СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ В СИСТЕМЕ СВЯЗИ (ЕГО ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК H04B7/185 

Изобретение относится к системам связи, в частности, к системам спутниковой связи, в состав которых входят центральная земная станция, сеть малых земных станций и геостационарный спутник-ретранслятор, и может быть использовано для обеспечения абонентов следующими видами услуг связи:
передача данных по дуплексному каналу;
передача факсимальных сообщений;
дуплексная цифровая телефонная связь (как дополнительная услуга),
при этом при передаче цифровых данных и факсограмм система может обеспечивать режим "электронной почты".

Известен способ передачи сообщений в системе спутниковой связи (ССС), заключающийся в том, что для связи между двумя группами земных станций, входящими в различные зоны, в области одновременной видимости с двух геостационарных спутников-ретрансляторов размещают ретрансляционную центральную земную станцию, с помощью которой обеспечивают коммутацию потоков информации для межзоновой связи земных станций [I]
Недостатком данного способа и системы для его осуществления являются:
а) сложность процедуры соединения, алгоритмов и устройств, осуществляющих многостанционный доступ, ввиду того, что сообщения, передаваемые из зоны в зону, требуют двух ретрансляторов одновременно, при используемых методах многостанционного доступа существенно снижают коэффициент использования пропускной способности в данной ССС;
б) большие массо-габаритные характеристики и энергопотребление ввиду использования как на геостационарных станциях, так и надземных станциях зеркальных антенн с относительно широкими диаграммами направленности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ передачи сообщений в системе связи через геостационарный спутник, заключающийся в том, что на центральной станции ЦС формируют тактовые интервалы, на абонентских станциях-отправителях формируют информационные сигналы в виде ортогональных псевдошумовых последовательностей с использованием алгоритма исправления ошибок и передают их через спутник-ретранслятор СР на абонентскую станцию-получатель, на абонентских станциях-получателях принимают сигнал, выделяют информационный сигнал [2] Известная система спутниковой связи для осуществления вышеуказанного способа содержит на центральной земной станции последовательно соединенные передающее устройство, дуплексер и антенну, при этом выход дуплексера соединен с входом приемника, выход которого соединен с многоканальным устройством контроля и управления, выход которого соединен с первым входом генератора двоичной последовательности (шумоподобных сигналов) передающего устройства, на каждой из n>1 малых земных станций последовательно соединенные дуплексное приемно-передающее устройство с антенной, блок управления и синхронизации и управляющую ЭВМ, на геостационарном спутнике-ретрансляторе приемо-передающее устройство с приемной и передающей антеннами.

Недостатками известного способа являются:
а) сложность алгоритмов осуществления соединения абонентов в системе, ввиду необходимости выделения отдельного служебного канала с использования одного из методов асинхронного многостанционного доступа, что нередко приводит к конфликтным ситуациям между абонентами;
б) сложность построения аппаратуры, реализующей многостанционный асинхронный доступ: необходимость введения блоков служебного канала, наличие в каждой из земных станций многоканальной приемо-передающей аппаратуры, использование мощной управляющей ЭВМ и т.д.

в) большие размеры, массы и энергопотребление земных станций, т.к. в них используются зеркальные антенны и мощные сосредоточенные передатчики. Кроме того, аппаратура геостационарных спутников включает в себя зеркальные антенны, их диаграммы направленности охватывают целые регионы или даже всю поверхность Земли, из-за чего снижается энергетический потенциал радиолиний, что, в свою очередь, вынуждает увеличивать антенны земных станций;
г) ограничение функциональных возможностей системы, т.к. роль ведущей станции системы может играть только центральная земная станция, а все малые земные станции, входящие в сеть, играют роль ведомых (подчиненных).

Предлагаемое изобретение направлено на решение следующих технических задач:
1) увеличение емкости системы связи без расширения спектра канала спутник-земля за счет многократного использования ресурсов канала при процедуре пространственно-временного сканирования зоны обслуживания остронаправленными лучами геостационарного спутника-ретранслятора;
2) снижение массо-габаритных характеристик и энергопотребления земных станций и аппаратуры геостационарных спутников за счет использования фазированных антенных решеток и применения остронаправленных антенн на геостационарном спутнике, а также сокращение числа каналов;
3) упрощение аппаратуры земных станций за счет исключения блоков служебного канала и многоканальной приемно-передающей аппаратуры;
4) упрощение алгоритмов осуществления соединения абонентов в системе за счет использования процедуры периодического (циклического) опроса сети малых станций.

