Способ разнесенной передачи Российский патент 2022 года по МПК H04B7/06 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано на линиях радиосвязи.

Известен «Способ повышения скрытности передачи группы узкополосных сигналов» (Патент РФ №2232475, МПК-H04K 1/02, опубл. 10.07.2004, Бюл. № 19).

В известном способе совместно излучают полезный и маскирующий сигналы, которые суммируют, а на приеме преобразуют маскирующий сигнал и затем устраняют его. При этом, излучают группу полезных сигналов независимо от маскирующего, причем излучение маскирующего сигнала осуществляют в диапазоне частот всей группы полезных сигналов, маскирующий сигнал формируют из узкополосного сигнала путем расширения его спектра за счет частотной или фазовой модуляции, закон которой известен "своим" приемникам, преобразуют все входные, в том числе и маскирующий, сигналы таким образом, что спектр маскирующего сигнала сужают, а спектры остальных входных сигналов расширяют, далее маскирующий сигнал режектируют, а затем восстанавливают остальные входные сигналы.

Недостатком известного способа является сложность его реализации, предполагающая наличие дополнительных блоков в приемных и передающих устройствах для расширения спектра сигнала за счет дополнительной его частотной или фазовой модуляции.

Известен «Способ защищенной передачи информации с использованием импульсного кодирования» (Патент РФ № 2493659, МПК-H04L 9/28, опубл. 20.09.2013, Бюл. № 26).

В известном способе повышают степень защиты информации за счет формирования информационного сигнала с закодированной информацией, аддитивного суммирования информационного сигнала с хаотическим маскирующим сигналом, передачу суммарного сигнала по каналу связи к приемному устройству, детектирование информации. Причем в качестве информационного и маскирующего сигналов используют последовательности одиночных импульсов подобной формы, при этом кодирование информации осуществляют расстоянием между соседними импульсами информационного сигнала, и в процессе детектирования проводят распознавание формы импульсов на основе нейросетевого метода и преобразуют интервалы времени между импульсами информационного сигнала в информацию.

Недостатком известного способа является сложность его осуществления на практике, предполагающая дополнительную реализацию процедур формирования и обработки хаотического маскирующего сигнала.

Также известен «Способ когерентной разнесенной передачи сигнала» (Патент РФ № 2192094, МПК-H04B 7/005, опубл. 27.10.2002, Бюл. № 30).

В соответствии с этим способом на передающей стороне формируют N каналов разнесения, формируют N пилот-сигналов и назначают каждому каналу разнесения свой пилот-сигнал, передают информационный сигнал через все каналы разнесения, а пилот-сигналы по соответствующим каналам разнесения, на приемной стороне оценивают передаточные функции каналов разнесения с использованием переданных пилот-сигналов, передают результаты оценки передаточных функций каналов разнесения на передающую сторону, на передающей стороне в соответствие с полученными результатами оценок осуществляют предыскажение информационного сигнала, передаваемого через каждый канал разнесения таким образом, чтобы максимизировать качество приема информационного сигнала на приемной стороне.

Недостатком этого аналога является возможность приема сигналов со стороны нелегитимного корреспондента, а также техническая сложность реализации, предусматривающая реализацию процедур предыскажений информационного сигнала посредством фазовой или амплитудно-фазовой коррекции.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является «Способ разнесенной передачи» (Патент РФ № 2717967, МПК-H04B 7/005, опубл. 27.03.2020, Бюл. № 9), обеспечивающей снижение электромагнитной доступности приема для нелегитимного корреспондента.

В способе-прототипе на передающей стороне формируют N каналов разнесения, формируют пилот-сигнал, передают пилот-сигнал через N каналов разнесения, оценивают качество приема пилот-сигнала, на передающей стороне, в соответствии с полученными результатами передачи пилот-сигналов, передают информационный сигнал через каналы разнесения. При этом, предварительно задают частоту для работы радиолинии, в соответствии с выбранной частотой формируют пилот-сигнал, каждому каналу разнесения назначают свою антенну, формируют систему из N антенн, расположенных на одной линии таким образом, чтобы расстояние между ними было равно половине длины волны, определяемой заданной частотой, ориентируют на местности антенную систему в направлении на нелегитимного корреспондента для реализации противофазного приема.

