RU2846136C1 - System for diversity reception of a signal transmitted over a multibeam channel - Google Patents
System for diversity reception of a signal transmitted over a multibeam channelInfo
- Publication number
- RU2846136C1 RU2846136C1 RU2025104507A RU2025104507A RU2846136C1 RU 2846136 C1 RU2846136 C1 RU 2846136C1 RU 2025104507 A RU2025104507 A RU 2025104507A RU 2025104507 A RU2025104507 A RU 2025104507A RU 2846136 C1 RU2846136 C1 RU 2846136C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- transmitting
- receiving
- radio
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматической пакетной радиосвязи декаметрового (ДКМ) диапазона (3-30) МГц.The invention relates to automatic packet radio communication of the decameter (DCM) range (3-30) MHz.
Известен аналог - система высокочастотного (ВЧ) ДКМ диапазона обмена пакетными данными [1], обеспечивающая осуществление процессов и содержащая ВЧ бортовые станции, связанные через ВЧ радиоканалы «Воздух-Земля» с ВЧ наземными станциями, которые в свою очередь соединены с центром управления упомянутой системы и с диспетчерскими пунктами управления воздушным движением и авиалиниями через подсистему наземной связи. Каждая ВЧ наземная станция содержит контроллер ВЧ наземной станции, который связан по управлению с N ВЧ передатчиками, подключенными к N ВЧ передающим антеннам, а также с N ВЧ приемниками «Воздух-Земля», подключенными к общей ВЧ приемной антенне, с информационными входами N модуляторов однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала, подключенными к N ВЧ передатчикам с информационными выходами N демодуляторов «Воздух-Земля» однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала. N демодуляторов «Воздух-Земля» подключены к N ВЧ приемникам. Контроллер ВЧ наземной станции связан также с приемником сигналов единого времени, подключенного к приемной антенне сигналов единого времени, и с устройством интерфейса с подсистемой наземной связи. Каждая ВЧ наземная станция содержит, по крайней мере, один дополнительный ВЧ приемник связи «Земля-Земля» и, по крайней мере, один дополнительный демодулятор «Земля-Земля» однотонового многопозиционного фазоманипулированного сигнала, выход которого подключен к дополнительному информационному входу контроллера ВЧ наземной станции, а вход - к выходу дополнительного ВЧ приемника «Земля-Земля». Информационный вход дополнительного ВЧ приемника «Земля-Земля» подключен к общей ВЧ приемной антенне, а его управляющий вход подключен к дополнительному управляющему выходу контроллера ВЧ наземной станции.An analogue is known - a high-frequency (HF) DCM system for packet data exchange [1], ensuring the implementation of processes and containing HF onboard stations connected via HF radio channels "Air-Ground" with HF ground stations, which in turn are connected to the control center of the said system and to air traffic control points and airlines via a ground communications subsystem. Each HF ground station contains a HF ground station controller, which is connected for control with N HF transmitters connected to N HF transmitting antennas, as well as with N HF "Air-Ground" receivers connected to a common HF receiving antenna, with information inputs of N modulators of a single-tone multi-position phase-shift keyed signal, connected to N HF transmitters with information outputs of N "Air-Ground" demodulators of a single-tone multi-position phase-shift keyed signal. N air-to-ground demodulators are connected to N RF receivers. The RF ground station controller is also connected to a universal time signal receiver connected to a universal time signal receiving antenna and to a device for interfacing with the ground communication subsystem. Each RF ground station contains at least one additional RF receiver of Earth-to-Earth communications and at least one additional Earth-to-Earth demodulator of a single-tone multi-position phase-shift keyed signal, the output of which is connected to an additional information input of the RF ground station controller, and the input is connected to the output of the additional RF receiver of Earth-to-Earth. The information input of the additional RF receiver of Earth-to-Earth is connected to the common RF receiving antenna, and its control input is connected to an additional control output of the RF ground station controller.
К недостаткам аналога следует отнести не достаточную помехозащищенность и надежность связи из-за отсутствия мажоритарного весового суммирования и частотно-разнесенного приема.The disadvantages of the analogue include insufficient noise immunity and communication reliability due to the lack of majority weight summation and frequency-diversified reception.
Известно устройство пространственного разнесенного приема [2], содержащее три антенных приемных элемента, расположенных на прямой, ориентированной на источник излучения, на расстоянии друг от друга большем длины волны и кратном ей, два блока когерентного сложения, входы которых подключены к среднему и соответствующему крайнему приемному антенному элементу, а выходы подключены к блоку оптимального сложения. В этом устройстве расстояние между парами приемных элементов фиксировано и используется только две пары. Возможность использования в устройстве отрицательной корреляции замираний сигнала в ветвях разнесения крайне ограничена, а также отсутствует обратный канал, необходимый для подтверждения достоверности принятой информации.A spatial diversity reception device is known [2], containing three antenna receiving elements located on a straight line oriented toward the radiation source, at a distance from each other greater than the wavelength and a multiple of it, two coherent summation units, the inputs of which are connected to the middle and corresponding extreme receiving antenna element, and the outputs are connected to the optimal summation unit. In this device, the distance between pairs of receiving elements is fixed and only two pairs are used. The possibility of using negative correlation of signal fading in the diversity branches in the device is extremely limited, and there is no return channel necessary for confirming the reliability of the received information.
Известен способ пространственного разнесенного приема сигнала от источника излучения, переданного по многолучевому каналу, и устройство его реализующее [3]. Способ заключается в размещении приемных антенных элементов (позиций) на прямой, ориентированной на источник излучения. Антенные элементы находятся на расстоянии друг от друга большем длины волны и кратном ей. На приемной стороне сигналы разнесения оптимально складываются. Причем каждый из сигналов разнесения формируется в результате когерентного сложения сигнала с одного приемного антенного элемента, являющегося опорным, с сигналом каждого из остальных антенных приемных элементов. Опорным приемным антенным элементом является первый приемный антенный элемент.A method of spatial diversity reception of a signal from a radiation source transmitted via a multipath channel and a device implementing it are known [3]. The method consists of placing receiving antenna elements (positions) on a straight line oriented toward the radiation source. The antenna elements are located at a distance from each other greater than the wavelength and a multiple of it. On the receiving side, the diversity signals are optimally summed. Moreover, each of the diversity signals is formed as a result of coherent summation of the signal from one receiving antenna element, which is the reference, with the signal of each of the remaining antenna receiving elements. The reference receiving antenna element is the first receiving antenna element.
Устройство пространственного разнесенного приема сигнала от источника излучения, переданного по многолучевому каналу, содержит N приемных антенных элементов, размещенных на прямой, ориентированной на источник излучения, на расстоянии друг от друга большем длины волны и кратном ей, N-1 блоков когерентного сложения. Один из входов i-го блока когерентного сложения, где i = 1, 2, …, N-1, подключен к выходу j-го приемного антенного элемента, где j = 2, 3, …, N. Устройство содержит также блок оптимального сложения, входы которого подключены к выходам блоков когерентного сложения, дополнительный блок когерентного сложения, входы которого подключены к выходам приемных антенных элементов, а выход к дополнительному входу блока оптимального сложения, выполненного в виде блока мажоритарного весового суммирования, а другие входы блоков когерентного сложения подключены к выходу первого приемного антенного элемента.A device for spatial diversity reception of a signal from a radiation source transmitted via a multipath channel comprises N receiving antenna elements arranged on a straight line oriented toward the radiation source, at a distance from each other greater than the wavelength and a multiple thereof, N-1 coherent addition units. One of the inputs of the i-th coherent addition unit, where i = 1, 2, …, N-1, is connected to the output of the j-th receiving antenna element, where j = 2, 3, …, N. The device also comprises an optimal addition unit, the inputs of which are connected to the outputs of the coherent addition units, an additional coherent addition unit, the inputs of which are connected to the outputs of the receiving antenna elements, and the output to an additional input of the optimal addition unit, implemented in the form of a majority weight summation unit, and the other inputs of the coherent addition units are connected to the output of the first receiving antenna element.
К недостаткам аналога следует отнести:The disadvantages of the analogue include:
- разнесение осуществляется только пространственным методом;- the separation is carried out only by the spatial method;
- устройство эффективно только на одной частоте, так как расстояние между приемными позициями жестко привязано к величине длины волны;- the device is effective only at one frequency, since the distance between receiving positions is strictly tied to the wavelength;
- источник излучения в пространстве должен быть размещен на одной прямой с приемными антенными элементами, но на практике трудно точно совместить эти объекты на одном направлении, так как ДКМ связь загоризонтная;- the radiation source in space must be placed on the same line with the receiving antenna elements, but in practice it is difficult to precisely align these objects in one direction, since the DCM communication is over-the-horizon;
- отсутствует обратный канал, необходимый для подтверждения достоверности принятой информации.- there is no return channel necessary to confirm the authenticity of the received information.
