Способ радиосвязи с подвижными объектами и радиосистема для его реализации

Способ радиосвязи с подвижными объектами и радиосистема для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к авиационной радиосвязи ДКМВ-диапазона и может быть использовано для пакетной цифровой радиосвязи с TDMA-TDD доступом (множественный доступ с разделением времени) в телекоммуникационных радиосетях ДКМВ-диапазона при наличии как широкополосных естественных помех, так и узкополосных технических помех.

В настоящее время системы телекоммуникаций строятся на основе модели взаимодействия открытых систем с 7-уровневой структурой согласно ISO 7489.

Известен способ обмена данными согласно Спецификации ARINC 635, заключающийся в использовании протокола TDMA-TDD [1]. В этой спецификации определена структура кадра протокола TDMA-TDD обмена сообщениями и управляющей информацией, включающего сквитер, содержащий широковещательную управляющую информацию от базовой станции (SPDU-сквитер), слоты исходящего сообщения от базовой станции к абонентской, слоты входящих сообщений от абонентских станций к базовой, а также слоты свободного доступа для регистрации вновь входящих абонентов (абонентские станции к базовой станции). Данная спецификация предусматривает обмен данными как управляющего, так и информационного характера на одной выбранной рабочей частоте ДКМВ-диапазона. На этой же частоте базовая станция осуществляет прием слотов свободного доступа для регистрации новых абонентов.

Протокол доступа TDMA-TDD к каналу обмена данными и управляющей информацией сочетается с частотным разделением (FDMA) для системы в целом. Слоты TDMA назначаются динамически с использованием комбинации запросов резервирования, опроса и произвольного доступа.

Этот протокол работает следующим образом. Каждой наземной станции назначается несколько активных частот. Работа на каждой из активных частот разделена на временные кадры с 13 слотами. Продолжительность кадра - 32 секунды, слота - 2,46 секунды. Первый слот каждого кадра предназначен для передачи сквитера, содержащего управляющую информацию, с базовой станции. Оставшиеся слоты могут быть распределены либо для передачи «к абоненту», либо для передачи от определенного «абонента», либо как слоты произвольного доступа для передачи «от абонента» для использования всеми абонентами в режиме случайного доступа. Назначение слотов для линий «к абоненту» или «от абонента» для текущего кадра осуществляет наземная станция и передает эту информацию в сквитере. Кроме того, каждый сквитер содержит идентификатор и другие активные частоты базовой станции, а также идентификаторы и активные частоты для двух соседних ДКМВ базовых станций, обеспечивающих перекрытие общей зоны. Сквитеры также содержат квитанции для всех сообщений, полученных от абонентов в двух предыдущих кадрах, и данные использования канала.

Недостатком данного протокола является то, что для регистрации в системе необходимо осуществить поиск приемлемой частоты путем приема нескольких сквитеров на различных частотах с допустимым качеством, затем применить режим свободного доступа вхождения в связь в соответствующий отведенный для этого слот и только на следующем кадре осуществить прием нового сквитера из анализа информации, содержащейся в котором, становится ясно, произошла регистрация данного абонента в системе радиосвязи на выбранной частоте или нет. Только после этого появляется возможность приема или передачи пользовательского сообщения в отведенном для этой цели временном слоте следующего кадра. Обязательное наличие слотов свободного доступа вхождения в связь уменьшает общее количество полезной информации, передаваемой в кадре. Как следствие такой процедуры - большое время регистрации в системе и, следовательно, большая величина минимального гарантированного времени доставки пользовательского сообщения (от 90 до 120 с). Кроме того, при малом количестве абонентских станций, работающих на данной фиксированной частоте канала, происходят значительные потери времени из-за фиксированной структуры кадра (32 с).