В этом способе разнесенной передачи обеспечивается противофазный прием информационного сигнала в направлении на нелегитимного корреспондента.

Недостатком известного способа-прототипа является то, что он предназначен для использования только на одной, заранее заданной частоте информационного сигнала, для которого выполняется подстройка антенной системы с целью получения нулевого приёма в направлении на нелегитимного корреспондента. Если необходимо изменить частоту информационного сигнала, то по алгоритму работы способа-прототипа будет необходимо перестраивать антенную систему, проверяя выполнение условия нулевого приёма в направлении нелегитимного корреспондента. Данное обстоятельство делает систему связи, по сути, одночастотной, а перестройка на другую частоту требует дополнительного времени и операций, затрачиваемых на перестройку антенной системы и контроля этой перестройки с помощью посылки нового пилот–сигнала, что снижает пропускную способность системы связи.

Другой недостаток способа-прототипа состоит в том, что направление нулевого приёма формируется не только в направлении на нелегитимного корреспондента, но и в противоположном направлении. В результате сокращается сектор приёма информационного сигнала для легитимных корреспондентов.

Задачей настоящего изобретения является создание способа, позволяющего расширить область практического применения разнесённой передачи к условиям изменения частоты информационного сигнала в заданном частотном диапазоне.

Технический результат заключается в расширении углового сектора приёма информационных сигналов и увеличении пропускной способности системы связи с временным разделением каналов.

Технический результат достигается тем, что в способ разнесённой передачи, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют N каналов разнесения, формируют пилот-сигнал на заранее заданной частоте информационного сигнала, назначают каждому каналу разнесения свою антенну, при этом канал разнесения представляет собой тракт от ОДНОГО из двух каналов разветвителя сигнала на выходе передатчика до одной из антенн каждого из N каналов разнесения, формируют систему из N антенн расположенных на одной линии таким образом, чтобы расстояние между ними было равно половине длины волны, определяемой заданной частотой информационного сигнала, ориентируют на местности сформированную антенную систему в направлении на нелегитимного корреспондента для реализации противофазного приёма, посылают пилот-сигнал, оценивают качество приёма пилот-сигнала в направлении на нелегитимного корреспондента на передающей стороне и, в соответствии с результатами, проводят подстройку антенн сформированной антенной системы, причём предварительно задают диапазон частот f_min-f_max для работы радиолинии с изменяемой частотой информационного сигнала, определяют значение фазового сдвига информационного сигнала в одном из каналов на выходе разветвителя в зависимости от значения частоты f_i передаваемого информативного сигнала, причём расстояние между антеннами системы из N антенн, находящихся на одной линии выбирают равным половине длины волны максимальной частоте f_max заданного частотного диапазона f_min-f_max, формируют пилот-сигнал на максимальной частоте f_max заданного частотного диапазона, оценивают качество приёма пилот-сигнала на нелегитимного корреспондента на передающей стороне для максимальной частоты f_max и, в соответствии с полученными результатами, проводят подстройку антенн для данной частоты f_max сформированной антенной системы.

Технический результат достигается благодаря новой совокупности существенных признаков, а именно, использования в качестве пилот-сигнала сигнала максимальной частоты f_max из заданного частотного диапазона информационных сигналов и программируемого сдвига фазы информационного сигнала на f_i в одном из каналов пространственного разнесения, что приводит к расширению области практического применения разнесённой передачи, обеспечивающее снижение электромагнитной доступности приёма для нелегитимного корреспондента к условиям изменения частоты информационного сигнала в заданном частотном диапазоне, а также к расширению углового сектора приёма информационных сигналов и увеличению пропускной способности системы передачи информации.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг.1, схематично представлено устройство для двух каналов разнесения и введены следующие обозначения:

1 – устройство формирования и передачи сигналов;

