Способ адаптивной пакетной радиосвязи с временным уплотнением

Способ адаптивной пакетной радиосвязи с временным уплотнением

Реферат

 

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение при разработке помехоустойчивых систем. Предлагаемый способ связи обладает высокой помехоустойчивостью при наличии в радиоканалах как случайных, так и преднамеренно организованных помех; обеспечивает возможность адаптации методов передачи сообщений (частотная адаптация, ППРЧ, частотно-временное дублирование) к помеховым условиям приема в выделенной полосе частот; рационально использует выделенные частоты радиосвязи. Временная диаграмма работы системы связи в соответствии со способом реализует преобразование непрерывного потока сигналов сообщения в пакеты сигналов, чередующиеся с временными интервалами анализа помех и реализации передачи-приема команд обратной связи, временными интервалами на перестройку радиостанции по частотам и временными интервалами синхронизации радиолинии. При отсутствии помех радиосвязь ведется пакетами узкополосных сигналов на фиксированной частоте в синхронном режиме. Если появляются помехи, меняющиеся медленно, радиолиния работает в режиме частотной адаптации, перестраиваясь на частоту с минимальным уровнем помех. При появлении наряду с медленными помехами помех, меняющихся быстро и коррелированных по длительности и временном положению, переходят к программной перестройке рабочей частоты (ППРЧ). Если же наряду с коррелированными быстрыми помехами на рабочих частотах появляются еще и некоррелированные (случайные) быстрые помехи, то, дополнительно к ППРЧ, вводят дублирование передаваемых пакетов сообщений на частотах. 2 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение при конструировании высокоорганизованных помехоустойчивых систем связи.

Известна система связи с подвижными объектами, в которой осуществляется передача только цифровых сигналов методом их уплотнения во временных интервалах, объединенных в кадры. Эта система описана в журнале "Mikrowellen Magazin", vol II, N 1, 1985г. стр.67-73.

Известен способ, согласно которому непрерывные сигналы разбиваются на кадры, эти кадры сжимаются во времени и передаются. При этом каждому кадру сигнала предшествует добавочная составляющая сигнала, используемая для компенсации искажения в кадрах (см. "IEE Proceeding", vol 131 PartF, N2, April, 1984, стр.130-138).

Однако такие системы радиосвязи не адаптивны к воздействию помех.

Для передачи как цифровых, так и аналоговых сигналов между стационарными и подвижными станциями путем временного уплотнения служит также система связи, описанная в патенте ЕВР N 0219559.

Способ организации связи с данной системе связи принят за прототип.

Этот способ заключается в следующем. Связь осуществляется в режиме двух частотного дуплекса. Передачу цифровых сигналов осуществляют по методу временного уплотнения в канальных временных интервалах, объединенных в общие пакеты. Временные интервалы канала, предусмотренные для передачи цифрового сигнала, используют и для передачи аналогового сигнала по методу временного уплотнения, аналоговые сигналы уплотняют по времени и передают в выделенных для них временных интервалах.

Причем на каждой базовой станции канальные сигналы, объединенные в пакеты, передают в виде непрерывного потока сигналов. В начале каждого временного интервала канала перед аналоговым или цифровым сигналами, содержащими полезную информацию, передают синхронизирующее слово, адрес канала и другую сигнализацию в цифровой форме.

Речь передают в форме аналогового или цифрового сигнала, причем дискретизацию речи осуществляют кодерами речи.

Речь перед передачей ее в аналоговом виде преобразуют в АЦП, запоминают, а затем считывают с большей скоростью во временные канальные интервалы с запоминанием начала и конца пакета для компенсации искажений, после преобразования в ЦАП передают в аналоговом виде. При приеме пакетированного аналогового сигнала после АЦП производят декомпрессию и компенсацию искажений, а уже после ЦАП сигнал подают в телефон.

Недостатками рассмотренного способа радиосвязи является его низкая помехозащищенность при воздействии помех случайных и преднамеренно организованных.