Известен способ передачи сообщений [2], выбранный в качестве прототипа, с использованием широкополосного сигнала на основе биспектрально организованного сигнала (БОС), обеспечивающего достаточно высокую помехозащищенность и возможность работы в условиях шумов различной природы. Этот способ [2] предусматривает реализацию только первого (физического) уровня согласно 7-уровневой модели ISO 7498, причем без выделения отдельного канала управления и обратного канала связи. Понятие и реализация специального отдельного обмена управляющей информацией в этом способе отсутствуют. Это приводит к достаточно длительному процессу установления связи и требует заранее оговоренного и известного как на передающей, так и на приемной стороне алгоритма кодирования и раскодирования в части выбора частот, из которых составляют триплеты (мультиплеты). Организованная (запрограммированная) структура полиспектрально организованного сигнала не может быть динамически перестроена (т.е. изменены частоты, составляющие триплеты) исходя из условий распространения радиоволн (что особенно актуально в ДКМВ-диапазоне), т.к. отсутствует управляющая информация для такой перестройки в процессе ведения сеанса связи. Это приводит к неоптимальным расходам временного ресурса, отсутствию данных о прохождении информации от передатчика к приемнику, невозможности посылки ответного сообщения и, в конечном счете, к увеличению гарантированного времени доставки пользовательского сообщения. В описанном выше способе реализуется архитектура - однонаправленная «точка-точка».

Известно устройство, реализующее полигармонический несущий ВЧ-сигнал [2], однако в нем осуществляется однонаправленная передача биспектрально организованного сигнала от передатчика через линию связи к приемнику, в котором осуществляется конвертация (демодуляция) триплетов (первичных переносчиков полезной информации через линию связи любой физической природы - звуковые волны, электромагнитные волны, инфракрасные и т.д.). В указанном устройстве отсутствуют элементы управления процессом передачи сообщения, что приводит к неоптимальному использованию временного ресурса, отведенного на доставку информации (сообщения пользователя).

Известна также радиосистема передачи данных с разделением времени [3], которая состоит из базового и ряда абонентских приемопередатчиков и соответствующих антенных систем.

Основными недостатками этой радиосистемы являются использование одной рабочей частоты для приема и передачи как управляющей, так и пользовательской информации и, как следствие этого, отсутствие на ряде частот в определенные периоды времени связи (или низкое качество связи с большим количеством ошибок) из-за нестабильности ионосферного распространения ВЧ-сигнала. Кроме того, использование отдельных слотов для приема входящей управляющей информации и передачи исходящей управляющей информации приводит к неоптимальному использованию временного ресурса (объем пользовательских данных/время слота).

Основной технической задачей, на решение которой направлена группа предлагаемых изобретений, является повышение помехоустойчивости, уменьшение времени гарантированной доставки пользовательского сообщения, уменьшение времени регистрации абонентской станции в системе радиосвязи, повышение надежности управления, помехозащищенности линии связи как для канала управления, так и для канала обмена сообщениями и скрытности обмена данными.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе радиосвязи с подвижными объектами, основанном на использовании протокола множественного доступа с разделением времени TDMA-TDD, при котором каждый кадр обмена сообщениями между базовой станцией и абонентскими станциями содержит слот широковещательного исходящего управления для передачи информации управления линиями связи, слоты обмена пользовательской информацией между базовой и абонентскими станциями, а также слоты свободного доступа для вновь входящих абонентов, и использовании разделения частотного ресурса для радиосистемы в целом, для реализации указанного протокола в канале обмена сообщениями ВЧ несущую частоту модулируют низкочастотным биспектрально организованным сигналом (НЧ БОС), а информацию, содержащуюся в упомянутом слоте исходящего управления, дополнительно представляют в виде высокочастотного биспектрально организованного сигнала (ВЧ БОС) и передают с базовой станции с использованием отдельного передающего канала управления, а на абонентской станции анализируют качество принятого управляющего сигнала, формируют квитанцию на принятую информацию и передают ее по каналу обмена сообщениями на выбранной для связи частоте на базовую станцию. При этом в канале управления в каждом кадре, кроме общего слота исходящего управления, передают слоты индивидуальной управляющей информации для каждой абонентской станции и слоты свободного доступа для вновь входящих абонентов.

