RU2626335C1

RU2626335C1 - Method and device for adaptive radio communication

Info

Publication number: RU2626335C1
Application number: RU2016135154A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Кейстович
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет"
Priority date: 2016-08-29
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2017-07-26

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: method is performed by extracting a signal from a mixture of signal and interference and forming a zero of the radiation pattern in the direction of the source of the interference. The method and the device use two interacting signal processing procedures: in the first, signals are processed in the absence of interference, in the second - in the presence of interference.

EFFECT: increasing noise immunity, increasing the capacity of the communication system in the absence of interference in one method and in the device for its implementation.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области радиосвязи, а именно к автоматизированным системам связи, работающим в каналах с помехами.The invention relates to the field of radio communications, in particular to automated communication systems operating in channels with interference.

Известен способ связи, при котором связь между двумя абонентами осуществляется на одной из выделенных для связи частот [1]. Установление связи между абонентами начинается с поиска пригодной для передачи сообщения частоты, на которой уровень предварительно измеренных помех минимален. Передача сообщения начинается после передачи инициатором связи своему абоненту сигнала подтверждения приема ответа.A known communication method in which communication between two subscribers is carried out on one of the frequencies allocated for communication [1]. The establishment of communication between subscribers begins with the search for a frequency suitable for transmitting a message at which the level of pre-measured interference is minimal. The transmission of the message begins after the initiator of the communication to his subscriber transmits a response acknowledgment signal.

Недостатком способа является невозможность работы в помехах и использование только одного вида адаптации, а именно частотной адаптации.The disadvantage of this method is the inability to work in interference and the use of only one type of adaptation, namely frequency adaptation.

Аналогом заявленному изобретению является способ и устройство по патенту РФ №2138926 [2]. При этом способе закрепленный за радиостанцией частотный ресурс используется в качестве одного из параметров адаптации к условиям ведения связи. Другими регулирующими параметрами являются скорость передачи и формат кода с коррекцией ошибок, а кроме того, мощность передатчика.An analogue of the claimed invention is the method and device according to the patent of the Russian Federation No. 2138926 [2]. With this method, the frequency resource assigned to the radio station is used as one of the adaptation parameters to the conditions of communication. Other regulatory parameters are the baud rate and error correction code format, and in addition, the transmitter power.

Недостатком этого способа и устройства, его реализующего, является то, что они не обеспечивают возможность работы в заградительных (существующих на всех рабочих точках выделенного диапазона частот) помехах оптимальной, для существующих условий радиосвязи, скорости передачи информации, то есть не обеспечивают максимальную пропускную способность линии связи.The disadvantage of this method and the device that implements it is that they do not provide the ability to work in obstructive (existing at all operating points of the selected frequency range) interference optimal, for the existing radio conditions, information transfer speed, that is, they do not provide the maximum line throughput communication.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) заявленному является способ и устройство по патенту РФ №2284659 [3], характеризующиеся тем, что в промежутках между сеансами связи периодически перестраивают радиоприемное устройство по всем выделенным для связи частотам, формируют сигнал контрольной комбинации, величину которого аттенюатором изменяют в заданных пределах от максимума до минимума, преобразуют этот сигнал в аналоговую форму, суммируют с сигналом шумов с выхода радиоприемного устройства, преобразуют в цифровую форму, на каждой частоте сравнивают полученный сигнал с исходной контрольной комбинацией при различных уровнях сигнала и скоростях передачи, подсчитывают количество ошибок на каждой частоте, определяют, при каком уровне сигнала, с какой скоростью передачи можно работать, и выбирают для связи частоту, обеспечивающую максимальную скорость передачи при минимальном сигнале.The closest technical solution (prototype) to the claimed one is the method and device according to the RF patent No. 2284659 [3], characterized in that in the intervals between communication sessions the radio receiver is periodically rebuilt at all frequencies allocated for communication, a control signal is generated, the value of which is attenuator changed within the specified limits from maximum to minimum, this signal is converted to analog form, summed with the noise signal from the output of the radio receiver, converted to digital form, for each At the same frequency, the received signal is compared with the original control combination at various signal levels and transmission rates, the number of errors at each frequency is calculated, the signal level is determined at what speed, and the frequency that ensures the maximum transmission speed at the minimum signal.

Недостатком этого способа и устройства, его реализующего, является то, что при наличии заградительных помех малое отношение сигнал/шум не только не позволит осуществить выбор оптимальной, для существующих условий радиосвязи, скорости передачи информации, но и обеспечить устойчивую передачу данных.The disadvantage of this method and the device that implements it is that in the presence of obstruction noise, a small signal-to-noise ratio will not only not allow the selection of the optimal information transfer rate for existing radio conditions, but also ensure stable data transmission.

Цель изобретения: повышение помехозащищенности за счет выделения полезного сигнала из смеси сигнала и помех, одновременного формирования нуля диаграммы направленности в направлении на источник помех.The purpose of the invention: increasing noise immunity due to the selection of a useful signal from a mixture of signal and noise, while simultaneously generating a zero radiation pattern in the direction of the interference source.