Известна система пространственного разнесенного приема [4], которая по большинству существенных признаков принята за прототип. Система пространственного разнесенного приема сигнала, передаваемого по многолучевому каналу, содержит приемную и передающую часть. Передающая часть содержит первую цепочку из последовательно соединенных входного каскада, кодера источника сообщений, сумматора дискретных сигналов и модулятора, а также генератора несущей частоты f1, выход которого соединен со входом модулятора, приемная часть содержит N пространственно разнесенные приемные антенные элементы. Вторая цепочка в передающей части состоит из последовательно соединенных входного каскада, кодера источника сообщений, сумматора дискретных сигналов и модулятора, а также генератора несущей частоты f2, выход которого соединен со входом модулятора, а также формирователь исходных ортогональных кодов передающей стороны, n выходов которого соединены с n входами кодера источника сообщений каждой цепочки. Выход модулятора каждой цепочки подключен к соответствующему входу суммирующего устройства, выход которого через передатчик подключен к передающей антенне. В приемной части разнесенные приемные антенные элементы установлены на расстоянии друг от друга, большем десяти длин вол, а также 2N блока когерентного сложения, 2N пороговых устройства, 2N декодера ортогональных кодов, 2N формирователя исходных ортогональных кодов приемной стороны, два блока мажоритарного весового суммирования, два дополнительных блока когерентного сложения и два выходных каскада. Каждый приемный антенный элемент подключен к двум параллельным цепочкам блоков, рассчитанных на работу с радиосигналами несущей частоты f1 и f2 соответственно, каждая из которых содержит последовательно соединенные блок когерентного сложения, пороговое устройство, декодер ортогональных кодов, n выходов которого соединены с n входами блока мажоритарного весового суммирования. Выход блока мажоритарного весового суммирования связан с входом выходного каскада, а выход выходного каскада является выходом системы. При этом соответствующие входы декодера ортогональных кодов подключены к выходам формирователя исходных ортогональных кодов приемной стороны. Управляющий вход порогового устройства подключен к соответствующему выходу блока мажоритарного весового суммирования. Блоки когерентного сложения, рассчитанные на работу с радиосигналами одной несущей частоты, последовательно связаны между собой от первого к последнему (N-му), а последний (N-й) блок когерентного сложения подключен к соответствующему входу соответствующего дополнительного блока когерентного сложения. Каждый из N приемных антенных элементов подключен к соответствующим входам первого и второго дополнительных блоков когерентного сложения. Выходы первого и второго дополнительных блоков когерентного сложения подключены к соответствующим входам первого и второго блоков мажоритарного весового суммирования соответственно. К недостаткам прототипа следует отнести:A spatial diversity reception system is known [4], which, based on most of its essential features, is accepted as a prototype. The spatial diversity reception system for a signal transmitted via a multipath channel comprises a receiving and a transmitting part. The transmitting part comprises a first chain of a series-connected input stage, a message source encoder, a discrete signal adder and a modulator, as well as a carrier frequency generator f 1 , the output of which is connected to the input of the modulator; the receiving part comprises N spatially distributed receiving antenna elements. The second chain in the transmitting part consists of a series-connected input stage, a message source encoder, a discrete signal adder and a modulator, as well as a carrier frequency generator f 2 , the output of which is connected to the input of the modulator, as well as a generator of initial orthogonal codes of the transmitting side, n outputs of which are connected to n inputs of the message source encoder of each chain. The output of the modulator of each chain is connected to the corresponding input of the adder, the output of which is connected through the transmitter to the transmitting antenna. In the receiving section, the spaced receiving antenna elements are installed at a distance from each other greater than ten wavelengths, as well as 2N coherent summation units, 2N threshold devices, 2N orthogonal code decoders, 2N generators of initial orthogonal codes of the receiving side, two majority weight summation units, two additional coherent summation units and two output stages. Each receiving antenna element is connected to two parallel chains of units designed to operate with radio signals of carrier frequency f 1 and f 2 respectively, each of which contains a series-connected coherent summation unit, a threshold device, an orthogonal code decoder, the n outputs of which are connected to the n inputs of the majority weight summation unit. The output of the majority weight summation unit is connected to the input of the output stage, and the output of the output stage is the output of the system. In this case, the corresponding inputs of the orthogonal code decoder are connected to the outputs of the initial orthogonal code generator of the receiving side. The control input of the threshold device is connected to the corresponding output of the majority weight summation block. The coherent summation blocks designed to work with radio signals of one carrier frequency are sequentially connected to each other from the first to the last (N-th), and the last (N-th) coherent summation block is connected to the corresponding input of the corresponding additional coherent summation block. Each of the N receiving antenna elements is connected to the corresponding inputs of the first and second additional coherent summation blocks. The outputs of the first and second additional coherent summation blocks are connected to the corresponding inputs of the first and second majority weight summation blocks, respectively. The disadvantages of the prototype include:
- отсутствует обратный канал связи, необходимый для подтверждения достоверности принятой информации, повышающий помехозащищенность системы радиосвязи;- there is no reverse communication channel, which is necessary to confirm the reliability of the received information, increasing the noise immunity of the radio communication system;
- отсутствует защита от помех, имитирующих истинные сообщения;- there is no protection against interference that imitates genuine messages;
- не используется логическая обработка принятых сообщений по их информационной сущности, что также могло бы повысить помехозащищенность системы радиосвязи;- logical processing of received messages based on their informational essence is not used, which could also increase the noise immunity of the radio communication system;
- отсутствует накопление знаний о «хороших» каналах связи с привязкой к системному времени в определенных зонах обслуживания абонентов и их использование с применением искусственного интеллекта в дальнейших сеансах связи;- there is no accumulation of knowledge about “good” communication channels linked to system time in certain subscriber service areas and their use with the use of artificial intelligence in further communication sessions;
- обработка сигналов в блоках мажоритарного весового суммирования осуществляется без управляемого процессором динамического режима адаптивного изменения параметров связного оборудования и использования их в дальнейшей работе при сеансах связи, без назначения величины веса в ветвях обработки принимаемых сигналов в зависимости от качества канала (величины отношения сигнал/помеха в нем).- signal processing in the majority weight summation blocks is carried out without a processor-controlled dynamic mode of adaptive change of the parameters of the communication equipment and their use in further work during communication sessions, without assigning a weight value in the branches of processing the received signals depending on the quality of the channel (the value of the signal-to-interference ratio in it).
Технической задачей изобретения является повышение помехозащищенности приема дискретной информации в радиолиниях ДКМ диапазона, в том числе защиты от сигналоподобных помех и помех, имитирующих истинные сообщения за счет введения дополнительных процедур: весовой обработки сигналов и формирования опорного сигнала в блоках мажоритарного весового суммирования и корреляционной обработки в блоках когерентного сложения принимаемых сигналов относительно выделенного опорного сигнала в блоках мажоритарного весового суммирования с помощью искусственного интеллекта, хранения и использования знаний, полученных от предыдущих сеансов связи и управляемых процессором приемной стороны соответствующих блоков в динамическом режиме путем непрерывного мониторинга радиочастотного спектра.The technical task of the invention is to increase the noise immunity of the reception of discrete information in radio links of the DCM range, including protection from signal-like interference and interference simulating true messages by introducing additional procedures: weight processing of signals and formation of a reference signal in blocks of majority weight summation and correlation processing in blocks of coherent addition of received signals relative to the selected reference signal in blocks of majority weight summation using artificial intelligence, storage and use of knowledge obtained from previous communication sessions and controlled by the processor of the receiving side of the corresponding blocks in dynamic mode by continuous monitoring of the radio frequency spectrum.
