RU2513763C1 - Device for relaying discrete signals - Google Patents
Device for relaying discrete signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2513763C1 RU2513763C1 RU2013104904/08A RU2013104904A RU2513763C1 RU 2513763 C1 RU2513763 C1 RU 2513763C1 RU 2013104904/08 A RU2013104904/08 A RU 2013104904/08A RU 2013104904 A RU2013104904 A RU 2013104904A RU 2513763 C1 RU2513763 C1 RU 2513763C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- inputs
- output
- computing unit
- input
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к технике радиосвязи и может быть использовано для организации цифровой связи в системах автоматизированного обмена данными.The invention relates to techniques for radio communications and can be used to organize digital communications in automated data exchange systems.
Известно двухканальное устройство ретрансляции дискретных сигналов, содержащее первый блок приема, выход которого подключен к объединенным первому входу первого блока оценки и входу первого решающего блока, второй блок приема, выход которого подключен к объединенным первому входу второго блока оценки и входу второго решающего блока, блок сравнения и первый и второй блоки передачи [1].A two-channel discrete signal relay device is known, comprising a first reception unit, the output of which is connected to the combined first input of the first evaluation unit and the input of the first decision unit, a second reception unit, the output of which is connected to the combined first input of the second evaluation unit and the input of the second decision unit, comparison unit and the first and second transmission units [1].
Однако известное устройство не обладает необходимой помехозащищенностью.However, the known device does not have the necessary noise immunity.
Известен аналог - двухканальное устройство ретрансляции дискретных сигналов [2]. В двухканальном устройстве ретрансляции дискретных сигналов, содержащем первый блок приема, выход которого подключен к объединенным первому входу первого блока оценки и входу первого решающего блока, второй блок приема, выход которого подключен к объединенным первому входу второго блока оценки и входу второго решающего блока, блок сравнения и первый и второй блоки передачи, первый и второй элементы И, и первый и второй элементы запрета, при этом первые выходы первого и второго решающих блоков подключены ко вторым входам соответственно первого и второго блоков оценки, выходы которых соответственно через первый и второй элементы И подключены к управляющим входам соответственно первого и второго элементов запрета, выходы которых подключены ко входам соответственно первого и второго блоков передачи, а вторые выходы первого и второго решающих блоков подключены соответственно к сигнальному входу первого элемента запрета, объединенному с первым входом блока сравнения, и к сигнальному входу второго элемента запрета, объединенному со вторым входом блока сравнения, выход которого подключен к объединенным вторым входам первого и второго элементов И.A known analogue is a two-channel device for relaying discrete signals [2]. In a two-channel discrete signal relay device containing a first reception unit, the output of which is connected to the combined first input of the first evaluation unit and the input of the first decision unit, a second reception unit, the output of which is connected to the combined first input of the second evaluation unit and the input of the second decision unit, comparison unit and the first and second transmission units, the first and second elements And, and the first and second elements of the ban, while the first outputs of the first and second decision blocks are connected to the second inputs, respectively the first and second evaluation units, the outputs of which, respectively, through the first and second AND elements are connected to the control inputs of the first and second inhibit elements, respectively, the outputs of which are connected to the inputs of the first and second transmission units, respectively, and the second outputs of the first and second decision blocks are connected respectively to the signal the input of the first prohibition element, combined with the first input of the comparison unit, and to the signal input of the second prohibition element, combined with the second input of the comparison unit, the output is Orogo connected to the combined second inputs of the first and second elements I.
Устройство работает следующим образом. В каждом канале информационные сигналы прямоугольной формы с выхода блока приема поступают на вход решающего блока и блока оценки. Исправленные по длительности двоичные сигналы с выхода решающего блока поступают на один из входов блока оценки и на один из входов блока сравнения, на второй вход которого поступают исправленные по длительности двоичные сигналы с выхода решающего блока второго канала. Принятые на входе блока двоичные сигналы сравниваются и в случаях их равенства на выходе блока сравнения сигнал ошибки отсутствует «0», в противном случае на вход элемента И выдается сигнал ошибки «1». Одновременно управляющий сигнал с выхода блока оценки, который осуществляет оценку надежности принятого сигнала в соответствии с принятым критерием (по уровню принятого сигнала, по зоне устойчивого приема, количества дроблений и т.д.), поступает на другой вход элемента И, выход которого является управляющим входом элемента запрета информационного выхода блока приема на вход блока передачи. Так, например, если сигнал, переданный на разнесенных частотах, принят на входе каждого канала приема правильно, то на выходе блока сравнения и блока оценки сигнал ошибки отсутствует, и элемент И не выдает на вход элемента запрета сигнал блокировки информационного выхода блока приема на вход блока передачи.The device operates as follows. In each channel, information signals of a rectangular shape from the output of the receiving unit are fed to the input of the decision unit and the evaluation unit. Duration-corrected binary signals from the output of the decision block are sent to one of the inputs of the evaluation unit and to one of the inputs of the comparison unit, the second input of which receives the corrected-by-time binary signals from the output of the decision block of the second channel. The binary signals received at the input of the block are compared and, if they are equal, the output of the comparison block does not have an error signal “0”, otherwise, an error signal “1” is output to the input of the AND element. At the same time, the control signal from the output of the evaluation unit, which assesses the reliability of the received signal in accordance with the accepted criterion (by the level of the received signal, by the zone of stable reception, the number of crushing, etc.), is fed to the other input of the I element, the output of which is the control the input element of the prohibition of the information output of the reception unit to the input of the transmission unit. So, for example, if the signal transmitted at the separated frequencies is correctly received at the input of each receiving channel, then there is no error signal at the output of the comparison unit and the evaluation unit, and the AND element does not provide a blocking signal of the information output of the receiving unit to the input of the block input transmission.