Исходя из приведенных недостатков и возможностей построения способа помехозащищенной радиосвязи, предложение авторов базируется на следующих основных факторах: малые габариты, энергопотребление, простота реализации и электромагнитная совместимость абонентских радиостанций с существующим парком узкополосных радиосредств могут быть достигнуты лишь на основе технических решений, базирующихся на принципах построения симплексных узкополосных радиостанций; режим частотной адаптации для защиты от медленно меняющихся помех должен быть реализован без дополнительного приемника путем выделения во временной диаграмме передачи и приема сообщений специального дополнительного временного интервала, свободного от передачи сообщений, для анализа помех и передачи-приема команд обратной связи для управления частотой передачи; защита от быстро меняющихся помех на основе широкополосной передачи сообщений должна быть реализована не путем внутрибитовой манипуляции элементов сообщений, а путем дублирования передаваемых фрагментов сообщений на разных частотных позициях, причем полоса частот излучения каждого дубля должна совпадать с полосой излучения узкополосного сигнала, а при приеме должно производиться весовое сложение выделяемых одноименных дублей сигнала в соответствии с уровнями помех на частотах их приема, оцениваемых на специально выделенных дополнительных временных интервалах оценки уровней помех; для защиты от прицельных помех введение режима ППРЧ требует дополнительных временных интервалов на перестройки радиостанций и их синхронизацию; смена режимов помехозащиты при изменении видов воздействующих помех должна производиться при сохранении единой для всех режимов синхронизации с целью исключения дополнительных потерь времени на синхронизацию и совпадении дополнительных временных интервалов.

Обобщение сказанного показало возможность формирования единой временной диаграммы работы во всех режимах помехозащиты; общих (совпадающих во времени) временных интервалов для анализа помех и реализации обратной связи, перебоя, оценки весовых коэффициентов при сложении дублей сигналов; общих (совпадающих во времени) временных интервалов на перестройку радиостанции по частотам и временных интервалов синхронизации радиолиний. При этом в случае одновременного воздействия указанного выше комплекса помех в соответствии с предлагаемым способом формируется одной симплексной радиостанцией единый частотно-адаптивный широкополосный сигнал с ППРЧ, т.е. единый сигнал, способный ослаблять все составляющие комплекса помех одновременно. В данной ситуации перестройки рабочих частот на частоты с минимальными уровнями помех, ППРЧ и дублирование пакетов сообщений должны присутствовать одновременно при решении поставленной задачи. Отсутствие хотя бы одного из них ухудшает качество приема сообщения при одновременном воздействии комплекса помех. Вместе с тем при отсутствии какой-либо составляющей в комплексе помех оперативно изменяется и форма передаваемого сигнала одновременно со способом его обработки в приемном устройстве. Так при отсутствии быстро меняющихся помех исключается дублирование пакетов сообщений, а при отсутствии прицельных помех исключается и программная перестройка рабочей частоты. Т.е. при отсутствии помех передача сообщений ведется пакетами узкополосного сигнала, но в синхронном режиме работы радиолинии (на интервалах перестройки радиостанции задается одно и то же значение рабочей частоты радиолинии), всегда готовом к введению одного или всех мер помехозащиты в зависимости от видов воздействующих помех.

Таким образом, если помехи отсутствуют, радиосвязь ведется пакетами узкополосных сигналов на фиксированной частоте в синхронном режиме. При появлении медленных помех (временные интервалы низкого качества приема сообщений больше интервала управления частотой радиосвязи по обратному каналу) радиолиния начинает работать в режиме частотной адаптации, перестраиваясь на частоту с минимальный уровнем помех. Если наряду с медленными помехами появляются быстрые помехи, коррелированные по длительности и временному положению (временные интервалы низкого качества приема сообщений меньше интервала управления частотой радиосвязи и коррелированы), переходят к режиму ППРЧ. Быстрые коррелированные помехи означают тот факт, что на радиолинию воздействуют прицельными помехами. При этом начальная часть принимаемого сигнала выделяется без искажений, а оставшаяся часть до смены частоты поражается помехой. Действительно, постановщик преднамеренной прицельной помехи при смене рабочей частоты радиолинии вынужден некоторое время потратить на поиск и обнаружение новой рабочей частоты (при этом сигнал не подавляется), а только затем, обнаружив сигнал, излучать помеху. Т.е. принципиальная помеха появляется через одно и то же время после начала работы радиолинии на новой частоте, что и определяет ее корреляцию во времени. Если же наряду с коррелированными быстрыми помехами на рабочих частотах появляются еще и некоррелированные (случайные) быстрые помехи, то, дополнительно к ППРЦ, вводят и дублирование передаваемых пакетов сообщений. Последний случай одновременного воздействия всего комплекса помех предопределяет и необходимость одновременного применения всего комплекса мер защиты: сочетания частотной адаптации, ППРЧ и дублирования. Т.е. в радиолинии передается единый радиосигнал, являющийся широкополосным (за счет дублирования) со скачкообразным изменением рабочей частоты в группе лучших частот.

