RU2719541C9 - Single-channel radio communication method - Google Patents

Single-channel radio communication method Download PDF

Info

Publication number
RU2719541C9
RU2719541C9 RU2019118909A RU2019118909A RU2719541C9 RU 2719541 C9 RU2719541 C9 RU 2719541C9 RU 2019118909 A RU2019118909 A RU 2019118909A RU 2019118909 A RU2019118909 A RU 2019118909A RU 2719541 C9 RU2719541 C9 RU 2719541C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
time
radio
transmitted
ground
Prior art date
Application number
RU2019118909A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2719541C1 (en
Inventor
Александр Владимирович Кейстович
Наталья Анатольевна Фукина
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет"
Priority to RU2019118909A priority Critical patent/RU2719541C9/en
Publication of RU2719541C1 publication Critical patent/RU2719541C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2719541C9 publication Critical patent/RU2719541C9/en

Links

Abstract

FIELD: radio engineering and communication.
SUBSTANCE: invention relates to automatic radio communication and is intended for data transmission between mobile and fixed subscribers. Result is obtained by generating packets of 2N bits, encoding with a binary code so that the number of digits in the code word n=log2N matches the order of phase manipulation 2, 4, 6, 16, accurate synchronization of time scales on the transmitting and receiving sides, and corresponding operations at receiving side.
EFFECT: technical result of invention consists in increase of information transfer speed.
1 cl

Description

Изобретение относится к автоматической радиосвязи и предназначено для передачи данных между подвижными и неподвижными абонентами.The invention relates to automatic radio communication and is intended for data transmission between mobile and fixed subscribers.

Известен способ ВЧ радиосвязи с использованием технологии HFDL (High Frequency Data Link), построенной на основе спецификации ARINC 635 [1], оптимизирует в смысле надежности связи, спектральной и экономической эффективности систему пакетной связи «Воздух-Земля», в которой большое количество самолетов (до 2500) обслуживается малым количеством частотных каналов (до 48-60) и наземных станций (до 16) в режиме множественного доступа с временным и частотным разделением. Способ обмена данными в системе HFDL подробно описан в [1]. HFDL определяет как процедуры составления канала с автовыбором рабочей частоты, так и все остальные процедуры автоматического ведения связи на всех уровнях (физическом, канальном и подсети) с многопараметрической адаптацией радиолинии по частоте, скорости передачи, видам модуляции и кодирования, а также по пространственному разнесению наземных станций, гарантирующие достоверность (остаточную вероятность ошибки) не хуже 10-6. В системе HFDL используется один и тот же набор частот для составления канала и ведения связи. Высокая спектральная эффективность системы достигается благодаря использованию комбинированного протокола множественного доступа к каналу с частотным (FDMA) и временным (TDMA) разделением. Протокол частотного разделения обеспечивается тем, что разные частотные каналы (от двух до шести) назначаются разным ВЧ наземным станциям (ВЧ НС). TDMA протокол обеспечивается тем, что время использования каждого частотного канала разбивается на 32-х секундные кадры, а каждый кадр разбивается на 13 временных слотов доступа длительностью 2,461538 с, равной времени передачи одного пакета данных 2,343888 с плюс 117,65 мс на неопределенность времени задержки распространения и рассинхронизм в радиолинии. На всех частотах ВЧ наземные станции периодически (в первом слоте каждого кадра) излучают сигналы маркеров, качество которых оценивают самолеты при выборе частоты связи. Самолет выбирает для связи любой канал, качество сигнала маркера которого является приемлемым или наилучшим, регистрируется на этом канале на наземной станции и ведет на нем связь до тех пор, пока качество канала отвечает требуемому уровню. Один канал связи могут выбрать несколько самолетов и зарегистрироваться на нем. Каждый ВЧ канал HFDL системы используется всеми зарегистрированными на нем самолетами в режиме множественного доступа с временным разделением. Управление протоколом TDMA обеспечивает ВЧ наземная станция, передавая в сигналах маркеров назначения слотов, резервируемых по запросам от бортов, слотов случайного доступа и слотов для передачи с «земли». ВЧ наземная станция прогнозирует системные характеристики (задержку передачи пакета) на каждом своем частотном канале и выставляет флаг занятости канала в маркере, когда критическое число самолетов зарегистрировалось на канале, чтобы прекратить доступ к нему новых корреспондентов и гарантировать заданные системные характеристики (задержку передачи пакета не более допустимой). В зависимости от качества канала и объема передаваемых данных в сообщении выбирается оптимальный вид многопозиционной фазовой манипуляции и кодирования. При этом длительность сообщения и скорость 1800 Бод, обеспечиваемая однотоновым модемом, не меняются.A known method of HF radio communication using HFDL (High Frequency Data Link) technology, built on the basis of the ARINC 635 specification [1], optimizes, in terms of communication reliability, spectral and economic efficiency, an Air-to-Ground packet communication system in which a large number of aircraft ( up to 2500) is served by a small number of frequency channels (up to 48-60) and ground stations (up to 16) in the time and frequency division multiple access mode. The method of data exchange in the HFDL system is described in detail in [1]. HFDL defines both channel composition procedures with automatic selection of the operating frequency, and all other procedures for automatic communication at all levels (physical, channel and subnetwork) with multi-parameter adaptation of the radio link in frequency, transmission rate, types of modulation and coding, as well as spatial diversity of terrestrial stations guaranteeing reliability (residual error probability) not worse than 10 -6 . The HFDL system uses the same set of frequencies for channeling and communication. The high spectral efficiency of the system is achieved through the use of a combined frequency division multiple access (FDMA) and time division (TDMA) channel multiple access protocol. The frequency division protocol is provided by assigning different frequency channels (between two and six) to different HF terrestrial stations (HF LS). The TDMA protocol is provided by the fact that the usage time of each frequency channel is divided into 32 second frames, and each frame is divided into 13 access time slots with a duration of 2.461538 s, equal to the transmission time of one data packet of 2.343888 s plus 117.65 ms per uncertainty in the propagation delay time and desynchronism in the radio link. At all HF frequencies, ground stations periodically (in the first slot of each frame) emit marker signals, the quality of which is evaluated by aircraft when choosing a communication frequency. The aircraft selects for communication any channel whose marker signal quality is acceptable or best, registers on that channel at the ground station, and communicates there until the channel quality meets the required level. Several aircraft can choose one communication channel and register on it. Each HF channel of the HFDL system is used by all aircraft registered on it in a time division multiple access mode. The HF ground station provides control over the TDMA protocol by signaling assignment markers for aircraft-reserved slots, random access slots, and slots for transmission from the ground. The HF ground station predicts the system characteristics (packet transmission delay) on each of its frequency channels and sets the channel busy flag in the marker when a critical number of aircraft have registered on the channel in order to stop new correspondents from accessing it and guarantee the specified system characteristics (packet transmission delay no more than admissible). Depending on the quality of the channel and the amount of data transmitted in the message, the optimal type of multiposition phase shift keying and coding is selected. At the same time, the message duration and the 1800 baud rate provided by a single-tone modem do not change.