Технический результат достигается тем, что в систему разнесенного приема сигнала, переданного по многолучевому каналу, содержащую прямой канал связи с приемной и передающей сторонами, причем передающая сторона содержит передающую антенну, выход которой является высокочастотным выходом системы, и две параллельные цепочки блоков, рассчитанные на работу с радиосигналами несущей частоты f1 и f2 соответственно, в состав каждой из которых входят входной каскад, подключенный к входу кодера источника сообщений, модулятор, модулирующий вход которого подключен к выходу генератора несущей частоты передающей стороны, а выход - к передатчику, при этом входы входных каскадов являются информационными входами системы, приемная сторона содержит N пространственно разнесенных приемных антенных элементов, каждый из которых подключен к двум параллельным цепочкам блоков, рассчитанных на работу с радиосигналами несущей частоты f1 и f2 соответственно, каждая из которых содержит блок мажоритарного весового суммирования (БМВС), демодулятор, демодулирующий вход которого подключен к выходу генератора несущей частоты приемной стороны, выходной каскад, выход которого является выходом системы, введен обратный канал связи, аналогичный по назначению и структуре прямому каналу связи и состоящий из передающей и приемной сторон, при этом оборудование системы размещено на двух разнесенных за пределы прямой видимости позициях, причем на первой позиции имеется аппаратура передающей стороны прямого канала связи и аппаратура приемной- стороны обратного канала связи, а на второй позиции - аппаратура передающей стороны обратного канала связи и аппаратура приемной стороны прямого канала связи, аппаратура приемной и передающей сторон на каждой позиции соединена между собой двухсторонними связями, аппаратура передающей стороны на каждой позиции имеет два информационных входа и вход/выход управления и контроля, аппаратура приемной стороны на каждой позиции имеет информационный выход и вход/выход управления и контроля, аппаратура передающей и приемной сторон первой позиции соединена по радиоэфиру с аппаратурой приемной и передающей сторон второй позиции соответственно; на приемной стороне дополнительно введены приемник глобальных навигационных спутниковых систем (ГЛОНАСС), подключенный к входу процессора приемной стороны, в каждый блок мажоритарного весового суммирования - элемент искусственного интеллекта для назначения величины веса в ветвях обработки сигналов в зависимости от качества сигнала в канале связи, а в каждую цепочку блоков введены соединенные последовательно высокочастотный фильтр, аналогово-цифровой преобразователь, цифровая линия задержки, блок когерентного сложения сигналов, при этом вход высокочастотного фильтра подключен к соответствующему приемному антенному элементу, все блоки когерентного сложения сигналов, рассчитанные на работу с радиосигналами несущей частоты f1, подключены к соответствующим входам первого блока весовых коэффициентов и выходу первого БМВС, все блоки когерентного сложения сигналов, рассчитанные на работу с радиосигналами несущей частоты f2, подключены к соответствующим входам второго блока весовых коэффициентов и выходу второго БМВС, все аналогово-цифровые преобразователи, рассчитанные на работу с радиосигналами несущей частоты f1, подключены к соответствующим входам первого БМВС, все аналогово-цифровые преобразователи, рассчитанные на работу с радиосигналами несущей частоты f2, подключены к соответствующим входам второго БМВС, блоки весовых коэффициентов, управляемые процессором приемной стороны по данным блока мониторинга радиочастотного спектра, через сумматор подключены к последовательно соединенным пороговому устройству, величина порога в котором устанавливается подключенным к его входу формирователем порога с помощью процессора приемной стороны, и блоку цифровой обработки сигналов, состоящему из последовательно соединенных эквалайзера, демодулятора, деперемежителя, декодера, выход блока цифровой обработки сигналов через логическую -схему соединен с входом выходного каскада, все аналогово-цифровые преобразователи соединены с соответствующими входами блока мониторинга радиочастотного спектра, выход которого подключен к входу процессора приемной стороны, причем выходы управления и входы контроля процессора приемной стороны подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам всех узлов на приемной стороне; на передающей стороне дополнительно введен приемник ГЛОНАСС, подключенный к входу процессора передающей стороны, а в каждую цепочку блоков введены блок формирования радиосигналов, вход которого подключен к входному каскаду, а выход - к передатчику, и антенное согласующее устройство, вход которого подключен к передатчику, а выход - к передающей антенне, при этом блок формирования радиосигналов включает последовательно соединенные кодер источника сообщений, перемежитель и модулятор, выходы управления и входы контроля процессора передающей стороны подключены двухсторонними связями к соответствующим входам/выходам всех узлов на передающей стороне; кроме того процессоры приемной и передающей сторон на одной позиции соединены между собой двухсторонними связями, а количество оборудования приемных и передающих сторон на одной позиции выбирается в зависимости от количества обслуживаемых абонентов, числа выполняемых задач и оперативности их выполнения.The technical result is achieved in that in a system for the diversity reception of a signal transmitted over a multipath channel, comprising a direct communication channel with the receiving and transmitting sides, wherein the transmitting side comprises a transmitting antenna, the output of which is a high-frequency output of the system, and two parallel chains of blocks designed to operate with radio signals of carrier frequency f 1 and f 2 respectively, each of which includes an input stage connected to the input of the message source encoder, a modulator, the modulating input of which is connected to the output of the carrier frequency generator of the transmitting side, and the output is connected to the transmitter, wherein the inputs of the input stages are information inputs of the system, the receiving side comprises N spatially spaced receiving antenna elements, each of which is connected to two parallel chains of blocks designed to operate with radio signals of carrier frequency f 1 and f 2 respectively, each of which comprises a majority weight summation (MWS) block, a demodulator, the demodulating input of which is connected to the output of the carrier frequency generator the receiving side, the output stage of which is the output of the system, a reverse communication channel is introduced, similar in purpose and structure to the forward communication channel and consisting of a transmitting and receiving side, wherein the system equipment is located at two positions spaced apart beyond the line of sight, wherein at the first position there is equipment of the transmitting side of the forward communication channel and equipment of the receiving side of the reverse communication channel, and at the second position there is equipment of the transmitting side of the reverse communication channel and equipment of the receiving side of the forward communication channel, the equipment of the receiving and transmitting sides at each position are connected to each other by two-way links, the equipment of the transmitting side at each position has two information inputs and a control and monitoring input/output, the equipment of the receiving side at each position has an information output and a control and monitoring input/output, the equipment of the transmitting and receiving sides of the first position is connected via radio air with the equipment of the receiving and transmitting sides of the second position, respectively; on the receiving side, a global navigation satellite system (GLONASS) receiver is additionally introduced, connected to the input of the receiving side processor, in each majority weight summation block - an artificial intelligence element for assigning a weight value in the signal processing branches depending on the quality of the signal in the communication channel, and in each chain of blocks, a high-frequency filter, an analog-to-digital converter, a digital delay line, a coherent signal summation block are introduced, connected in series, wherein the input of the high-frequency filter is connected to the corresponding receiving antenna element, all coherent signal summation blocks designed to work with radio signals of carrier frequency f 1 are connected to the corresponding inputs of the first weighting coefficient block and the output of the first BMCS, all coherent signal summation blocks designed to work with radio signals of carrier frequency f 2 are connected to the corresponding inputs of the second weighting coefficient block and the output of the second BMCS, all analog-to-digital converters designed to work with radio signals of carrier frequency f 1 , are connected to the corresponding inputs of the first BMCS, all analog-to-digital converters designed to work with radio signals of carrier frequency f 2 , are connected to the corresponding inputs of the second BMCS, the weighting coefficient blocks controlled by the processor of the receiving side according to the data of the radio frequency spectrum monitoring block, are connected through an adder to a series-connected threshold device, the threshold value in which is set by a threshold former connected to its input using the processor of the receiving side, and a digital signal processing block consisting of a series-connected equalizer, demodulator, deinterleaver, decoder, the output of the digital signal processing block is connected through a logical circuit to the input of the output stage, all analog-to-digital converters are connected to the corresponding inputs of the radio frequency spectrum monitoring block, the output of which is connected to the input of the processor of the receiving side, wherein the control outputs and monitoring inputs of the processor of the receiving side are connected by two-way links to the corresponding inputs/outputs of all nodes on the receiving side; on the transmitting side, a GLONASS receiver is additionally introduced, connected to the input of the processor of the transmitting side, and in each chain of blocks, a radio signal generation unit is introduced, the input of which is connected to the input stage, and the output is connected to the transmitter, and an antenna matching device, the input of which is connected to the transmitter, and the output is connected to the transmitting antenna, wherein the radio signal generation unit includes a serially connected message source encoder, an interleaver and a modulator, the control outputs and monitoring inputs of the processor of the transmitting side are connected by two-way links to the corresponding inputs/outputs of all nodes on the transmitting side; in addition, the processors of the receiving and transmitting sides at one position are connected to each other by two-way links, and the number of equipment of the receiving and transmitting sides at one position is selected depending on the number of subscribers being served, the number of tasks being performed and the efficiency of their execution.
Сущность изобретения поясняется фигурами. На фиг. 1 показана схема обмена данными между двумя разнесенными за горизонт позициями, на фиг. 2 - структурная схема передающей стороны, на фиг. 3 - структурная схема приемной стороны, на фиг. 4 - схема цифровой взвешенной обработки принимаемых сигналов в блоках мажоритарного весового суммирования, на фиг. 5 - структурная схема блока формирования радиосигналов передающей стороны, на фиг. 6 -структурная схема блока цифровой обработки сигналов приемной стороны.The essence of the invention is explained by the figures. Fig. 1 shows a data exchange diagram between two positions spaced apart beyond the horizon, Fig. 2 is a structural diagram of the transmitting side, Fig. 3 is a structural diagram of the receiving side, Fig. 4 is a diagram of digital weighted processing of received signals in blocks of majority weight summation, Fig. 5 is a structural diagram of the block for generating radio signals of the transmitting side, Fig. 6 is a structural diagram of the block for digital processing of signals of the receiving side.