В процессе работы линии радиосвязи в соответствии с рассматриваемым способом формируются два вида оценок качества каналов: только по уровням помех на резервных частотах на интервале паузы Тп в передаче сообщения (блок 9 на фиг. 1) и по качеству приема сообщений на рабочих частотах в течение временных интервалов пакетов (блоков) сообщений (блок 10 фиг. 1). Результаты оценок резервных частот только по уровням помех на интервале Т_п используют для выбора и назначения резервной частоты (частот) связи в случае ухудшения качества приема на рабочей частоте (группе частот). Результаты оценок качества приема сообщений на интервалах пакетов (блоков) используют для принятия решения о виде воздействующих помех и, соответственно, рациональном виде передаваемого сигнала по степени коррелированности поражений принимаемых пакетов сообщений как на интервале одного цикла, так и на интервалах соседних циклов.

Временные интервалы с уровнем качества приема ниже заданного выделяют по результатам оценки качества приема отдельных пакетов (блоков) сообщений и сравнения их с заданным пороговым значением.

В процессе приема сообщения регистрируются номера пакетов, уровень качества которых ниже заданного (поражены помехами). Затем выделяется наименьший номер пакета, пораженного помехой, который и характеризует время начала действия помехи на интервале цикла пакетирования сообщения.

Причем каждый пакет имеет свой собственный номер на интервале цикла, наличие которого является необходимым условием практической реализации устройства пакетирования. Длительность одного интервала поражения помехой сообщения оценивается числом принятых подряд пакетов сообщений, уровень качества которых ниже заданного. Сопоставляя номера пораженных помехами пакетов сообщения как внутри одного цикла, так и на соседних циклах пакетирования, может быть установлена степень взаимозависимости (коррелированности) временных интервалов поражений.

Если все пакеты на интервале цикла приема сообщения поражены помехой, то по окончании цикла на интервале паузы Т_п, свободной от передачи сообщений, осуществляется перевод рабочей частоты связи на другую частоту, с минимальным уровнем помех, по команде принимающего сообщения абонента.

Если непрерывная группа пораженных пакетов сообщения начинается после некоторого временного интервала относительно начала цикла (начала работы на новой рабочей частоте) и на следующем цикле пакетирования (после очередной перестройки на лучшую рабочую частоту) величина этого интервала до наступления поражений повторяется, то делается вывод о наличии прицельной помехи (помеха коррелирована на соседних циклах), при этом на очередном интервале Т_п принимающий сообщение корреспондент доводит до передающего корреспондента команду о переходе в режим ППРЧ.

Если же группа пораженных помехами пакетов сообщений на интервале цикла не является непрерывной, а прерывается разным числом пакетов, соответствующим хорошему качеству приема, то переходят в режим дублирования сообщений (помеха случайна по длительностям и периодам следования поражений, т.е. нескоррелирована). Команда о переходе в режим дублирования также передается на интервале Т_п абонентом, принимающим сообщение.

Таким образом, предложение сводится к следующим действиям: передаче аналоговых и цифровых сигналов по методу временного уплотнения, в процессе которого сигналы непрерывных сообщений сжимают во времени, образуя дополнительные временные интервалы для передачи сигналов синхронизации и служебных сигналов управления радиосвязью; анализируют уровни помех на выделенных для радиосвязи незанятых (резервных) каналах, для чего на дополнительных временных интервалах приемные устройства абонентов перестраивают по выделенным частотам, на каждой из которых измеряют уровни помех, ранжируют и запоминают частоты в соответствии с уровнем помех; оценивают качество аналоговой и цифровой информации (по с/ш и Рош) в канальных временных интервалах, а полученные оценки качества сравнивают с величинами, задающими допустимый уровень качества приема сообщений, и выделяют временные интервалы с уровнем качества ниже заданного; перестраивают рабочую частоту на частоту с минимальным уровнем помех (частотная адаптация), выбранную на дополнительном временном интервале анализа, если длительности временных интервалов низкого качества приема сообщений больше интервала управления частотой радиосвязи по обратному каналу; перестраивают рабочую частоту по программе (ППРЧ), если при приеме сообщений в режиме адаптации временные интервалы приема сообщений низкого качества (меньше интервала управления радиосвязью по обратному каналу) и коррелированы по длительности и временному положению на разных частотах; дублируют пакеты сообщений на нескольких, выбранных на дополнительном временном интервале анализа уровней помех, лучших частотах, если длительность временных интервалов приема сообщений низкого качества меньше длительности интервала управления частотой радиосвязи по обратному каналу и некоррелированы по длительности на разных частотах, для чего исходное сообщение дополнительно сжимают, а при приеме соответствующие дубли одного пакета сообщения совмещают во времени, а затем суммируют с коэффициентами, обратно пропорциональными мощности помех на частотах приема соответствующих дублей.