2 – устройство разделения сигналов по каналам разнесения;

3 – антенная система первого канала разнесения;

4 – антенная система второго канала разнесения;

5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 14 – приемные устройства контроля (ПУК);

12 – приемное устройство нелегитимного пользователя (ПУНП);

13 - управляемый фазовращатель;

3.0, 4.0 – направление антенн каналов разнесения на ПУК №5 и ПУНП N12;

3.1, 4.1 – направление антенн каналов разнесения на ПУК №11;

3.2, 4.2 – направление антенн каналов разнесения на ПУК №10;

3.3, 4.3 – направление антенн каналов разнесения на ПУК №9;

3.14, 4,14 – направление антенн каналов разнесения на ПУК №14.

На фиг.2 показаны:

фиг.2а. S_4.0(t,f_max) – пилот-сигнал на частоте f_max в направлении на ПУК №5 и ПУНП №12 от антенной системы второго канала разнесения 4;.

фиг.2б. S_3.0(t,f_max) – пилот-сигнал на частоте f_max в направлении на ПУК №5 и ПУНП №12 от антенной системы первого канала разнесения 3;

фиг.2в. S₅(t,f_max) – суммарный пилот-сигнал на частоте f_max в направлении на ПУК №5 и ПУНП №12;

На фиг.3 показаны:

фиг.3а S_4.0(t,f_i,) информационный сигнал на частоте f_i, излучаемый в направлении на ПУК №5 и ПУНП №12 от антенной системы второго канала разнесения 4;

фиг.3б S_3.0(t,f_i) –информационный сигнал на частоте f_i, который излучался бы из антенной системы первого канала разнесения 3 в направлении на ПУК №5 и ПУНП №12 при отсутствии компенсирующего фазового сдвига , формируемого управляемым фазовращателем 13;

фиг.3в S_3.0(t,f_i,)- информационный сигнал на частоте f_i на выходе канала разнесения 3, который излучается антенной системой первого пункта разнесения 3 в направлениина ПУК №5 и ПУНП №12 при введении компенсирующего фазового сдвига формируемого управляемым фазовращателем 13;

фиг.3г S₅(t,f_i,) – суммарный информационный сигнал на частоте f_i в направлении на ПУК №5 и ПУНП №12;

На фиг.4 показаны:

фиг.4а S_4.14(t,f_i) – информационный сигнал на частоте f_i, излучаемый в направлении на ПУК №14 от антенной системы второго канала разнесения 4;

фиг.4б S_3.14(t,f_i,) – информационный сигнал на частоте f_i излучаемый в направлении на ПУК №14 от антенной системы первого канала разнесения 3;

фиг.4в S₁₄(t,f_i) – суммарный информационный сигнал на частоте f_i излучаемый в направлении на ПУК №14.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом:

Предварительно задают диапазон частот для работы радиолинии f_min-f_max.

Задают значение частоты излучения f_i. информационного сигнала внутри определённого диапазона f_min-f_max.

На передающей стороне формируют N каналов разнесения и, в соответствии с максимальной частотой f_max заданного частотного диапазона f_min-f_max, формируют пилот-сигнал на частоте f_max (фиг.1).

Для простоты пояснения, в качестве примера на фиг.2 показан пилот-сигнал, а на фиг.3 и фиг.4 - информационный сигнал на частоте f_i, сформированные в виде гармонических колебаний для начального момента их излучения.

Каждому каналу разнесения назначают свою антенну.

Назначение антенны происходит путем ее подсоединения к выходному тракту канала разнесения. При этом канал разнесения представляет собой тракт от одного из двух каналов разветвителя сигнала на выходе передатчика до одной из антенн каждого из N каналов разнесения непосредственно, а до другой антенны каждого из N каналов разнесения со сдвигом фазы через управляемый фазовращатель 13, величина которого определяется выбранной частотой информационного сигнала f_i (фиг_. 1).

Формируют систему из N антенн, расположенных на одной линии таким образом, чтобы расстояние между ними было равно половине длины волны, определяемой заданной максимальной частотой f_max частотного диапазона f_min-f_max.