На фигурах введены обозначения:The following symbols are introduced on the figures:
Радиоэфир - среда распространения радиоволн (ионосфера);Radio ether is the environment for the propagation of radio waves (ionosphere);
Bx.1п, Вх.2п (Вх.1о, Вх.2о) - первый и второй входы аппаратуры передающей стороны прямого (обратного) канала связи;Bx. 1п , Вх. 2п (Вх. 1о , Вх. 2о ) - the first and second inputs of the equipment of the transmitting side of the direct (reverse) communication channel;
Вход/выход 1п, (Вход/выход 1о) - вход/выход управления и контроля аппаратуры приемной стороны прямого (обратного) канала связи;Input/output 1 p , (Input/output 1 o ) - input/output for control and monitoring of the equipment of the receiving side of the direct (reverse) communication channel;
Вход/выход 2п, (Вход/выход 2о) - вход/выход управления и контроля аппаратуры передающей стороны прямого (обратного) канала связи;Input/output 2 p , (Input/output 2 o ) - input/output for control and monitoring of the equipment of the transmitting side of the direct (reverse) communication channel;
Выходп (Выходо) - информационный выход аппаратуры приемной стороны прямого (обратного) канала связи;Output p (Output o ) - information output of the equipment of the receiving side of the direct (reverse) communication channel;
ВК - входной каскад;I/C - input stage;
БФРС - блок формирования радиосигналов (объединяет модули, выполняющие стандартные процедуры: помехоустойчивого кодирования, перемежения, модуляции [5-7]);BFRS - radio signal generation unit (combines modules that perform standard procedures: noise-resistant coding, interleaving, modulation [5-7]);
КОД - кодер источника сообщений (помехоустойчивый);CODE - message source coder (noise-immune);
П - перемежитель;P - interleaver;
М - модулятор;M - modulator;
ГНЧ - генератор несущей частоты;LFO - carrier frequency generator;
ПД - передатчик;PD - transmitter;
АСУ - антенное согласующее устройство;ASU - antenna matching device;
А - передающая антенна;A - transmitting antenna;
ППД - процессор передающей стороны с входом/выходом 2 для загрузки планов связи и организации тестового контроля;PPD - a transmitting side processor with input/output 2 for loading communication plans and organizing test control;
ПДС - параллельное дополнительное оборудование передающей стороны, работающее на одной позиции (для увеличения числа передающих каналов);PDS - parallel additional equipment of the transmitting side, operating in one position (to increase the number of transmitting channels);
Aj - приемные антенные элементы (j = 1, 2, …, N);A j - receiving antenna elements (j = 1, 2, …, N);
БМВС - блок мажоритарного весового суммирования;BMWS - majority weight summation block;
Ф - высокочастотный фильтр заданного для работы диапазона частот (преселектор);F - high-pass filter of the specified frequency range for operation (preselector);
АЦП - аналогово-цифровой преобразователь;ADC - analog-to-digital converter;
ЦЛЗ - цифровая линия задержки;DLZ - digital delay line;
К - блок когерентного сложения, выполняющий функции, аналогичные процедурам коррелятора;K is a coherent addition block that performs functions similar to the correlator procedures;
В - блок весовых коэффициентов, регулируемых процессором;B - a block of weighting coefficients regulated by the processor;
Сумматор - сумматор дискретных сигналов;Adder - adder of discrete signals;
ПУ - пороговое устройство;PU - threshold device;
ФП - формирователь порога;FP - threshold generator;
Процессор - процессор приемной стороны с входом/выходом 1 для загрузки планов связи и организации тестового контроля;Processor - a receiving side processor with input/output 1 for loading communication plans and organizing test control;
ГЛОНАСС - приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем, одинаковый как для передающей, так и для приемной сторон;GLONASS is a receiver of signals from global navigation satellite systems, the same for both the transmitting and receiving sides;
БЦОС - блок цифровой обработки сигналов объединяет модули, выполняющие стандартные процедуры: эквализации, демодуляции, деперемежения, помехоустойчивого декодирования [5-7];BCOS - a digital signal processing unit combines modules that perform standard procedures: equalization, demodulation, deinterleaving, noise-immune decoding [5-7];
Вых. К - выходной каскад, формирующий выходное сообщение;Out. K - output stage that generates the output message;
БМ - блок мониторинга радиочастотного спектра;BM - radio frequency spectrum monitoring unit;
Выходп (Выходп) - выход прямого (обратного) канала связи системы;Output p (Output p ) - output of the direct (reverse) communication channel of the system;
- процедура суммирования; - summation procedure;
ПУн - пороговое устройство нейрона;PU n - threshold device of a neuron;
ФПн - формирователь порога в нейроне (процедура выполняется программно с помощью процессора на основании данных блока мониторинга радиочастотного спектра);FP n - threshold generator in a neuron (the procedure is performed programmatically using a processor based on data from the radio frequency spectrum monitoring unit);
Нейрон - устройство для весовой обработки сигналов с помощью искусственного интеллекта;Neuron is a device for weighted signal processing using artificial intelligence;
ДМ - демодулятор;DM - demodulator;
ЭКВ - эквалайзер;EQ - equalizer;
ДП - деперемежитель;DP - deinterleaver;
ДК-декодер (помехоустойчивый);DK decoder (noise-immune);
Логическая схема - устройство дополнительной обработки информации с помощью оценки возможности выполнения дальнейших действий по поступившей вновь команде.A logical circuit is a device for additional information processing using an assessment of the possibility of performing further actions based on a newly received command.
Предлагаемая система радиосвязи обеспечивает повышение помехозащищенности передачи информации за счет разнесенных передачи и приема сигналов, переданных на разных частотах с разнесенных сторон (радиоцентров) по многолучевому каналу в ДКМ диапазоне. Достижение технического результата обеспечивается выполнением следующих процедур:The proposed radio communication system ensures increased noise immunity of information transmission due to spaced transmission and reception of signals transmitted at different frequencies from spaced sides (radio centers) via a multi-beam channel in the DCM range. The technical result is achieved by performing the following procedures:
- организация работы в симплексном режиме;- organization of work in simplex mode;
- разнесение радиосигналов по пространству, частоте и времени;- distribution of radio signals in space, frequency and time;
- введение в процессоры передающей и приемной сторон планов связи и полета, адресов источников и получателей информации, алгоритма псевдослучайного изменения частоты и выделенных слотов для передачи информации во времени и других процедур;- introduction into the processors of the transmitting and receiving sides of communication and flight plans, addresses of sources and recipients of information, an algorithm for pseudo-random frequency change and allocated slots for transmitting information over time and other procedures;
- организация у абонентов единого системного времени;- organization of a single system time among subscribers;
- наличие датчиков местоположения абонентов;- availability of subscriber location sensors;
- сокращение избыточности информации - формализация передаваемых сообщений;- reduction of information redundancy - formalization of transmitted messages;
- наличие единого протокола обмена данными;- the presence of a single data exchange protocol;
- осуществление непрерывного мониторинга радиочастотного спектра.- implementation of continuous monitoring of the radio frequency spectrum.
Система разнесенного приема сигнала, переданного по многолучевому каналу, состоит из прямого канала связи, которой содержит соединенные по эфиру приемную и передающую части, и обратного канала связи, аналогичного по структуре прямому каналу связи, содержащего также соединенные по эфиру приемную и передающую части. Первая позиция системы состоит из передающей части прямого канала связи и принимающей части обратного канала связи, а вторая позиция системы состоит из принимающей части прямого канала связи и передающей части обратного канала связи. Передающие и принимающие части прямого и обратного каналов связи имеют одинаковый состав и структуру. Процессоры передающей и приемной частей на одной позиции соединены между собой двухсторонними связями (фиг. 1).The system of diversity reception of a signal transmitted via a multipath channel consists of a forward communication channel, which contains receiving and transmitting parts connected via the air, and a return communication channel, similar in structure to the forward communication channel, which also contains receiving and transmitting parts connected via the air. The first position of the system consists of the transmitting part of the forward communication channel and the receiving part of the return communication channel, and the second position of the system consists of the receiving part of the forward communication channel and the transmitting part of the return communication channel. The transmitting and receiving parts of the forward and return communication channels have the same composition and structure. The processors of the transmitting and receiving parts at one position are connected to each other by two-way links (Fig. 1).
На передающей стороне в цифровом блоке БФРС формирования радиосигналов с помощью соединенных последовательно блоков осуществляются известные процедуры преобразования сигналов: помехоустойчивого кодирования, перемежения, модуляции [5-7]. На приемной стороне в блоке БЦОС цифровой обработки сигналов с помощью соединенных последовательно блоков осуществляются известные процедуры: эквализации, демодуляции, деперемежения, помехоустойчивого декодирования, а в выходном каскаде Вых. К - согласование формы выходных сообщений с формой, требуемой получателем информации.On the transmitting side, in the digital block of the BFRS for generating radio signals, the following known signal conversion procedures are carried out using sequentially connected blocks: noise-immune coding, interleaving, modulation [5-7]. On the receiving side, in the BCOS block of digital signal processing, the following known procedures are carried out using sequentially connected blocks: equalization, demodulation, de-interleaving, noise-immune decoding, and in the output stage of the Vych. K, the form of output messages is matched with the form required by the recipient of the information.