Если в любом из каналов разнесения сигнал принят неправильно, то на выходе блока сравнения и блока оценки данного канала появится сигнал ошибки и с выхода элемента И на вход элемента запрета поступит сигнал блокировки выхода блока приема данного канала на вход блока передачи. Если же в результате воздействия помех в обоих каналах сигнал искажен до такой степени, что блок оценки принимает решение о наличии ошибки, на его выходе появляется «1», но поскольку в блоке сравнения определено, что в обоих каналах сигнал одинаков, то на выходе блока сравнения будет «0», и в каждом канале сигнал с выхода решающего блока через элемент запрета, на управляющий вход которого будет подан «0» с элемента И, будет подан на вход передачи.If the signal is received incorrectly in any of the diversity channels, an error signal will appear at the output of the comparison unit and the evaluation unit of this channel, and the output blocking signal will receive a signal to block the output of the receiving unit of this channel to the input of the transmission block to the input of the inhibit element. If, as a result of the influence of interference in both channels, the signal is distorted to such an extent that the evaluation unit makes a decision about the presence of an error, “1” appears on its output, but since it is determined in the comparison unit that the signal is the same in both channels, then the output of the block the comparison will be “0”, and in each channel, the signal from the output of the decision block through the inhibit element, to the control input of which will be “0” from the And element, will be fed to the transmission input.
Однако аналогу присущи недостатки:However, the analogue has inherent disadvantages:
1. Низкая помехозащищенность из-за отсутствия антенн с узкими диаграммами направленности и аппаратная надежность устройства из-за отсутствия резервирования узлов.1. Low noise immunity due to the lack of antennas with narrow radiation patterns and hardware reliability of the device due to the lack of redundancy of nodes.
2. Устройство рассчитано всего лишь на 2 канала, а во многих практических случаях требуется больше каналов ретрансляции.2. The device is designed for only 2 channels, and in many practical cases more relay channels are required.
3. При выходе из строя блока приема первого канала и блока передачи второго канала или наоборот устройство будет не работоспособно.3. If the receiving unit of the first channel and the transmitting unit of the second channel or vice versa fail, the device will not work.
4. При приеме недостоверных сообщений, отдельные фрагменты которых совпадают, на выходе блоков передачи в эти моменты формируются радиосигналы.4. When receiving false messages, individual fragments of which coincide, radio signals are generated at the output of the transmission units at these moments.
Наиболее близким из аналогов является двухканальное устройство ретрансляции дискретных сигналов, которое и принято за прототип [3]. Устройство ретрансляции дискретных сигналов имеет m каналов. Каждый из каналов состоит из блока приема, подключенного одновременно к входам блока оценки и решающего блока. Первый выход решающего блока соединен со вторым входом блока оценки. Выход блока оценки первого канала через первый элемент задержки подключен к первым входам m мультиплексоров. Выход блока оценки второго канала через второй элемент задержки подключен к вторым входам мультиплексоров и так далее. Выход блока оценки m-го канала через m-й элемент задержки подключен к m-м входам всех т мультиплексоров. Выходы каждого решающего блока соединены с соответствующим m входом вычислительного блока, m управляющих выходов которого подключены к соответствующим управляющим входам m мультиплексоров. Первая группа m входов-выходов вычислительного блока подключена к соответствующим входам-выходам каждого из m блоков приема, m входов-выходов второй группы вычислительного блока подключены к соответствующим входам-выходам каждого из m блоков передачи.The closest of the analogues is a two-channel device for relaying discrete signals, which is taken as a prototype [3]. Discrete signal relay device has m channels. Each of the channels consists of a reception unit connected simultaneously to the inputs of the evaluation unit and the decision unit. The first output of the decision unit is connected to the second input of the evaluation unit. The output of the first channel estimator through the first delay element is connected to the first inputs of m multiplexers. The output of the second channel estimator through the second delay element is connected to the second inputs of the multiplexers and so on. The output of the m-th channel estimation block through the m-th delay element is connected to the m-th inputs of all m multiplexers. The outputs of each decision block are connected to the corresponding m input of the computing unit, m control outputs of which are connected to the corresponding control inputs of m multiplexers. The first group of m inputs / outputs of the computing unit is connected to the corresponding inputs and outputs of each of the m reception units, m inputs and outputs of the second group of the computing unit are connected to the respective inputs and outputs of each of the m transmission units.
Прототип работает следующим образом. Радиосигналы с выхода блока приема преобразуются в аналоговые видеосигналы и поступают одновременно на входы блока 3 оценки и решающего блока 2. По известному типу принятого видеосигнала в решающем блоке 2 после преобразования с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в дискретную форму осуществляется анализ величины отношения сигнал/шум. Если по форме видеосигнала блоком 3 оценки обнаруживается помеха или величина отношения сигнал/шум меньше заданной, то с вычислительного блока 5 выдается команда запрета прохождения через соответствующий мультиплексор 6 на блок 7 передачи.The prototype works as follows. The radio signals from the output of the receiving unit are converted into analog video signals and simultaneously fed to the inputs of the evaluation unit 3 and the decision block 2. According to the known type of the received video signal in the decision block 2, after converting using an analog-to-digital converter (ADC) into a discrete form, the signal-ratio analysis is carried out /noise. If, in the form of the video signal, the evaluation unit 3 detects interference or the signal-to-noise ratio is less than the specified value, then the command to block passage through the corresponding multiplexer 6 to the transmission unit 7 is issued from the computing unit 5.