Указанный технический результат достигается тем, что в радиосистеме для реализации способа радиосвязи с подвижными объектами, состоящей из базовой станции и совокупности n абонентских радиостанций, осуществляющих обмен сообщениями в соответствии с протоколом множественного доступа с разделением времени, базовая станция содержит m приемников и m передатчиков, соединенных с соответствующими антеннами и m модемами для модуляции/демодуляции высокочастотной несущей низкочастотным БОС, которые соединены с интерфейсом с внешними системами, а также передающий канал управления, состоящий из последовательно соединенных блока принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС, модулятора высокочастотного БОС, передатчика, соединенного с соответствующей антенной, причем блок принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС соединен также с каждым из m модемов и с интерфейсом с внешними системами, а каждая абонентская станция содержит канал обмена сообщениями, включающий последовательно соединенные антенно-согласующее устройство, соединенное также с соответствующей антенной, приемопередатчик, модем и интерфейс с внешними системами пользователя и приемный канал управления, состоящий из последовательно соединенных широкополосного антенно-согласующего устройства, соединенного также с приемной антенной приемника высокочастотного ВЧ БОС, демодулятора ВЧ БОС и блока принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС, соединенного с приемником высокочастотного ВЧ БОС, модемом НЧ БОС и интерфейсом с внешними системами.

Отличительными признаками предлагаемой группы изобретений является использование отдельного передающего канала управления для передачи с базовой станции сквитеров, содержащих управляющую информацию, для которой несущей является ВЧ БОС, что выражается в представлении первичного сигнала (на физическом уровне) в виде информационной структуры из М элементов, отражающих управляющее сообщение в целом в виде двухмерного образа, элементы которого представляют собой отсчеты спектра 3-го порядка биспектрально организованного сигнала (БОС), а также использование в канале обмена сообщениями модуляции ВЧ-несущей низкочастотным биспектрально организованным сигналом.

Применение в качестве несущей частоты для передачи управляющей информации не одномодового (одночастотного), а специально организованного трехмодового (f₁, f₂, f₃) сигнала с заданным условием на фазовые соотношения, а именно ϕ_f1+ϕ_f2+ϕ_f3=const, где ϕ_f1, ϕ_f2, ϕ_f3 - фазы соответствующих ВЧ-колебаний частот f₁, f₂, f₃, составляющих триплет, обуславливает высокую помехоустойчивость как фундаментальное свойство систем с полиспектрально организованным сигналом.

Использование специально организованного канала для передачи управляющих сообщений позволяет уменьшить время гарантированной доставки пользовательского сообщения за счет того, что регистрация в системе и назначение слотов обмена сообщениями могут происходить отдельно от процесса обмена сообщениями с временным сдвигом, меньшим, чем кадр обмена сообщениями, для которого управляющая информация содержится только в общем широковещательном слоте кадра для канала обмена сообщениями.

В канале обмена сообщениями ВЧ-несущая модулируется низкочастотным биспектрально организованным сигналом, что приводит к увеличению помехозащищенности канала.

В рамках одного кадра управления может быть отправлено и, соответственно, получено на абонентских станциях до 13 управляющих слотов.

Предлагаемые способ связи и радиосистема позволяют осуществлять связь с подвижными объектами и без организации дополнительного канала управления с использованием только одного канала обмена сообщениями, однако при этом время гарантированной доставки сообщений будет больше.

При малом количестве абонентских станций, работающих в канале обмена сообщениями, возможно несколько управляющих воздействий за счет неоднократного применения в канале управления индивидуального слота управления для абонентской станции во время текущего кадра обмена сообщениями.

Повышение надежности управления реализуется путем дублирования управляющей информации в различных каналах и на различных ВЧ-несущих, а именно на частоте f_m{F₁ ^m, F₂ ^m, F₃ ^m} - в широковещательном НЧ БОС-сквитере, на комбинации частот {f₁ ⁰, f₂ ⁰, f₃ ⁰} - триплет - в общем ВЧ БОС-сквитере, на комбинации частот {f₁ ⁿ, f₂ ⁿ, f₃ ⁿ} - в индивидуальном ВЧ БОС-сквитере для n-го абонента. При этом упомянутые выше сквитеры, кроме общей для всех информации управления, имеют и отличающуюся друг от друга управляющую информацию (фиг.1).

Повышение помехозащищенности линии связи как для канала управления, так и для канала обмена сообщениями, а также увеличение скрытности обмена данными основано на том, что для каждой абонентской станции может быть задана своя индивидуальная сетка частот для создания массива триплетов несущих ВЧ-частот (f) и модулирующих НЧ-частот (F). В индивидуальном ВЧ БОС-сквитере может быть задан пароль (необязательный параметр), без которого становится невозможным произвести правильную расшифровку данных, передаваемых в канале обмена сообщениями.