Система формируется путем установки на местности антенн вдоль прямой линии. Длина волны из значения заданной частоты рассчитывается по следующей формуле:

где – скорость света [м/с]; _max – частота [Гц] диапазона f_min-f_max ; – длина волны [м] частоты _max.

В качестве антенны используют несимметричный вибратор. Определяют значение фазового сдвига информационного сигнала в одном из двух каналов на выходе разветвителя по заданному значению частоты излучения информационного сигнала f_i в заданном частотном диапазоне f_min-f_max,

Ориентируют на местности антенную систему в направлении на нелегитимного корреспондента для реализации противофазного приема для сигнала на частоте f_max.

Ориентацию осуществляют путем поворота всей системы из N антенн так, чтобы линия, вдоль которой расположены антенны, была направлена на нелегитимного корреспондента. На фиг.1 показана ориентация антенных систем первого 3 и второго 4 каналов разнесения, в направлении на нелегитимного корреспондента.

Передают пилот-сигнал на частоте f_max через N каналов разнесения.

Оценивают качество приема пилот-сигнала в направлении на нелегитимного корреспондента на f_max, в соответствии с полученными результатами производят подстройку передающих антенн, на передающей стороне,

Для оценки качества приема пилот-сигнала используют ПУК №5, настроенный на частоту пилот-сигнала f_max. Размещают ПУК №5 на продолжении линии, вдоль которой расположены антенные системы каналов разнесения за пределами ближней зоны (антенны). Поскольку антенная система ориентирована на противофазный прием, то качество приема пилот-сигнала должно быть наихудшим, что обеспечивает наихудшие условия электромагнитной доступности.

Для определения и достижения наихудшего качества приема, антенны антенных систем каналов разнесения регулируют (за исключением первой установленной антенны), путем изменения мест их установки в пределах зон радиусом (малая окружность), относительно исходной установки антенн (фиг.1). Т.о. в сформированной системе производят подстройку передающих антенн путем их перестановки.

Пунктирной линией (большая окружность) на фиг.1 показаны пределы зоны, на границах которой проверяют уровень приема сигналов на ПУК № 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 14.

После достижения наихудшего качества приема в направлении на нелегитимного корреспондента на f_max передают информационный сигнал на заданной частоте f_i из диапазона f_min-f_max.

При разнесенном приеме сигналы от каждого канала разнесения когерентно складываются в точке приема. Но, поскольку антенны разнесены между собой на половину длины волны частоты f_max, то результат сложения вдоль прямой линии расположения антенн для частоты f_max, теоретически будет равен нулю только для этой частоты. При этом, в любом другом направлении, кроме противоположного, результат такого сложения будет отличен от нуля.

Так как антенные системы первого 3 и второго 4 каналов разнесения расположены на расстоянии равном половине длины волны пилот- сигнала излучаемого на частоте f_max, то только на этой частоте будет выполняться противофазный приём сигналов в направлении на ПУК №5 и ПУНП №12 (фиг.2 а,б,в) , а также в противоположном направлении на ПУК №14. Если частота информационного сигнала f_i не равна f_max - частоте пилот-сигнала (фиг.3а), то разность хода информационного сигнала излученного из антенных систем первого 3 и второго 4 каналов разнесения будет отличаться на величину (фиг.3б), что соответствует разности фаз и разность фаз информационных сигналов излученных в направлении на ПУК № 5 и ПУНП №12 не будут противофазными.

Поэтому, для обеспечения противофазного приёма информационного сигнала частоты f_i,,излучаемого антенными системами первого 3 и второго 4 каналов разнесения в направлении ПУК №5 и ПУНП №12, выполняют фазовый сдвиг сигнала излучаемого антенной системой первого канала разнесения 3 на величину управляемым фазовращателем 13 (фиг.3в) В результате, разность хода сигналов излученных антеннами системами первого 3 и второго 4 каналов разнесения становится, что обеспечивает противофазный приём информационного сигнала на ПУК № 5 и, следовательно, на ПУНП № 12.

