемопередающими радиоустройствами 1-10 (фиг. 2) [4-6]:
вследствие чего увеличится отношение сигнал/шум на входе приемопередающего радиоустройства, 11 (фиг. 2) до необходимого уровня, определяемого техническими характеристиками приемопередающих радиоустройств.
Таким образом, оборудование приемопередающих радиоустройств БВПС, включающим блок вычисления, блок синхронизации и блок точного времени (опорный источник синхронизации), подключенным к системе управления по проводным линиям связи, в котором вычисляются параметры начала работы приемопередающего радиоустройства, формируются командные сигналы приемопередающим радиоустройствам на переключение передатчиков в режим работы сложения мощности, формируются управляющие сигналы блока синхронизации, содержащего данные о рабочей частоте, времени передачи и содержании передаваемого сигнала, осуществляется переключение приемопередающего радиоустройства в режим работы сложения мощности и одновременная и синхронная передача одного и того же (идентичного) сообщения позволяет достичь технического результата заявленного способа.
Достижение технического результата заявленного способа и эффективность его применения подтверждается объективной возможностью:
синхронизации работы приемопередающих радиоустройств, представленным порядком использования командных сигналов [9, 10];
сложения напряженности поля в точке приема при режиме работы приемопередающих радиоустройств заявленным способом [4];
увеличения отношения сигнал/шум на входе приемопередающего радиоустройства в точке приема в режиме работы сложения мощности [1];
возможностью повышения мощности передаваемого сигнала приемопередающими радиоустройствами, функционирующими в режиме сложения мощности [4, 5].
Литература
1. Патент WO 2011/145981, 2011 г.
2. Патент RU 2580401, 2016 г.
3. Патент RU 2667979, 2018 г.
4. Куприянов А.И., Радиоэлектронная борьба / А.И. Куприянов - 4-е изд. - М.: Вузовская книга, 2016 - 360 с.
5. Грудинская Г.П., Распространение радиоволн. Уч. Пособие для радиотехн. спец. вузов. Изд. 2-е/, перераб. И доп. М., «Высш. школа», 1975 - 280 с.
6. Ирха Б.Т., Организация и обеспечение связи Уч. Пособие. Харьков, МО.: 1972. - 392 с.
7. Метод для прогнозирования рабочих характеристик ВЧ-линий. Рекомендация МСЭ-R Р/533-12 (09/2013) Серия Р Распространение радиоволн, 2013 - 26 с.
8. Методы прогнозирования основной МПЧ, рабочей МПЧ и траектории луча, разработанные МСЭ-R Р/1240-2 (07/2015) Серия Р Распространение радиоволн, 2015 - 5 с.
9. Метод прогнозирования распространения сигнала на конкретной трассе для наземных служб «из пункта в зону» в диапазонах УВЧ и ОВЧ, разработанные МСЭ-R Р/1812 Серия Р Распространение радиоволн, 2007 - 30 с.
10. IEEE Std/ 158-2008 IEEE Standart for Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems. - IEEE, July 2008.
11. IETF RFC 1305 Network Time Protocol (Version 3). Specification, Implementation and Analysis. - IETF, March 1992.