Однако прототипу присущи недостатки:However, the prototype has inherent disadvantages:
- отсутствуют блоки, обеспечивающие защиту от помех;- there are no blocks providing protection against interference;
- не предусмотрены процедуры слежения за пространственным местоположением источника помех;- there are no procedures for tracking the spatial location of the interference source;
- при наличии источника помех программно уменьшается число абонентов, обслуживаемых с этого направления;- if there is an interference source, the number of subscribers served from this direction is reduced programmatically;
- абонентам не предоставляются сведения о характеристиках источника помех.- subscribers are not provided with information about the characteristics of the interference source.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение помехозащищенности устройства за счет программного динамического формирования узких диаграмм направленности приемных и передающих антенных решеток и направления их главных лепестков на обслуживаемых абонентов.The main task to be solved by the claimed invention is directed is to increase the noise immunity of the device due to the software dynamic formation of narrow radiation patterns of the receiving and transmitting antenna arrays and the direction of their main lobes to the served subscribers.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство ретрансляции дискретных сигналов, содержащее m каналов, каждый из которых состоит из блока приема, подключенного одновременно к входам блока оценки и решающего блока, причем первый выход решающего блока соединен со вторым входом блока оценки, блока передачи, вычислительного блока, m элементов задержки, m мультиплексоров, выход блока оценки первого канала через первый элемент задержки подключен к первым входам каждого из m мультиплексоров, выход блока оценки второго канала через второй элемент задержки подключен к вторым входам каждого из m мультиплексоров и так далее, выход m-го блока оценки через m-й элемент задержки подключен к m-м входам каждого из m мультиплексоров, выход каждого решающего блока соединен с соответствующим m входом вычислительного блока, m выходов которого подключены к соответствующим управляющим входам m мультиплексоров, первая группа m входов-выходов вычислительного блока подключена к соответствующим входам-выходам каждого из m блоков приема, вторая группа m входов-выходов вычислительного блока подключена к соответствующим входам-выходам каждого из m блоков передачи, введены m широкодиапазонных приемных антенных решеток, подключенных к соответствующим m блокам приема, управляющие входы m широкодиапазонных приемных антенных решеток подключены к третьей группе m входов-выходов вычислительного блока, m широкодиапазонных передающих антенных решеток, подключенных к соответствующим m блокам передачи, управляющие входы m широкодиапазонных передающих антенных решеток подключены к четвертой группе m входов-выходов вычислительного блока, выход приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем подключен к первому входу вычислительного блока, второй вход которого служит для загрузки данных.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for relaying discrete signals containing m channels, each of which consists of a receiving unit connected simultaneously to the inputs of the evaluation unit and the decision unit, the first output of the decision unit being connected to the second input of the evaluation unit, transmission unit, computing unit, m delay elements, m multiplexers, the output of the first channel estimator through the first delay element is connected to the first inputs of each of m multiplexers, the output of the second channel estimator Through the second delay element is connected to the second inputs of each of the m multiplexers, and so on, the output of the m-th evaluation unit is connected to the m-th inputs of each of the m multiplexers, the output of each decision block is connected to the corresponding m input of the computing unit , m outputs of which are connected to the corresponding control inputs of m multiplexers, the first group of m inputs and outputs of the computing unit is connected to the corresponding inputs and outputs of each of m reception units, the second group of m inputs and outputs of About the unit is connected to the corresponding inputs and outputs of each of the m transmission units, m wide-range receiving antenna arrays are introduced, connected to the corresponding m receiving blocks, the control inputs of the m wide-range receiving antenna arrays are connected to the third group of m input-outputs of the computing unit, m wide-range transmitting antennas arrays connected to the corresponding m transmission units, control inputs m of wide-range transmitting antenna arrays are connected to the fourth group of m inputs / outputs unit, the output of the receiver of signals of global navigation satellite systems is connected to the first input of the computing unit, the second input of which serves to download data.
На фигуре приведена структурная схема заявляемого устройства и введены обозначения:The figure shows a structural diagram of the inventive device and the notation:
1 - блок приема;1 - reception unit;
2 - решающий блок;2 - a crucial unit;
3 - блок оценки;3 - evaluation unit;
4 - элемент задержки;4 - delay element;
5 - вычислительный блок;5 - computing unit;
6 - мультиплексор;6 - multiplexer;
7 - блок передачи;7 - transmission unit;
8 - широкодиапазонная приемная антенная решетка;8 - a wide-range receiving antenna array;
9 - широкодиапазонная передающая антенная решетка;9 - a wide-band transmitting antenna array;
10 - приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем;10 - signal receiver global navigation satellite systems;
11 - вход вычислительного блока для загрузки данных.11 - input computing unit for loading data.
Устройство работает следующим образом. Радиосигналы с выхода широкодиапазонной приемной антенной решетки преобразуются в блоке 1 приема в аналоговые видеосигналы, поступают одновременно на входы блока 3 оценки и решающего блока 2. По известному типу принятого видеосигнала в решающем блоке 2 после преобразования с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в дискретную форму осуществляются следующие операции: анализ величины отношения сигнал/шум, формирование напряжения порога для блока 3 оценки в соответствии с заданным критерием, например, максимального правдоподобия, Неймана-Пирсона и т.п. Если по форме видеосигнала блоком 3 оценки обнаруживается мощная помеха, искажающая сигнал, или величина отношения сигнал/шум меньше заданной, то с вычислительного блока 5 выдается команда запрета прохождения этой информации через соответствующий мультиплексор 6 на блок 7 передачи, и этому абоненту вычислительным блоком 5 формируется команда о переходе на другую рабочую частоту.The device operates as follows. The radio signals from the output of the wide-range receiving antenna array are converted in the receiving unit 1 into analog video signals, and are simultaneously sent to the inputs of the evaluation unit 3 and the decision unit 2. According to the known type of the received video signal in the decision block 2, after conversion using an analog-to-digital converter (ADC) into a discrete one form, the following operations are carried out: analysis of the signal-to-noise ratio, formation of a threshold voltage for the evaluation unit 3 in accordance with a predetermined criterion, for example, maximum likelihood, Neumann-Pearson, etc. If, in the form of the video signal, the evaluation unit 3 detects a powerful noise distorting the signal, or the signal-to-noise ratio is less than the specified value, then the command to block this information from passing through the corresponding multiplexer 6 to the transmission unit 7 is issued from the computing unit 5, and the computing unit 5 command to switch to another operating frequency.
