Способ повышения помехоустойчивости и пропускной способности адаптивной системы КВ радиосвязи Российский патент 2020 года по МПК H04L5/00 H04L27/26 

Изобретение относится к области радиосвязи и может использоваться для повышения помехоустойчивости и пропускной способности адаптивных систем и комплексов КВ радиосвязи, использующих OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing - мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов) технологию в условиях влияния узкополосных станционных и естественных помех.

Известен способ и система адаптивной КВ радиосвязи, обеспечивающий защиту от узкополосных помех, описанный в (Патент US9,008,594B2 США, МПК H04B 7/02 ,H04B L/707,H04B 1/69, H04L 25/03, H04L 5/06, H04L 5/00 (2006.01). Способ и система адаптивной радиосвязи в КВ диапазоне, опубл. 14.04.2015), в котором снижение влияния указанных помех осуществляется методом исключения каналов, в которых присутствуют помехи. В качестве недостатков данного способа и системы можно указать сложность практической реализации, невозможность создания отдельного устройства, подключаемого к входу приемного устройства, а также необходимость использования фильтров с высокой избирательностью (селекцией).

Известен способ адаптации КВ радиосвязи с использованием технологий OFDM (Патент 2639657 РФ, МПК H04 5/00, H04L 27/26 (2006.01). Способ адаптации системы КВ радиосвязи с OFDM-сигналами; опубл. 21.12.2017, бюл. № 36). С целью повышения пропускной способности адаптивной системы связи с OFDM-сигналами в указанном способе дополнительно вводят параметр - величину разнесения по частоте соседних поднесущих OFDM-сигнала. Оценку состояния канала связи проводят по величинам частотного и временного рассеяния, а также по отношению сигнал/шум, которые измеряются в процессе приема сигналов трассового зондирования. Значения сгруппированных пар оптимизируемых параметров системы связи определяют по заранее подготовленным таблицам соответствия.

К недостаткам данного способа следует отнести:

- низкая оперативность установления связи из-за сложности процесса адаптации, связанная с расчетом таблиц соответствия;

- отсутствие мониторинга состояния канала связи в процессе ведения связи;

- отсутствие возможности компенсации влияния узкополосных станционных помех;

- отсутствие возможности передачи широкополосных сигналов, обеспечивающей возможность повышения пропускной способности радиоканала;

- отсутствие возможности поддержания постоянной средней скорости передачи информации.

Известен способ адаптации системы КВ радиосвязи, реализованный в адаптивной системе «Редан-Пирс» (комплекс технических средств адаптивной передачи данных и речи по КВ радиоканалам модификации «Редан-Пирс», https://www.rimr.ru/catalog/rzhd/avtomatizirovannyy-adaptivnyy-komp-leks-tekhnicheskikh-sredstv-redan-pirs/), основанный на применении OFDM технологий. Данный способ является наиболее близким по технической сущности заявляемому изобретению и выбран в качестве прототипа. В указанном способе применяется многопараметрическая адаптация к условиям распространения радиоволн и помеховой обстановке путем целенаправленного изменения рабочих частот, скорости передачи информации (в пределах 300-9600 бит/с) и кодовой скорости (от 0,4 до 0,8).

За счет активного трассового зондирования на всех этапах ведения связи осуществляется оценка параметров радиоканала (анализ многолучевости, оценка сигнально-помеховой обстановки и расчет количества обнаруженных кодом ошибок), в результате чего автоматически производится выбор оптимальной рабочей частоты и составления предварительного частотного расписания.

К недостаткам данного способа следует отнести:

- отсутствие возможности компенсации влияния узкополосных станционных помех;

- отсутствие возможности передачи широкополосных сигналов, обеспечивающей повышение пропускной способности радиоканала;

- отсутствие возможности поддержания постоянной средней скорости передачи информации.

На устранение указанных недостатков направлено заявленное изобретение «Способ повышения помехоустойчивости и пропускной способности адаптивной системы КВ радиосвязи», технической задачей которого является повышение помехоустойчивости и пропускной способности адаптивной системы связи с OFDM-сигналами, в условиях узкополосных станционных и естественных помех.