Система разнесенного приема сигнала, переданного по многолучевому каналу, работает следующим образом. Для повышения помехозащищенности на входные каскады BKi и ВК2 подается одновременно одно и то же сообщение в форме дискретной информации для передачи информации на двух несущих частотах f1 и f2 или в другом режиме два различных сигнала (фиг. 2). Это зависит от заданного режима работы во входных каскадах, например, все ресурсы системы используются для передачи только одного сообщения для обеспечения высокой достоверности приема информации или ресурсы системы используются для двух сообщений. Могут существовать и другие режимы, представляющие собой комбинации упомянутых выше режимов при наращивании оборудования передающих сторон.The system of diversity reception of a signal transmitted via a multipath channel operates as follows. To increase noise immunity, the same message in the form of discrete information is simultaneously fed to the input stages BKi and BK2 for transmitting information on two carrier frequencies f 1 and f 2 or, in another mode, two different signals (Fig. 2). This depends on the specified operating mode in the input stages, for example, all system resources are used to transmit only one message to ensure high reliability of information reception or the system resources are used for two messages. There may also be other modes that are combinations of the above-mentioned modes when expanding the equipment of the transmitting sides.
Затем дискретная информация подается на входы цифровых блоков формирователей радиосигналов БФРС1 и БФРС2, работающих с радиосигналами на несущих частотах f1 и f2 соответственно. В каждом цифровом блоке БФРС1 и БФРС2 дискретная информация после последовательных процедур помехоустойчивого кодирования в кодере КОД источника сообщений, перемежения в перемежителе П, поступает на модулятор М, где преобразуется в радиосигнал с помощью напряжения с генератора несущей частоты ГНЧ, подаваемого на модулирующий вход (фиг. 5).Then the discrete information is fed to the inputs of the digital blocks of the radio signal generators BFRS 1 and BFRS 2 , working with radio signals at carrier frequencies f 1 and f 2 , respectively. In each digital block BFRS 1 and BFRS 2 , the discrete information, after successive procedures of noise-resistant coding in the coder KOD of the message source, interleaving in the interleaver P, is fed to the modulator M, where it is converted into a radio signal using the voltage from the carrier frequency generator LFO, fed to the modulating input (Fig. 5).
Для кодирования могут быть выбраны, например, турбокоды, потому что это первые практические коды, близко приближающиеся к максимальной пропускной способности канала или пределу Шеннона, теоретическому максимуму для кодовой скорости, при которой надежная связь все еще возможна при определенном уровне шума [8].Turbo codes may be chosen for coding, for example, because they are the first practical codes that closely approach the maximum channel capacity or Shannon limit, the theoretical maximum for a code rate at which reliable communication is still possible at a given noise level [8].
Перемежитель П, например, выполненный в виде перемежителя Форни, реализованный посредством DDR-памяти, предназначен для борьбы с пакетированием ошибок путем разнесения (перемешивания) во времени символов передаваемой последовательности при передаче и восстановления ее исходной структуры в деперемежителе ДП на приемной стороне [9]. Благодаря перемежению на входе декодера ДК ошибки равномерно распределяются во времени, образуя поток независимых (одиночных) ошибок, устраняемых декодером.The interleaver P, for example, implemented as a Forney interleaver, implemented by means of DDR memory, is intended to combat error packing by spreading (mixing) the symbols of the transmitted sequence in time during transmission and restoring its original structure in the de-interleaver DP on the receiving side [9]. Due to the interleaving at the input of the decoder DK, the errors are uniformly distributed in time, forming a stream of independent (single) errors eliminated by the decoder.
В модуляторе М целесообразнее использовать, например, модуляцию типа FQPSK, так как она имеет наилучшие характеристики по спектральной эффективности среди модуляций с нелинейным усилением и квадратурной фазовой модуляцией SR-FQPSK (модуляция Феера) [10].In the M modulator, it is more appropriate to use, for example, FQPSK type modulation, since it has the best characteristics in terms of spectral efficiency among modulations with nonlinear amplification and quadrature phase modulation SR-FQPSK (Feher modulation) [10].
Затем радиосигналы с несущей частотой f1 и f2 подаются на соответствующие передатчики ПД1 и ПД2, фильтруются для снижения внеполосных помех, усиливаются по мощности и с помощью соответствующих передающих антенн A1 и А2 излучаются в радиоэфир (фиг. 2).Then radio signals with carrier frequency f 1 and f 2 are fed to the corresponding transmitters PD 1 and PD 2 , filtered to reduce out-of-band interference, amplified in power and, using the corresponding transmitting antennas A 1 and A 2, emitted into the radio air (Fig. 2).
На приемной стороне радиосигналы поступают на N разнесенных в пространстве антенных элементов Aj, где j = 1, 2, …, N (фиг. 3). Пространственное разнесение антенных элементов Aj должно быть таким, чтобы принимаемые радиосигналы были не коррелированы между собой [4-8]. Поэтому в электромагнитном поле индуцируются некоррелированные напряжения принимаемых радиосигналов с различными фазами. Коэффициент корреляции между напряжениями, индуцированными в антенных элементах Aj, зависит от отношения амплитуд лучей и разности фаз между напряжениями, индуцированными радиоволнами в антенном элементе, длины трассы, высоты отражающих ионосферных слоев, рабочей частоты канала и других параметров. Формулы для определения коэффициента корреляции приведены в патенте РФ на изобретение №2075832 [3].At the receiving end, radio signals arrive at N spatially separated antenna elements A j , where j = 1, 2, …, N (Fig. 3). The spatial separation of the antenna elements A j must be such that the received radio signals are not correlated with each other [4-8]. Therefore, uncorrelated voltages of the received radio signals with different phases are induced in the electromagnetic field. The correlation coefficient between the voltages induced in the antenna elements A j depends on the ratio of the beam amplitudes and the phase difference between the voltages induced by the radio waves in the antenna element, the length of the path, the height of the reflecting ionospheric layers, the operating frequency of the channel, and other parameters. Formulas for determining the correlation coefficient are given in the Russian Federation patent for invention No. 2075832 [3].
С антенных элементов A1 - An радиосигналы с несущей частотой f1 поступают на вход высокочастотных фильтров Фа - ФаN, выполняющих роль преселектора [11] для устранения спектральных составляющих сигналов и помех, не входящих в рабочий диапазон частот системы радиосвязи. Затем радиосигналы с помощью аналогово-цифровых преобразователей АЦПа - АЦПаN преобразуются в цифровые, задерживаются в цифровых линий задержки ЦЛЗа - ЦЛЗаN, для совмещения во времени сообщений с пространственно разнесенных антенных элементов с учетом времени обработки информации в BMBC1 для совпадения ее по времени в блоках Ка - КаN когерентного сложения с опорным сигналом с выхода БМВС1. В блоках когерентного сложения выполняются функции, аналогичные процедурам коррелятора при приеме полностью известного сигнала [12], дающие выигрыш не менее 3 дБ. За счет корреляционной обработки в N канальных блоках когерентного сложения спектральные плотности помех и шума при умножении на копии исходных сигналов расширяются. В результате корреляции в полосе частот каждого канала мощности помех и шума ослаблены в соответствии с величиной базы сигнала и за счет этого происходит увеличение отношения сигнал/шум [6, 12], а, следовательно, и помехозащищенности системы.From antenna elements A 1 - A n radio signals with carrier frequency f 1 are fed to the input of high-frequency filters F a - F aN , which act as a preselector [11] to eliminate spectral components of signals and interference that are not included in the operating frequency range of the radio communication system. Then, using analog-to-digital converters ADC a - ADC aN , the radio signals are converted into digital signals and delayed in digital delay lines DLZ a - DLZ aN , to combine in time the messages from spatially separated antenna elements, taking into account the information processing time in BMBC 1 to coincide with the reference signal from the output of BMBC 1 in coherent summation blocks K a - K aN . In the coherent summation blocks, functions similar to the correlator procedures are performed when receiving a completely known signal [12], giving a gain of at least 3 dB. Due to correlation processing in N-channel coherent addition blocks, the spectral densities of interference and noise are expanded when multiplied by copies of the original signals. As a result of correlation in the frequency band of each channel, the powers of interference and noise are weakened in accordance with the value of the signal base and due to this, the signal/noise ratio increases [6, 12], and, consequently, the noise immunity of the system.
Затем сигналы поступают на входы блока Ва регулируемых Процессором приемной стороны весовых коэффициентов в зависимости от качества канала связи (величины отношения сигнал/шум, измеренной в блоке БМ мониторинга).Then the signals are sent to the inputs of block B and the weighting factors are adjusted by the Processor of the receiving side depending on the quality of the communication channel (the value of the signal-to-noise ratio measured in the BM monitoring block).