Реализация этого решения может быть осуществлена двумя путями (вариантами).

Сущность изобретения по I варианту заключается в том, что в способе передачи сообщений в системе связи через геостационарный спутник, состоящем в том, что на центральной станции ЦС формируют тактовые интервалы, на абонентских станциях-отправителях формируют информационные сигналы и передают их через спутник-ретранслятор РС на абонентскую станцию-получатель, на абонентских станциях-получателях принимают сигнал, выделяют информационный сигнал, на центральной станции ЦС в соответствующие тактовые интервалы формируют сигнал опроса, содержащий адресную часть АС, кодируют его первой кодовой последовательностью и излучают его через СР в направлении соответствующей АС, на АС принимают первую кодовую последовательность, декодируют ее, выделяя сигнал опроса, формируют сигнал квитанции, кодированный первой кодовой последовательностью и излучают в направлении ЦС, на ЦС после приема сигнала квитанции излучают сигнал "разрешение передачи" для соответствующей АС, после получения сигнала "разрешение передачи" АС-отправитель излучает информационный сигнал и сигнал "конец передачи", кодированные первой кодовой последовательностью, на ЦС декодируют принятую от АС-отправителя первую кодовую последовательность, выделяют информационный сигнал, кодируют его второй кодовой последовательностью и излучают в направлении АС-получателя, выделяют сигнал "конец передачи" и через время, равное излучению информационного сигнала, прекращают излучение второй кодовой последовательности и излучают сигнал опроса, кодированный первой кодовой последовательностью в направлении последующей АС, на АС-получателе перед выделением информационного сигнала декодирование осуществляют второй кодовой последовательностью, после прекращения приема информации, осуществляют декодирование первой кодовой последовательности.

Этот способ используют в тех случаях, когда отправитель и получатель нуждаются в обмене информации в реальном масштабе времени (без задержки), например, телефонные переговоры, передача факсов, обмен информацией между ЭВМ в интерактивном режиме.

Способ передачи сообщений в системе связи через геостационарный спутник по II варианту отличается от способа передачи сообщений по I варианту тем, что на центральной станции в соответствующие тактовые интервалы формируют сигнал опроса, содержащий адресную часть абонентской станции, модулируют его и излучают через спутник в направлении соответствующей АС, на АС принимают модулированный сигнал, демодулируют его, выделяя сигнал опроса, формируют сигнал квитанции, модулируют его и излучают на ЦС, на ЦС после приема сигнала квитанции излучают сигнал "разрешение передачи" для соответствующей АС, после получения сигнала "разрешение передачи" АС-отправитель излучает модулированный информационный сигнал и сигнал "конец передачи", на ЦС демодулируют принятый от АС-отправителя сигнал, выделяют информационный сигнал и адрес получателя и запоминают их в памяти ЦС, продолжают формировать и излучать сигналы опроса соответствующих АС, при опросе АС, для которой предназначена запомненная в памяти ЦС информация, на ЦС принимают информационный сигнал этой станции, запоминают его, а записанную ранее информацию излучают этой абонентской станцией.

Этот способ используется в тех случаях, когда допускается задержка в обмене информацией (факсограммы, массивы информации, хранящиеся в ЭВМ), например, в режиме "электронной почты". Эффективность использования канала связи в этом случае выше, чем по варианту I, однако способ передачи сообщений по варианту I более удобен для пользования и дает возможность оказания большего числа услуг.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими фигурами.

На фиг. 1 приведен общий вид системы спутниковой связи, реализующей предлагаемый способ, на фиг. 2 блок-схема центральной земной станции, входящей в систему спутниковой связи, на фиг. 3 блок-схема ретранслятора, на фиг. 4 блок-схема малой земной станции (абонентской станции АС), на фиг. 5 диаграмма состояний и переходов при осуществлении непосредственной связи двух МЗС через спутник-ретранслятор, на фиг. 6 диаграмма состояний и переходов для данного способа, когда передачу информации в адрес вызываемой МЗС от вызывающей МЗС осуществляют из запоминающего устройства ЦЗС.