Реализация поставленной задачи позволяет достичь следующий суммарный технический результат:

- возможность обеспечения заданной помехоустойчивости в КВ радиоканале при малых соотношениях сигнал/шум в условиях узкополосных станционных и естественных помех;

- возможность передачи широкополосных сигналов (более 40 кГц) для обеспечения повышенной скорости передачи информации;

- возможность поддержания постоянной средней скорости передачи информации.

Для достижения указанного технического результата предложен «Способ повышения помехоустойчивости и пропускной способности адаптивной системы КВ радиосвязи», использующий OFDM технологию, основанный на поэтапной адаптации радиоканала ведомой и ведущей станций, выполняющий процедуры трассового зондирования, тестирования помеховой обстановки, нахождения значений оптимизируемых параметров системы радиосвязи, передачи значений выбранных параметров на ведущую станцию, перестройки приемного и передающего трактов на новые оптимизированные параметры, установления и ведения связи.

Принципиальным отличием заявленного изобретения от прототипа является то, что в приемный тракт дополнительно вводят второй приемный канал, состоящий из идентичных первому приемному каналу приемной антенны (антенно-фидерного устройства) и усилителя высокой частоты, а также дополнительно вводят параллельно соединенный с обоими приемными каналами двухканальный синхронный аналого-цифровой преобразователь, в котором синхронно выполняют оцифровку усиленных радиосигналов. Далее выполняют пространственно-корреляционную обработку сигналов в блоке обработки сигналов вычислительного устройства, где производят вычисление взаимной корреляции сигналов, представленных параллельным кодом, несущих информацию об отдельных символах с объемом выборки, равным длине кода Баркера. Далее осуществляют формирование информационной последовательности, представленной параллельным кодом, путем сравнения вычисленных значений взаимной корреляции с пороговым числом. При этом в блоке формирования сигнала вычислительного устройства каждый бит информации, поступающей с терминала, кодируют шумоподобной двоичной кодовой последовательностью Баркера, имеющей автокорреляционную функцию, близкую к дельта-функции, повышающей помехоустойчивость радиоканала. Далее выполняют процедуру межсимвольного перемежения. Кроме этого проводят тестирование тестовыми сигналами №№ 1-3 для оценки состояния радиоканала. Далее по результатам тестирования в блоке адаптивного управления радиоканалом вычислительного устройства для поддержания заданной пропускной способности радиоканала выполняют адаптацию частотно-кодовой конструкции OFDM-сигнала путем распределения по частоте поднесущих OFDM-сигнала.

Введение в приемный тракт второго приемного канала и двухканального синхронного аналого-цифрового преобразователя позволяют производить пространственно-корреляционную обработку сигналов в вычислительном устройстве, обеспечивающую повышение помехоустойчивости радиоканала.

Для выполнения пространственно-корреляционной обработки сигналов в заявленном способе расстояние между приемными антеннами должно составлять не менее, чем половины длины волны (λ/2) друг от друга.

Для адаптации частотно-кодовой конструкции OFDM-сигнала исключают поднесущие OFDM-сигнала, на которых возникает большое число ошибок при тестировании и где уровень помех превышает средний уровень помех во всей полосе тестового сигнала более чем на 30 %, с переносом пораженных поднесущих на края исходного OFDM-сигнала в пределах расширенной полосы тестового сигнала.

Предложенный способ реализуется в устройстве, содержащем блок сопряжения 1, последовательно соединенный с информационным выходом терминала, выход которого последовательно соединен с информационным входом блока формирования сигнала 2.1 вычислительного устройства 2.

Сигнальный выход блока формирования сигнала 2.1 вычислительного устройства 2 последовательно соединен с широкополосным усилителем мощности 3.1 передающего тракта 3, выход которого последовательно соединен с антенной передающего тракта 3.

Обе антенны приемного тракта 4 последовательно соединены с соответствующими сигнальными входами усилителей высокой частоты 4.1.1 и 4.2.1 приемных каналов 4.1 и 4.2 приемного тракта 4, сигнальные выходы которых последовательно соединены с сигнальными входами двухканального синхронного аналого-цифрового преобразователя 4.3 приемного тракта 4. Сигнальные выходы двухканального синхронного аналого-цифрового преобразователя 4.3 последовательно соединены с двумя входами блока обработки сигнала 2.3 вычислительного устройства 2, а информационный выход блока обработки сигнала 2.3 вычислительного устройства 2 последовательно соединен с блоком сопряжения 1. Далее выход блока сопряжения 1 последовательно соединен с информационным входом терминала.