Первичная частотная сетка ΔF и закон изменения этой сетки для триплетов загружается во время регистрации в системе.

Закон изменения частотной сетки триплетов индивидуален для каждого абонента.

Индивидуальный пароль (при необходимости) для каждого пакета информации с целью защиты от имитационной помехи (в случае РЭП) может быть передан в слоте индивидуального ВЧ БОС-сквитера.

Структура слота для индивидуальной управляющей информации с использованием ВЧ БОС (для индивидуального ВЧ БОС сквитера №2) приведена на фиг.1 г.

Предлагаемая временная структура кадра обмена сообщениями и кадра управления и соответствующих слотов приведена на фиг.1, где обозначено:

а) для кадра канала обмена сообщениями (применяется НЧ БОС):

- f_m{F₁ ^m, F₂ ^m, F₃ ^m} - несущая ВЧ-частота для широковещательного (общего для всех абонентских станций) НЧ БОС-сквитера, промодулированная биспектрально-организованным массивом {F₁ ^m, F₂ ^m, F₃ ^m};

- f_m{F₁ ¹, F₂ ¹, F₃ ¹} - несущая ВЧ-частота для сообщения между абонентской станцией №1 и базовой, промодулированная биспектрально-организованным массивом {F₁ ¹, F₂ ¹, F₃ ¹};

- RA - резервный слот для свободного доступа с целью регистрации в системе. Необходимо наличие хотя бы одного слота RA, общее число слотов RA в кадре определяется числом абонентских станций, ведущих обмен с базовой станцией;

б) для кадра канала управления (применяется ВЧ БОС):

{f₁ ⁰, f₂ ⁰, f₃ ⁰} - гребенчатый массив ВЧ-частот для общего ВЧ БОС-сквитера;

RA - резервный слот для свободного доступа с целью регистрации в системе. Наличие слота RA, хотя бы одного, является обязательным;

- Общий тест канала не является обязательным слотом. Исходя из анализа прохождения через эфир используемых для составления триплетов частот {f₁ ^tc, f₂ ^tc, f₃ ^tc}, в следующих кадрах канала управления могут быть использованы другие ВЧ-составляющие триплетов ВЧ БОС-сквитера;

в) для слотов общего ВЧ БОС сквитера в канале управления:

- данные о частотах, на которых передается индивидуальный ВЧ БОС-сквитер для абонентской станции №1 - {f₁ ¹, f₂ ¹, f₃ ¹};

- данные о частотах, на которых передается индивидуальный ВЧ БОС-сквитер для абонентской станции №2 - {f₁ ², f₂ ², f₃ ²};

г) для слотов ВЧ БОС-сквитера №2, который передается на массиве ВЧ-частот {f₁ ², f₂ ², f₃ ²}:

- {F₁ ², F₂ ², F₃ ²} - модулирующие частоты для ВЧ-частоты f канала обмена сообщениями,

- пароль - данные, необходимые для расшифровки закрытого этим паролем сообщения;

- сетка частот - (ΔF12, ΔF22, ΔF32 - сетки модулирующих частот);

- приоритет - данные, указывающие на очередность предоставления канала управления (а соответственно, и канала обмена сообщениями);

- тип протокола - данные о правилах построения триплетов канала управления (по умолчанию или измененные);

- тест канала (tc) - специально подобранные ВЧ-частоты {f₁ ^tc, f₂ ^tc, f₃ ^tc};

- квитанция - данные о прохождении сообщения в канале обмена сообщениями на частоте f_m{F₁ ², F₂ ², F₃ ²} для абонентской станции №2 и индивидуальной управляющей информации на комбинации ВЧ-частот {f₁ ², f₂ ², f₃ ²}.

Структурная схема радиосистемы для связи с подвижными объектами приведена на фиг.2, где обозначено:

1 - абонентская станция подвижного объекта;

2 - каналообразующая аппаратура обмена сообщениями;

3 - антенно-согласующее устройство;

4 - приемопередатчик НЧ БОС;

5 - модем НЧ БОС;

6 - интерфейс с внешними системами пользователя;

7 - приемный канал управления;

8 - широкополосное антенно-согласующее устройство;

9 - приемник ВЧ БОС;

10 - демодулятор ВЧ БОС;

11 - блок принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС;

12 - базовая станция;

13 - передающий канал управления;

14.1 - 14.m - приемники базовой станции (НЧ БОС);

15.1 - 15.m - передатчики базовой станции (НЧ БОС);

16.1 - 16.m - модемы базовой станции (НЧ БОС);

17 - интерфейс с внешними системами;

18 - передатчик канала управления (ВЧ БОС);

19 - модем ВЧ БОС;

20 - блок принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС.