Система спутниковой связи (ССС) содержит центральную земную станцию (ЦЗС) 1, геостационарный спутник-ретранслятор (СР) 2 и n>1 малых земных станций 3 (абонентских станций АС).

Центральная земная станция 1 содержит передающий блок 4, дуплексер 5, антенну 6, приемный блок 7, узел контроля и управления 8, ЭВМ 9, адаптер факсимильной связи 10, первый 11 и второй 12 речепреобразующие блоки.

Передающий блок 4 центральной земной станции 1 содержит предварительный усилитель (возбудитель) 13, фазовый модулятор 14, блок 15 формирования частоты генератор 16 двоичной последовательности (ШПС), опорный генератор 17, синтезатор 18 частоты и усилитель 19 мощности.

Приемный блок 7 центральной земной станции 1 содержит приемник 20, гетеродин 21, смеситель 22, генератор 23, первый 24 и второй 25 демодуляторы.

Узел контроля и управления 8 центральной земной станции 1 содержит первый 26 и второй 27 блоки сопряжения, первый 28 и второй 29 асинхронно-синхронные преобразователи, первый 30 и второй 31 блоки управления и коммутатор 32.

Геостационарный спутник-ретранслятор 2 содержит приемную 33 и передающую 34 антенны, каждая из которых выполнена в виде двухлучевой активной фазированной антенной решетки, малошумящий усилитель 35, первый 36 и второй 37 параллельные каналы, каждый из которых содержит первый преобразователь 38 частоты, усилитель 34 промежуточной частоты, полосового фильтра 40, второй преобразователь 41 частоты, выходной усилитель 42, а также первый 43 и второй 44 формирователи частоты, задающий генератор 45.

Малая земная станция обладает возможностью передачи информации работает как абонентская станция-отправитель, так и приема информации абонентская станция-получатель.

Каждая малая земная станция 3 содержит приемо-передающий блок 46 с антенной 47, блок 48 управления и синхронизации и управляющую ЭВМ 49, при этом блок 48 управления и синхронизации 48 содержит мультиплексор 50, синхронный адаптер 51 и преобразователь уровня 52.

Система спутниковой связи работает следующим образом.

Система связи (см. фиг. 1), включающая в себя центральную земную станцию ЦЗС 1, спутник-ретранслятор 2 и ряд малых земных станций МЗС 3, работает в одном из двух режимов (вариант 1 или вариант II). Выбор режима производится оператором ЦС. В памяти ЭВМ ЦС вводится информация о зонах и времени обслуживания тех или иных МЗС спутником-ретранслятором 2.

В процессе работы системы определяется возможность непосредственной передачи информации между абонентами системы при текущем положении луча спутника-ретранслятора (вариант I) или необходимость промежуточного хранения в памяти ЭВМ 9 (вариант II) ("электронном почтовом ящике"), поскольку передача сигналов между МЗС в любой из зон обслуживания спутника-ретранслятора производится через ЦС.

Один приемо-передающий луч антенны спутника-ретранслятора ориентирован на ЦЗС постоянно, а другой приемо-передающий луч антенны сканирует зоны обслуживания. Программа сканирования луча антенны ретранслятора задается из центра управления с учетом графика (загрузки информационными потоками тех или иных направлений).

Принимаемый спутником-ретранслятором 2 сигнал от луча антенны, направленного на ЦЗС, передается в антенну, сканирующую лучом зоны обслуживания МЗС. Принятый от одной (или двух, работающих с разными псевдослучайными последовательностями) МЗС сигнал направляется на передачу в антенну, луч которой направлен на ЦЗС. Таким образом, спутник-ретранслятор (см. фиг. 3) содержит два идентичных канала 36 и 37, разнесенных по частотным диапазонам.

Усиленный малошумящим усилителем 35 сигнал с приемной антенны 33 поступает на первый преобразователь 38 частоты, второй вход которого подключен к первому формирователю 43 частоты. Сигнал с выхода первого преобразователя 38 частоты поступает на усилитель 39 промежуточной частоты, затем на полосовой фильтр 40, а с выхода полосового фильтра 40 на второй преобразователь 41 частоты.