Эта цель достигается тем, что в способе адаптивной радиосвязи, заключающемся в том, что при отсутствии помех до начала связи приемные и передающие средства корреспондентов настраивают на заранее оговоренные частоты, корреспондент, по инициативе которого начинается связь, передает сигнал вызова, принимающий корреспондент, получив сигнал вызова, передает сигнал подтверждения вызова, в котором передает информацию о качестве канала, на котором предполагается передача информации, если это качество удовлетворяет заданным критериям начинают передачу блока информации со скоростью передачи, соответствующей качеству канала связи, если нет, то повторяют вызов на другой частоте, в процессе приема информации производят подсчет ошибок, и если их число превышает допустимый уровень, передают по обратному каналу команду на изменение скорости передачи и способа кодирования или на смену частоты связи, в промежутках между сеансами связи периодически перестраивают радиоприемное устройство по всем выделенным для связи частотам, формируют сигнал контрольной комбинации, величину которого аттенюатором изменяют в заданных пределах от максимума до минимума, скорость передачи этого сигнала также дискретно изменяют от максимума до минимума, преобразуют этот сигнал в аналоговую форму, суммируют с сигналом шумов с выхода радиоприемного устройства и преобразуют в цифровую форму, на каждой частоте сравнивают полученный сигнал с исходной контрольной комбинацией при различных уровнях сигнала и скоростях передачи и подсчитывают количество ошибок, на каждой частоте определяют, при каком уровне сигнала с какой скоростью передачи можно работать и выбирают для связи частоту, обеспечивающую максимальную скорость передачи при минимальном сигнале, при наличии помех на соответствующих выходах принятые с помощью разнесенных в пространстве антенн и двухвходового цифрового радиоприемного устройства радиосигналы суммируют таким образом, чтобы колебания полезного сигнала складывались, а помеховые колебания вычитались за счет формирования нулей диаграммы направленности в направлении углов прихода помеховых радиоволн с сохранением конечного коэффициента усиления диаграммы направленности в направлении прихода полезного сигнала, а именно вычисляют весовые коэффициенты, с учетом которых складывают антенные колебания по входным процессам и реализуют заложенные в них пространственно-корреляционные различия сигнала и помех, при приеме двух пространственно-разнесенных радиосигналов вводят временные задержки и осуществляют взвешенное суммирование с учетом амплитуды и фазы задержанных сигналов, после суммирования получают выходной сигнал, а при снятии помехи переключаются на процедуры обработки сигналов, предусмотренные при отсутствии помех.This goal is achieved by the fact that in the method of adaptive radio communication, which consists in the fact that in the absence of interference prior to communication, the receiving and transmitting means of the correspondents are tuned to the agreed frequencies, the correspondent, on the basis of which the communication starts, transmits a call signal, the receiving correspondent, having received the signal call, transmits a call confirmation signal in which it transmits information about the quality of the channel on which information is supposed to be transmitted, if this quality meets the specified criteria, I begin transmission of an information block with a transmission rate corresponding to the quality of the communication channel; if not, then the call is repeated at a different frequency, errors are counted in the process of receiving information, and if their number exceeds the permissible level, a command is sent on the return channel to change the transmission speed and coding method or to change the communication frequency, in the intervals between communication sessions, the radio receiver is periodically rebuilt for all frequencies allocated for communication, a control signal is generated, the value of which the attenuator is changed within the specified limits from maximum to minimum, the transmission speed of this signal is also discretely changed from maximum to minimum, this signal is converted to analog form, summed with the noise signal from the output of the radio receiver and converted to digital form, the received signal is compared at each frequency with the initial control combination at various signal levels and transmission rates, and the number of errors is calculated, at each frequency it is determined at what signal level with what transmission rate and you can work and choose for communication the frequency that ensures the maximum transmission speed with the minimum signal, in the presence of interference at the corresponding outputs, the radio signals received using spatially separated antennas and a two-input digital radio receiver are summed so that the oscillations of the useful signal are added and the interference oscillations are subtracted due to the formation of zeros of the radiation pattern in the direction of the angles of arrival of interfering radio waves while maintaining the final gain directional diagrams in the direction of arrival of the useful signal, namely, weight coefficients are calculated, taking into account which the antenna oscillations are added according to the input processes and realize the spatial-correlation differences of the signal and interference in them, when receiving two spatially separated radio signals, they introduce time delays and carry out weighted summation taking into account the amplitude and phase of the delayed signals, after summing, an output signal is obtained, and when interference is removed, they switch to processing procedures with latter is present, provided with no interference.