Для обеспечения заданного уровня надежности связи в зоне ответственности каждой ВЧ наземной станции из общего списка ВЧ частот (48-60 каналов с одной боковой полосой), выделяемых для системы HFDL, в пункте управления ВЧ системой обмена данными назначают для каждой ВЧ наземной станции на каждый временной интервал суток длительностью (1-2) часа набор из (2-6) активных частот, оптимальный по условиям распространения радиоволн и электромагнитной совместимости, доводят назначенный набор частот вместе с интервалом времени его активизации до каждой ВЧ наземной станции через подсистему наземной связи, реализуя, таким образом, протокол множественного доступа с частотным разделением, разбивают время использования каждого частотного канала на временные кадры длительностью 32 с, а каждый кадр разбивают на 13 временных слотов длительностью 2,461538 с для реализации протокола множественного доступа к каналу с временным разделением (TDMA).To ensure a given level of communication reliability in the area of responsibility of each HF ground station from the general list of HF frequencies (48-60 channels with one sideband) allocated for the HFDL system, at the control point of the HF data exchange system, it is assigned for each HF ground station for each temporary interval of a day with a duration of (1-2) hours, a set of (2-6) active frequencies, optimal in terms of radio wave propagation and electromagnetic compatibility, bring the assigned set of frequencies together with the time interval for its activation to each RF ground station through the ground communication subsystem, realizing, thus, the frequency division multiple access protocol divides the usage time of each frequency channel into time frames of 32 s, and each frame is divided into 13 time slots of 2.461538 s to implement the time division multiple access (TDMA) protocol.

В конце каждого кадра на каждой ВЧ наземной станции для каждого слота следующего кадра производят назначение использования этого слота для передачи с земли или для передачи с конкретного борта по его предварительному запросу слота доступа, или для передач с любого борта в режиме случайного доступа.At the end of each frame, at each HF ground station, for each slot of the next frame, assignment is made to use that slot for transmission from the ground, or for transmission from a specific aircraft upon its prior request for an access slot, or for transmissions from any aircraft in random access mode.

С каждой ВЧ наземной станции на всех активных частотах в первом слоте каждого кадра излучают сигналы маркеров, которые содержат назначения использования каждого слота текущего кадра, а также квитанции на сообщения, принятые с ВЧ БС в предыдущих двух кадрах.From each HF ground station on all active frequencies in the first slot of each frame, marker signals are emitted that contain the assignment of the use of each slot of the current frame, as well as receipts for messages received from the HF BS in the previous two frames.

На каждой ВЧ бортовой станции по результатам оценки качества приема сигналов маркеров выбирают лучшую частоту связи (ВЧ радиоканал «Воздух-Земля»).At each HF onboard station, based on the results of assessing the quality of marker signal reception, the best communication frequency is selected (HF radio channel "Air-to-Ground").

Каждую ВЧ бортовую станцию регистрируют на выбранном ею ВЧ канале на соответствующей этому каналу ВЧ наземной станции, производят обмен пакетными данными в режиме TDMA через ВЧ радиоканал «Воздух-Земля» между ВЧ наземной станцией и ВЧ бортовой станцией, которая на ней зарегистрирована, до тех пор, пока качество ВЧ радиоканала «Воздух-Земля» превышает допустимый уровень. При ухудшении качества ВЧ радиоканала ниже допустимого уровня выбирают новый ВЧ радиоканал для бортовой станции и регистрируют ее на новом выбранном ВЧ радиоканале. Производят обмен пакетными данными через наземную сеть связи между ВЧ наземными станциями и пунктом управления ВЧ системой связи, а также пользователями системы связи -диспетчерскими пунктами управления воздушным движением (УВД) и авиалиниями (УАЛ).Each HF airborne station registers on the HF channel it has chosen at the HF ground station corresponding to this channel, exchanges packet data in TDMA mode via the HF air-to-ground radio channel between the HF ground station and the HF airborne station that is registered on it, until while the quality of the RF air-to-ground radio channel exceeds the acceptable level. If the quality of the HF radio channel deteriorates below the acceptable level, a new HF radio channel is selected for the onboard station and it is registered on the new selected HF radio channel. Packet data is exchanged through the ground communication network between HF ground stations and the control point of the HF communication system, as well as users of the communication system - air traffic control towers (ATC) and airlines (AL).

В процессе обмена пакетными данными пакетное сообщение для диспетчера УВД или УАЛ, содержащее адрес получателя - диспетчерского пункта УВД или УАЛ, а также адрес отправителя (адрес борта по версии ИКАО), формируют в бортовом блоке управления связью (бортовом маршрутизаторе), передают в ВЧ бортовую станцию, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по радиоканалу ВЧ диапазона, затем передают по радиоканалу на ВЧ наземную станцию, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по подсистеме наземной связи, и передают через интерфейс в подсистему наземной связи, откуда через интерфейс передают к диспетчерскому пункту УВД или УАЛ.In the process of exchanging packet data, a packet message for an air traffic controller or UAL containing the address of the recipient - the ATC or UAL control center, as well as the sender's address (address of the aircraft according to the ICAO version), is formed in the onboard communication control unit (onboard router), transmitted to the HF onboard station, where it is packaged in a package intended for transmission over the HF radio channel, then transmitted over the radio channel to the HF ground station where the HF aircraft station is registered, where it is packaged in a package intended for transmission over the terrestrial communication subsystem, and transmitted through the interface to the ground communication subsystem, from where it is transmitted through the interface to the ATC or AL control center.