В блоке 3 оценки осуществляются следующие операции: преобразование видеосигналов в дискретные, например, с помощью известного устройства с изменяемым напряжением порога, оценка и восстановление формы принятого сигнала, измененного, например, из-за его дробления, обнаружение помехи с помощью измерения величины отношения сигнал/шум, формирование сообщения на вычислительный блок 5 для выработки команды запрета на прохождение дискретного сигнала на соответствующий мультиплексор 6. При приеме достоверной информации с выхода блока 3 оценки дискретные сигналы через элемент 4 задержки, мультиплексор 6 поступают на блок 7 передачи, где преобразуются в радиосигналы, усиливаются и с помощью соответствующей широкодиапазонной передающей антенной решетки 9, управляемой с помощью вычислительного блока 5, излучаются в пространство в направлении обслуживаемого абонента. Элемент 4 необходим для задержки ретранслированного сообщения на время формирования вычислительным блоком необходимых управляющих воздействий на блоки 6, 7, 9 так, чтобы время задержки и превышало время проведения самой длительной процедуры по обработке дискретных сигналов в вычислительном блоке 5.In the evaluation unit 3, the following operations are performed: converting video signals into discrete ones, for example, using a known device with a variable threshold voltage, evaluating and restoring the shape of a received signal that has been changed, for example, due to its fragmentation, detecting interference by measuring the signal / noise, forming a message on the computing unit 5 to generate a command to prohibit the passage of a discrete signal to the corresponding multiplexer 6. Upon receipt of reliable information from the output of unit 3 estimates d the spark signals through the delay element 4, the multiplexer 6 are fed to the transmission unit 7, where they are converted into radio signals, amplified and, using the corresponding wide-range transmitting antenna array 9, controlled by the computing unit 5, are radiated into the space in the direction of the served subscriber. Element 4 is necessary to delay the relayed message while the computing unit is generating the necessary control actions on blocks 6, 7, 9 so that the delay time exceeds the time required to carry out the longest procedure for processing discrete signals in computing unit 5.
При выходе из строя одного из узлов канала, например, с выходов встроенной системы контроля блоков 1 и 7, ретранслирующих приоритетную (наиболее важную) информацию, сведения об этом передаются через соответствующую связь в первой или второй группах из m входов/выходов в вычислительный блок 5 [4, 5]. В этом случае для ретрансляции приоритетной информации с помощью вычислительного блока 5 и его связей переключаются соответствующие блоки «горячего» резерва. Если такого канала нет, то для работы с новыми характеристиками переключается канал с менее важной информацией. Возможен вариант, когда вышел из строя блок 1 i-го канала (i≤m) и блок 7 j-го канала (j≤m). Тогда с помощью вычислительного блока 5 и его связей с блоками 1,7 и 6 организуется трафик между j-м блоком 1 и i-м блоком 7 и т.д. Такие операции позволяют повысить аппаратную надежность, особенно необслуживаемых устройств ретрансляции, и достоверность передачи абонентам дискретной информации. В общем случае мультиплексор 6 с помощью управляющих сигналов вычислительного блока 5 может подключить выходной сигнал блока 3 оценки любого из m каналов к входу выбранного работоспособного блока 7 передачи. Для повышения надежности устройства вычислительный блок 5, например, может содержать несколько процессоров, дублирующих работу друг друга.If one of the channel nodes fails, for example, from the outputs of the integrated control system of units 1 and 7, relaying priority (most important) information, information about this is transmitted through the appropriate connection in the first or second group of m inputs / outputs to computing unit 5 [4, 5]. In this case, to relay the priority information using the computing unit 5 and its connections, the corresponding blocks of the "hot" reserve are switched. If there is no such channel, then a channel with less important information is switched to work with new characteristics. A variant is possible when block 1 of the i-th channel (i≤m) and block 7 of the j-th channel (j≤m) fail. Then, using computing unit 5 and its connections with blocks 1.7 and 6, traffic is organized between the j-th block 1 and the i-th block 7, etc. Such operations can improve hardware reliability, especially maintenance-free relay devices, and the reliability of the transmission of discrete information to subscribers. In the General case, the multiplexer 6 using the control signals of the computing unit 5 can connect the output signal of the evaluation unit 3 of any of the m channels to the input of the selected operable transmission unit 7. To increase the reliability of the device, the computing unit 5, for example, may contain several processors that duplicate the work of each other.
Сформированный для передачи сигнал с выхода мультиплексора 6 подают на вход одного из m блоков 7 передачи, в котором с помощью управляющих воздействий вычислительного блока 5 подготавливают условия для формирования радиосигнала, излучаемого через соответствующую широкодиапазонную передающую антенную решетку 9: требуемый уровень мощности, рабочую частоту, вид модуляции. Затем усиленный радиосигнал через широкодиапазонную передающую антенную решетку 9 передают по радиоканалу обслуживаемому абоненту. При необходимости, особенно при работе в помехах, для увеличения энергетического потенциала радиолинии формируют в широкодиапазонной передающей антенной решетке 9 с помощью управляющих сигналов вычислительного блока 5 узкую диаграмму направленности антенны (ДНА) и устанавливают ее в направлении на обслуживаемого абонента.The signal generated for transmission from the output of the multiplexer 6 is fed to the input of one of the m transmission blocks 7, in which, using the control actions of the computing unit 5, conditions are prepared for generating a radio signal emitted through the corresponding wide-range transmit antenna array 9: the required power level, operating frequency, type modulation. Then the amplified radio signal through a wide-band transmitting antenna array 9 is transmitted over the air to the served subscriber. If necessary, especially when working in interference, in order to increase the energy potential of the radio lines, a narrow antenna radiation pattern (BOTTOM) is formed in the wide-band transmitting antenna array 9 using the control signals of the computing unit 5 and installed in the direction to the served subscriber.
В стационарном положении или в процессе движения, если устройство ретрансляции выполнено в подвижном варианте, инициируют процедуру поиска частот радиосигналов абонентов, например, сканирование по известным радиочастотам, заложенным в базу данных вычислительного блока 5 с помощью входа 11 до тех пор, пока не обнаружат правильный пакет от абонента с приемлемым адресом источника или пока не истечет заданное время таймера сканирования в вычислительном блоке 5. В таком случае настраиваются на другую частоту и продолжают сканирование с помощью вычислительного блока 5, управляющего свободными от приема блоками 1 и соответствующими широкодиапазонными приемными антенными решетками 8.In a stationary position or in the process of movement, if the relay device is made in a mobile version, a procedure is started for searching frequencies of radio signals of subscribers, for example, scanning by known radio frequencies stored in the database of computing unit 5 using input 11 until the correct packet is found from a subscriber with an acceptable source address or until the specified scan timer in computing unit 5 expires. In this case, they tune to a different frequency and continue scanning with вычислительн computing unit 5, which controls the reception-free units 1 and the corresponding wide-range receiving antenna arrays 8.