Для реализации предложенного способа в устройство для адаптивной радиосвязи, содержащее последовательно соединенные первое радиоприемное устройство с антенной, модем и радиопередающее устройство с передающей антенной, а также ЭВМ, соединенную с устройствами ввода-вывода, причем управляющие и информационные входы-выходы первого радиоприемного устройства с антенной, модема и радиопередающего устройства с передающей антенной подключены к шине ЭВМ, последовательно соединенные второе радиоприемное устройство с антенной, сумматор, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и первый вычислитель, выполненный с возможностью сравнения сигнала, поступающего из формирователя сигнала контрольной комбинации, с сигналом, поступающим из АЦП, подсчитывания ошибок на каждой частоте и определения, при каком уровне сигнала с какой скоростью можно работать на данной частоте, а также последовательно-соединенные формирователь сигнала контрольной комбинации, аттенюатор и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого подключен к другому входу сумматора, кроме того, управляющие входы второго радиоприемного устройства с антенной, формирователя сигнала контрольной комбинации и аттенюатора, а также информационный вход и выход первого вычислителя подключены к шине ЭВМ, а выход формирователя сигнала контрольной комбинации соединен с другим входом первого вычислителя, дополнительно введены фильтр, коммутатор, блок оценки уровня помех, цифровой возбудитель, двухвходовое цифровое радиоприемное устройство, соединенное двухсторонними связями через второй вычислитель с цифроаналоговым преобразователем, выход которого через фильтр подключен ко второму информационному входу коммутатора, выход модема через коммутатор подключен к информационному входу радиопередающего устройства с передающей антенной, помеховые выходы второго вычислителя двухсторонними связями подключены к блоку оценки уровня помех, цифровой возбудитель подключен двухсторонними связями к двухвходовому цифровому радиоприемному устройству, второму вычислителю и шине ЭВМ, входы-выходы аналого-цифрового преобразователя, коммутатора, двухвходового цифрового радиоприемного устройства, второго вычислителя, второго цифроаналогового преобразователя двухсторонними связями подключены к шине ЭВМ, входы-выходы устройств ввода-вывода являются входами-выходами устройства для адаптивной радиосвязи.To implement the proposed method into a device for adaptive radio communication, comprising a series-connected first radio receiver with an antenna, a modem and a radio transmitter with a transmitting antenna, and a computer connected to input-output devices, the control and information inputs and outputs of the first radio receiver with an antenna , a modem and a radio transmitting device with a transmitting antenna are connected to the computer bus, the second radio receiving device is connected in series with the antenna, the adder, anal a digital-to-digital converter (ADC) and a first calculator, configured to compare a signal coming from a signal shaper of a control combination with a signal coming from an ADC, count errors at each frequency and determine at what signal level at what speed you can work at a given frequency, as well as series-connected shaper of the signal of the control combination, attenuator and digital-to-analog converter (DAC), the output of which is connected to another input of the adder, in addition, control the passages of the second radio receiving device with an antenna, a signal conditioner of the control combination and attenuator, as well as the information input and output of the first computer are connected to the computer bus, and the output of the signal conditioner of the control combination is connected to another input of the first computer, an additional filter, a switch, an interference level estimation unit are introduced , digital exciter, two-input digital radio receiver connected by two-way communications through a second computer with a digital-to-analog converter, the output of which the filter is connected to the second information input of the switch, the modem output through the switch is connected to the information input of the radio transmitter with the transmitting antenna, the interference outputs of the second computer are connected by two-way communications to the noise level estimator, the digital exciter is connected by two-way communications to the two-input digital radio receiver, and the second computer and a computer bus, inputs and outputs of an analog-to-digital converter, switch, two-input digital radio receiver Two second-way connections are connected to the computer bus, inputs and outputs of input-output devices are inputs and outputs of a device for adaptive radio communication.

Схема устройства, реализующего предложенный способ, приведена на фигуре и содержит: последовательно соединенные и работающие в первой ветви процедур (при отсутствии помех) первое радиоприемное устройство 1, модем 2 и радиопередающее устройство 3, ЭВМ 4, соединенную с устройствами ввода-вывода 5, причем информационные и управляющие входы и выходы первого радиоприемного и радиопередающего устройств 1, 3 и модема 2 подключены к шине 15 ЭВМ. Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные второе радиоприемное устройство 6, сумматор 7, аналого-цифровой преобразователь 8 и первый вычислитель 9, а также последовательно соединенные формирователь сигнала контрольной комбинаций 10, аттенюатор 11 и первый цифроаналоговый преобразователь 12, выход которого подключен ко второму входу сумматора 7, причем другие входы второго радиоприемного устройства 6, формирователя сигнала контрольной комбинации 10, аттенюатора 11 и вход-выход первого вычислителя 9 подключены к шине ЭВМ 15, первая приемная антенна 14 подключена к первому радиоприемному устройству 1, а вторая приемная антенна 13 подключена к второму радиоприемному устройству 6. Работа во второй ветви процедур (при наличии помех) обеспечивается с помощью узлов: двухвходового цифрового радиоприемного устройства 16, второго вычислителя 17 с помеховыми выходами 20, второго цифроаналогового преобразователя 18, фильтра 19, блока 21 оценки уровня помех, коммутатора 22, цифрового возбудителя 23, входы-выходы устройств ввода-вывода 5 являются входами-выходами 24 устройства для адаптивной радиосвязи. ЭВМ 4 с шиной 15, входы-выходы устройств 5 ввода-вывода с входами-выходами 24, радиопередающее устройство 3, приемные антенны 13, 14 и коммутатор 22 являются общими для двух процедур обработки сигналов.A diagram of a device that implements the proposed method is shown in the figure and comprises: a first radio receiving device 1, a modem 2 and a radio transmitting device 3, a computer 4 connected to the input-output devices 5, connected in series and operating in the first branch of the procedures (in the absence of interference), information and control inputs and outputs of the first radio receiving and transmitting devices 1, 3 and modem 2 are connected to the computer bus 15. In addition, the device contains a series-connected second radio receiver 6, an adder 7, an analog-to-digital converter 8 and a first calculator 9, as well as a series-connected signal generator of the control combination 10, an attenuator 11, and a first digital-to-analog converter 12, the output of which is connected to the second input of the adder 7, the other inputs of the second radio receiving device 6, the driver of the signal of the control combination 10, the attenuator 11 and the input-output of the first transmitter 9 are connected to the computer bus 15, ne the first receiving antenna 14 is connected to the first radio receiving device 1, and the second receiving antenna 13 is connected to the second radio receiving device 6. Operation in the second branch of the procedures (in the presence of interference) is provided using the nodes: two-input digital radio receiving device 16, the second computer 17 with interference outputs 20, the second digital-to-analog converter 18, the filter 19, the noise level estimator 21, the switch 22, the digital exciter 23, the inputs and outputs of the input-output devices 5 are the inputs and outputs 24 of the device for hell radio communication. Computers 4 with bus 15, the inputs and outputs of input / output devices 5 with inputs and outputs 24, a radio transmitting device 3, receiving antennas 13, 14 and a switch 22 are common to two signal processing procedures.

Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом. В отсутствии помех работает первая ветвь устройства, в которую входят узлы: 1-14 и шина 15. В этом случае через устройства 5 ввода-вывода в ЭВМ 4 заносят необходимые для связи данные (план связи) и информацию, подлежащую передаче. Посредством ЭВМ 4 второй приемник 6 периодически перестраивают по всем выделенным для связи частотам. На каждой частоте посредством узла 10 формируют сигнал контрольной комбинации, который поступает на аттенюатор 11 и первый вычислитель 9, при котором скорость передачи дискретно изменяют по заданным значениям от максимума до минимума. Аттенюатором 11 по командам с ЭВМ 4 дискретно изменяют уровень сигнала контрольной комбинации по заранее установленным значениям от максимума до минимума, преобразуют цифроаналоговым преобразователем 12 в аналоговую форму, складывают сумматором 7 с сигналом шумов на данной частоте, поступающим с выхода второго приемника 6, преобразуют аналого-цифровым преобразователем 8 в цифровую форму и подают в первый вычислитель 9. В вычислителе 9 сравнивают сигнал исходной контрольной комбинации, поступающий на него из формирователя 10, с сигналом, искаженным шумами и помехами, поступающим на него с АЦП 8, и определяют, с какой максимальной скоростью и при каком минимальном уровне сигнала можно работать на данной частоте. Полученные результаты выдают в ЭВМ 4 и по окончании цикла перестройки по всем частотам выбирают частоту, обеспечивающую максимальную скорость обмена информацией при минимальном сигнале. После этого процесс анализа частот повторяют и полученные данные постоянно обновляют.A device that implements the proposed method works as follows. In the absence of interference, the first branch of the device operates, which includes the nodes: 1-14 and bus 15. In this case, through the input / output devices 5, the computer 4 stores the data necessary for communication (communication plan) and information to be transmitted. By means of computer 4, the second receiver 6 is periodically tuned for all frequencies allocated for communication. At each frequency, through the node 10, a control combination signal is generated, which is fed to the attenuator 11 and the first calculator 9, at which the transmission speed is discretely changed according to the set values from maximum to minimum. The attenuator 11 on commands from the computer 4 discretely change the signal level of the control combination according to predetermined values from maximum to minimum, convert the digital-to-analog converter 12 into analog form, add the adder 7 with the noise signal at a given frequency from the output of the second receiver 6, convert the analog- digital Converter 8 in digital form and served in the first calculator 9. In the calculator 9 compare the signal of the original control combination, coming to him from the shaper 10, with the signal -adjoint noise and interference, coming to it from the ADC 8 and determined with a maximum speed and a minimum signal level which can operate at a given frequency. The results are displayed in computer 4 and at the end of the tuning cycle for all frequencies, select the frequency that provides the maximum speed of information exchange with a minimum signal. After that, the frequency analysis process is repeated and the received data is constantly updated.

Для передачи информации передающее устройство 3 вызывающего корреспондента и первый приемник 1 вызываемого корреспондента посредством ЭВМ 4 настраивают одну и ту же, заранее обусловленную частоту. Приемник 1 вызывающего корреспондента настраивают на предварительно выбранную частоту, обеспечивающую на данный момент максимальную скорость передачи информации при минимальном сигнале. Посредством ЭВМ 4 устанавливают соответствующий режим работы модема 2 и коммутатора 22. С помощью передающего устройства 3 передают с минимальной скоростью и использованием наиболее помехоустойчивого кода сигнал вызова, который содержит информацию о частоте, на которую будет настроен первый приемник 1, и о качестве канала связи на этой частоте.To transmit information, the transmitting device 3 of the calling correspondent and the first receiver 1 of the called correspondent by means of the computer 4 adjust the same predetermined frequency. The receiver 1 of the calling correspondent is tuned to a preselected frequency that currently provides the maximum information transfer rate with a minimum signal. By means of computer 4, the corresponding mode of operation of modem 2 and switch 22 is established. Using a transmitting device 3, a call signal is transmitted with the minimum speed and using the most noise-resistant code, which contains information about the frequency at which the first receiver 1 will be tuned and the quality of the communication channel this frequency.

У вызываемого корреспондента при приеме сигнала вызова посредством ЭВМ 4 настраивают передающее устройство 3 на частоту, переданную в сигнале вызова, а первый приемник 1 на предварительно выбранную частоту, обеспечивающую максимальную на данный момент времени скорость передачи информации при минимальном сигнале. Режимы работы модема 2 устанавливают соответствующими качеству каналов связи, на которые настроены первые приемники 1 вызываемого и вызывающего корреспондентов, и передают сигнал подтверждения вызова, в котором содержится информация о частоте, на которую настроен первый приемник 1, и о качестве канала связи на этой частоте.When the called correspondent receives a call signal by means of computer 4, the transmitting device 3 is tuned to the frequency transmitted in the call signal, and the first receiver 1 is set to the pre-selected frequency, which provides the maximum information transfer rate at the current time with the minimum signal. The modes of operation of the modem 2 are set corresponding to the quality of the communication channels to which the first receivers 1 of the called and calling correspondents are configured, and a call confirmation signal is transmitted, which contains information about the frequency at which the first receiver 1 is configured and about the quality of the communication channel at this frequency.