Пакетное сообщение для ПУС, содержащее адрес получателя - ПУС, а также адрес отправителя (адрес борта по версии ИКАО), формируют в ВЧ бортовой станции, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по радиоканалу ВЧ диапазона, передают по радиоканалу на ВЧ наземную станцию, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция, где упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по подсистеме наземной связи, передают через интерфейс в подсистему наземной связи, откуда передают через интерфейс к ЦУ.A packet message for the CCP containing the address of the recipient - the CCP, as well as the address of the sender (address of the board according to the ICAO version), is formed in the HF onboard station, where it is packaged in a packet intended for transmission over the HF radio channel, transmitted over the radio channel to the HF ground station , on which the HF airborne station is registered, where it is packaged in a packet intended for transmission over the terrestrial communication subsystem, transmitted through the interface to the terrestrial communication subsystem, from where it is transmitted through the interface to the control center.

В обратном направлении пакетное сообщение от диспетчерского пункта УВД или УАЛ, содержащее адрес получателя - (ИКАО адрес борта), а также адрес отправителя - диспетчерского пункта УВД или УАЛ, формируют на диспетчерском пункте УВД или УАЛ, передают его через интерфейс) в подсистему наземной связи, откуда пакет транслируют через интерфейс на ВЧ наземную станцию, на которой зарегистрирована ВЧ бортовая станция - адресат, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по радиоканалу ВЧ диапазона, и затем передают по радиоканалу к ВЧ бортовой станции - адресату.In the opposite direction, a packet message from an ATC or AL control center containing the recipient's address - (ICAO aircraft address), as well as the sender's address - an ATC or AL control center, is formed at the ATC or AL control center, transmitted through the interface) to the ground communication subsystem , from where the packet is broadcast through the interface to the HF ground station on which the HF onboard station is registered - the destination, where it is packaged into a packet intended for transmission over the HF radio channel, and then transmitted over the radio to the HF onboard station - destination.

Пакетное сообщение от ПУС для борта, содержащее адрес получателя -(адрес борта по версии ИКАО), а также адрес отправителя - ЦУ, формируют в ПУС, передают его через интерфейс в подсистему наземной связи, откуда его транслируют через интерфейс на ВЧ наземную станцию, на которой зарегистрирована бортовая станция - адресат, где его упаковывают в пакет, предназначенный для передачи по радиоканалу ВЧ диапазона, и передают по радиоканалу к ВЧ БС - адресату.A packet message from the CCP for the aircraft, containing the recipient's address - (the address of the aircraft according to the ICAO version), as well as the sender's address - CC, is formed in the CCP, transmitted through the interface to the terrestrial communication subsystem, from where it is broadcast through the interface to the HF ground station, to which the onboard station is registered - the addressee, where it is packaged into a packet intended for transmission over the HF radio channel, and transmitted over the radio channel to the HF BS - addressee.

Недостатки аналога состоят в следующем:The disadvantages of analog are as follows:

- скорость передачи информации не превышает 1800 Бод;- information transfer rate does not exceed 1800 baud;

- увеличение скорости передачи информации потребует значительного изменения алгоритмов работы и программно-аппаратных средств.- Increasing the speed of information transfer will require a significant change in the algorithms of work and software and hardware.

