Способ повышения пропускной способности и качества оценки коротковолновых каналов связи с абсолютно-биимпульсными сигналами при их адаптации к условиям связи Российский патент 2022 года по МПК H04L27/32 

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в коротковолновых каналах радиосвязи при их адаптации к условиям связи. Каналы радиосвязи коротковолнового диапазона частот являются нестационарными, то есть каналами связи с переменными параметрами. Условия связи в такого рода каналах передачи сообщений постоянно меняются и оцениваются как «плохие», «средние» и «хорошие». В «плохих» и «средних» условиях связи более предпочтительным методом манипуляции является частотный метод и метод с использованием абсолютно-биимпульсных сигналов, которые по сравнению с фазовым методом манипуляции менее чувствительны к доплеровскому рассеянию спектра сигнала, характерного для «плохих» и «средних» условий связи. В «хороших» условиях связи более предпочтительным методом манипуляции является метод относительной фазовой манипуляции, который в канале с аддитивным шумом имеет наиболее высокую помехоустойчивость. Так как во время сеансов связи качество канала непрерывно изменяется, то с целью повышения эффективности функционирования каналов связи средства связи необходимо непрерывно адаптировать к тем условиям связи, которые существуют в текущий момент времени. Если передача ведется методом частотной манипуляции или с использованием абсолютно-биимпульсных сигналов, то при улучшении условий связи обычно повышают либо скорость манипуляции, либо переходят на многочастотную, например, двойную частотную манипуляцию, увеличивая как в том, так и в другом случае пропускную способность канала связи и, соответственно, полосу частот, которую занимает спектр передаваемого сигнала, что, естественно, приводит к потере помехоустойчивости. Однако в «средних» и «хороших» условиях связи возможно за счет одновременной манипуляции несущего колебания по амплитуде, по частоте и по фазе увеличить пропускную способность канала связи в три-пять раз без увеличения занимаемой спектром сигнала полосы частот и с минимальными потерями помехоустойчивости. Достигаемый технический результат данного изобретения – повышение пропускной способности канала связи с переменными параметрами при реализации «средних» и «хороших» условий связи за счет одновременного использования амплитудной и фазовой манипуляции без расширения спектра передаваемого сигнала и с минимальными потерями помехоустойчивости.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для повышения пропускной способности каналов связи при адаптации приемо-передающей аппаратуры с абсолютно-биимпульсными сигналами к условиям связи в коротковолновых радиолиниях.

Каналы связи коротковолнового диапазона радиочастот являются нестационарными и подвержены периодическим замираниям и доплеровским рассеяниям частоты. Условия связи в такого рода каналах связи в этом случае постоянно изменяются. Рекомендации Международного телекоммуникационного союза (ITU-R) [CCIR Recommendation 520-1 19821 “Use of High Frequency Ionospheric Channel Simulators”, Geneva: Int. Telecom. Union, 1995.] определяют, в зависимости от степени доплеровского расширения спектра сигнала в канале связи, три степени качества канала связи: «хорошее», «среднее» и «плохое».

Наиболее высокой помехоустойчивостью в коротковолновых каналах связи, подверженных селективным замираниям и воздействию аддитивных станционных помех, обладают модемы с абсолютно-биимпульсными сигналами [СПОСОБ ДЕМОДУЛЯЦИИ ЧАСТОТНО-МАНИПУЛИРОВАННЫХ АБСОЛЮТНО-БИИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ПО КОРОТКОВОЛНОВОМУ КАНАЛУ СВЯЗИ. Патент № 2454015. Опубл.: 20.06.2012, Бюл. № 17]. Адаптация различных канала связи, в том числе и с абсолютно-биимпульсными сигналами, к условиям связи обычно производится путем изменения скорости манипуляции, когда в хороших условиях передача сообщения производится на высокой скорости, а в случае ухудшения условий связи скорость манипуляции сигнала снижается, за счет чего повышается помехоустойчивость в «средних» и «плохих» условиях связи. Однако, изменение скорости манипуляции влечет за собой изменение полосы частот, занимаемой спектром сигнала. При увеличении скорости манипуляции спектр сигнала расширяется, что приводит к соответствующему снижению помехоустойчивости приема сообщения. Заявляемый способ повышения пропускной способности канала связи в «средних» и «хороших» условиях связи не приводит к изменению полосы спектра сигнала и, соответственно, к снижению помехоустойчивости приема сообщения.