Заявленный способ радиосвязи с подвижными объектами осуществляют следующим образом. На базовой станции в блоке принятия решений о частотах НЧ и ВЧ БОС формируют полиспектральный образ в виде массива триплетов [2, 4], используя тип протокола, структурирующего управляющую информацию, полученную либо через интерфейс с внешними системами, либо сформированную в этом блоке. Структура кадра канала управления приведена на фиг.1.б. Сформированный образ подают на модулятор высокочастотного БОС, в котором происходит его преобразование в шумоподобный сигнал во временной области. Подготовленный сигнал через соответствующие передатчик и антенну излучается в пространство. Принятый абонентской станцией ВЧ БОС демодулируется и поступает в аналогичный используемому на базовой станции блок принятия решений о частотах НЧ и ВЧ БОС. После анализа полученной управляющей информации абонентская станция по каналу обмена сообщениями передает на базовую станцию собственное сообщение и квитанцию на широковещательный, общий и индивидуальный БОС-сквитеры для подтверждения установления двухсторонней связи о принятии без ошибок управляющей информации от базовой станции.

Управляющая информация независимо от канала управления передается также в канале обмена сообщениями в составе управляющего слота широковещательного НЧ БОС (первого слота кадра канала обмена сообщениями) с использованием в качестве несущей соответствующей ВЧ-частоты, промодулированной НЧ БОС - f_m{F₁ ^m, F₂ ^m, F₃ ^m}. Этот сигнал излучается соответствующей антенной базовой станции на одной из m частот и принимается каналообразующей аппаратурой обмена сообщениями абонентской станции. Кроме широковещательной управляющей информации, по этим же каналам происходит прием/передача пользовательской информации. Структура кадра канала обмена сообщениями приведена на фиг.1а.

Радиосистема, реализующая предложенный способ обмена сообщениями (фиг.2), состоит из базовой станции и n абонентских станций.

В состав базовой станции 12 входит m приемников 14 и m передатчиков 15, соединенных с m модемами 16, для модуляции/демодуляции низкочастотным биспектрально организованным сигналом ВЧ-несущей, которые через интерфейс с внешними системами 17 подключаются к оконечным системам. Последовательно соединенные блок принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС 20, модулятор ВЧ БОС 19 и передатчик ВЧ БОС 18 образуют передающий канал управления 13, который в свою очередь подключен к соответствующей антенне, причем блок принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС 20 соединен также с каждым из m модемов 16 и с интерфейсом с внешними системами 17. Приемники 14 и передатчики 15, работающие на частотах f₁...f_m, также подключены к соответствующим приемным и передающим антеннам.

В состав абонентской станции 1 входит каналообразующая аппаратура обмена сообщениями 2, интерфейс с внешними бортовыми системами 6 и приемный канал управления 7. Каналообразующая аппаратура обмена сообщениями 2 включает в свой состав антенно-согласующее устройство 3 и приемопередатчик НЧ БОС 4, работающий на одной из частот f₁...f_m. Приемный канал управления 7 включает в свой состав широкополосное антенно-согласующее устройство 8, приемник ВЧ БОС 9, демодулятор ВЧ БОС 10 и блок принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС 11. Каналообразующая аппаратура обмена сообщениями 2 и приемный канал управления 7 подключены к соответствующим антеннам абонентской станции 1. В зависимости от качества приема широковещательного ВЧ БОС-сквитера, а также специальных тестирующих слотов в канале управления в блоке принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС формируются данные о массиве частот, на которых целесообразно вести обмен сообщениями и управляющей информацией между базовой и абонентскими станциями.

Как справедливо отмечено в прототипе, биспектрально организованному сигналу присуща большая помехоустойчивость и скорость передачи информации в целом за счет одновременного параллельного кодирования большого массива данных, поэтому вероятность доставки управляющей информации по каналу управления всегда выше, чем вероятность доставки собственно сообщений по каналу обмена сообщениями.