В случае приема радиосигнал от широкодиапазонных приемных антенных решеток 8 подают на соответствующие блоки 1 приема, где его демодулируют и выдают на входы решающего блока 3 и блока 2 оценки.In the case of receiving a radio signal from a wide-range receiving antenna arrays 8, it is fed to the corresponding receiving units 1, where it is demodulated and given to the inputs of the decision unit 3 and the evaluation unit 2.
С выхода соответствующего мультиплексора 6 сигнал подают на вход блока 7 передачи, где его модулируют, усиливают до требуемого уровня мощности, подают на широкодиапазонную передающую антенную решетку 9 и передают по радиоканалу соответствующему абоненту. При необходимости для увеличения энергетического потенциала радиолинии, например, при наличии источника помех, с помощью управляющих сигналов вычислительного блока 5 и устройств, находящихся в широкодиапазонных приемной и передающей антенных решетках 8 и 9, например, фазовращателей, формируют узкую диаграмму направленности и устанавливают ее в направлении на обслуживаемых в текущий момент времени абонентов, местоположение которых известно, например, из получаемых от них сообщений.From the output of the corresponding multiplexer 6, the signal is fed to the input of the transmission unit 7, where it is modulated, amplified to the required power level, fed to a wide-band transmitting antenna array 9 and transmitted over the air to the appropriate subscriber. If necessary, to increase the energy potential of the radio line, for example, if there is an interference source, using a control signal of the computing unit 5 and devices located in the wide-range receiving and transmitting antenna arrays 8 and 9, for example, phase shifters, form a narrow radiation pattern and set it in the direction on currently serviced subscribers whose location is known, for example, from messages received from them.
При отсутствии радиосигналов на входах широкодиапазонных приемных антенных решеток 8 с помощью вычислительного блока 5 и блоков 1 приема осуществляют сканирование, автоматический анализ частот, выделенных для связи диапазонов частот, и выявление таких участков электромагнитного спектра, которые временно менее всего загружены, не имеют помех и доступны для организации на них каналов связи. Полученные сведения передают обслуживаемым абонентам с привязкой к точному времени и записывают в базу данных вычислительного блока 5. Если при сканировании выявлено наличие источника помех, то с помощью вычислительного блока 5 и узких диаграмм направленности широкодиапазонных приемных антенных решеток 8 известными в радиолокации методами [5, 6, 7] при наличии точного глобального времени определяют его местоположение, параметры движения и сообщают обслуживаемым абонентам. Для упрощения процедуры планирования частот связи, уменьшения влияния помех на достоверность передачи информации с помощью вычислительного блока 5 осуществляется решение задачи осведомленности о внешних помехах, которая подразумевает оценку различных параметров источника помех, например, частоты, мощности помехи, вида модуляции, направления приема, углового перемещения, местоположения, данных наземных и бортовых средств разведки и радиолокаторов, сравнения принятого сообщения с эталонным из базы данных вычислительного блока 5 и других. По результатам оценки с помощью управляющих воздействий вычислительного блока 5 осуществляется динамическая перестройка рабочих частот в узлах 1 и 7, формирование требуемой формы диаграмм направленности антенных решеток 8 и 9 и/или технологии радиодоступа.In the absence of radio signals at the inputs of the wide-range receiving antenna arrays 8 using the computing unit 5 and the receiving units 1, they scan, automatically analyze the frequencies allocated for the communication of the frequency ranges, and identify those sections of the electromagnetic spectrum that are temporarily least loaded, have no interference and are accessible to organize communication channels on them. The obtained information is transmitted to the serviced subscribers with reference to the exact time and recorded in the database of the computing unit 5. If the scan revealed the presence of an interference source, then using the computing unit 5 and narrow radiation patterns of wide-range receiving antenna arrays 8 using methods known in radar [5, 6 , 7] in the presence of accurate global time, determine its location, motion parameters and inform serviced subscribers. To simplify the procedure for planning communication frequencies, to reduce the influence of interference on the reliability of information transmission using computing unit 5, the problem of awareness of external interference is solved, which involves the evaluation of various parameters of the interference source, for example, frequency, interference power, type of modulation, reception direction, angular displacement , location, data of ground and airborne reconnaissance equipment and radars, comparing the received message with the reference from the database of computing unit 5 and friend them. According to the results of the assessment, using the control actions of the computing unit 5, dynamic tuning of the operating frequencies in nodes 1 and 7 is carried out, formation of the required shape of the radiation patterns of the antenna arrays 8 and 9 and / or radio access technology.
В вычислительном блоке 5 хранится введенная по входу 11 полная информации о собственных вычислительных, аппаратных возможностях и характеристиках всех абонентов, обслуживаемых системой, текущем состоянии эфира и алгоритмах действий, которые могут выполнять абоненты. На основании принятых от абонентов данных в вычислительном блоке 5 решается задача определения прогнозируемых положений абонентов и возможных их маневров, определяется время следующих сеансов связи с источниками и получателями информации. При передаче от абонентов приоритетных сообщений в соответствии с принятыми в устройстве ретрансляции категориями срочности, если отсутствуют свободные каналы, в вычислительном блоке 5 формируется код запрета передачи менее приоритетных сообщений на время, отводимое для трансляции данных выбранному абоненту с учетом времени их приема и времени задержки в устройстве ретрансляции. В вычислительном блоке 5 определяется время «старения» информации, и, если сообщение в течение определенного промежутка времени не было передано в канал связи, то оно «стирается», и посылается запрос на повторную передачу сообщения.Computing unit 5 stores the complete information entered at input 11 about its own computing, hardware capabilities and characteristics of all subscribers served by the system, the current state of the air, and algorithms of actions that subscribers can perform. Based on the data received from the subscribers in the computing unit 5, the problem of determining the predicted positions of the subscribers and their possible maneuvers is solved, the time of the next communication sessions with the sources and recipients of information is determined. When priority messages are transmitted from subscribers in accordance with the urgency categories accepted in the relay device, if there are no free channels, a blocking code for transmitting less priority messages for the time allotted to transmit data to the selected subscriber taking into account the time of their reception and the delay time in relay device. In the computing unit 5, the “aging” time of the information is determined, and if the message has not been transmitted to the communication channel for a certain period of time, then it is “erased” and a request for retransmission of the message is sent.