Известен аналог по способу применения [2]. Этот способ радиосвязи заключается в том, что с каждой ВЧ наземной станции излучают сигналы маркеров в первом слоте каждого кадра TDMA протокола доступа к каналу на всех частотах, которые периодически назначают и активизируют в пункте управления ВЧ системы связи ВЧ диапазона. Для реализации FDMA протокола доступа к каналам связи, согласно которому разные ВЧ наземные станции имеют разные наборы активных рабочих частот, на соответствующей ВЧ наземной станции регистрируют каждую ВЧ бортовую станцию на лучшей частоте связи ВЧ диапазона выбираемой ВЧ бортовой станцией по результатам оценки ею качества приема сигналов маркеров. Затем между ВЧ наземной станцией и зарегистрированной на ней ВЧ бортовой станцией производят обмен пакетными данными до тех пор, пока позволяет качество канала «Воздух-Земля» ВЧ диапазона. При ухудшении качества канала «Воздух-Земля» ВЧ диапазона ниже допустимого уровня на ВЧ бортовой станции выбирают новый канал и регистрируются на этом канале на новой или на старой ВЧ наземной станции, но на новой рабочей частоте. Через подсистему наземной связи производят обмен пакетными данными между каждой ВЧ наземной станцией и диспетчерскими пунктами управления воздушным движением и авиалиниями, а также пунктом управления системой связи ВЧ диапазона. На каждой ВЧ наземной станции выбирают лучшую частоту приема сообщений от каждой другой ВЧ наземной станции по результатам оценки качества приема сигналов маркеров с помощью дополнительных ВЧ приемников «Земля-Земля» и демодуляторов «Земля-Земля» однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала. Таблицу слышимости формируют по результатам выбора лучших частот приема, в которой указывают признак своей доступности (недоступности) для подсистемы наземной связи, идентификаторы наземных станций и соответствующие им номера лучших частот приема с кодами рекомендуемых максимально допустимых скоростей передачи данных. На каждом частотном канале отводят один слот кадра доступа к каналу для передачи сообщений в направлении «Земля-Земля». Таблицу слышимости передают одновременно с помощью N ВЧ передатчиков в слотах, которые отводят для передачи сообщений в направлении «Земля-Земля». Затем принимают таблицы слышимости от других ВЧ наземных станций на предварительно выбранных лучших частотах приема с помощью дополнительных ВЧ приемников и демодуляторов «Земля-Земля» однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала. На основе принятых таблиц слышимости формируют таблицу связности сети «Земля-Земля», в которой указывают идентификаторы наземных станций с признаками их доступности (недоступности) для подсистемы наземной связи и соответствующие им номера лучших частот приема и передачи с кодами рекомендуемых максимально допустимых скоростей передачи данных. Таблицу связности сети «Земля-Земля» используют для выбора частот связи (приема и передачи) с другими ВЧ НС. Пакет данных, принятый на недоступной ВЧ наземной станции от зарегистрированной на ней ВЧ бортовой станции, передают одновременно с таблицей слышимости по радиоканалу ВЧ диапазона в слоте «Земля-Земля» на другую доступную ВЧ НС, с которой его транслируют к диспетчерскому пункту УВД или УАЛ или к пункту управления системой связи ВЧ диапазона через подсистему наземной связи. Пакет данных от диспетчерского пункта управления УВД или УАЛ или от ПУС, предназначенный для ВЧ бортовой станции, которая зарегистрирована на недоступной ВЧ наземной станции, передают через подсистему наземной связи к доступной ВЧ НС, с которой затем его транслируют по радиоканалу «Земля-Земля» ВЧ диапазона к недоступной ВЧ наземной станции, и с которой далее его передают по радиоканалу «Воздух-Земля» ВЧ диапазона к ВЧ бортовой станции. Пакет данных от ПУС, адресованный для недоступной ВЧ наземной станции, передают через подсистему наземной связи к доступной ВЧ наземной станции, откуда его транслируют по радиоканалу «Земля-Земля» ВЧ диапазона к недоступной ВЧ наземной станции.Known analogue according to the method of application [2]. This method of radio communication consists in the fact that marker signals are emitted from each HF ground station in the first slot of each TDMA frame of the channel access protocol on all frequencies, which are periodically assigned and activated in the control center of the HF communication system of the HF range. To implement the FDMA protocol for accessing communication channels, according to which different HF ground stations have different sets of active operating frequencies, each HF airborne station is registered at the corresponding HF ground station at the best HF communication frequency selected by the HF airborne station based on the results of its assessment of the quality of reception of marker signals . Then, between the HF ground station and the HF aircraft station registered on it, packet data is exchanged until the quality of the Air-to-Ground channel of the HF band allows. If the quality of the Air-Ground channel of the HF band deteriorates below the permissible level, a new channel is selected at the HF onboard station and registered on this channel at the new or old HF ground station, but at a new operating frequency. Through the terrestrial communication subsystem, packet data is exchanged between each HF ground station and air traffic control and airline control centers, as well as the control point of the HF communication system. At each RF ground station, the best frequency for receiving messages from each other RF ground station is selected based on the results of assessing the quality of marker signal reception using additional RF ground-to-ground receivers and ground-to-ground demodulators of a single-tone multi-position phase shift keying signal. The audibility table is formed based on the results of the selection of the best reception frequencies, in which they indicate the sign of their availability (inaccessibility) for the terrestrial communication subsystem, the identifiers of the ground stations and the corresponding numbers of the best reception frequencies with the codes of the recommended maximum allowable data transfer rates. On each frequency channel, one channel access frame slot is allocated for transmitting messages in the Ground-to-Ground direction. The audibility table is transmitted simultaneously by N RF transmitters in slots that are allocated for ground-to-ground reporting. Then receive tables of audibility from other RF ground stations at pre-selected best reception frequencies using additional RF receivers and demodulators "Earth-to-Earth" single-tone multi-position phase-shift keying signal. Based on the received audibility tables, an Earth-to-Earth network connectivity table is formed, in which the identifiers of ground stations are indicated with signs of their availability (inaccessibility) for the terrestrial communication subsystem and the numbers of the best reception and transmission frequencies corresponding to them with codes of recommended maximum allowable data transfer rates. The Earth-to-Earth network connectivity table is used to select communication frequencies (receive and transmit) with other HF NS. A data packet received at an inaccessible HF ground station from an HF on-board station registered on it is transmitted simultaneously with the audibility table via the HF radio channel in the "Ground-to-Ground" slot to another available HF NS, from which it is broadcast to the ATC control center or UAL or to the control point of the HF communication system through the terrestrial communication subsystem. A data packet from an ATC or ATC control tower or from a CCP destined for an HF aircraft station that is registered to an inaccessible HF ground station is transmitted through the ground communication subsystem to an accessible HF NS, from which it is then broadcast over the HF ground-to-ground radio channel range to an inaccessible HF ground station, and from which it is then transmitted via the HF air-to-ground radio channel to the HF airborne station. The data packet from the CCP, addressed to the inaccessible HF ground station, is transmitted through the terrestrial subsystem to the accessible HF ground station, from where it is broadcast over the HF ground-to-ground radio channel to the inaccessible HF ground station.

Недостатки аналога состоят в следующем:The disadvantages of analog are as follows:

- невозможно без значительного изменения алгоритмов работы и программно-аппаратных средств увеличить скорость передачи информации;- it is impossible to increase the speed of information transfer without a significant change in the algorithms of operation and software and hardware;

- из-за необходимости организации многоканальной работы для реализации этого способа требуются десятки наземных станций, сети обмена данными между ними и соответствующие вычислительные ресурсы.- due to the need to organize multi-channel work, the implementation of this method requires dozens of ground stations, data exchange networks between them and appropriate computing resources.