Предлагаемый способ, использующий в качестве несущего сигнала канала управления комбинацию нескольких частот, связанных постоянным наперед заданным соотношением параметров этих несущих (в нашем случае биспектрально организованного сигнала), позволяет улучшить такую характеристику радиосистемы, как соотношение «Сигнал/Шум», при котором еще возможно выделение полезной информации из смеси «Сигнал+Шум».

Система, реализующая предлагаемый способ, построена таким образом, что введен дополнительный радиоканал управления со своим протоколом взаимодействия с абонентом (абонентами) на основе использования биспектрально организованного сигнала (ВЧ БОС), который позволяет уменьшить время регистрации, уменьшить гарантированное время доставки данных в системе, увеличить количество абонентов в одном радиоканале обмена сообщениями. Проведение анализа прохождения составляющих биспектрально организованного сигнала в блоке принятия решений о частотах БОС позволяет оптимальным образом выбрать и при необходимости произвести изменение значений частот, на которых ведется обмен сообщениями в радиоканале обмена пользовательскими сообщениями. Применение биспектрально организованного сигнала в канале управления позволяет повысить помехоустойчивость, дальность действия и надежность как канала управления, так и всей системы в целом за счет достижения необходимого качества путем выбора частоты канала обмена данными исходя из анализа прохождения сигналов как в канале обмена сообщениями, так и в канале управления.

Кадры предлагаемого протокола для канала обмена сообщениями и для канала управления приведены на фиг.1. Следует отметить, что ВЧ БОС-сквитеры излучаются базовой станцией в управляющем канале одновременно с обменом информацией на ВЧ-несущей (f_m{F₁ ^m, F₂ ^m, F₃ ^m}) в каналах обмена сообщениями и не требуют жесткой синхронизации соответствующих кадров.

Каналы обмена сообщениями могут быть организованы на m ВЧ-несущих, что определяется числом приемников и передатчиков базовой станции.

Система реализует заявленный способ следующим образом. На базовой станции в блоке принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС создаются наборы {F₁ ^m, F₂ ^m, F₃ ^m} для канала обмена сообщениями и наборы {f₁ ⁿ, f₂ ⁿ, f₃ ⁿ} для канала управления, подчиняющиеся условиям биспектрально организованного сигнала. Массив {f₁ ⁿ, f₂ ⁿ, f₃ ⁿ} передается в модулятор ВЧ БОС, в котором осуществляется модуляция массива триплетов [5]. Затем накопленный массив преобразуется в шумоподобный сигнал и поступает в передатчик канала управления, где усиливается и передается в соответствующую антенну базовой станции. Во время излучения биспектрально организованного ВЧ-сигнала с базовой станции он начинает приниматься по каналу приема управляющей информации включенными (как зарегистрированными, так и незарегистрированными) абонентскими станциями, находящимися в зоне обслуживания данной базовой станции. Общий ВЧ БОС-сквитер через соответствующую антенну, широкополосное антенно-согласующее устройство, приемник ВЧ БОС попадает на демодулятор ВЧ БОС, в котором происходит демодуляция биспектрально организованного массива и смысловая информация управления каналом обмена сообщениями, попадает в блок принятия решений о частотах НЧ и ВЧ БОС, в котором производится анализ управляющей информации и выработка управляющих сигналов, посредством которых происходит управление параметрами приемопередатчика (в том числе несущей ВЧ-частотой и скоростью обмена информацией) канала обмена сообщениями.

При этом широковещательный НЧ БОС-сквитер через соответствующую антенну абонентской станции поступает в канал обмена сообщениями, проходит антенное-согласующее устройство, приемопередатчик НЧ БОС, модем НЧ БОС и поступает в блок принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС. В блоке принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС происходит сравнение управляющей информации, полученной по разным каналам, и выработка окончательного решения.

В зависимости от качества приема как широковещательного НЧ БОС-сквитера, так и специальных тестирующих слотов (прохождение и прием тестирующих частот ВЧ БОС в канале управления) в блоке принятия решений о частотах НЧ и ВЧ БОС формируются данные о массиве {F₁ ^m, F₂ ^m, F₃ ^m} и {f₁ ⁿ, f₂ ⁿ, f₃ ⁿ} частот, на которых целесообразно вести обмен сообщениями и управляющей информацией между базовой и абонентскими станциями.