За прототип заявляемого способа повышения пропускной способности каналов связи с абсолютно-биимпульсными сигналами принят «СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ И ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА КОРОТКОВОЛНОВЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ С ЧАСТОТНОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙ ПРИ ИХ АДАПТАЦИИ К УСЛОВИЯМ СВЯЗИ», описанный в изобретении по патенту № 2746495, опубл. 14. 04. 2021г.

Недостатком прототипа является необходимость фазирования колебаний на поднесущих частотах «1» и «0». Обычные способы передачи сообщений методом частотной манипуляции в этом случае требуют технической доработки. В каналах с переменными параметрами поднесущие частоты у прототипа изобретения должны находится в непосредственной близости друг к другу для обеспечения максимально возможной корреляции их параметров (амплитуды и фазы). Предлагаемый «СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ И КАЧЕСТВА ОЦЕНКИ КОРОТКОВОЛНОВЫХ КАНАЛОВ СВЯЗИ С АБСОЛЮТНО-БИИМПУЛЬСНЫМИ СИГНАЛАМИ ПРИ ИХ АДАПТАЦИИ К УСЛОВИЯМ СВЯЗИ» лишен всех этих недостатков. Разнесение по частоте двух амплитудно-манипулированных подканалов может быть произведено на сколь угодно большое расстояние. При этом, чем больше разнесение подканалов по частоте, тем лучше для декорреляции замирающих во времени сигналов и, соответственно, для помехоустойчивости систем связи с абсолютно-биимпульсными сигналами. При этом формирование колебаний на разнесенных по частоте поднесущих частотах в заявляемом способе не требует новых технических решений и может производиться традиционными методами.

В нестационарных каналах связи их качество постоянно изменяется во времени. Оно периодически бывает то «хорошим», то «средним», то «плохим». В «плохих» условиях связи предпочтительным методом манипуляции несущего колебания в заявляемом способе является амплитудная манипуляция с абсолютно-биимпульсными сигналами, а в «средних» и «хороших» условиях для передачи сообщения кроме амплитудной манипуляции предлагается одновременно использовать также и относительную фазовую манипуляцию. В «хороших» условиях связи возможно дополнительно производить манипуляцию абсолютно-биимпульсных сигналов методом двукратной относительной фазовой манипуляции. В этом случае пропускная способность канала связи увеличивается в 3 раза. При этом не происходит какого-либо расширения полосы частот, занимаемой спектром этих сигналов. В «средних» условиях связи помехоустойчивость передачи сообщения сохраняется относительно высокой за счет использования вместо двукратной относительной фазовой манипуляции однократной относительной фазовой манипуляции. При «плохих» условиях в канале связи фазовая манипуляция используется не для увеличения его пропускной способности, а лишь для оценки его качества. С помощью однократной относительной фазовой манипуляции передается та же информация, что и методом амплитудной манипуляции и результаты решений на выходах амплитудного и фазового демодуляторов сравниваются. При обнаружении относительно частых расхождений в этих решениях канал связи оценивается как «плохой». Если отличие в решениях встречаются относительно редко, то качество канала связи оценивается как «среднее». Если в течении заданного отрезка времени разницы в решениях амплитудного и фазового демодулятора не наблюдается, то канал связи признается «хорошим».

Преимуществом предлагаемого способа повышения пропускной способности канала связи с абсолютно-биимпульсными сигналами перед аналогом является то, что полоса частот при увеличении пропускной способности канала связи не путем увеличения скорости манипуляции, а за счет дополнительной манипуляции несущего колебания по фазе, не изменяется. То есть помехоустойчивость приема сообщения при увеличении пропускной способности за счет относительной фазовой манипуляции остается для элементов, передаваемых методом амплитудной манипуляции, прежней, а для элементов, передаваемых методом относительной фазовой манипуляции в «средних» и «хороших» условиях связи помехоустойчивость методов двукратной и, соответственно, однократной относительной фазовой манипуляции превосходит помехоустойчивость метода амплитудной манипуляции.