В случае неприема сигнала подтверждения вызова более определенного времени передачу сигнала вызова повторяют на другой, заранее обусловленной частоте.If the call confirmation signal is not received for more than a certain time, the transmission of the call signal is repeated at another predetermined frequency.

При приеме сигнала подтверждения вызова у вызывающего корреспондента посредством ЭВМ 4 устанавливают передающее устройство 3 на частоту, переданную в сигнале подтверждения вызова, а режим работы модема 8 и коммутатора 22 - соответствующим качеству канала связи на этой частоте. После этого посредством модема 2, коммутатора 22, управляемого ЭВМ 4 по шине 15, и передающего устройства 3 передают информацию с максимально возможной на данный момент времени скоростью передачи.When receiving a call confirmation signal from the calling correspondent by means of computer 4, the transmitting device 3 is set to the frequency transmitted in the call confirmation signal, and the mode of operation of the modem 8 and switch 22 is corresponding to the quality of the communication channel at this frequency. After that, by means of a modem 2, a switch 22, controlled by a computer 4 via bus 15, and a transmitting device 3 transmit information with the highest possible transfer rate.

У вызываемого корреспондента в процессе приема информации программно аппаратными средствами модема 2 определяют и подсчитывают количество некорректируемых ошибок в принимаемом сообщении. Если сообщение принято с допустимыми искажениями, то по обратному каналу вызывающему корреспонденту передают подтверждение его приема. В случае, когда сообщение принимают с числом ошибок, превышающим допустимую величину, на вызывающую сторону по обратному каналу передают служебный сигнал, несущий информацию о снижении скорости передачи или, если есть частота, позволяющая передавать информацию с более высокой скоростью и достоверностью, о переходе на эту частоту. При этом передающее устройство 3 вызывающего корреспондента и первый приемник 1 вызываемого корреспондента настраивают на эту частоту, а в модемах 2 устанавливают режим работы, соответствующий изменившемуся (в результате снижения скорости передачи или перехода на новую частоту) качеству канала связи.The called correspondent in the process of receiving information programmatically hardware modem 2 determine and count the number of uncorrectable errors in the received message. If the message is received with acceptable distortion, then a confirmation of its receipt is transmitted to the caller through the return channel. In the case when a message is received with a number of errors exceeding the permissible value, a service signal is transmitted to the calling side on the return channel, carrying information about a decrease in the transmission speed or, if there is a frequency that allows transmitting information with a higher speed and reliability, about switching to this frequency. In this case, the transmitting device 3 of the calling correspondent and the first receiver 1 of the called correspondent are tuned to this frequency, and modems 2 set the operating mode corresponding to the changed (as a result of lowering the transmission speed or switching to a new frequency) quality of the communication channel.

При наличии помех вторая ветвь процедур, которая включается сразу после обнаружения блоком 21 оценки уровня помех на выходе 20 второго вычислителя 17 помех, а узлы первой ветви процедур 1, 2, 6, 7, 8, 9, 12 отключаются на время действия помех. Радиосигналы принимаются двумя антеннами 13 и 14, обрабатываются двухвходовым цифровым радиоприемным устройством 16, в который могут входить, например, два преселектора и два АЦП, которые трансформируют принятые сигнально-помеховые смеси, например, по технологии «программируемое радио» - SDR, в поток данных для реализации алгоритма пространственно-временной обработки сигналов с помощью второго вычислителя 17, выполненным, например, на сигнальном процессоре типа TMS320C6678. Второй вычислитель 17 производит фильтрационное разделение сигналов и сдвиг квадратур на нулевую частоту каждого из них. Пары квадратур сигналов суммируют во втором вычислителе 17 таким образом, чтобы колебания полезного сигнала складывались, а помеховые колебания вычитались за счет формирование нулей диаграммы направленности в направлении углов прихода помеховых радиоволн с сохранением конечного коэффициента усиления диаграммы направленности в направлении прихода полезного сигнала, а именно, вычисляют весовые коэффициенты, с учетом которых складывают антенные колебания, по входным процессам (парциальным колебаниям) и реализуют заложенные в них пространственно-корреляционные различия сигнала и помех, вводят (при необходимости) временные задержки в каждую ветвь пространственного разнесения и осуществляют взвешенное суммирование с учетом амплитуды и фазы задержанных сигналов, после суммирования получают выходной сигнал, который далее демодулируется, декодируется и по шине 15 поступает в ЭВМ 4. В узле 17 сигналы дополнительно обрабатываются соответствующими демодуляторами, оснащенными, например, схемами тактовой синхронизации. В ЭВМ 4 решаются задачи оценки достоверности принятой информации, качества канала связи и посылки запроса на повторении передачи недостоверного сообщения. Переключение частот и режимов работы передающего устройства 3 осуществляется ЭВМ 4 по шине 15, а переключение частот и режимов работы двухвходового цифрового радиоприемного устройства 16 осуществляется цифровым возбудителем 23, управляемым ЭВМ 4 по шине 15.If there is interference, the second branch of the procedures, which is turned on immediately after the block 21 detects the interference level at the output 20 of the second calculator 17, is interrupted, and the nodes of the first branch of the procedures 1, 2, 6, 7, 8, 9, 12 are turned off for the duration of the interference. Radio signals are received by two antennas 13 and 14, processed by a two-input digital radio receiver 16, which can include, for example, two preselectors and two ADCs that transform the received signal-noise mixtures, for example, using the programmable radio - SDR technology, into the data stream to implement the algorithm for spatio-temporal signal processing using the second calculator 17, performed, for example, on a signal processor of the type TMS320C6678. The second calculator 17 performs filtering separation of the signals and the shift of the quadrature to the zero frequency of each of them. The pairs of signal quadratures are summed in the second calculator 17 so that the oscillations of the useful signal are added and the interference oscillations are subtracted due to the formation of zeros of the radiation pattern in the direction of arrival angles of the interfering radio waves with preservation of the final gain of the radiation pattern in the direction of arrival of the useful signal, namely, they calculate weight coefficients, taking into account which add up the antenna oscillations, according to the input processes (partial oscillations) and realize the simple correlation differences of the signal and interference, introduce (if necessary) time delays in each branch of the spatial diversity and carry out weighted summation taking into account the amplitude and phase of the delayed signals, after summing, an output signal is obtained, which is then demodulated, decoded, and fed to the computer via bus 15 4. At node 17, the signals are additionally processed by the corresponding demodulators, equipped, for example, with clock synchronization circuits. Computer 4 solves the problem of evaluating the reliability of received information, the quality of the communication channel and sending a request to repeat the transmission of an invalid message. The switching frequencies and operating modes of the transmitting device 3 is carried out by the computer 4 via the bus 15, and the switching frequencies and operating modes of the two-input digital radio receiver 16 is carried out by a digital exciter 23 controlled by the computer 4 via the bus 15.