Известен способ передачи данных в условиях многолучевого распространения радиосигналов [3], включающий на передающей стороне канала передачи данных операции формирования пакетов сообщений с защитными интервалами перед пакетами, модуляции пакетов битов, формирования пакетов битов, формирования расширяющих сигналов в виде ортогональной производной системы сигналов Уолша и Баркера, расширения спектров битов пакетов методом прямой последовательности, увеличения длительности битов пакетов во времени в пределах пакетов, уплотнения битов пакетов во времени в пределах пакетов усиления мощности радиосигналов и излучения их передающей антенной. На приемной стороне канала последовательно выполняются операции приема, усиления и демодуляции радиосигналов обратного преобразования во времени длительностей сигналов, многоканального кодового разделения сигналов лучей по форме, формирования копий расширяющих сигналов, выделения сигналов сообщений в многоканальном решающем устройстве по критерию отношения правдоподобия, задержки во времени сигналов сообщений в соответствии с исходной последовательностью сообщений в пакетах на передающей стороне.There is a known method of data transmission in conditions of multipath propagation of radio signals [3], which includes, on the transmitting side of the data transmission channel, the operations of generating message packets with guard intervals before packets, modulating bit packets, generating bit packets, generating spreading signals in the form of an orthogonal derivative of the Walsh and Barker signal system , expanding the spectra of bits of packets by the direct sequence method, increasing the duration of bits of packets in time within packets, compacting bits of packets in time within packets of amplifying the power of radio signals and emitting them by a transmitting antenna. On the receiving side of the channel, the operations of receiving, amplifying and demodulating radio signals of inverse time conversion of signal durations, multi-channel code separation of beam signals by shape, formation of copies of expanding signals, separation of message signals in a multi-channel solver by the likelihood ratio criterion, time delay of message signals in accordance with the original sequence of messages in packets on the transmitting side.

К недостаткам аналога следует отнести:The disadvantages of analog should include:

- отсутствие возможности повышения скорости передачи информации;- the inability to increase the speed of information transfer;

- для реализации способа требуется усилитель мощности передатчика с линейной амплитудной характеристикой (режим класса А), который имеет малый КПД;- to implement the method, a transmitter power amplifier with a linear amplitude characteristic (class A mode) is required, which has a low efficiency;

- не реализованы процессы синхронизации передающей и приемной аппаратуры цифровой обработки сигналов.- processes of synchronization of transmitting and receiving digital signal processing equipment have not been implemented.

Наиболее близким заявленному способу по технической сущности является способ радиосвязи, приведенный в [4, рис. 1.2, лист 33], который и принят за прототип. Способ состоит из последовательно выполняемых с входной информацией операций, а именно: форматирование входной информации (преобразование к виду, удобному для работы кодера источника), шифрование, канальное кодирование, уплотнение, импульсная модуляция (модуляция на низкой частоте), полосовая модуляция (формирование радиосигнала на радиочастоте), расширение спектра, множественный доступ, усиление радиосигнала в передатчике и с помощью антенны излучение в канал связи. На приемной стороне переданные радиосигналы в приемнике выделяют среди других, обеспечивают множественный доступ и сужение спектра, осуществляют демодуляцию и дискретизацию, детектируют радиосигналы, проводят разуплотнение, канальное декодирование, дешифрование, декодирование источника и преобразование информации в исходный формат.The closest to the claimed method in terms of technical essence is the radio communication method given in [4, Fig. 1.2, sheet 33], which is taken as a prototype. The method consists of sequentially performed operations with the input information, namely: formatting the input information (conversion to a form convenient for the source encoder), encryption, channel coding, multiplexing, pulse modulation (modulation at a low frequency), bandpass modulation (formation of a radio signal at radio frequency), spread spectrum, multiple access, amplification of the radio signal in the transmitter and with the help of an antenna radiation into the communication channel. At the receiving side, the transmitted radio signals in the receiver are distinguished among others, provide multiple access and despreading, demodulate and sample, detect radio signals, decompress, channel decode, decrypt, source decode and convert information to the original format.

К недостаткам прототипа следует отнести:The disadvantages of the prototype include:

- отсутствие возможности повышения скорости передачи информации;- the inability to increase the speed of information transfer;

- наличие операций (уплотнение, множественный доступ, расширение и сужение спектра), которые для реализации способа одноканальной радиосвязи не требуются;- the presence of operations (multiplication, multiple access, spectrum expansion and narrowing), which are not required for the implementation of the single-channel radio communication method;

- не реализованы процессы синхронизации передающей и приемной аппаратуры цифровой обработки сигналов.- processes of synchronization of transmitting and receiving digital signal processing equipment have not been implemented.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение скорости передачи информации.The technical problem to be solved by the claimed invention is to increase the speed of information transfer.

Указанный технический результат достигается тем, что в известный способ одноканальной радиосвязи, в котором на передающей стороне входную информацию от источника разбивают на кадры и в начале каждого кадра формируют маркеры, а на приемной стороне выделяют маркеры, включающий на передающей стороне последовательно выполняемые операции форматирования входной информации от источника, а именно, преобразования к виду, удобному для работы кодера источника, шифрования, канального кодирования, а также последовательно выполняемые операции формирования радиосигнала, усиления его в передатчике и излучения в канал связи с помощью антенны, а на приемной стороне включающий последовательно выполняемые операции выделения в приемнике переданных радиосигналов, демодуляции по фазе и дискретизации, а также последовательно выполняемые операции канального декодирования, дешифрования, декодирования источника и преобразования информации в исходный формат, при этом на передающей и приемной сторонах временные шкалы синхронизируют односекундными метками с выхода приемника глобальных навигационных спутниковых систем, на передающей стороне после операции канального кодирования записывают кадр сообщения в регистр и из него последовательно во времени формируют пакеты по 2N бит, кодируют двоичным кодом так, чтобы число разрядов в кодовом слове n=log2N совпадало с порядком фазовой манипуляции 2, 4, 6, 16, расставляют кодовые слова в порядке возрастания времени появления кодового слова, формируют передаваемый пакет, в начале которого устанавливают маркер, ортогональный битам передаваемого пакета и совпадающий по времени с односекундной меткой с выхода приемника глобальных навигационных спутниковых систем или находящийся от нее на известной задержке, манипулируют по фазе с заданным порядком, передают для формирования радиосигнала и преобразовывают в радиосигнал на заданной радиочастоте, а на приемной стороне после операций демодуляции по фазе и дискретизации, формируют строб в интервале времени, где ожидается появление маркера, выделяют маркер, который синхронизирует временную шкалу приемной стороны, с помощью которой после дискретизации принятых сигналов начинают синхронную запись в регистр импульсов принятого пакета, с выхода которого последовательно во времени снимают n-разрядные кодовые слова, которые с помощью канального декодирования и дешифрования переводят в N-разрядные сообщения, устанавливают их последовательно во времени в порядке следования пакетов и восстанавливают параметры сигналов кадра сообщения для проведения следующей операции декодирования источника.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of single-channel radio communication, in which the input information from the source is divided into frames on the transmitting side and markers are formed at the beginning of each frame, and markers are allocated on the receiving side, which includes sequentially performed input information formatting operations on the transmitting side from the source, namely, conversion to a form convenient for the operation of the source encoder, encryption, channel coding, as well as sequentially performed operations of generating a radio signal, amplifying it in the transmitter and emitting it into the communication channel using an antenna, and on the receiving side including sequentially performed operations separation of transmitted radio signals in the receiver, phase demodulation and sampling, as well as sequentially performed operations of channel decoding, decoding, decoding the source and converting information to the original format, while on the transmitting and receiving sides, time scales als are synchronized with one-second marks from the output of the receiver of global navigation satellite systems, on the transmitting side, after the channel coding operation, the message frame is written into the register and packets of 2N bits are sequentially formed from it in time, encoded with a binary code so that the number of bits in the code word n=log2N coincided with the order of phase manipulation 2, 4, 6, 16, arrange the code words in ascending order of the time of appearance of the code word, form a transmitted packet, at the beginning of which a marker is set, orthogonal to the bits of the transmitted packet and coinciding in time with a one-second mark from the output of the global navigation receiver satellite systems or located at a known delay from it, are manipulated in phase with a given order, transmitted to form a radio signal and converted into a radio signal at a given radio frequency, and on the receiving side, after phase demodulation and sampling operations, a strobe is formed in the time interval, where o a marker is expected, a marker is allocated that synchronizes the time scale of the receiving side, with the help of which, after sampling the received signals, synchronous recording is started in the pulse register of the received packet, from the output of which n-bit code words are sequentially removed in time, which, using channel decoding and decoding translate into N-bit messages, set them sequentially in time in the order of the packets and restore the signal parameters of the message frame for the next source decoding operation.