Сигналы с N выходов блока Ва весовых коэффициентов подаются на входы Сумматора дискретных сигналов, где объединяются и поступают на вход порогового устройства ПУ, управляемого Процессором приемной стороны и связанного с формирователем порога ФП. Программа обработки сигналов задается в процессор по входу/выходу для загрузки планов связи и другой информации, а также для организации тестового контроля оборудования.Signals from N outputs of the B block and weighting coefficients are fed to the inputs of the Discrete Signal Adder, where they are combined and fed to the input of the threshold device PU, controlled by the Processor of the receiving side and connected to the threshold generator FP. The signal processing program is set in the processor by input/output for loading communication plans and other information, as well as for organizing test control of the equipment.
Аналогичным образом осуществляется обработка сигналов с несущей частотой f2. Сигналы с N выходов блока Вб весовых коэффициентов также подаются на вход Сумматора дискретных сигналов, где объединяются и совместно с обработанными сигналами с несущей частотой f1 поступают на вход порогового устройства ПУ. В случае превышения порога фиксируется «единица», в противном случае - «нуль».Signals with carrier frequency f 2 are processed in a similar manner. Signals from N outputs of the weighting coefficient block Vb are also fed to the input of the discrete signal adder, where they are combined and, together with processed signals with carrier frequency f 1 , are fed to the input of the threshold device PU. If the threshold is exceeded, "one" is recorded, otherwise - "zero".
Узлы Ва, Вб, Сумматор, ПУ, ФП также имеют структуру Нейрона [13, 14], поэтому они имеют то же назначение и обладают теми же преимуществами, что и одноименные узлы в блоках БМВС мажоритарного весового суммирования. С выхода ПУ сигналы поступают через блок БЦОС цифровой обработки сигналов на Логическую схему.The nodes B a , B b , Adder, PU, FP also have the structure of a Neuron [13, 14], therefore they have the same purpose and have the same advantages as the nodes of the same name in the blocks of the BMWS of majority weight summation. From the output of the PU, signals are sent through the block of the digital signal processing BCOS to the Logical circuit.
Блок БЦОС цифровой обработки сигналов состоит из последовательно соединенных эквалайзера, демодулятора, деперемежителя, декодера, выход которого соединен с входом логической схемы, выход которой соединен с входом выходного каскада (фиг. 6, 3).The digital signal processing block of the BCOS consists of a series-connected equalizer, demodulator, deinterleaver, decoder, the output of which is connected to the input of the logic circuit, the output of which is connected to the input of the output stage (Fig. 6, 3).
Алгоритм работы эквалайзера может быть основан, например, на методе использования нейронной сети, на вход которой поступает принятый сигнал. Если предположить, что был передан блок данных из N символов, то необходимо N нейронов, выход каждого из которых будет являться мягким решением по символу, номер которого соответствует номеру нейрона [15].The equalizer's operation algorithm can be based, for example, on the method of using a neural network, to the input of which the received signal is sent. If we assume that a block of data of N symbols has been transmitted, then N neurons are required, the output of each of which will be a soft decision for the symbol whose number corresponds to the neuron number [15].
Процедура обработки сообщений в Логической схеме основана на исключении сообщений, последовательность выполнения которых выходит за рамки алгоритма работы системы. Примером может быть сообщение на увеличение скорости передачи информации, хотя в канале связи присутствуют помехи (на выходе блока мониторинга наблюдается малое отношение сигнал/шум). Защита от сигналоподобных помех обеспечивается программными средствами с помощью определения признаков достоверности принятой информации логически, например, по следующим характеристикам:The procedure for processing messages in the Logical Scheme is based on the exclusion of messages whose execution sequence is beyond the scope of the system operation algorithm. An example may be a message to increase the speed of information transfer, although there is interference in the communication channel (a low signal-to-noise ratio is observed at the output of the monitoring unit). Protection from signal-like interference is provided by software tools by determining the reliability features of the received information logically, for example, according to the following characteristics:
- по адресам источника сообщений и получателя информации;- by the addresses of the source of messages and the recipient of information;
- по последовательности поступления команд управления;- according to the sequence of receipt of control commands;
- по типу сообщения;- by message type;
- по длительности сообщения и его временному положению по отношению к системному времени;- by the duration of the message and its time position in relation to the system time;
- по наличию имитовставки в определенной временной позиции;- by the presence of a imitation insert in a certain time position;
- по местоположению абонента и сравнению его с предыдущим местоположением- by the subscriber's location and comparing it with the previous location
и другим признакам.and other signs.
С выхода Логической схемы сигналы поступают на выходной каскад Вых. К, выход которого является выходом прямого или обратного каналов системы радиосвязи.From the output of the Logical Circuit, signals are sent to the output stage Out. K, the output of which is the output of the forward or reverse channels of the radio communication system.
Дискретные сигналы с выходов аналогово-цифровых преобразователей АЦПа - АЦПаN и АЦПб - АЦПбN подаются также на входы блоков БМВС1 и БМВС2 соответственно для мажоритарного весового суммирования, где с помощью процедуры обработки, аналогичной, осуществляемой в Нейроне [13], формируется опорный сигнал. Формируемый на выходе блоков БМВС1 и БМВС2 мажоритарного весового суммирования опорный сигнал после весовой обработки радиосигналов, принятых по разнесенным антеннам, становится аналогичным переданному с передающей стороны на основании теоремы из теории вероятности: «Вероятность суммы событий равна сумме вероятностей несовместных событий» [16], где под несовместными событиями подразумеваются не коррелированные сигналы с несущей частотой f1 и f2 с выходов антенных элементов A1 - AN. Уровень порога изменяется в блоках БМВС1 и БМВС2 мажоритарного весового суммирования в зависимости от результатов оценки достоверности принятой информации в Процессоре приемной стороны (фиг. 3).Discrete signals from the outputs of the analog-to-digital converters ADC a - ADC aN and ADC b - ADC bN are also fed to the inputs of the blocks BMWS 1 and BMWS 2 , respectively, for majority weight summation, where a reference signal is formed using a processing procedure similar to that carried out in Neuron [13]. The reference signal formed at the output of the blocks BMWS 1 and BMWS 2 for majority weight summation after weight processing of the radio signals received via spaced antennas becomes similar to that transmitted from the transmitting side based on the theorem from probability theory: “The probability of the sum of events is equal to the sum of the probabilities of mutually exclusive events” [16], where mutually exclusive events are understood to be uncorrelated signals with a carrier frequency f 1 and f 2 from the outputs of the antenna elements A 1 - A N . The threshold level changes in the blocks BMWS 1 and BMWS 2 of the majority weight summation depending on the results of the assessment of the reliability of the received information in the Processor of the receiving side (Fig. 3).
Для повышения помехозащищенности на передающей стороне формируются короткие блоки информации в передаваемом сообщении, например, длиной 8-10 знаков при скорости обработки 500 бит/с [5-7]. Такая длина блока соответствует периоду квазистационарности канала ДКМ диапазона и может быть обеспечена при замене передаваемой информации короткими формализованными сообщениями, как это осуществлено при обмене данными по линии «диспетчер-пилот» в гражданской авиации (режим CPDLC) - двоичным кодом [17]. По результатам оценки достоверности, например, по максимальному числу безошибочно принятых знаков дискретной информации, величине отношения сигнал/шум на выходе блока БМ мониторинга (вероятности ошибочного приема) в Процессоре приемной стороны принимается решение о назначении информации приемного канала соответствующего веса (фиг. 4).In order to increase noise immunity on the transmitting side, short blocks of information are formed in the transmitted message, for example, 8-10 characters long at a processing speed of 500 bit/s [5-7]. Such a block length corresponds to the period of quasi-stationarity of the DCM channel range and can be ensured by replacing the transmitted information with short formalized messages, as is done in the data exchange along the "dispatcher-pilot" line in civil aviation (CPDLC mode) - binary code [17]. Based on the results of the reliability assessment, for example, by the maximum number of error-free received characters of discrete information, the value of the signal-to-noise ratio at the output of the BM monitoring unit (the probability of erroneous reception) in the receiving side Processor, a decision is made to assign the information of the receiving channel of the corresponding weight (Fig. 4).
При этом каналы с числом ошибок, превышающим определенную величину, заданную с помощью Процессора приемной стороны в блоках весовых коэффициентов, получают вес «0» и принятые по ним сигналы в дальнейших процессах не участвуют [13]. Сигналы в каналах с числом ошибок, не превышающим заданную величину в пороговом устройстве ПУ, подвергаются дискретному мажоритарному весовому сложению, результат которого сравнивается с пороговым значением. Поэтому на вход блока БЦОС цифровой обработки сигналов подается только достоверная информация.In this case, channels with the number of errors exceeding a certain value specified by the Receiver Processor in the weight coefficient blocks receive the weight "0" and the signals received on them do not participate in further processes [13]. Signals in channels with the number of errors not exceeding a specified value in the threshold device PU are subject to discrete majority weight addition, the result of which is compared with the threshold value. Therefore, only reliable information is fed to the input of the BCOS digital signal processing block.