Дополнительно блок обработки сигнала 2.3 вычислительного устройства 2 последовательно соединен через управляющие вход и выход с блоком адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2. Также блок адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2 последовательно соединен через управляющий выход с блоком формирования сигнала 2.1 вычислительного устройства 2.

Принципиальным отличием заявленного изобретения от прототипа является то, что в устройстве используются два идентичных приемных канала, соединенные с двухканальным синхронным аналого-цифровым преобразователем, позволяющие выполнять пространственно-корреляционную обработку сигналов.

Такое конструктивное решение изобретения за счет отличительных признаков дало новые технические эффекты:

1. Повышение помехоустойчивости в КВ радиоканале в условиях естественных помех и замираний, возникающих в ионосферном радиоканале за счет перемежения символов информационного сигнала, расширения базы сигнала и использования пространственно-корреляционной обработки сигналов. Перемежение символов информационного сигнала рассеивает группирующиеся ошибки, возникающие в ионосферном КВ радиоканале, что позволяет использовать корректирующие коды с минимальной избыточностью, тем самым обеспечивая максимальную канальную и информационную скорость в радиоканале. Расширение базы сигнала и пространственно-корреляционная обработка сигналов позволяют дополнительно повысить помехоустойчивость радиоканала, обеспечивая возможность приема сигнала с заданной помехоустойчивостью при соотношении сигнал/шум.

2. Повышение помехоустойчивости в КВ радиоканале в условиях влияния узкополосных станционных помех за счет использования пространственно-корреляционного способа обработки сигналов и обеспечения равномерности спектра интерференционного поля станционных помех в пределах полосы приемного тракта путем адаптации параметров радиоканала к помеховой обстановке в КВ диапазоне, основанной на исключении поднесущих частот «пораженных» узкополосными помехами. Исключение «пораженных» поднесущих частот производится в случаях, когда уровень узкополосных помех превышает средний уровень остальных узкополосных помех более чем на 30 % и где наблюдается наибольшее число ошибок при тестировании помеховой обстановки.

3. Поддержание средней скорости передачи информации за счет постоянного количества поднесущих в OFDM-сигнале путем переноса поднесущих частот «пораженных» узкополосными помехами на края «непораженных» участков расширенного спектра OFDM-сигнала в пределах полосы всего приемного тракта.

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых изображены:

Фиг. 1. Функциональная схема устройства передачи и приема OFDM-сигнала в КВ радиоканале.

Фиг. 2. Типовая зависимость коэффициента взаимной корреляции станционных помех от полосы пропускания приемного тракта.

Фиг. 3. Спектр типового OFDM-сигнала.

Фиг. 4. Спектры последовательно передаваемых сигналов, используемые для тестирования уровней сигнала и помех (тестовый сигнал №2).

Фиг. 5. Принцип формирования оптимальной частотно-кодовой конструкции OFDM-сигнала:

а) пояснение анализа помеховой обстановки в тестируемой полосе частот;

б) пояснение переноса пораженных частотных участков OFDM-сигнала.

Фиг. 6. Пояснение к формированию тестового сигнала для оценки временного рассеяния в радиоканале (тестовый сигнал №3).

Для осуществления заявленного способа необходимо наличие двух идентичных по составу станций А и Б.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства передачи и приема радиосигналов КВ диапазона.

На схеме представлено:

Станция А в составе:

1. Блок сопряжения.

2. Вычислительное устройство.

2.1. Блок формирования сигнала.

2.2. Блок адаптивного управления радиоканалом.

2.3. Блок обработки сигнала.

3. Передающий тракт.

3.1. Широкополосный усилитель мощности.

Антенна (антенно-фидерное устройство).

4. Приемный тракт.

4.1. Первый приемный канал.

4.1.1. Усилитель высокой частоты.

Антенна.

4.2. Второй приемный канал.

4.2.1. Усилитель высокой частоты.

Антенна.

4.3. Двухканальный синхронный аналого-цифровой преобразователь.

Станция Б.