Сущность способа заключается в следующем. Входную информацию от источника, которая может быть как в аналоговой, так и в дискретной форме, форматируют - преобразовывают к виду, удобному для работы кодера источника, например, переводят в цифровую форму с помощью аналогово-цифрового преобразования путем дискретизации во времени и квантования по амплитуде. Затем после сокращения избыточности в кодере источника сообщения шифруют для обеспечения криптозащиты, осуществляют канальное помехоустойчивое кодирование. Далее сообщения разбивают на кадры и каждый бит кадра сообщения записывают в регистр размером 2N разрядов, а из него последовательно во времени формируют пакеты по 2N бит, которые кодируют двоичным кодом так, чтобы число разрядов в кодовом слове n=log2N совпадало с порядком фазовой манипуляции 2, 4, 6, 16, расставляют кодовые слова в порядке возрастания времени появления кодового слова и из них формируют передаваемый пакет. Если объем входной информации превышает 2N бит, то она разбивается на несколько кадров. Оставшаяся часть бит после разбиения добавляется нулями до величины 2N.The essence of the method is as follows. The input information from the source, which can be both in analog and discrete form, is formatted - converted to a form convenient for the source encoder, for example, digitized using analog-to-digital conversion by sampling in time and amplitude quantization . Then, after redundancy reduction in the source encoder, the messages are encrypted to provide cryptographic protection, channel noise-immune coding is performed. Next, the messages are divided into frames, and each bit of the message frame is written into a register of 2 N bits, and packets of 2 N bits are formed from it sequentially in time, which are encoded in binary code so that the number of bits in the code word n=log 2 N coincides with the order of phase manipulation 2, 4, 6, 16, arrange the code words in ascending order of the time of appearance of the code word and form a transmitted packet from them. If the amount of input information exceeds 2 N bits, then it is divided into several frames. The rest of the bits after splitting are padded with zeros up to a value of 2 N .

В начале каждого пакета устанавливают маркер, ортогональный битам передаваемого пакета и совпадающий по времени с односекундной меткой с выхода приемника глобальных навигационных спутниковых систем или находящийся от нее на известной, например, псевдослучайной задержке. Формирование кодовых слов осуществляется с защитными интервалами перед битами, их составляющими. Форма представления маркера должна быть ортогональной к передаваемым кодовым словам. Ширину спектра выходного бита (сигнала) низкочастотного модулятора согласуют с величиной полосы частот радиоканала связи для реализации оптимальной скорости передачи информации.At the beginning of each packet, a marker is set that is orthogonal to the bits of the transmitted packet and coincides in time with a one-second mark from the output of the receiver of global navigation satellite systems or is located from it at a known, for example, pseudo-random delay. The formation of code words is carried out with guard intervals before the bits that make them up. The shape of the marker representation must be orthogonal to the transmitted codewords. The width of the spectrum of the output bit (signal) of the low-frequency modulator is matched with the bandwidth of the radio communication channel to implement the optimal information transfer rate.

Затем сформированный пакет с маркером манипулируют по фазе с заданным порядком 2, 4, 8, 16, передают для формирования радиосигнала, преобразовывают в радиосигнал на заданной радиочастоте, усиливают в передатчике и с помощью антенны излучают в канал связи. Порядок манипуляции по фазе выбирается на основе компромисса между величиной скорости передачи информации и уровнем отношения мощностей сигнала и смеси шума и помехи, чем ниже этот уровень, тем меньше должен быть порядок манипуляции.Then the generated packet with the marker is manipulated in phase with a given order of 2, 4, 8, 16, transmitted to form a radio signal, converted into a radio signal at a given radio frequency, amplified in the transmitter and emitted into the communication channel using an antenna. The phase keying order is chosen based on a compromise between the information transfer rate and the level of the signal power ratio and the mixture of noise and interference, the lower this level, the smaller the keying order should be.