Второй вход преобразователя 41 частоты подключен ко второму формирователю 44 частоты. Частоты сигналов с выходов первого 43 и второго 44 формирователей частоты определяются задающим генератором 45.

Сигнал с выхода второго преобразователя 41 частоты усиливается выходным усилителем 42 и выдается на передающую антенну 34. На нее же поступает (в другой полосе частот) сигнал с другого канала. Пространственное разделение сигналов разных каналов производится программой управления фазовращателей модулей активной фазированной антенной решетки, как в принимаемой, так и в передающей антеннах.

ЭВМ 9 ЦЗС выполняет функции как приемо-передающего терминала данных и буферного накопителя сообщений (вариант II), так и функции управления и контроля вариант I, вариант II).

Асинхронно-синхронные преобразователи 28 и 29 узла управления и контроля 8 осуществляют сопряжение информационных трактов с блоками управления и контроля 30 и 31 обоих каналов ЦЗС с двумя асинхронными портами ввода-вывода ЭВМ 9.

Управление ЦЗС производится посредством выдачи от ЭВМ 9 на блоки 30, 31 управления и контроля команд в виде специальных последовательностей знаков управления. Контроль работы осуществляется путем сбора информации о состоянии и режимах станции с блоками 30, 31 управления и контроля и выдачи этих данных в ЭВМ 9.

Блоки 26 и 27 сопряжения и коммутатор 32 производят формирование и переключение информационных сигналов между оконечными устройствами станции и приемным 7 и передающим 4 блоками.

Оконечными устройствами станции является ЭВМ 9 с адаптером 10 факсимильной связи, речепреобразующие блоки 11 и 12, а также другая подключаемая к станции аппаратура пользователей.

С выхода коммутатора 32 узла управления и контроля 8 сигналы двух информационных каналов /от оконечных устройств или с приемного блока 7/ поступают в генератор 16 двоичной последовательности передающего блока 4. Сигнал каждого канала складывается по модулю 2 каждый со своей последовательностью. Выбор последовательностей в каждом канале производится по команде от управляющей ЭВМ 9 из ансамбля ортогональных сигналов. Полученные сигналы двух каналов уплотняются во времени и поступают на модулятор 14.

Опорный генератор 17, синтезатор 18 частоты и блок 15 формирования частоты служат для обеспечения сигналами несущей частоты и частоты модуляции требуемой величины и стабильности. Модулятор 14 производит двоичную фазовую модуляцию (0, II) сигнала несущей частоты и выдает его через предварительный усилитель 13 на усилитель 19 мощности. Выходной сигнал с усилителем 19 мощности поступает на антенну 6 через дуплексер 5, который обеспечивает разводку принимаемого и передаваемого сигналов. Луч параболической антенны 6 ЦЗС направлен на геостационарный спутник-ретранслятор 2.

Принятый антенной 6 от ретранслятора 2 сигнал через дуплексер 5 поступает на приемный блок 7 ЦЗС. Приемник 20, гетеродин 21, смеситель 22 с генератором 23 обеспечивают фильтрацию, преобразование частоты и усиление сигнала промежуточной частоты. Сигнал промежуточной частоты поступает на два демодулятора 24 и 25, каждый из которых выделяет сигнал, модулированный своей заданной двоичной последовательностью. Типы последовательностей, на которые настроены демодуляторы 24 и 25 приемного блока 7, такие же, как и в генераторе 16 двоичных последовательностей передающего блока 4. Таким образом осуществляется кодовое разделение каналов из принятого ЦЗС сигнала.

Выделенные демодуляторами 24 и 25 информационные сигналы двух каналов направляются на узел контроля и управления ЦЗС, откуда на ЭВМ 9, или по ее команде, на другое оконечное устройство или на передающий блок 4.

ЭВМ 49 малой земной станции (см. фиг. 4) выполняет функции как приемо-передающего терминада данных и электронного почтового ящика (вариант II), так и функции управления и контроля станции (вариант I, II). ЭВМ 49 через синхронизирующий адаптер 51 блока 48 управления и синхронизации производит выдачу команд управления и сбор информации о состоянии станции, а также передачу и прием данных.