Все конструктивные элементы в блоке сопряжения 1, в вычислительном устройстве 2, в блоке формирования сигнала 2.1, в блоке адаптивного управления радиоканалом 2.2, в блоке обработки сигнала 2.3, в широкополосном усилителе мощности 3.1 передающего тракта 3, в усилителях высокой частоты 4.1.1 первого приемного канала 4.1 и 4.2.1 второго приемного канала 4.2, в двухканальном синхронном аналого-цифровом преобразователе 4.3 приемного тракта 4 соединены электрическими связями.

На Фиг. 2. представлена типовая зависимость коэффициента взаимной корреляции интерференционного поля узкополосных станционных помех (ρ_na) от полосы пропускания приемного тракта (Δƒ), полученная в результате экспериментальных исследований. Результаты эксперимента показали возможность снижения взаимной корреляции станционных помех, попадающих в полосу обрабатываемых сигналов, с расширением полосы пропускания приемного тракта. Это позволяет выполнять компенсацию влияния узкополосных станционных помех при использовании пространственно-корреляционной обработки сигналов, обеспечивая возможность передачи информации в широкой полосе частот на фоне помех с заданной помехоустойчивостью.

На фиг. 3. представлен спектр типового OFDM-сигнала с использованием кода Баркера для расширения базы сигнала.

На фиг. 4. представлены спектры последовательно передаваемых сигналов, используемые для тестирования уровней сигнала и помех (тестовый сигнал №2).

На фиг. 5: представлен принцип формирования оптимальной частотно-кодовой конструкции OFDM-сигнала, с пояснением анализа помеховой обстановки в тестируемой полосе частот и способа переноса пораженных частотных участков OFDM-сигнала.

На фиг. 6. показан принцип формирования тестового сигнала №3, используемого для оценки временного рассеяния в радиоканале.

Осуществление способа

Для осуществления заявленного способа исходящий информационный сигнал с терминала поступает в блок сопряжения 1, в котором выполняется его преобразование в формат работы вычислительного устройства 2.

Далее в блоке формирования сигнала 2.1 вычислительного устройства 2 последовательно выполняются операции:

- кодирование каждого бита информации шумоподобной двоичной кодовой последовательностью Баркера;

- избыточное кодирование корректирующим кодом;

- межсимвольное скремблирование (перемежение) информационных кодовых комбинаций;

- формирование OFDM-сигнала с установленными частотным разносом поднесущих и частотно-кодовой конструкцией (фиг. 3).

Сформированный OFDM-сигнал поступает на широкополосный усилитель мощности 3.1 передающего тракта 3, после усиления в котором он подается на антенно-фидерное устройство, осуществляющее излучение электромагнитных волн в направлении приемной станции (фиг. 1).

Принимаемый радиосигнал поступает на две идентичные антенны, пространственно-разнесенные на расстоянии не менее половины длины волны (d > λ/2) друг от друга, спозиционированные ортогонально передающей станции. Радиосигнал с выходов антенн поступает на два идентичных усилителя высокой частоты 4.1.1 и 4.2.1 приемных каналов 4.1 и 4.2 приемного тракта 4, после усиления в которых радиосигнал поступает на входы двухканального синхронного аналого-цифрового преобразователя 4.3 приемного тракта 4. Двухканальный синхронный аналого-цифровой преобразователь 4.3 приемного тракта 4 выполняет оцифровку усиленных радиосигналов, которые поступают на два входа блока обработки сигналов 2.3 вычислительного устройства 2, в котором при приеме информационных сигналов последовательно выполняются операции:

- демодуляция OFDM-сигнала;

- вычисление взаимной корреляции демодулированных сигналов на интервале кода Баркера;

- формирование информационной последовательности путем сравнения вычисленной суммы значений взаимной корреляции с пороговым значением;

- дескремблирование принятых информационных последовательностей в обратном порядке межсимвольного перемежения;

- декодирование принятых избыточных кодовых комбинаций с исправлением обнаруженных ошибок.

Принятый информационный сигнал поступает на блок сопряжения 1, в котором осуществляется преобразование информационного сигнала в формат работы терминала.

При тестировании временного рассеивания сигнала в радиоканале в блоке обработки сигналов 2.3 вычислительного устройства 2 производится демодуляция амплитудно-модулированного тестового сигнала №3.