На приемной стороне переданные радиосигналы в приемнике выделяют среди других радиосигналов, осуществляют демодуляцию по фазе и дискретизацию [4]. Уровень порога при квантовании принятых сигналов определяется максимальным уровнем взаимных шумов и помех на выходе приемника. Затем формируют строб в интервале времени, где ожидается появление маркера, например, с помощью схемы синхронизации с опережающим и запаздывающим стробированием [4, рис. 10.13 лист 648]. Эффективность выделения маркера определяется, например, автокорреляционной функцией выбранного при формировании маркера сигнала, например, кода Баркера с малым уровнем его боковых лепестков [4, 5]. При выделении маркера из принимаемых сигналов осуществляют, например, корреляционную обработку путем умножения их на копию передаваемого маркера, сформированного, например, в соответствии с кодом Баркера [4-6]. Маркер синхронизирует временную шкалу приемной стороны, с помощью которой после дискретизации и квантования принятых сигналов начинают синхронную запись в регистр импульсов принятого пакета, с выхода которого последовательно во времени снимают n-разрядные кодовые слова. Эти кодовые слова с помощью канального декодирования и дешифрования переводят в N-разрядные сообщения, устанавливают их последовательно во времени в порядке следования пакетов и восстанавливают параметры сигналов кадра сообщения для проведения дальнейшей операции декодирования источника и преобразования информации в исходный формат. Для повышения качества восстановления входной информации скорость записи в регистр битов пакетов на передающей стороне, должна быть идентичной скорости ее считывания из регистра на приемной стороне.On the receiving side, the transmitted radio signals in the receiver are distinguished from other radio signals, phase demodulation and sampling are carried out [4]. The threshold level for quantization of the received signals is determined by the maximum level of mutual noise and interference at the receiver output. Then a strobe is formed in the time interval where the marker is expected to appear, for example, using a timing circuit with leading and lagging gating [4, Fig. 10.13 sheet 648]. The efficiency of marker extraction is determined, for example, by the autocorrelation function of the signal selected during the formation of the marker, for example, a Barker code with a low level of its side lobes [4, 5]. When extracting a marker from the received signals, for example, correlation processing is carried out by multiplying them by a copy of the transmitted marker, formed, for example, in accordance with the Barker code [4-6]. The marker synchronizes the time scale of the receiving side, with the help of which, after sampling and quantization of the received signals, synchronous recording is started in the pulse register of the received packet, from the output of which n-bit code words are sequentially removed in time. These code words are converted into N-bit messages using channel decoding and decryption, they are set sequentially in time in the order of packets, and the parameters of the message frame signals are restored for further source decoding and information conversion to the original format. To improve the quality of input information recovery, the rate of writing to the packet bit register on the transmitting side must be identical to the rate of reading it from the register on the receiving side.

Особенностью заявляемого способа является то, что в канале радиосвязи передается не входная информация, а ее «отображение» на фазовой плоскости, которое занимает меньшее число бит.Максимальная теоретически достижимая скорость передачи информации при N=16, n=4 и использовании фазовой манипуляции 2ФМн может быть в 8 раз больше, чем в случае, если бы передача информации велась побитно, при N=64, n=8 и использовании фазовой манипуляции 4ФМн - в 16 раз больше и т.д. Эти данные приведены без учета интервалов времени, отведенных под маркер и защитные интервалы. Верхний предел скорости передачи информации ограничивается величиной среднеквадратической ошибки определения времени точной односекундной метки с выхода приемника глобальных навигационных спутниковых систем и точностью генератора опорной частоты формирователей временных шкал на передающей и приемной сторонах.A feature of the proposed method is that it is not the input information that is transmitted in the radio communication channel, but its “display” on the phase plane, which occupies a smaller number of bits. be 8 times more than if the information was transmitted bit by bit, with N=64, n=8 and using phase shift keying 4PSK - 16 times more, etc. These data are given without taking into account the time intervals allotted for the marker and guard intervals. The upper limit of the information transfer rate is limited by the value of the root-mean-square error in determining the time of an accurate one-second mark from the output of the receiver of global navigation satellite systems and the accuracy of the reference frequency generator of the time scalers on the transmitting and receiving sides.

Литература:Literature:

1. ARINC 635-3. Specification. HF Data Link Protocols. 12/2000.1. ARINC 635-3. specification. HF Data Link Protocols. 12/2000.

2. Патент РФ №2286030.2. RF patent No. 2286030.

3. Патент РФ №2663240.3. RF patent No. 2663240.

4. Скляр Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильямс", 2003. 1104 с. (рис. 1.2, лист 33 - прототип).4. Sklyar Bernard. Digital communication. Theoretical foundations and practical application. Ed. 2nd, corrected: Per. from English. - M.: Williams Publishing House, 2003. 1104 p. (Fig. 1.2, sheet 33 - prototype).

5. М.В. Ратынский. Основы сотовой связи / Под ред. Д.Б. Зимина - М.: Радио и связь, 1998. 248 с.5. M.V. Ratynsky. Fundamentals of cellular communications / Ed. D.B. Zimina - M.: Radio and communication, 1998. 248 p.

6. Х.Ф. Хармут. Передача информации ортогональными функциями. Пер. с англ. Н.Г. Дядюнова и А.И. Сенина, М., «Связь», 1975. 272 с.6. H.F. Harmut. Transfer of information by orthogonal functions. Per. from English. N.G. Dyadyunova and A.I. Senina, M., "Communication", 1975. 272 p.

Claims (1)