Для оперативного решения задачи формирования опорного сигнала в динамическом режиме лучшим вариантом является использование искусственных нейронных сетей, которые, благодаря своей способности к обучению и самообучению, позволяют решать широкий спектр задач. Искусственная нейронная сеть представляет собой совокупность линейных или нелинейных искусственных нейронов, соединенных между собой посредством весовых коэффициентов [13, 18]. Процедура обработки сигналов в блоках БМВС1 и БМВС2 соответствует процессу обработки сигналов в модели искусственного нейрона (фиг. 4). Математически искусственный нейрон описывается взвешенной суммой входных значений обрабатываемых величин, подвергаемых затем процедуре активации, которая заключается в сравнении входного сигнала с заданным порогом (ячейка нейрона). Простейшая функция активации - функция единичного скачка или функция Хевисайда [13]. Один из возможных вариантов назначения веса в зависимости от качества канала связи ДКМ диапазона, характеризующегося вероятностью ошибочного приема, приведен в таблице.For the prompt solution of the problem of generating a reference signal in dynamic mode, the best option is to use artificial neural networks, which, due to their ability to learn and self-learn, allow solving a wide range of problems. An artificial neural network is a set of linear or nonlinear artificial neurons connected to each other by means of weighting coefficients [13, 18]. The signal processing procedure in the blocks BMNS 1 and BMNS 2 corresponds to the signal processing process in the artificial neuron model (Fig. 4). Mathematically, an artificial neuron is described by a weighted sum of the input values of the processed quantities, which are then subjected to an activation procedure, which consists of comparing the input signal with a given threshold (neuron cell). The simplest activation function is the unit jump function or the Heaviside function [13]. One of the possible options for assigning a weight depending on the quality of the communication channel of the DCM range, characterized by the probability of erroneous reception, is given in the table.
Антенное согласующее устройство АСУ предназначено для согласования выходного сопротивления передатчика с входным сопротивлением передающей антенны в любой рабочей точке системы радиосвязи с помощью управляющих сигналов процессора ППД передающей стороны, уменьшая коэффициент стоячей волны, увеличивая излучаемую мощность и, тем самым, повышая помехозащищенность [19].The antenna matching device of the ACS is designed to match the output impedance of the transmitter with the input impedance of the transmitting antenna at any operating point of the radio communication system using control signals from the PPD processor of the transmitting side, reducing the standing wave ratio, increasing the radiated power and, thereby, increasing noise immunity [19].
Обратный канал связи необходим для подтверждения достоверности принятой информации, что важно для передающей стороны, так как в этом случае не потребуется повторная передача сообщения. Введение процедуры информационной обратной связи повышает помехозащищенность системы радиосвязи [7].The reverse communication channel is necessary to confirm the reliability of the received information, which is important for the transmitting party, since in this case there is no need to retransmit the message. The introduction of the information feedback procedure increases the noise immunity of the radio communication system [7].
После окончания очередного сеанса связи осуществляется накопление в памяти Процессора приемной стороны знаний о параметрах «хороших» каналов связи с привязкой к текущей обстановке и к системному времени в определенных зонах обслуживания абонентов для их использования с применением искусственного интеллекта в дальнейших сеансах связи. К таким параметрам можно отнести: время суток и время года, местоположение абонентов, рабочая частота канала, интенсивность солнечного излучения (число Вольфа), длительность сеанса и другие.After the end of the next communication session, the memory of the receiving side Processor accumulates knowledge about the parameters of "good" communication channels with reference to the current situation and to the system time in certain subscriber service zones for their use with the use of artificial intelligence in further communication sessions. Such parameters include: time of day and time of year, location of subscribers, operating frequency of the channel, intensity of solar radiation (Wolf number), duration of the session, etc.
Дополнительно, помехозащищенность реализуется с помощью процедур в Процессоре приемной стороны за счет ухода от пораженных частот в реальном времени путем анализа качества канала на частотах при мониторинге радиочастотного спектра и временного автоматического исключения их из таблицы перестроек. Такой подход позволяет работать при помехах любой мощности, не блокирующих прием радиосигналов.Additionally, noise immunity is implemented using procedures in the receiving side Processor by avoiding affected frequencies in real time by analyzing the channel quality at frequencies during radio frequency spectrum monitoring and temporarily automatically excluding them from the reconfiguration table. This approach allows operation with interference of any power that does not block radio signal reception.
Параллельное дополнительное оборудование ПДС передающей стороны, необходимо для увеличения числа передающих каналов на одной позиции, работающих на разных частотах, чем обеспечивается пространственное и частотное разнесение каналов, которое позволяет дополнительно повысить помехозащищенность и надежность ДКМ связи.Parallel additional equipment of the transmitting side PDS is necessary to increase the number of transmitting channels at one position, operating at different frequencies, which ensures spatial and frequency separation of channels, which allows for additional improvement of noise immunity and reliability of the DCM communication.
Узлы и блоки системы могут быть реализованы программно и на современных серийных аппаратно-программных средствах и серийных интегральных схемах по технологии «программируемое радио» (SDR). Например, АЦП - на микросхеме 5101НВ045 [20]. Процессоры передающей и приемной сторон могут быть реализованы на аппаратной платформе, выполненной на базе отечественного процессора Elbrus 8С 1550 [21].The nodes and blocks of the system can be implemented in software and on modern serial hardware and software tools and serial integrated circuits using the "programmable radio" (SDR) technology. For example, the ADC is on the 5101NV045 microcircuit [20]. The processors of the transmitting and receiving sides can be implemented on a hardware platform based on the domestic Elbrus 8C 1550 processor [21].
Формирование на передающей стороне имитовставки в определенной временной позиции осуществляется в кодере КОД источника сообщений, а определение ее наличия в декодере ДК на приемной стороне в соответствии с известным абонентам системы законом выбора интервала времени для установки вставки в передаваемом сообщении. Время установки вставки меняется в зависимости от системного времени. В процессе декодирования символы вставки удаляются из сообщения с помощью Процессора приемной стороны.The formation of the imitation insertion at a certain time position on the transmitting side is carried out in the coder COD of the message source, and its presence is determined in the decoder DK on the receiving side in accordance with the law of choosing the time interval for installing the insertion in the transmitted message known to the subscribers of the system. The time of installing the insertion changes depending on the system time. During the decoding process, the insertion symbols are removed from the message using the Processor of the receiving side.
Повышение помехозащищенности приема дискретной информации и надежности связи в системах радиосвязи ДКМ диапазона достигается тем, что в системе реализуются методы пространственного, частотного и временного разнесения каналов. Кроме того, в систему пространственного разнесенного приема в каналах ДКМ диапазона введены процедуры: корреляционной обработки принимаемых сигналов, цифровой обработки сигналов в блокаж мажоритарного весового суммирования, аналогичные проводимым в нейроне, а вместе с управляемым Процессором приемной стороны процессом мониторинга радиочастотного спектра они представляют собой элемент искусственного интеллекта, причем величина веса в ветвях обработки принимаемых сигналов (см. таблицу) назначаются Процессором приемной стороны в зависимости от качества сигнала (отношения сигнал/шум) в канале связи, непрерывно определяемого блоком мониторинга [5, 6].The increase in noise immunity of discrete information reception and communication reliability in the DCM range radio communication systems is achieved by the fact that the system implements methods of spatial, frequency and time diversity of channels. In addition, the following procedures have been introduced into the system of spatial diversity reception in the DCM range channels: correlation processing of received signals, digital processing of signals in the block of majority weight summation, similar to those carried out in the neuron, and together with the process of monitoring the radio frequency spectrum controlled by the receiving side Processor, they represent an element of artificial intelligence, and the value of the weight in the branches of processing the received signals (see table) is assigned by the receiving side Processor depending on the signal quality (signal/noise ratio) in the communication channel, continuously determined by the monitoring block [5, 6].
Предлагаемая система позволяет автоматически с помощью элементов искусственного интеллекта определять канал с минимальной вероятностью ошибочного приема (максимальным отношением сигнал/шум), назначать ему наибольший вес, обрабатывать принятый по этому каналу сигнал, сообщать о достоверности принятого сообщения на передающую сторону, запоминать параметры сеанса связи, использовать их в следующих сеансах связи в аналогичных ситуациях и обеспечивать тем самым повышенную достоверность приема, а следовательно, и помехозащищенность системы.The proposed system allows, using artificial intelligence elements, to automatically determine the channel with the minimum probability of erroneous reception (maximum signal-to-noise ratio), assign it the highest weight, process the signal received on this channel, report the reliability of the received message to the transmitting side, remember the parameters of the communication session, use them in the following communication sessions in similar situations and thereby ensure increased reliability of reception, and, consequently, the system's noise immunity.
Литература:Literature:
1. Патент РФ на изобретение №2286030, опубл. 20.10.2006. Бюл. №29.1. Russian Federation Patent for Invention No. 2286030, published 20.10.2006. Bulletin No. 29.
2. Патент РФ на изобретение №2720215, опубл. 28.04.2020. Бюл. №13.2. Russian Federation Patent for Invention No. 2720215, published 04/28/2020. Bulletin No. 13.