Для установления оптимальных параметров радиоканала на этапах установления и ведения связи, используется блок адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2, который выполняет функции:

- трассовое зондирование радиоканала;

- тестирование помеховой обстановки.

В радиоканале осуществляется поэтапная адаптация параметров канала ведомой и ведущей станций.

При адаптации параметров ведомой станцией производится все этапы тестирования: трассовое зондирование радиоканала и тестирование помеховой обстановки.

Для тестирования используется тестовые сигналы №1, №2 и №3.

Тестовый сигнал №1 представляет собой узкополосный OFDM-сигнал, содержащий все поднесущие частоты $$\Delta f_{\text{тест1}}=\mathrm{0,25}\Delta f_{\text{OFDM}}$$. Использование узкополосного тестового сигнала обосновано снижением влияния на работу других станций в процессе трассового зондирования. Тестовый сигнал №1 формируется путем подачи кодовой комбинации «11111…1» с блока адаптивного управления радиоканалом 2.2 на блок формирования сигнала 2.1 вычислительного устройства 2, в котором выполняется его OFDM-модуляция.

Тестовый сигнал №2 представляет собой чередующиеся поднесущие и свободные полосы частот. Они формируются на основе двух инверсных кодовых комбинаций «01010101…1» и «1010101…10» с длиной, превышающей в 1,25 раза число поднесущих OFDM-сигнала (фиг. 4). Эти кодовые комбинации поступают в блок формирования сигнала 2.1 вычислительного устройства 2, на основе которых синтезируются последовательно передаваемые тестовые сигналы, в результате чего формируется тестовый сигнал №2, спектр которого представляет собой две смещенные последовательности поднесущих и свободных полос частот в общей полосе тестируемого сигнала $$\Delta f_{\text{тест}}$$ (фиг. 4).

Тестовый сигнал №3 представляет собой последовательность амплитудно-модулированных импульсов с большой скважностью (фиг. 6), длительность которых определяется шириной спектра тестирующего сигнала .

Трассовое зондирование выполняет следующие операции адаптации радиоканала:

- выбор поддиапазона рабочих частот по условиям прохождения радиоволн КВ диапазона: максимальная и наименьшая применимые частоты (МПЧ - НПЧ);

- определение оптимальной рабочей частоты и частотного рассеяния в выбранном поддиапазоне рабочих частот;

- выбор оптимального частотного разноса поднесущих OFDM-сигнала по результатам оценки временного рассеяния тестового сигнала.

С целью снижения влияния радиоканала на работу других станций при трассовом зондировании определение поддиапазона рабочих частот осуществляется после предварительного расчета долгосрочного прогноза частот по координатам станций с помощью известных программ (например, VOACAP (http://www.voacap.com/)). По результатам долгосрочного прогноза (МПЧ - НПЧ) выполняется последовательное излучение тестового сигнала №1 в расширенном диапазоне рабочих частот, начиная с наиболее высокой частоты, равной 1,3МПЧ до НПЧ, соответствующей минимальному соотношению уровней сигнал/шум. Для этого в блоке адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2 используется тестовый сигнал №1, который передается в блок формирования сигнала 2.1 вычислительного устройства 2. В этом блоке производится OFDM-модуляция тестового сигнала №1 на последовательно изменяемых рабочих частотах. Эти сформированные тестовые сигналы последовательно передаются в широкополосный усилитель мощности 3.1 передающего тракта 3, после усиления в котором эти сигналы подаются на антенно-фидерное устройство, откуда производится излучение радиосигнала в направлении ведомой станции.

В приемном тракте ведомой станции осуществляется прием зондирующего тестового сигнала №1 в одном из каналов приемного тракта. После усиления и оцифровки тестового сигнала в усилителе высокой частоты 4.1.1 первого приемного канала 4.1 приемного тракта 4 и в подключенном к нему двухканальном синхронном аналого-цифровом преобразователе 4.3 приемного тракта 4 принятый зондирующий сигнал поступает на один вход блока обработки сигналов 2.3 вычислительного устройства 2, где производится измерение уровней сигналов на всех поднесущих частотах узкополосного OFDM-сигнала. Результаты измерений уровней сигналов во всех поддиапазонах поступают в блок адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2, по которым определяется текущий диапазон рабочих частот (МПЧ - НПЧ). МПЧ определяется наличием сигнала на наиболее высокой частоте (Черенкова Е.Л., Чернышев О.В. Распространение радиоволн. - М: Радио и связь, 1984 г., 272 с.), а НПЧ определяется минимальным уровнем сигнала, соответствующим известной чувствительности приемника. Информация о выбранном диапазоне рабочих частот передается на ведущую станцию по каналу обратной связи на соответствующих частотах зондирования КВ поддиапазонов. Данная информация сохраняется в памяти блоков адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2 каждой станции.