Установка известных всем абонентам начальных частот и режимов работы осуществляется с входа-выхода 24 через устройство 5 ввода-вывода, ЭВМ 4 и шину 15.The initial frequencies and operating modes known to all subscribers are set from input-output 24 through input-output device 5, computer 4, and bus 15.

Передаваемое сообщение через устройство 5 ввода-вывода поступает в ЭВМ 4, где сообщения разделяют на блоки (кадры). Каждый кадр, например, кодируется для исправления ошибок, в начале кадра формируются заголовочные сообщения, которые синхронизируют процедуры обмена информацией. Затем сообщения через шину 15 передаются во второй вычислитель 17, где в соответствии с качеством выбранного для связи канала осуществляют в цифровом виде операции кодирования и модуляции. Затем цифровой сигнал преобразуется в узле 18 в аналоговую форму, фильтруется в узле 19 для уменьшения уровня боковых лепестков в спектре передаваемого радиосигнала и подается на второй информационный вход коммутатора 22, управляемого ЭВМ 4 по шине 15. С выхода коммутатора 22 через передающее устройство 3 и соответствующую антенну радиосигналы излучаются в пространство.The transmitted message through the input / output device 5 enters the computer 4, where the messages are divided into blocks (frames). Each frame, for example, is encoded to correct errors; at the beginning of the frame, header messages are generated that synchronize information exchange procedures. Then the messages are transmitted via the bus 15 to the second computer 17, where, in accordance with the quality of the channel selected for communication, digital encoding and modulation are performed. Then the digital signal is converted in the node 18 into analog form, filtered in the node 19 to reduce the level of the side lobes in the spectrum of the transmitted radio signal and is fed to the second information input of the switch 22 controlled by the computer 4 via the bus 15. From the output of the switch 22 through the transmitting device 3 and the corresponding antenna radio signals are emitted into space.

При отсутствии сведений об углах прихода помехи во втором вычислителе 17 осуществляется операция оценки весовых коэффициентов, с учетом которых складываются антенные колебания по входным процессам и реализация, заложенных в них пространственно-корреляционных различий сигнала и помех с помощью пространственно-временной обработки сигналов, которая включает в себя не только сложение сигналов с разных антенн, но и введение (при необходимости) линий задержки в каждую ветвь пространственного разнесения, построенных, например, на трансверсальных фильтрах, и дополнительного взвешенного суммирования задержанных сигналов.In the absence of information about the angles of arrival of interference in the second calculator 17, the operation of evaluating the weight coefficients is performed, taking into account which the antenna oscillations according to the input processes are added and the spatial correlation differences of the signal and interference are embedded in them using spatio-temporal signal processing, which includes not only the addition of signals from different antennas, but also the introduction (if necessary) of delay lines into each branch of spatial diversity, built, for example, on a transverse nyh filters, and further delayed signals are weighted summation.