Для реализации данного способа служит система радиосвязи, представленная на фиг. 1, где обозначено: 1 антенный коммутатор (АК); 2 приемник (ПРМ); 3 синтезатор частот (СЧ); 4 передатчик (ПРД); 5 кодек служебных команд; 6 МЭВМ; 7 модем синхропосылки; 8 блок опорных частот (БОЧ); 9 анализатор помеховой обстановки (АПО); 10 блок оценки качества приема сообщений; 11, 18 АЦП; 12 устройство технического маскирования речи цифровое (УТМР-Ц); 13,17 ЦАП; 14 генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП); 15 многофункциональный блок сжатия/расширения; 16 УТМР-А (аналоговое); 19 аналоговый стык (ТЧ стык); 20 цифровой стык с физической линией (ФЛ стык).

Устройство содержит: ветвь приема аналоговой пакетированной информации, содержащую последовательно соединенные антенный коммутатор 1, приемник 2, АЦП 11, многофункциональный блок сжатия/расширения 15, ЦАП 17, аналоговый стык 19 (ТЧ стык); ветвь приема цифровой пакетированной информации, содержащую соединенные последовательно антенный коммутатор 1, приемник 2, многофункциональный блок сжатия//расширения 15, ЦАП 17, цифровой стык 20; ветвь приема служебной информации, состоящую из АК 1, приемника 2, кодека служебных команд 5 и микроЭВМ 6; ветвь синхронизации, состоящую из АК 1, приемника 2, модема синхронизации 7, блока опорных частот 8 (БОЧ); ветвь анализа помеховой обстановки, содержащую АК 1, приемник 2, анализатор помеховой обстановки (АПО), блок оценки качества приема сообщений 10, микроЭВМ 6; ветвь передачи аналоговой информации + аналоговый стык 19, АЦП 18, блок сжатия/расширения 15, ЦАП 13, синтезатор частот 3, передатчик 4, АК 1; ветвь передачи аналоговой информации в цифровой форме: цифровой стык 19, АЦП 18, блок сжатия/расширения 15, синтезатор частот 3, передатчик 4, АК 1; ветвь передачи цифровой информации: цифровой стык 20, блок сжатия/расширения 15, синтезатор частот 3, передатчик 4, АК 1; ветвь синхропосылки: модем синхропосылки 7, СЧ 3, передатчик 4, АК 1; ветвь передачи служебной информации: МЭВМ 6, кодекс служебных команд 5, СЧ 3, передатчик 4, АК 1.

МЭВМ 6 своими входами соединена с выходами кодека служебных команд 5, АПО 9 и блока оценки качества 10, выходы же МЭВМ 6 соединены с АК 1, приемником 2, СЧ 3, передатчиком 4, кодеком служебных команд 5, модемом синхропосылки 7, АПО 9 и блоком оценки качества 10. Входы устройства технического маскирования речи 12 (цифрового) УТМР-Ц соединены с выходами приемника 2, БОЧ 8, ГПСП 14, блока сжатия/расширения 15, выходы УТМР-Ц 12 соединены со входами блока сжатия/расширения 15 и СЧ 3. Входы аналогового устройства технического маскирования речи УТМР-А 16 соединены с выходами блока сжатия/расширения 15, АЦП 18, ГПСП 14, БОЧ 8, а выходы блока 16 соединены со входами ЦАП 17 и блока сжатия/расширения 15.

Вход блока опорных частот БОЧ 8 соединен со входами блоков 5, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20.

Ветвь приема-передачи непакетированного цифрового сигнала включает приемник 2, выход которого соединен со входом цифрового стыка 20; выход цифрового стыка 20 соединен с модулирующим входом СЧ 3.

Ветвь приема/передачи непакетированного аналогового сигнала включает приемник 2, выход которого соединен со входом аналогового стыка 19, выход этого стыка соединен со входом СЧ 3.

Работает система следующим образом.

Прием и передача аналогового или цифрового сигнала осуществляется симплексным приемопередатчиком, в состав которого входят антенный коммутатор 1, коммутирующий антенну ко входу приемника 2 или выходу передатчика 4, и синтезатор частот 3, который формирует частоты настройки. Режимы работы приемника 2, передатчика 4, синтезатора 3 и управление антенным коммутатором 1 задаются микроЭВМ 6 в соответствии с выбранным алгоритмом работы системы.

Прием и передача синхропосылки происходят с помощью модема (модулятора демодулятора) синхропосылки 7. В режиме приема демодулятор выделяет сложную последовательность и подсинхронизирует блок опорных частот 8. В режиме передачи (в отведенное для этого в диаграмме место СП) блок 7 генерирует сложную синхропосылку, которая поступает на модулирующий вход синтезатора 3 и затем на передатчик 4.