Определение оптимальной рабочей частоты и частотного рассеяния сигнала осуществляется путем последовательного зондирования выбранного поддиапазона рабочих частот в пределах от МПЧ до НПЧ. Для этого в блоке адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2 формируется тестовый сигнал №2, который передается в блок формирования сигнала 2.1 вычислительного устройства 2. В блоке формирования сигнала 2.1 вычислительного устройства 2 производится OFDM-модуляция тестового сигнала №2 на последовательно изменяемых рабочих частотах с шагом частотной сетки, равной ширине спектра тестового сигнала №2 (фиг. 4).

Модулированные тестовые сигналы на разных рабочих частотах поступают в широкополосный усилитель мощности 3.1 передающего тракта 3, после усиления в котором эти сигналы подаются на антенно-фидерное устройство, откуда производится излучение радиосигнала в направлении ведомой станции.

В приемном тракте ведомой станции осуществляется прием зондирующего тестового сигнала №2 в одном из каналов приемного тракта. После усиления и оцифровки тестового сигнала в усилителе высокой частоты 4.1.1 первого приемного канала 4.1 приемного тракта 4 и в подключенном к нему двухканальном синхронном аналого-цифровом преобразователе 4.3 приемного тракта 4 принятый зондирующий сигнал поступает на один вход блока обработки сигналов 2.3 вычислительного устройства 2, где производится демодуляция тестового OFDM-сигнала. Далее демодулированный сигнал поступает в блок адаптивного управления каналом 2.2 вычислительного устройства 2, где производится оценка его частотного рассеяния и сравнение принятой кодовой последовательности с известным тестовым сигналом №2, по которому определяется количество ошибок в принятой кодовой последовательности. Результаты оценки частотного рассеяния и количество ошибок на всех рабочих частотах тестируемого поддиапазона частот, сохраняется в памяти блока адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2. Далее по минимуму частотного рассеяния и количества ошибок производится выбор наилучших рабочих частот, обеспечивающих наибольшую пропускную способность и помехоустойчивость радиоканала. По данному критерию производится рейтинговое распределение рабочих частот. В этом случае оптимальной является рабочая частота, с наименьшим числом ошибок и минимальным частотным рассеянием.

После рейтингового распределения наилучшая рабочая частота выбирается в качестве основной, а оставшиеся - в качестве резервных частот. Резервные частоты используются в соответствии с долгосрочным прогнозом частот и в случаях изменения помеховой обстановки в рейтинговом порядке. Информация об основной и резервных оптимальных рабочих частотах передается на ведущую станцию по каналу обратной связи на всех частотах зондирования в пределах выбранного поддиапазона частот. Данная информация сохраняется в памяти блока адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2.

Выбор оптимального частотного разноса поднесущих OFDM-сигнала осуществляется путем зондирования тестовым сигналом №3 на оптимальной рабочей частоте. Для этого в блоке адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2 формируется последовательность одиночных импульсов с большой скважностью, которая передается в блок формирования сигнала 2.1 вычислительного устройства 2. В блоке формирования сигнала 2.1 вычислительного устройства 2 производится амплитудная модуляция тестового сигнала №3, который после усиления в широкополосном усилителе мощности 3.1 передающего тракта 3 подается на антенно-фидерное устройство, откуда производится излучение радиосигнала в направлении ведомой станции.