Мультиплексор 50 производит переключение информационных сигналов от оконечных устройств (управляющая ЭВМ 49, ЭВМ пользователь с адаптером синхронной связи, цифрового факсимильного аппарата, цифрового телефона через преобразователь 32 уровня) и приемо-передающим блоком 46 по команде от управляющей ЭВМ 49.

В течение сеанса работы спутника-ретранслятора 2 в зоне расположения МЗС последние осуществляют прием сигнала с выключенными передающими устройствами. По команде от ЦЗС (запрос по адресу МЗЦ или передача ей управления каналом) ЭВМ 49 МЗС выдает команду на включение передающего устройства и осуществляет передачу ответов и прием-передачу информации от одного из оконечных устройств (в режиме нормального ответа), или передачу запросов, прием ответов и прием/передачу информации от одного из оконечных устройств (в режиме асинхронного ответа).

Способ передачи сообщений в системе спутниковой связи реализуется следующим образом.

Спутник-ретранслятор 2 осуществляет сканирование земной поверхности остронаправленным приемо-передающим лучом в соответствии с программой, заложенной на текущий интервал (переход 1, фиг. 5). Последовательность сканирования и продолжительность стояния лучей в каждой точке определяется заблаговременно, исходя из потребностей абонентов.

ЦЗС (фиг. 1) осуществляет периодический (циклический) опрос сети малых станций 3₁, 3₂,3_n (фиг. 1) запросными посылками, содержащими сетевой номер опрашиваемых станций и служебную информацию (переход 2, фиг. 5). В промежутках между запросными посылками для поддержания символьной синхронизации приемных устройств ЦЗС передает последовательность сигналов "I". Синхронизация по несущей частоте и цикловая синхронизация псевдошумовой последовательности сохраняется. В случае отсутствия ответа на запрос переход на опрос МЗС со следующим сетевым номером осуществляется примерно через 1 с. Порядок опроса устанавливается в соответствии с присваиваемыми заранее приоритетами МЗС: чем выше приоритет, тем чаще опрашивается малая станция. Если же все приоритеты одинаковы, то МЗС опрашиваются по очереди, например, в порядке возрастания их сетевых номеров. Опрос циклически повторяется до тех пор, пока какая-либо МЗС не ответить в форме запроса разрешения на передачу информации (переход 3, фиг. 5).

Получив этот запрос, ЦЗС прекращает циклический опрос, и вызывает МЗС_L соответствующей запросной посылкой для работы по второму каналу (переход 4, фиг. 5). В ответ на это МЗС_L сообщает о своей готовности к информационному обмену (переход 5, фиг. 5). Далее ЦЗС соединяет первый и второй каналы, а МЗС_k обменивается информацией с МЗС_L (переход 6, фиг. 5). Обмен продолжается до тех пор, пока вызывающая МЗС не выдает сообщение "конец связи". По приходу этого сообщения на ЦЗС осуществляется разъединение первого и второго) канала (разрушение соединения), после чего ЦЗС возвращается к процедуре циклического опроса (переход 7, фиг. 5), а вызываемая МЗС_L возвращается в дежурный прием по первому каналу.

Кроме того, передача информации в адрес вызываемой МЗС от вызывающей МЗС может быть осуществлена из запоминающего устройства ЦЗС.

Переходы 1 и 2 фиг. 5 реализуются аналогично переходам 1 и 2 фиг. 5 (установление луча СР и циклический опрос МЗС со стороны ЦЗС). При получении запроса от ЦЗС соответствующая МЗС (например МЗС_k) выдает ответ, который показывает готовность к работе, а также (при необходимости) запрос на передачу информации в адрес МЗС_L или ЦЗС (переход 3, фиг. 6). Если в запоминающем устройстве ЦЗС имеется информация, адресованная МЗС_k или с МЗС_k получена заявка на передачу информации, то ЦЗС приостанавливает циклический опрос. После этого ЦЗС осуществляет передачу информации из своего ЗУ в адрес МЗС_k (переход 4, фиг. 6). Далее, если МЗС_k имеет информацию для передачи в адрес МЗС_L или ЦЗС, то ЦЗС осуществляет ее прием и ввод в сое ЗУ (переход 5, фиг. 6). По окончании обмена информации вызывающая сторона выдает сообщение "конец связи", после чего происходит разрушение соединения, и ЦЗС возвращается к процедуре периодического опроса (переход 6, фиг. 6).