В специально выделенной паузе включается анализатор помеховой обстановки 9, который выдает данные анализа в блок МЭВМ 6. Пакеты информации анализирует блок оценки качества сообщений 10, который выдает данные анализа также в блок МЭВМ 6. На основании проведенного анализа принимается решение о выборе целесообразного алгоритма работы системы связи.

Прием и передача служебной информации осуществляется кодеком служебных команд 5 и МЭВМ 6. МикроЭВМ 6 выступает потребителем команд в режиме приема и генератором их в режиме передачи. Кодек 5 осуществляет помехоустойчивое кодирование/декодирование служебных команд.

Обработку аналоговой и цифровой информации в одном из выбранных алгоритмов работы системы осуществляет многофункциональный блок сжатия/расширения 15, а также АЦП 11, 18 и ЦАП 13,17.

При необходимости маскирования информации в тракт приема/передачи цифровой информации включается УТМР-Ц 12 и происходит наложение на информацию маски от ГПСП 14. В тракт приема/передачи аналоговой информации включается УТМР-А 16 и происходит перестановка во времени аналогового сигнала. В этой операции также участвует ГПСП 14.

Сопряжение системы связи с оконечной аппаратурой передачи данных (АПД) осуществляется через стандартный аналоговый ТЧ стык 19 и цифровой стык с физической линией 20.

Кроме этого, система обеспечивает прием/передачу аналоговой и цифровой информации без пакетирования, так называемый прозрачный канал. В этом случае стыки сопряжения с оконечной аппаратурой и АПД подключаются к приемнику и передатчику напрямую.

На фиг. 2 представлен вариант выполнения многофункционального блока сжатия/расширения 15, где обозначено: 1 блок сжатия пакетов для 5-ти каналов, К_сж= 8; 2 трансформатор скорости с формированием и обработкой цифровых дублей, К_сж=4,4; 3 блок сжатия/расширения с формированием и обработкой дублей речи, к_сж= 4,4; 4 блок сжатия/расширения основных пакетов, К_сж=1,2; 5 блок сжатия/расширения пакетов для радиостанций старого парка, К_сж= 1,2; 6 блок сжатия/расширения дуплексных пакетов для ретрансляции, К_сж=2,2; 7 блок выделения временного канала.

На входах и выходах указаны скорости информации, а внутри блоков - используемые коэффициенты сжатия.

Каждый из блоков сжатия/расширения 1, 2, 3, 4, 5, 6 по своей сути не отличается от блоков сжатия, расширения прототипа и обеспечивает запись непрерывно поступающей информации в запоминающее устройство и считывание сжатой информации (пакетированной) в соответствии с выбранными алгоритмами работы системы (при передаче) и наоборот (при приеме).

Состав блока 15 может быть изменен, соответственно изменятся и возможные режимы работы системы связи.

Формула изобретения

Способ адаптивной пакетной радиосвязи с временным уплотнением, заключающийся в том, что в заданные временные интервалы передают цифровые сигналы и аналоговые, которые сжимают во времени, образуя временные интервалы для передачи сигналов синхронизации и служебных команд управления, отличающийся тем, что выделяют временной интервал для анализа помех и передачи-приема по обратному каналу, временной интервал перестройки радиостанций по частотам, причем во временном интервале анализа помех анализируют уровни помех на выделенных для радиосвязи частотах, свободных от передачи сообщений, при приеме оценивают качество принимаемых аналоговых и цифровых сигналов и полученные оценки сравнивают с допустимым уровнем качества приема сообщений, выделяют временные интервалы с уровнем качества ниже заданного и перестраивают рабочую частоту радиолинии на частоту с минимальным уровнем помех, если длительности временных интервалом низкого качества приема сообщений соответствуют длительностям интервалов непрерывной группы пакетов и составляют временной интервал, равный или больше интервала управления частотой радиосвязи по обратному каналу, дополнительно перестраивают рабочую частоту по программе на временных интервалах перестройки, если при приеме сообщений в режиме частотной адаптации присутствуют коррелированные по длительности и временному положению временные интервалы приема сообщений низкого качества, меньшие интервала управления частотой радиосвязи по обратному каналу, а при наличии некоррелированных временных интервалов по длительности и временному положению дублируют пакеты сообщений на нескольких частотах, где уровень помех минимальный, при приеме производят аналоговое накопление дублей сигналов с весовыми коэффициентами, определяемыми уровнями помех на частотах приема дублей, причем команды на смену рабочих частот, переход в программную перестройку рабочей частоты или дублирование передают на временном интервале анализа помех и передачи-приема команд по обратному каналу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2