В приемном тракте ведомой станции осуществляется прием зондирующего сигнала в одном из каналов приемного тракта. После усиления и оцифровки тестового сигнала в усилителе высокой частоты 4.1.1 первого приемного канала 4.1 приемного тракта 4 и в подключенном к нему двухканальном синхронном аналого-цифровом преобразователе 4.3 приемного тракта 4 принятый зондирующий сигнал поступает на один вход блока обработки сигналов 2.3 вычислительного устройства 2, где производится демодуляция амплитудно-модулированного тестового сигнала №3. Далее демодулированный сигнал поступает в блок адаптивного управления каналом 2.2 вычислительного устройства 2, где производится оценка временного рассеяния, по которому определяется максимальная ширина спектра поднесущей частоты.

Далее по результатам оценки частотного и временного рассеяния определяется оптимальный частотный разнос поднесущих OFDM-сигнала.

Информация об оптимальном частотном разносе OFDM-сигнала передается на ведомую станцию по каналу обратной связи на оптимальной рабочей частоте. Данная информация сохраняется в памяти блоков адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2 каждой станции.

В результате выполнения трассового зондирования в радиоканале в направлении от ведущей к ведомой станции устанавливается оптимальная рабочая частота и разнос поднесущих OFDM-сигнала.

Тестирование помеховой обстановки осуществляется после трассового зондирования и в процессе передачи информации для формирования оптимальной частотно-кодовой конструкции OFDM-сигнала. Для этого на выбранной оптимальной рабочей частоте в блоке адаптивного управления радиоканалом 2.2 и блоке формирования сигнала 2.1 вычислительного устройства 2 формируется тестовый сигнал №2.

Сформированный тестовый сигнал поступает в широкополосный усилитель мощности 3.1 передающего тракта 3, после усиления в котором подается на антенно-фидерное устройство с последующим излучением в эфир.

В приемном тракте 4 ведомой станции при тестировании используется один из каналов приемного тракта усиления. После усиления и оцифровки тестового сигнала в усилителе высокой частоты 4.1.1 первого приемного канала 4.1 приемного тракта 4 и в подключенном к нему двухканальном синхронном аналого-цифровом преобразователе 4.3 приемного тракта 4 принятый зондирующий сигнал поступает на один вход блока обработки сигналов 2.3 вычислительного устройства 2, где выполняется демодуляция и измерение уровней помех на всех поднесущих частотах тестового сигнала. Демодулированный тестовый сигнал и результаты измерений уровней помех поступают в блок адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2.

В блоке адаптивного управления 2.2 вычислительного устройства 2 осуществляется сравнение принятого с известным тестовым сигналом, на основе чего определяются ошибки на соответствующих поднесущих частотах тестового сигнала. Также в этом блоке выполняется оценка среднего уровня помех на всех поднесущих тестового сигнала и выделение поднесущих частот, уровень которых превышает средний уровень помех во всей полосе пропускания приемного тракта $$U_i{}_{\text{ подн}}\text{>1}\text{,3 }{\overline{\text{U}}}_{\text{тест}}$$ (фиг. 5 а).

По результатам тестирования формируется оптимальная частотно-кодовая конструкция OFDM-сигнала, путем исключения поднесущих, на которых возникает большее число ошибок при тестировании, и в частотных полосах понесущих, где уровень помех превышает средний уровень этих помех во всей полосе тестового сигнала $$\Delta f_{\text{тест}}$$более чем на 30 %.

Для поддержания средней скорости передачи информации, «пораженные» поднесущие равномерно переносятся на края исходного OFDM-сигнала, в пределах расширенной полосы тестового сигнала (фиг. 5 б). Информация об оптимальной частотно-кодовой конструкции передается на оптимальной рабочей частоте по каналу обратной связи в направлении ведомой станции. В результате информация о частотно-кодовой конструкции сохраняется в блоках адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2 обеих станций. После этого на обеих станциях, блоками адаптивного управления радиоканалом 2.2 вычислительного устройства 2. устанавливается соответствующая частотно-кодовая конструкция сигнала, до очередного тестирования.

После адаптации параметров ведомой и ведущей станций осуществляется обмен информацией, в процессе которого производится периодическое тестирование с целью поддержания требуемой помехоустойчивости радиоканала. Для этого используется процедура тестирования помеховой обстановки, по которой выполняется адаптация частотно-кодовой конструкции OFDM-сигнала. В случаях невозможности формирования полной частотно-кодовой конструкции OFDM-сигнала на текущей рабочей частоте, при изменении помеховой обстановки или условий распространений радиоволн, для поддержания средней скорости передачи информации производится переход на резервные рабочие частоты, на которых определяется оптимальная частотно-кодовая конструкция OFDM-сигнала. При невозможности формирования полной кодовой конструкции на всех резервных частотах, радиоканал переходит в режим последовательного выполнения операций трассового зондирования и тестирования помеховой обстановки.