Адаптивная работа устройства при наличии помех заключается в использовании совокупности радиосигналов двух приемных элементов (узлы 13 и 14), с помощью которых получается информация об исследуемых физических полях, и адаптивно работающего в реальном масштабе времени, двухвходового цифрового радиоприемного устройства 16, второго вычислителя 17 с помеховыми выходами 20 и ЭВМ 4, осуществляющих автоматическую компенсацию нежелаемых сигналов (помех), адаптивную подстройку диаграммы направленности, для повышения эффективности приема полезного сигнала, выбор весовых коэффициентов в диаграммообразующей схеме. Выделение сигнала из смеси с помехой осуществляется за счет разного фазового сдвига колебаний сигнала и помехи в разнесенных антеннах или (и) перекоса в отношении амплитуд сигнала и помехи (проявление пространственного разноса их источников), и корреляционных свойств колебаний сигнала и помехи, принятых на разные антенны. Основной задачей узлов 16, 17, 4 является такая подстройка весовых коэффициентов, при которой реализуется выбранный критерий эффективности, например, критерии минимума среднеквадратичной ошибки. Оптимальные алгоритмы, реализуемые в узлах 17 и 4, обеспечивают не только компенсацию помехи, но и когерентное сложение сигнала с разнесенных антенн. Например, для антенных систем с идентичными круговыми диаграммами направленности антенных элементов это дает повышение отношения сигнал/шум на 3 дБ для двухэлементной антенной системы. Оптимальная величина пространственного разноса между элементами составляет половину длины волны (λ/2), уменьшение разноса до величины менее λ/8 приводит к резкому снижению коэффициента подавления помехи.Adaptive operation of the device in the presence of interference consists in using a combination of radio signals of two receiving elements (nodes 13 and 14), with the help of which information is obtained on the studied physical fields, and adaptively working in real time, a two-input digital radio receiver 16, a second computer 17 with interference outputs 20 and computer 4, which automatically compensate for unwanted signals (interference), adaptive adjustment of the radiation pattern, to improve the efficiency of receiving useful signal, the choice of weights in the diagram-forming scheme. Isolation of a signal from a mixture with interference occurs due to a different phase shift of the signal and interference oscillations in spaced antennas or (and) bias in relation to signal amplitudes and interference (manifestation of the spatial separation of their sources), and the correlation properties of signal oscillations and interference received at different antennas . The main task of nodes 16, 17, 4 is to adjust the weight coefficients at which the selected performance criterion is implemented, for example, the minimum mean square error criterion. The optimal algorithms implemented in nodes 17 and 4 provide not only interference compensation, but also coherent signal addition from spaced antennas. For example, for antenna systems with identical circular patterns of antenna elements, this gives an increase in the signal-to-noise ratio by 3 dB for a two-element antenna system. The optimal spatial separation between the elements is half the wavelength (λ / 2), reducing the separation to less than λ / 8 leads to a sharp decrease in the suppression coefficient of interference.

Выходные сигналы узла 16 поступают во второй вычислитель 17, где они умножаются на комплексные весовые коэффициенты (с учетом амплитуды и фазы) и суммируются, образуя выходной цифровой сигнал.The output signals of the node 16 go to the second calculator 17, where they are multiplied by the complex weights (taking into account the amplitude and phase) and are summed, forming the output digital signal.

По уровню и характеристикам помех с помощью блока 21 можно судить о наличии постановщиков помех, их количестве и обеспечить пеленгацию источников излучения, что позволяет абонентам ориентироваться в сложной помеховой обстановке.By the level and characteristics of interference using block 21, one can judge the presence of jammers, their number and provide direction finding of radiation sources, which allows subscribers to navigate in difficult interference conditions.

Предлагаемый способ и устройство для его реализации позволяют обеспечить:The proposed method and device for its implementation can provide:

- адаптивное понижение технической скорости в зависимости от сигнально-помеховой обстановки в условиях интенсивных помех с переходом на повышенную мощность передаваемого радиосигнала и более сложную сигнально-кодовую конструкцию с исправлением ошибок;- adaptive lowering of the technical speed depending on the signal-noise situation in the conditions of intense interference with the transition to an increased power of the transmitted radio signal and a more complex signal-code design with error correction;

- избирательность по соседнему каналу, например, не менее 40 дБ как в передающей, так и в приемной стороне с помощью полосовых фильтров 19;- selectivity for the adjacent channel, for example, at least 40 dB in both the transmitting and receiving side using band-pass filters 19;

- адаптивное перераспределение потока переспросов за счет использования в ЭВМ процедур, характерных для систем передачи данных с решающей обратной связью;- adaptive redistribution of the flow of demand through the use of computer procedures specific to data transmission systems with crucial feedback;

- обнаружение и индикация применения средств радиоэлектронного противодействия.- detection and indication of the use of electronic countermeasures.

Таким образом, настоящее изобретение в случае отсутствия помех обеспечивает способ и устройство для адаптивной радиосвязи на частотах, позволяющих передавать информацию с максимальной на данный момент времени скоростью передачи при минимальном уровне сигнала, а в случае наличия помех - определяет их присутствие, отключает работу первой ветви устройства и подключает вторую ветвь. В результате этой процедуры двухвходовым цифровым радиоприемным устройством и вторым вычислителем осуществляется выделение сигнала из смеси с помехой за счет разного фазового сдвига колебаний сигнала и помехи в разнесенных антеннах или (и) перекоса в отношении амплитуд сигнала и помехи (из-за проявления пространственного разноса их источников), и корреляционных свойств колебаний сигнала и помехи, принятых на разные антенны, формирования нулей в направлении углов прихода помеховых радиоволн с сохранением конечного коэффициента усиления в направлении прихода полезного сигнала, а именно, вычисляются весовые коэффициенты, с учетом которых складываются антенные колебания, по входным процессам (парциальным колебаниям) и реализуются заложенные в них пространственно-корреляционные различия сигнала и помех. Введение (при необходимости) временных задержек в каждую цепочку пространственного разнесения и взвешенное суммирование с учетом амплитуды и фазы задержанных сигналов позволяют получить выходной сигнал с максимально возможной на данный момент времени скоростью передачи при существующем уровне помех.Thus, in the absence of interference, the present invention provides a method and apparatus for adaptive radio communication at frequencies that allow information to be transmitted at the current maximum transmission speed at a minimum signal level, and in the event of interference, determines their presence, disables the operation of the first branch of the device and connects the second branch. As a result of this procedure, a two-input digital radio receiver and a second calculator isolates the signal from the mixture with interference due to different phase shift of signal oscillations and interference in the separated antennas or (and) skew in relation to the signal amplitudes and interference (due to the manifestation of the spatial separation of their sources ), and the correlation properties of signal and noise oscillations received at different antennas, the formation of zeros in the direction of arrival angles of interfering radio waves while maintaining the final coefficient is amplified in the direction of arrival of the useful signal, namely, weights are calculated, taking into account which the antenna oscillations are added up according to the input processes (partial oscillations), and the spatial-correlation differences of the signal and interference are embedded in them. The introduction (if necessary) of time delays in each spatial diversity chain and the weighted summation, taking into account the amplitude and phase of the delayed signals, make it possible to obtain an output signal with the maximum transmission rate possible at a given time with the existing interference level.