Способ одноканальной радиосвязи, в котором на передающей стороне входную информацию от источника разбивают на кадры и в начале каждого кадра формируют маркеры, а на приемной стороне выделяют маркеры, включающий на передающей стороне последовательно выполняемые операции форматирования входной информации от источника, а именно преобразования к виду, удобному для работы кодера источника, шифрования, канального кодирования, а также последовательно выполняемые операции формирования радиосигнала, усиления его в передатчике и излучения в канал связи с помощью антенны, а на приемной стороне включающий последовательно выполняемые операции выделения в приемнике переданных радиосигналов, демодуляции по фазе и дискретизации, а также последовательно выполняемые операции канального декодирования, дешифрования, декодирования источника и преобразования информации в исходный формат, при этом на передающей и приемной сторонах временные шкалы синхронизируют односекундными метками с выхода приемника глобальных навигационных спутниковых систем, отличающийся тем, что на передающей стороне после операции канального кодирования записывают кадр сообщения в регистр и из него последовательно во времени формируют пакеты по 2N бит, кодируют двоичным кодом так, чтобы число разрядов в кодовом слове n=log2N совпадало с порядком фазовой манипуляции 2, 4, 6, 16, расставляют кодовые слова в порядке возрастания времени появления кодового слова, формируют передаваемый пакет, в начале которого устанавливают маркер, ортогональный битам передаваемого пакета и совпадающий по времени с односекундной меткой с выхода приемника глобальных навигационных спутниковых систем или находящийся от нее на известной задержке, манипулируют по фазе с заданным порядком, передают для формирования радиосигнала и преобразовывают в радиосигнал на заданной радиочастоте, а на приемной стороне после операций демодуляции по фазе и дискретизации, формируют строб в интервале времени, где ожидается появление маркера, выделяют маркер, который синхронизирует временную шкалу приемной стороны, с помощью которой после дискретизации принятых сигналов начинают синхронную запись в регистр импульсов принятого пакета, с выхода которого последовательно во времени снимают n-разрядные кодовые слова, которые с помощью канального декодирования и дешифрования переводят в N-разрядные сообщения, устанавливают их последовательно во времени в порядке следования пакетов и восстанавливают параметры сигналов кадра сообщения для проведения следующей операции декодирования источника.A method of single-channel radio communication, in which the input information from the source is divided into frames on the transmitting side and markers are formed at the beginning of each frame, and markers are allocated on the receiving side, which includes sequentially performed formatting operations on the transmitting side of the input information from the source, namely, transformation to the form, convenient for the operation of the source coder, encryption, channel coding, as well as sequentially performed operations of generating a radio signal, amplifying it in the transmitter and emitting it into the communication channel using an antenna, and on the receiving side including sequentially performed operations of extracting the transmitted radio signals in the receiver, phase demodulation and sampling, as well as sequentially performed operations of channel decoding, decoding, decoding the source and converting information to the original format, while on the transmitting and receiving sides the time scales are synchronized with one-second marks from the output of the global receiver navigation satellite systems, characterized in that on the transmitting side, after the channel coding operation, the message frame is written to the register and packets of 2 N bits are sequentially formed from it in time, encoded with a binary code so that the number of bits in the code word n=log 2 N coincided with the order of phase manipulation 2, 4, 6, 16, arrange the code words in ascending order of the time of appearance of the code word, form a transmitted packet, at the beginning of which a marker is set, orthogonal to the bits of the transmitted packet and coinciding in time with a one-second mark from the output of the global navigation receiver satellite systems or located from it at a known delay, are manipulated in phase with a given order, transmitted to form a radio signal and converted into a radio signal at a given radio frequency, and on the receiving side, after phase demodulation and sampling operations, a strobe is formed in the time interval where the appearance of marker, highlight mark ep, which synchronizes the time scale of the receiving side, with the help of which, after sampling the received signals, synchronous recording is started in the pulse register of the received packet, from the output of which n-bit code words are sequentially removed in time, which, using channel decoding and decryption, are converted into N-bit messages, set them sequentially in time in the order of the packets, and restore the signal parameters of the message frame for the next source decoding operation.
RU2019118909A 2019-06-17 Single-channel radio communication method RU2719541C9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118909A RU2719541C9 (en) 2019-06-17 Single-channel radio communication method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118909A RU2719541C9 (en) 2019-06-17 Single-channel radio communication method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2719541C1 RU2719541C1 (en) 2020-04-21
RU2719541C9 true RU2719541C9 (en) 2022-10-28

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2286030C1 (en) * 2005-05-27 2006-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Полет" High frequency system and method for exchanging packet data
US7880675B1 (en) * 2008-12-16 2011-02-01 Ball Aerospace & Technologies Corp. Multipath mitigation
RU2663240C1 (en) * 2017-04-03 2018-08-03 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" Method of protection of narrow channels of data transmission under conditions of multipath radio signal propagation and complex of means for its implementation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2286030C1 (en) * 2005-05-27 2006-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Полет" High frequency system and method for exchanging packet data
US7880675B1 (en) * 2008-12-16 2011-02-01 Ball Aerospace & Technologies Corp. Multipath mitigation
RU2663240C1 (en) * 2017-04-03 2018-08-03 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" Method of protection of narrow channels of data transmission under conditions of multipath radio signal propagation and complex of means for its implementation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WO 99/|23844 A1, 14.05.1999. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6104708A (en) Wireless data communications system
US5878034A (en) Spacecraft TDMA communications system with synchronization by spread spectrum overlay channel
KR100370746B1 (en) Multi-Dimensional Orthogonal Resource Hopping Multiplexing Communications Method and Apparatus thereof
AU733219B2 (en) Method of synchronizing satellite switched CDMA communication system
EP0553952B1 (en) Satellite communications system with reservation protocol using at least three data channels
FI115878B (en) Method and apparatus for using Walsh difference modulation in a spread spectrum communication system
JPS61227439A (en) Synchronization of receiver for digital multiplex transmission system and circuit apparatus for implementationthereof
US10368327B2 (en) Method and system for signal communications
KR102538793B1 (en) Rf pnt system with embedded messaging and related methods
CN105282021A (en) Signal concentrator device
JPS6335025A (en) Digital radio transmission system
KR20030074812A (en) Method for extracting a variable reference pattern
NO316199B1 (en) CDMA telephone system for microcell type communications networks and associated antenna distribution system
IL266379A (en) A method and system for satellite communication
Mohanty Spread Spectrum and Time Division Multiple Access Satellite Communications
WO2011066514A1 (en) Reverse link data rate indication for satellite-enabled communication systems
JP3063648B2 (en) Spread spectrum communication system
US20200278416A1 (en) Long range navigation system having direct sequence spread spectrum (dsss) rf signal
RU2377723C2 (en) Method of transmitting discrete messages over wireless communication channels
RU2719541C9 (en) Single-channel radio communication method
KR20000077281A (en) Control channel for time division multiple access systems
RU2719541C1 (en) Single-channel radio communication method
CA2752969C (en) Method for configuring an adaptive processing of primary signals by the transmission of secondary spread-frequency signalling signals
CN115696447A (en) Method for realizing active transmission of non-public protocol VSAT network terminal
RU2702622C1 (en) Radio communication system with movable objects