После того как в приемопередатчик канала обмена сообщениями абонентской станции передано из блока принятия решений о частотах НЧ и ВЧ БОС-значение несущей ВЧ-частоты, на которой целесообразно вести связь, происходит формирование слота сообщения для базовой станции, и в интервал времени, определенный в управляющей информации, переданной как по каналу управления, так и в слоте управляющей широковещательной информации, происходит излучение модулированного одночастотного сигнала абонентской станции, который и принимается в приемнике базовой станции на одной из частот f₁...f_m. Ответное сообщение базовая станция формирует и передает на той же частоте, что и принимает, и излучает его в отведенный для этого временной интервал в кадре канала обмена сообщениями. По принятой с базовой станции управляющей информации может быть динамически преобразован состав частот {F₁ ^m, F₂ ^m, F₃ ^m}, применяемый для модуляции ВЧ-несущей частотой f_m.

В передаваемых с абонентской станции данных помещается квитанция о качестве распространения составляющих высокочастотный массив частот {f₁ ⁿ, f₂ ⁿ, f₃ ⁿ}, которые удовлетворяют критериям биспектрально организованного сигнала.

В блоке принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС всегда имеется динамически изменяемая системная таблица частот (пополняемая новыми значениями рабочих частот на основе анализа прохождения через эфир ВЧ-несущей f_m{F₁ ^m, F₂ ^m, F₃ ^m} и составляющих ВЧ БОС {f₁ ⁿ, f₂ ⁿ, f₃ ⁿ} в канале управления), которая может быть использована для выбора новой ВЧ-несущей частоты канала обмена сообщениями при ухудшении качества сигнала на текущей частоте.

Интерфейс с внешними системами как в абонентской станции, так и в базовой предназначен для электрического подключения и сопряжения сигналов с внешними системами пользователя. Протокол и шина, по которой происходит это взаимодействие, для предлагаемого технического решения не играют принципиальной роли, но оптимально использование 7-ми уровневой модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI.

В части канала управления реализованы широкополосные трехканальные приемник и передатчик (на базе трех передатчиков и трех приемников) со специальной системой синхронизации и удержания фазовых соотношений между ВЧ-частотами (составляющими триплетов), реализующих теоретические соотношения биспектрально организованных сигналов, подробно описанных в прототипе предлагаемого способа [2] и работе [4].

Вычислительная техника, осуществляющая интерфейс с внешними системами пользователя и блок принятия решений о частотах НЧ и ВЧ БОС, представлена компьютерами уровня Pentium-3 со встроенными 12-ти разрядными АЦП/ЦАП (платы L-1210 и L-305 с частотами квантования до 100 и 300 кГц соответственно). Платы АЦП/ЦАП снабжены устройствами для синхронизации их работы с высокостабильными задающими генераторами, например квантовым стандартом 41-69. Субблоки ФНЧ, входящие в состав БОС-модема, на передающей и принимающей сторонах представляют собой ФНЧ Бесселя или Баттерворта (8-й порядок, частоты среза 20 Гц, 2,5 кГц, 20 кГц, 50 кГц) с регулируемым коэффициентом передачи в полосе пропускания(0-66 дБ).

Аппаратура абонентских станций состоит из приемопередатчика с одночастотным каналом обмена пользовательскими сообщениями, который реализован согласно требованиям характеристики Arinc 753 и спецификации Arinc 635, и приемным каналом управления, подобным устройству, описанному в [6].

Серийно выпускаемыми образцами бортовой аппаратуры являются, например, система HFS-900D фирмы Rockwell Collins (США) или радиостанции ХК-516, ХК-2000 фирмы Rohde&Schwarz (Германия), которые широко используются в эксплуатируемой глобальной системе связи GlobaLink/HF. Модемы или устройства цифровой обработки сигналов этой аппаратуры должны быть модифицированы для использования НЧ БОС-модуляции/демодуляции ВЧ-несущей.

Передающий канал управления и приемный канал управления предлагаемой радиосистемы представляют собой широкополосную аппаратуру приема и передачи ДКМВ-диапазона (аналогичную 3-х канальной аппаратуре с синхронизацией фаз) с жесткими требованиями на амплитудно-фазовую конверсию в канале прохождения ВЧ БОС-частот и предельно линейную АЧХ канала [6].