Т.к. точность настройки антенной системы-определения положения антенной системы второго канала разнесения 4 внутри окружности радиуса , относительно места установки антенной системы первого канала разнесения 3, определено для наименьшей длины волны (f_max), то для любых других частот информационных сигналов f_i<f_max выполняются с большей точностью. Т. о., единожды настроив антенную систему, можно передавать информационные сигналы любой частоты f_i из заданного диапазона f_min-f_max не перестраивая антенную систему, а только меняя значение фазового сдвига информационного сигнала , подаваемого на излучение антенной системы первого канала разнесения 3 с одного из выходов разветвителя 2 при помощи управляемого фазовращателя 13.

Поскольку, при изменении частоты информационного сигнала не требуется перенастройки антенной системы (изменение положения антенной системы второго канала разнесения 4) и её тестирования новыми пилот-сигналами, то применение заявляемого способа повышает пропускную способность системы связи.

Так же, при применении заявляемого способа, расширяется сектор приёма информационных сигналов по сравнению с сектором приёма по способу-прототипу. Для информационных сигналов с частотой f_i<f_max излученных из антенных систем первого 3 и второго 4 каналов разнесения в направлении на ПУК N14, противоположном направлению на ПУК № 5, не будет происходить противофазного сложения этих сигналов (фиг.4 а,б,в).

Наличие фазового сдвига информационного сигнала частотой f_i, подводимого к антенной системе первого - канала разнесения 3, обеспечивающего противофазность сигналов излучаемых антенными системами первого 3 и второго 4 каналов разнесения в направлении на ПУК №5, не даёт противофазного приёма в направлении на ПУК №14 (фиг.4в).

Как видно из вышеизложенного, предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, позволяет расширить угловой сектор приёма информационных сигналов и увеличить пропускную способность системы связи с временным разделением каналов.

При этом заявляемый способ является более простым в реализации, поскольку исключает каждый раз подстройку антенной системы, формирование и излучение пилот-сигнала под новое значение частоты информационного сигнала.

Использование предлагаемого способа позволяет расширить область его практического применения, обеспечивающего снижение электромагнитной доступности приёма для нелегитимного корреспондента к условиям изменения частоты информационного сигнала в заданном частотном диапазоне.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано на линиях радиосвязи. Технический результат заключается в расширении углового сектора приёма информационных сигналов и увеличении пропускной способности системы связи с временным разделением каналов. Технический результат обеспечивается за счет того, что настройка антенной системы выполняется только один раз для максимальной частоты заданного диапазона f_max, а противофазный приём информационных сигналов на частоте f_i в направлении на нелегитимного корреспондента обеспечивается введением фазового сдвига в сигнал одного из каналов пространственного разнесения, величина которого зависит от частоты информационного сигнала. 4 ил.

Способ разнесенной передачи, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют N каналов разнесения, назначают каждому каналу разнесения свою антенну, при этом канал разнесения представляет собой тракт от одного из двух каналов разветвителя сигнала на выходе передатчика до одной из антенн каждого из N каналов разнесения, формируют систему из N антенн, расположенных на одной линии, ориентируют на местности сформированную антенную систему в направлении на нелегитимного корреспондента для реализации противофазного приема, формируют и посылают пилот-сигнал, оценивают качество приема пилот-сигнала в направлении на нелегитимного корреспондента на передающей стороне и в соответствии с результатами проводят подстройку антенн сформированной антенной системы, отличающийся тем, что предварительно задают диапазон частот f_min-f_max для работы радиолинии с изменяемой частотой информационного сигнала, расстояние между антеннами системы из N антенн, находящихся на одной линии, выбирают равным половине длины волны максимальной частоте fmax заданного частотного диапазона f_min-f_max, пилот-сигнал формируют на максимальной частоте заданного частотного диапазона, после подстройки антенн сформированной антенной системы определяют значение фазового сдвига информационного сигнала в одном из каналов на выходе разветвителя в зависимости от значения частоты передаваемого информативного сигнала.