Устройство ретрансляции гарантирует для каждого зарегистрированного на нем абонента требуемые системные характеристики связи, а именно вероятность своевременной доставки сообщения с заданной достоверностью и интенсивностью потока сообщений между абонентами, т.е. вероятность того, что средняя задержка передачи сообщения не превысит требуемого порога, например, при достоверности связи не хуже 10-6. Средняя задержка передачи сообщения в зоне прямой видимости при надежности канала распространения радиоволн, близкой к 1, обусловлена коллизиями случайного доступа и растет с увеличением вероятности коллизий, ростом количества абонентов, использующих один канал связи в режиме случайного множественного доступа, и интенсивности потока сообщений от каждого абонента. Зная точные количественные зависимости указанных параметров для разных режимов обмена данными, вычислительный блок 5 должен прогнозировать системные характеристики в зависимости от количества зарегистрированных на одном частотном канале абонентов и прекращать регистрацию новых, если прогнозируемые системные характеристики деградируют ниже заданного уровня, уменьшая тем самым вероятность коллизий случайного доступа и, следовательно, задержку передачи сообщения. Для того чтобы минимизировать вероятность коллизий случайного доступа, не создавать помех текущей передаче сообщения, подготовленная кодограмма с устройства ретрансляции передается только в том случае, когда радиоканал свободен и в данном направлении нет мощных помех. Если устройство ретрансляции сформировало для передачи сообщения и обнаружило, что один из m радиоканалов свободен, то оно информирует остальных абонентов на этом частотном канале о начале цикла передачи данных и о своем местоположении. Вычислительный блок 5 обеспечивает функциональное взаимодействие с узлами 1, 2, 6-10, поддержку отказоустойчивого режима работы и другие функции.The relay device guarantees for each subscriber registered on it the required communication system characteristics, namely, the probability of timely delivery of a message with a given reliability and intensity of the message flow between subscribers, i.e. the probability that the average transmission delay of the message does not exceed the required threshold, for example, when the reliability of the connection is not worse than 10 -6 . The average message transmission delay in the line of sight with the reliability of the radio wave propagation channel close to 1 is due to random access collisions and grows with an increase in the probability of collisions, an increase in the number of subscribers using one communication channel in random multiple access mode, and the message flow intensity from each subscriber . Knowing the exact quantitative dependencies of these parameters for different modes of data exchange, computing unit 5 should predict the system characteristics depending on the number of subscribers registered on the same frequency channel and stop registering new ones if the predicted system characteristics degrade below a given level, thereby reducing the likelihood of random access collisions and therefore the delay in transmitting the message. In order to minimize the likelihood of random access collisions, not to interfere with the current transmission of the message, the prepared code from the relay device is transmitted only when the radio channel is free and there is no powerful interference in this direction. If the relay device has formed to transmit a message and finds that one of the m radio channels is free, then it informs the remaining subscribers on this frequency channel about the beginning of the data transfer cycle and its location. Computing unit 5 provides functional interaction with nodes 1, 2, 6-10, support for fail-safe operation and other functions.
Сообщения о местоположении устройства ретрансляции и параметрах его движения (при необходимости) с выходов приемника 10 сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, например, ГЛОНАСС/GPS, записываются в память вычислительного блока 5 с привязкой к глобальному времени [5, 7]. В вычислительном блоке 5 сообщения абонентов об их местоположении используются для расчета навигационных характеристик и параметров их движения. В зависимости от выбранного интервала времени выдачи сообщений о местоположении устройства ретрансляции в вычислительном блоке 5 в заданное время формируется соответствующее сообщение с привязкой к глобальному времени проведения измерения координат. Это время используется абонентами для известной операции построения экстраполяционных отметок об ожидаемом местоположении устройства ретрансляции [6]. Синхронизация работы вычислителя 5 и абонентов осуществляется на основе использования всеми абонентами единого глобального всемирного координированного времени (UTC), получаемого от существующих объектов глобальной навигационной спутниковой системы.Messages about the location of the relay device and its motion parameters (if necessary) from the outputs of the receiver 10 of the signals of global navigation satellite systems, for example, GLONASS / GPS, are recorded in the memory of computing unit 5 with reference to global time [5, 7]. In the computing unit 5, messages of subscribers about their location are used to calculate navigation characteristics and parameters of their movement. Depending on the selected time interval for the issuance of messages about the location of the relay device in the computing unit 5 at the specified time, a corresponding message is generated with reference to the global time of the measurement of coordinates. This time is used by subscribers for the known operation of constructing extrapolation marks about the expected location of the relay device [6]. The operation of calculator 5 and subscribers is synchronized on the basis of the use by all subscribers of a single global universal time (UTC) received from existing objects of the global navigation satellite system.
Основное преимущество использования введенных новых операций в вычислительном блоке 5 и блоков 8, 9 и 10 состоит в постоянной оценке уровня помех и загрузки выделенных диапазонов частот с привязкой к единому глобальному времени, управлении динамическим доступом к спектральным радиочастотным ресурсам, используемым формам радиосигналов и изменении положения в пространстве диаграмм направленности антенных решеток 8 и 9. При точном выполнении принятой в изобретении стратегии управления процессом связи в динамическом режиме можно использовать незанятые каналы и автоматически переключать рабочие частоты, оптимизируя сетевую топологию на основе данных по источникам помех, местоположению устройства ретрансляции и абонентов, требуемой пропускной способности и интенсивности трафика, обеспечить высший уровень конфигурируемости в части выбора видов модуляции, возможности изменения ширины полосы сигнала и центральной частоты по программе в широких пределах [4, 5], предоставляемых архитектурой устройства и вычислительным блоком 5.The main advantage of using the introduced new operations in computing unit 5 and units 8, 9, and 10 is to constantly evaluate the level of interference and load the selected frequency ranges with reference to the unified global time, control dynamic access to the spectral radio-frequency resources, the used forms of radio signals, and change the position in the space of radiation patterns of antenna arrays 8 and 9. With the exact implementation of the strategy for controlling the communication process in the dynamic mode adopted in the invention, it is possible to use select unoccupied channels and automatically switch operating frequencies, optimizing the network topology based on data on interference sources, the location of the relay device and subscribers, the required bandwidth and traffic intensity, provide the highest level of configurability in terms of the choice of modulation types, the ability to change the signal bandwidth and center frequency according to the program within wide limits [4, 5] provided by the device architecture and computing unit 5.