Блок принятия решений представляет собой вычислительный модуль на основе микропроцессора типа 1В578 (79RC32364 фирмы IDT с тактовой частотой 133 МГц) с соответствующим программным обеспечением, реализующим ALE-процедуры (Automatic link establishment - автоматическое установление канала связи согласно стандарту FED-STD 1045A).

Литература

1. ARINC Specification 635-3 «HF Data Link Protocol».

2. RU 2097924 C1, H04В 7/00, 11/00. Прототип способа.

3. JP 3235041 В2, H04J 3/00. Прототип устройства.

4. Бочков Г.Н., Горохов К.В. Способ синтеза биспектрально организованных сигналов. // Письма в ЖТФ. 1995. Т.21. В.16. С.27-32.

5. Бочков Г.Н., Горохов К.В. Биспектрально организованные сигналы для параллельных систем передачи информации с коррекцией амплитудно-фазовых искажений. Изв. ВУЗов. Радиофизика, 1997. Т.30. №11. С.1388.

6. Андриянов А.В., Пугин М.В., Войткевич К.Л., Резвов А.В. Трехканальная цифровая приемопередающая станция ДКМВ-диапазона. 14th Int. Crimean Conference «Microwave & Telecommunication Technology» (CriMiCo'2004). 13-17 September, Sevastopol, Crimea, Ukraine, 2004.

1. Способ радиосвязи с подвижными объектами, основанный на использовании протокола множественного доступа с разделением времени TDMA-TDD, при котором каждый кадр обмена сообщениями между базовой станцией и абонентскими станциями содержит слот широковещательного исходящего управления для передачи информации управления линиями связи, слоты обмена пользовательской информацией между базовой и абонентскими станциями, а также слоты свободного доступа для вновь входящих абонентов, и использовании разделения частотного ресурса для радиосистемы в целом, отличающийся тем, что в канале обмена сообщениями ВЧ несущую частоту модулируют низкочастотным биспектрально организованным сигналом (НЧ БОС), а информацию упомянутого широковещательного слота исходящего управления дублируют в высокочастотном биспектрально организованном сигнале (ВЧ БОС), который передают в дополнительном передающем канале управления, а на абонентской станции анализируют качество принятого управляющего сигнала, формируют данные о массиве ВЧ частот, на которых целесообразно вести обмен сообщениями, формируют квитанцию на принятую информацию и передают ее по каналу обмена сообщениями на выбранной для связи частоте на базовую станцию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в канале управления в каждом кадре, кроме широковещательного слота исходящего управления, передают слоты индивидуальной управляющей информации для каждой абонентской станции и слоты свободного доступа для вновь входящих абонентов.

3. Радиосистема для реализации способа радиосвязи с подвижными объектами по п.1, состоящая из базовой станции и совокупности n абонентских радиостанций, осуществляющих обмен сообщениями в соответствии с протоколом TDMA-TDD, отличающаяся тем, что базовая станция содержит m приемников и m передатчиков, соединенных с соответствующими антеннами и m модемами для модуляции ВЧ несущей низкочастотным биспектрально организованным сигналом, которые соединены с интерфейсом с внешними системами, а также передающий канал управления, состоящий из последовательно соединенных блока принятия решений о частотах биспектрально организованных сигналов (НЧ БОС и ВЧ БОС), модулятора ВЧ БОС и передатчика, соединенного с соответствующей антенной, причем блок принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС соединен также с каждым из m модемов и с интерфейсом с внешними системами, а каждая абонентская станция содержит канал обмена сообщениями, включающий последовательно соединенные антенно-согласующее устройство, соединенное также с соответствующей антенной, приемопередатчик, модем НЧ БОС и интерфейс с внешними системами пользователя, и приемный канал управления, состоящий из последовательно соединенных широкополосного антенно-согласующего устройства, соединенного также с приемной антенной приемника ВЧ БОС, демодулятора ВЧ БОС и блока принятия решений о частотах НЧ БОС и ВЧ БОС, соединенного с приемником ВЧ БОС, модемом НЧ БОС и интерфейсом с внешними системами.