ЛитератураLiterature

1. Военные системы радиосвязи, ч. 1. Под ред. В.В. Игнатова. Л., ВАС, 1989, с. 379-382.1. Military radio communication systems, h. 1. Ed. V.V. Ignatova. L., YOU, 1989, p. 379-382.

4. Патент РФ №2138926.4. RF patent №2138926.

5. Патент РФ №2284659 (прототип).5. RF patent No. 2284659 (prototype).

Claims

1. The method of adaptive radio communication, which consists in the fact that, in the absence of interference before the start of communication, the correspondent receiving and transmitting means are tuned to the agreed frequencies, the correspondent initiating the communication transmits a call signal, the receiving correspondent, having received the call signal, transmits a confirmation signal a call in which it transmits information about the quality of the channel on which information is supposed to be transmitted, if this quality meets the specified criteria, the transmission of the information block begins the transmission speed corresponding to the quality of the communication channel, if not, they repeat the call at a different frequency, during the reception of information, errors are counted, and if their number exceeds the permissible level, a command is sent on the return channel to change the transmission speed and coding method or to change the frequency communication, in the intervals between communication sessions periodically rebuild the radio receiver for all frequencies allocated for communication, form a signal of the control combination, the value of which is attenuated change to limits from maximum to minimum, the transmission speed of this signal is also discretely changed from maximum to minimum, this signal is converted to analog form, summed with the noise signal from the output of the radio receiver and converted to digital form, at each frequency, the received signal is compared with the original control combination at various signal levels and transmission rates, and the number of errors is calculated, at each frequency it is determined at what signal level at what transmission rate you can work and choose for frequency providing the maximum transmission speed with the minimum signal, characterized in that, in the presence of interference at the respective outputs, the radio signals received using spatially separated antennas and a two-input digital radio receiver are summed so that the vibrations of the useful signal are added up and the interference vibrations are subtracted due to the formation of zeros of the radiation pattern in the direction of the angles of arrival of interfering radio waves while maintaining the final gain of the diagrams directivity in the direction of arrival of the useful signal, namely, weighting coefficients are calculated, taking into account which the antenna oscillations are added according to the input processes and realize the spatial-correlation differences of the signal and noise in them, when receiving two spatially separated radio signals, time delays are introduced and weighted summation with taking into account the amplitude and phase of the delayed signals, after summing, an output signal is obtained, and when the interference is removed, they switch to signal processing procedures, redusmotrennye with no interference.

2. A device for adaptive radio communication, comprising a series-connected first radio receiver with an antenna, a modem and a radio transmitter with a transmitting antenna, and a computer connected to input-output devices, the control and information inputs and outputs of the first radio receiver with an antenna, modem, and a radio transmitting device with a transmitting antenna connected to a computer bus, connected in series to a second radio receiving device with an antenna, an adder, an analog-to-digital converter (ADC), and the first calculator, made with the possibility of comparing the signal coming from the shaper of the signal of the control combination with the signal coming from the ADC, counting errors at each frequency and determining at what level of the signal at what speed it is possible to work at this frequency, as well as the signal shaper connected in series control combination, attenuator and digital-to-analog converter (DAC), the output of which is connected to another input of the adder, in addition, the control inputs of the second radio receiver VA with the antenna, the driver of the signal of the control combination and attenuator, as well as the information input and output of the first calculator are connected to the computer bus, and the output of the signal conditioner of the control combination is connected to another input of the first calculator, characterized in that a filter, a switch, an evaluation unit are inserted into it interference level, digital exciter, two-input digital radio receiver connected by two-way communications through a second computer with a digital-to-analog converter, the output of which is connected through a filter n to the second information input of the switch, the modem output through the switch is connected to the information input of the radio transmitting device with the transmitting antenna, the interference outputs of the second computer are connected by two-way communications to the block for evaluating the level of interference, the digital exciter is connected by two-way communications to the two-input digital radio receiver, the second computer and the computer bus , inputs and outputs of an analog-to-digital converter, switch, two-input digital radio receiver, second computer I, the second digital-to-analog converter, are connected to the computer bus by two-way communications, the inputs and outputs of the input-output devices are the inputs and outputs of the device for adaptive radio communications.