Изобретение относится к системам связи, в частности, к системам спутниковой связи, в состав которых входят центральная земная станция, сеть малых земных станций и геостационарный спутник-ретранслятор. Предлагаемое изобретение направлено на увеличение емкости системы связи без расширения спектра канала спутник-земля, снижение массогабаритных характеристик и энергопотребления земных станций и аппаратуры геостационарных спутников; упрощение аппаратуры земных станций; упрощение алгоритмов осуществления соединений абонентов в системе. Реализация этого решения может быть осуществлена двумя путями (вариантами). По 1 варианту на центральной станции ЦС в соответствующие тактовые интервалы формируют сигнал опроса, содержащий адресную часть AC, кодируют его первой кодовой последовательностью и излучают его через спутник-ретранслятор в направлении соответствующей AC. По II варианту на ЦС в соответствующие тактовые интервалы также формируют сигнал опроса, содержащий адресную часть AC, но модулируют его и излучают через спутник в направлении соответствующей AC. 2 с.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ передачи сообщений в системе связи через геостационарный спутник, заключающийся в том, что на центральной станции (ЦС) формируют тактовую последовательность импульсов, на абонентских станциях (АС) формируют информационные сигналы и передают их через спутник-ретранслятор (СР) на другую абонентную станцию, где принимают сигнал и выделяют информационный сигнал, отличающийся тем, что на ЦС в соответствующие интвервалы тактовой последовательности импульсов формируют сигнал опроса, содержащий адресную часть АС кодируют его первой кодовой последовательностью и излучают его через СР в направлении соответствующей АС, принятую первую кодовую последовательность декодируют, выделяя сигнал опроса, формируют сигнал квитанции, кодированный первой кодовой последовательностью и излучают в направлении ЦС, на ЦС после приема сигнала квитанции излучают сигнал "Разрешение передачи" для соответствующей АС, после получения сигнала "Разрешение передачи" АС излучает информационный сигнал и сигнал "Конец передачи", кодированные первой кодовой последовательностью, на ЦС декодируют принятую от соответствующей АС первую кодовую последовательность, выделяют информационный сигнал, кодируют его второй кодовой последовательностью и излучают в направлении соответствующей АС, где выделяют сигнал "Конец передачи" и через время, равное излучению информационного сигнала, прекращают излучение второй кодовой последовательности и излучают сигнал опроса, кодированный первой кодовой последовательностью в направлении последующей АС, где перед выделением информационного сигнала декодирование осуществляют второй кодовой последовательностью, после прекращения информации осуществляют декодирование первой кодовой последовательности. 2. Способ передачи сообщений в системе связи через геостационарный спутник, заключающийся в том, что на ЦС формируют тактовую последовательность импульсов, на АС формируют информационные сигналы и передают их через СР на соответствующую АС, где сигнал принимают и из принятого сигнала выделяют информационный сигнал, отличающийся тем, что на ЦС в соответствующие интервалы тактовой последовательности импульсов формируют сигнал опроса, содержащий адресную часть АС, модулируют им сигнал несущей частоты и излучают через СР в направлении соответствующей АС, где принимают модулированный сигнал, демодулируют его, выделяя сигнал опроса, формируют сигнал квитанции, модулируют его и излучают на ЦС, на ЦС после приема сигнала квитанции излучают сигнал "Разрешение передачи" для соответствующей АС, после получения сигнала "Разрешение передачи" соответствующая АС излучает модулированный информационный сигнал и сигнал "Конец передачи", на ЦС демодулируют принятый от соответствующей АС сигнал, выделяют информационный сигнал и адрес получателя и запоминают их в памяти ЦС, продолжают формировать и излучать сигналы опроса соответствующих АС, при опросе АС, для которой предназначены запомненная в памяти ЦС информация, на ЦС принимают информационный сигнал этой абонентской станции, запоминают его, а записанную ранее информацию излучают этой АС.