3. Патент РФ на изобретение №2075832 от 20.03.1992 г.3. Russian Federation Patent for Invention No. 2075832 dated March 20, 1992.
4. Патент РФ на изобретение №2779925, опубл. 15.09.2022. Бюл. №26 (прототип).4. Russian Federation Patent for Invention No. 2779925, published 09.15.2022. Bulletin No. 26 (prototype).
5. Кейстович А.В., Комяков А.В. Системы и техника радиосвязи в авиации: учеб. пособие / А.В. Кейстович, А.В. Комяков - Нижний Новгород: НГТУ, 2012. - 226 с.5. Keistovich A.V., Komyakov A.V. Systems and equipment of radio communication in aviation: textbook / A.V. Keistovich, A.V. Komyakov - Nizhny Novgorod: NSTU, 2012. - 226 p.
6. Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильяме", 2003. - 1104 с.6. Sklyar, Bernard. Digital Communications. Theoretical Foundations and Practical Application. 2nd ed., corrected: Trans. from English. - M.: Williams Publishing House, 2003. - 1104 p.
7. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений; М.: Советское радио, 1970, - с. 437.7. Fink L.M. Theory of transmission of discrete messages; Moscow: Soviet Radio, 1970, p. 437.
8. Золотарев В.В., Овечкин Г.В. Помехоустойчивое кодирование. Методы и алгоритмы: Справочник / Под. ред. чл.-кор. РАН Ю.Б. Зубарева. - М.: Горячая линия-Телеком, 2004 - 341 с.8. Zolotarev V.V., Ovechkin G.V. Noise-correcting coding. Methods and algorithms: Handbook / Ed. Corresponding member of the Russian Academy of Sciences Yu.B. Zubarev. - M.: Goryachaya Liniya-Telecom, 2004 - 341 p.
9. ru.wikipedia.org>wiki/Перемежитель9. ru.wikipedia.org>wiki/Interleaver
10. QPA2237 GaN Power Amplif1er datasheet Rev. E, Qorvo, 2018.10. QPA2237 GaN Power Amplif 1 er datasheet Rev. E, Qorvo, 2018.
11. КВ-ПРЕСЕЛЕКТОР - ВХОДНОЙ ФИЛЬТР ПРИЁМНИКА ИЛИ ТРАНСИВЕРА, vpajaem.ru11. HF PRESELECTOR - INPUT FILTER OF A RECEIVER OR TRANSCEIVER, vpajaem.ru
12. Лезин Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1986. - 280 с.12. Lezin Yu.S. Introduction to the theory and technology of radio engineering systems: Textbook for universities. - M.: Radio and communication, 1986. - 280 p.
13. Светашов, А.К. Использование искусственных нейронных сетей для их применения в существующих и перспективных радиосистемах: тематическое исследование / А.К. Светашов. // Молодой ученый. - 2023. - №22 (469). - С. 52-58. - URL: https://moluch.ru/archive/469/103690/13. Svetashov, A.K. Use of artificial neural networks for their application in existing and prospective radio systems: a case study / A.K. Svetashov. // Young scientist. - 2023. - No. 22 (469). - P. 52-58. - URL: https://moluch.ru/archive/469/103690/
14. Сосновский Н.С. и др., Когерентное сложение разнесенных сигналов с предварительным взвешиванием парциальных каналов. ТСС, сер. TP, 1981, вып. 10(29), с. 51.14. Sosnovsky N.S. et al., Coherent addition of spaced signals with preliminary weighting of partial channels. TSS, ser. TP, 1981, issue 10(29), p. 51.
15. Myburgh Н.С, Olivier J.С. Near-optimal low complexity MLSE equalization // IEEE. Wireless Communications and Networking Conference. 2008. P. 226-230.15. Myburgh N.S., Olivier J.S. Near-optimal low complexity MLSE equalization // IEEE. Wireless Communications and Networking Conference. 2008. P. 226-230.
16. Вентцель E.C. Теория вероятностей. / Наука - M.: 1969, 564 с.16. Wentzel E.S. Probability Theory. / Science - M.: 1969, 564 p.
17. Кузьмин Б.И. Сети и системы цифровой электросвязи, часть 1 "Концепция ИКАО CNS/ATM. Москва - Санкт-Петербург: - ОАО "НИИЭР", 1999. - 206 с.17. Kuzmin B.I. Networks and systems of digital telecommunications, part 1 "ICAO CNS/ATM Concept. Moscow - St. Petersburg: - JSC "NIIER", 1999. - 206 p.
18. Перспективы применения технологий искусственного интеллекта в радиоэлектронной борьбе. // Военная мысль, 12 2021 г. https://vm.ric.mil. ru/Stati/item/367144/18. Prospects for the application of artificial intelligence technologies in electronic warfare. // Military Thought, 12 2021 https://vm.ric.mil. ru/Stati/item/367144/
19. Патент РФ №2792220, опубл. 2023.19. Patent of the Russian Federation No. 2792220, published 2023.
20. support.milandr.ru>upload/iblock/b76/SP_MLDR101_…20. support.milandr.ru>upload/iblock/b76/SP_MLDR101_…
21. ru.wikipedia.org>wiki/Эльбрус_(процессорная_…21. ru.wikipedia.org>wiki/Эльбрус_(процепорная_…
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2846136C1 true RU2846136C1 (en) | 2025-09-01 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6940932B2 (en) * | 2000-06-30 | 2005-09-06 | Nokia Oy | Diversity receiver |
| RU2619471C1 (en) * | 2016-03-24 | 2017-05-16 | Сергей Прокофьевич Присяжнюк | Large-scale network hf radio with continuous area radioaccess |
| RU2762574C1 (en) * | 2020-12-28 | 2021-12-21 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Radio communication system |
| RU2779079C1 (en) * | 2021-12-01 | 2022-08-31 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Radio communication system with mobile objects |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6940932B2 (en) * | 2000-06-30 | 2005-09-06 | Nokia Oy | Diversity receiver |
| RU2619471C1 (en) * | 2016-03-24 | 2017-05-16 | Сергей Прокофьевич Присяжнюк | Large-scale network hf radio with continuous area radioaccess |
| RU2762574C1 (en) * | 2020-12-28 | 2021-12-21 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Radio communication system |
| RU2779925C1 (en) * | 2021-10-20 | 2022-09-15 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Method for the distributed reception of a signal transmitted over a multipath channel, and a system for its implementation |
| RU2779079C1 (en) * | 2021-12-01 | 2022-08-31 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Полет" | Radio communication system with mobile objects |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Скляр Б., Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение, Москва, Изд. дом Вильямс, 2003. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9413451B2 (en) | Method and apparatus for transmitting and receiving broadcast channel in cellular communication system | |
| US5457712A (en) | Method for providing time diversity | |
| Wu et al. | Iterative multiuser receiver in sparse code multiple access systems | |
| US5848103A (en) | Method and apparatus for providing time diversity | |
| US7065156B1 (en) | Hopped delay diversity for multiple antenna transmission | |
| Jang et al. | Smart small cell with hybrid beamforming for 5G: Theoretical feasibility and prototype results | |
| DE10114052C1 (en) | Radio transmission method in the interior area for parallel radio transmission of digital partial data streams and mobile radio transmission system | |
| US20110292863A1 (en) | Single input single output repeater for relaying a multiple input multiple output signal | |
| JP2019083475A (en) | OAM multiplex communication system and OAM multiplex communication method | |
| Chang et al. | Coherent power combining on spacecraft via wavefront multiplexing techniques | |
| RU2846136C1 (en) | System for diversity reception of a signal transmitted over a multibeam channel | |
| CN119605136A (en) | Method for receiving and transmitting binary data sequence in an OTFS-based multi-user SCMA communication system with coordinated multi-point, and receiver and transmitter implementing the method | |
| US11101878B2 (en) | Signal overlay design and detection for satellite communication channels | |
| RU2608567C2 (en) | Method of decametric radio communication with high-speed data transmission | |
| RU2835750C1 (en) | System for diversity reception of a signal transmitted over a multibeam channel | |
| Poberezhskiy | Diversity schemes and coherent combining in digital receivers | |
| RU2608569C2 (en) | System of decametric radio communication with high-speed data transmission | |
| Rahman et al. | Spread spectrum techniques with channel coding for wideband secured communication links | |
| RU2720215C1 (en) | Method of protecting narrow-band radio communication systems in conditions of complex radioelectronic situation and set of means for realizing said method | |
| RU2819030C1 (en) | Time division multiple access data transmission system | |
| RU2845147C1 (en) | Radio communication method | |
| Sheremet et al. | Software-Defined Radio Wireless Communication Technology Design. LTE MIMO Mode Validation | |
| CN114726399B (en) | Space-frequency two-dimensional frequency hopping transmission system and transmission method of non-ground network | |
| RU2762574C1 (en) | Radio communication system | |
| RU2608554C2 (en) | High-speed decametric radio communication system |