Оборудование устройства ретрансляции представляет собой конструктивное и функциональное объединение отдельных блоков с максимальным использованием цифровой обработки сигналов, выполняющих функции фильтрации, частотного преобразования, усиления, формирования и обработки сигналов, управления протоколами обмена данными «воздух-земля» или «воздух-воздух», менеджмента связью (маршрутизации сообщений), обмена данными при отстройке от источника помех [8, 9], слежения за технической исправностью не только для обнаружения отказов, но и для изоляции отказов и реконфигурации аппаратуры, обеспечения отказоустойчивой работы. Эта способность позволяет повысить помехозащищенность, аппаратурную надежность оборудования, т.е. вероятность работы оборудования без отказов, без внеурочного обслуживания, только регламентное обслуживание по расписанию с заменой отказавших модулей. Резервирование ресурсов будет обеспечено программно на уровне модулей и блоков.The equipment of the relay device is a constructive and functional combination of individual units with the maximum use of digital signal processing, performing the functions of filtering, frequency conversion, amplification, signal generation and processing, control of air-to-ground or air-to-air communication protocols, and communication management (message routing), data exchange during the detuning from the source of interference [8, 9], monitoring technical health not only for detecting failures, but also for and olyatsii failures and reconfiguring the hardware, software fault-tolerant operation. This ability allows to increase noise immunity, hardware reliability of equipment, i.e. the likelihood of the equipment working without failures, without after-hours service, only scheduled maintenance with the replacement of failed modules. Resource reservation will be provided programmatically at the module and block level.
Заявляемое изобретение имеет следующие преимущества:The claimed invention has the following advantages:
- повышается помехозащищенность, так как устройство обладает структурной, временной, пространственной и функционально сетевой избыточностью за счет взаимоувязанных процессов: интеллектуального управления с помощью вычислительного блока 5, оптимального на данный момент времени распределения ресурсов связи, прогнозирования действий источника помех и нахождения оптимального решения;- noise immunity increases, since the device has structural, temporal, spatial and functionally network redundancy due to interconnected processes: intelligent control using computing unit 5, the current optimal allocation of communication resources, predicting the action of the interference source and finding the optimal solution;
- непрерывный автоматический анализ радиоэфира, в том числе назначенных рабочих частот, позволяет выявить участки электромагнитного спектра, которые временно менее всего загружены и осуществить программно динамическую перестройку рабочих частот, формы диаграмм направленности антенных решеток и технологии радиодоступа;- continuous automatic analysis of the radio air, including the assigned operating frequencies, allows you to identify areas of the electromagnetic spectrum that are temporarily least loaded and perform software-dynamic tuning of the operating frequencies, the shape of the radiation patterns of the antenna arrays and radio access technology;
- информация о собственных вычислительных (программных), аппаратных возможностях и характеристиках абонентов, текущем состоянии эфира и алгоритме действий, которые могут выполнять абоненты, позволяет обеспечить «гибкое» программируемое изменение конфигурации;- information about their own computing (software), hardware capabilities and characteristics of subscribers, the current state of the air and the algorithm of actions that subscribers can perform, allows for a “flexible” programmable configuration change;
- организация единой синхронизации в радиосети, наличие базы данных о текущих характеристиках абонентов с входом для текущего обновления массивов и построение аппаратуры на принципах программного выполнения основных функций упрощает обмен данными между абонентами;- the organization of a single synchronization in the radio network, the availability of a database of current characteristics of subscribers with an input for the current update of arrays, and the construction of equipment based on the principles of software performing basic functions simplifies the exchange of data between subscribers;
- повышается аппаратурная (эксплуатационная) надежность. Узлы 1-7 общие с прототипом. Вычислительный блок 5 может быть выполнен на ЭВМ Багет-01, узлы 1 и 7 - на широкодиапазонных радиочастотных модулях комплекса С-111, антенные решетки - на широкодиапазонных адаптивных антенных решетках [8, 9], приемник 10 - на серийном изделии К-161.- increases hardware (operational) reliability. Nodes 1-7 are common with the prototype. Computing unit 5 can be performed on a Baguette-01 computer, nodes 1 and 7 on wide-range radio frequency modules of the S-111 complex, antenna arrays on wide-range adaptive antenna arrays [8, 9], and receiver 10 on a serial K-161 product.
На момент подачи заявки разработаны алгоритмы функционирования и фрагменты программного обеспечения.At the time of application submission, functioning algorithms and fragments of software were developed.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Андронов И.С. и др. Передача дискретных сообщений по параллельным каналам. М., «Советское радио», 1971, с.337-338.1. Andronov I.S. etc. Transmission of discrete messages on parallel channels. M., "Soviet Radio", 1971, S. 337-338.
2. Авторское свидетельство №720745 М. кл. Н04В 7/02, H04L 1/02, 1980.2. Copyright certificate No. 720205 M. cl. H04B 7/02, H04L 1/02, 1980.
3. Патент №2461969. (прототип).3. Patent No. 2461969. (prototype).
4. Б.И. Кузьмин «Сети и системы цифровой электросвязи», часть 1 «Концепция ИКАО CNS/ATM. Москва - Санкт-Петербург: - ОАО «НИИЭР», 1999. 206 с.4. B.I. Kuzmin, Digital Telecommunication Networks and Systems, Part 1, ICAO CNS / ATM Concept. Moscow - St. Petersburg: - NIIER OJSC, 1999.206 p.