Таким образом, заявленный «Способ повышения помехоустойчивости и пропускной способности адаптивной системы КВ радиосвязи», является новым способом повышения помехоустойчивости и пропускной способности адаптивной системы связи с OFDM-сигналами, в условиях узкополосных станционных и естественных помех.

Заявленный способ промышленно применим, так как для его осуществления используются широко распространенные компоненты и изделия радиотехнической промышленности и вычислительной техники.

Изобретение относится к области радиосвязи и может использоваться при построении адаптивных систем и комплексов КВ радиосвязи. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости и пропускной способности адаптивной системы связи с OFDM-сигналами в условиях влияния узкополосных станционных и естественных помех. Для этого способ основан на поэтапной адаптации радиоканала ведомой и ведущей станций, выполняются процедуры трассового зондирования, тестирования помеховой обстановки, нахождения значений оптимизируемых параметров системы радиосвязи, передачи значений выбранных параметров на ведущую станцию, перестройки приемного и передающего трактов на новые оптимизированные параметры, установления и ведения связи, при этом дополнительно вводят второй приемный канал, состоящий из идентичных первому приемному каналу приемной антенны, антенно-фидерного устройства и усилителя высокой частоты, а также параллельно соединенный с обоими приемными каналами двухканальный синхронный аналого-цифровой преобразователь, в котором синхронно выполняют оцифровку усиленных радиосигналов. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ повышения помехоустойчивости и пропускной способности адаптивной системы КВ радиосвязи, использующий OFDM технологию, основанный на поэтапной адаптации радиоканала ведомой и ведущей станций, выполняющий процедуры трассового зондирования, тестирования помеховой обстановки, нахождения значений оптимизируемых параметров системы радиосвязи, передачи значений выбранных параметров на ведущую станцию, перестройки приемного и передающего трактов на новые оптимизированные параметры, установления и ведения связи, отличающийся тем, что в приемный тракт дополнительно вводят второй приемный канал, состоящий из идентичных первому приемному каналу приемной антенны, антенно-фидерного устройства и усилителя высокой частоты, а также дополнительно вводят параллельно соединенный с обоими приемными каналами двухканальный синхронный аналого-цифровой преобразователь, в котором синхронно выполняют оцифровку усиленных радиосигналов, далее выполняют пространственно-корреляционную обработку сигналов в блоке обработки сигналов вычислительного устройства, где производят вычисление взаимной корреляции сигналов, представленных параллельным кодом, несущих информацию об отдельных символах с объемом выборки, равным длине кода Баркера, далее осуществляют формирование информационной последовательности, представленной параллельным кодом, путем сравнения вычисленных значений взаимной корреляции с пороговым числом; при этом в блоке формирования сигнала вычислительного устройства каждый бит информации, поступающей с терминала, кодируют шумоподобной двоичной кодовой последовательностью Баркера, имеющей автокорреляционную функцию, близкую к дельта-функции, повышающей помехоустойчивость радиоканала; далее выполняют процедуру межсимвольного перемежения; кроме этого, проводят тестирование тестовыми сигналами №№ 1-3 для оценки состояния радиоканала; далее по результатам тестирования в блоке адаптивного управления радиоканалом вычислительного устройства для поддержания заданной пропускной способности радиоканала выполняют адаптацию частотно-кодовой конструкции OFDM-сигнала путем распределения по частоте поднесущих OFDM-сигнала.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между приемными антеннами делают не менее половины длины волны (λ/2) друг от друга.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для адаптации частотно-кодовой конструкции OFDM-сигнала исключают поднесущие OFDM-сигнала, на которых возникает большое число ошибок при тестировании и где уровень помех превышает средний уровень помех во всей полосе тестового сигнала более чем на 30 %, с переносом пораженных поднесущих на края исходного OFDM-сигнала в пределах расширенной полосы тестового сигнала.