5. Автоматизированные системы управления воздушным движением:5. Automated air traffic control systems:
Новые информационные технологии в авиации: Учеб. Пособие / P.M. Ахмедов, А.А. Бибутов, А.В. Васильев и др.; под ред. С.Г. Пятко и А.И. Красова. - СПб: Политехника, 2004.New information technologies in aviation: Textbook. Benefit / P.M. Akhmedov, A.A. Bibutov, A.V. Vasiliev et al .; under the editorship of S.G. Pyatko and A.I. Krasova. - St. Petersburg: Polytechnic, 2004.
6. Д.С.Конторов, Ю.С. Голубев-Новожилов. Введение в радиолокационную системотехнику. - М.; Сов. Радио,1971, 367 с.6. D.S. Kontorov, Yu.S. Golubev-Novozhilov. Introduction to radar systems engineering. - M .; Owls Radio, 1971, 367 pp.
7. GPS - глобальная система позиционирования. - М.: ПРИМ, 1994, 76 с.7. GPS - a global positioning system. - M .: PRIM, 1994, 76 p.
8. Shekh К., Gesbert D., Gore D., Paulraj A. Smart antennas for broadband wireless access networks//EEE Communication Magazine. Nov. 1999.8. Shekh K., Gesbert D., Gore D., Paulraj A. Smart antennas for broadband wireless access networks // EEE Communication Magazine. Nov. 1999.
9. http://www.tssonline.ru/articles2/fix-op/smart-antennas-for-3g E. Строганова. Доцент МТУСИ, к.т.н., эксперт ИЦ МТУСИ.9. http://www.tssonline.ru/articles2/fix-op/smart-antennas-for-3g E. Stroganova. Associate Professor of MTUCI, Ph.D., expert of IC MTUCI.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013104904/08A RU2513763C1 (en) | 2013-02-05 | 2013-02-05 | Device for relaying discrete signals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013104904/08A RU2513763C1 (en) | 2013-02-05 | 2013-02-05 | Device for relaying discrete signals |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2513763C1 true RU2513763C1 (en) | 2014-04-20 |
Family
ID=50481050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013104904/08A RU2513763C1 (en) | 2013-02-05 | 2013-02-05 | Device for relaying discrete signals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2513763C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021138028A1 (en) * | 2019-12-30 | 2021-07-08 | Texas Instruments Incorporated | Relay station attack prevention |
| RU2808202C1 (en) * | 2023-06-08 | 2023-11-24 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Repeater |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2256969A1 (en) * | 2008-03-04 | 2010-12-01 | NEC Corporation | Signal multiplexing method, signal demultiplexing method, digital signal reference frequency correction method, multiplexer, demultiplexer, wireless communication system, and digital signal referency frequency corrector |
| RU2461969C1 (en) * | 2011-08-03 | 2012-09-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Apparatus for relaying discrete signals |
| RU2463722C2 (en) * | 2007-03-02 | 2012-10-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Using set of filters in adaptive channel repeater using adaptive antenna arrays |
-
2013
- 2013-02-05 RU RU2013104904/08A patent/RU2513763C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2463722C2 (en) * | 2007-03-02 | 2012-10-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Using set of filters in adaptive channel repeater using adaptive antenna arrays |
| RU2464707C2 (en) * | 2007-03-02 | 2012-10-20 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Using adaptive antenna array together with channel follower to improve signal quality |
| EP2256969A1 (en) * | 2008-03-04 | 2010-12-01 | NEC Corporation | Signal multiplexing method, signal demultiplexing method, digital signal reference frequency correction method, multiplexer, demultiplexer, wireless communication system, and digital signal referency frequency corrector |
| RU2461969C1 (en) * | 2011-08-03 | 2012-09-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Apparatus for relaying discrete signals |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021138028A1 (en) * | 2019-12-30 | 2021-07-08 | Texas Instruments Incorporated | Relay station attack prevention |
| RU2808202C1 (en) * | 2023-06-08 | 2023-11-24 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Repeater |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11736904B2 (en) | On demand positioning in a wireless communication system | |
| US7855997B2 (en) | Long range scheduling for directional antenna manet networks | |
| US6888806B1 (en) | Method and system for scheduling packets for transmission from a wireless communication platform | |
| US11764895B2 (en) | Wireless communication system with detectors for extraneous received signals | |
| US10616832B2 (en) | User equipment and access node and respective methods | |
| CN113131984B (en) | Method and device for indicating satellite coverage information | |
| CN113596936B (en) | Method, device, equipment and medium for switching wave beams in satellite communication system | |
| CN114980220B (en) | Managing network awareness capabilities in a wireless network | |
| US20180234996A1 (en) | Scheduling access to a shared medium | |
| RU2564993C1 (en) | System for automatic control of short-wave communication | |
| RU2516704C2 (en) | System for radio communication with mobile objects | |
| Park et al. | Performance evaluation and optimization of communication infrastructure for the next generation air transportation system | |
| RU2513763C1 (en) | Device for relaying discrete signals | |
| US20230254714A1 (en) | Local wireless communication system, in-area reception quality control method, controller, and program | |
| RU2635388C1 (en) | Complex of navy means of digital communication | |
| US10327161B2 (en) | Wireless communication between an access network and a terminal in range of a plurality of base stations of half-duplex type of said access network | |
| RU2530015C2 (en) | System of radio communication with moving objects | |
| US20220345194A1 (en) | Beam ranking for positioning | |
| US9787426B2 (en) | System architecture for managing resources in a communication network | |
| CN116982333A (en) | Channel availability check optimization | |
| US20220322271A1 (en) | Systems and methods for managing antenna systems | |
| US11716681B2 (en) | Systems and methods to control access in air-to-ground networks operating in unlicensed spectrum | |
| RU2719551C1 (en) | Shortwave communication automatic control system | |
| EP4072037A1 (en) | Method and apparatus for extending inbuilding relay coverage | |
| Bennett et al. | Wireless data scheduling of clients serviced using UAV mounted beamforming antennas |