Преимуществом предлагаемого способа повышения пропускной способности каналов связи перед прототипом является то, что сравнение фаз соседних посылок производится на одной и той же частоте, что не требует взаимного фазирования колебаний на поднесущих частотах. Предлагаемый способ за счет двух частотно-разнесенных каналов связи с амплитудной манипуляции позволяет обеспечивать высококачественную связь в «плохих» условиях, когда метод относительной фазовой манипуляции перестает функционировать удовлетворительно, а в «средних» и «хороших» условиях связи пропускная способность канала связи за счет дополнительной фазовой манипуляции увеличивается, соответственно, в 2-5 раз. Коэффициент увеличения пропускной способности зависит от кратности используемой относительной фазовой манипуляции. Если используется однократная относительная фазовая манипуляция, то пропускная способность канала связи с амплитудно-манипулированными сигналами на каждой из двух поднесущих частот увеличивается в 2 раза. Если используется двукратная относительная фазовая манипуляция, то пропускная способность канала связи с амплитудной манипуляцией на каждой из двух поднесущих частот увеличивается в 3 раза. Если используются два частотно-разнесенных подканала с абсолютно-биимпульсными сигналами, то методом относительной фазовой манипуляции по этим подканалам можно передавать отличающуюся друг от друга информацию, и в этом случае пропускная способность общего канала связи может быть увеличена в 3 раза при использовании в обоих подканалах однократной относительной фазовой манипуляции и в 5 раз при использовании в обоих подканалах двукратной относительной фазовой манипуляции.

Несущее колебание на частоте f_n, которое еще не подверглось амплитудной манипуляции можно описать следующим аналитическим выражением:

.

Если при передаче элемента «1» ему отводится первая позиция на время-позиционной оси при использовании абсолютно-биимпульсных сигналов, то при передаче N-го элемента, которым является «1», в эфир на интервале времени

(N-1)T<t<(N- 0.5)T излучается колебание:

,

а на интервале времени (N- 0.5)T<t<NT излучение несущего колебания отсутствует. Если же при этом условии N-й элемент имеет значение «0», то на интервале времени (N-1)T<t<(N-0.5)T излучение несущего колебание отсутствует, а на интервале времени (N-0.5)T<t< NT излучается колебание:

.

При использовании обычных абсолютно-биимпульсных сигналов значения начальных фаз отдельно взятых элементов φ_N не играют особой роли и, в принципе, могут быть любыми. В заявляемом же варианте модема начальные фазы колебаний φ_N несут аналогично тому, как это имеет место в прототипе, информационную нагрузку, которая говорит о значении элементов, следующих непосредственно за передаваемым методом абсолютно-биимпульсных сигналов элементом. Если следующим непосредственно за передаваемым методом абсолютно-биимпульсных сигналов элементом является элемент, значение которого «1», то при однократной относительной фазовой манипуляции разность фаз между начальными фазами радиоимпульсов φ_N-1 и φ_N должна быть равна 0° (или 180°). Если следующим непосредственно за передаваемым методом абсолютно-биимпульсных сигналов элементом является элемент, значение которого «0», то при однократной относительной фазовой манипуляции разность фаз между начальными фазами радиоимпульсов φ_N-1 и φ_N должна быть равна 180° (или 0°). Таким образом, определив с помощью амплитудного детектора местоположение на оси времени двух следующих друг другом радиоимпульсов возможно произвести оценку начальных фаз этих радиоимпульсов и определить разность этих оценок начальных фаз. Если при однократной относительной фазовой манипуляции разность оценок начальных фаз двух соседних элементов будет по модулю меньше 90⁰, то элемент, следующий за элементом, передаваемым с помощью амплитудной манипуляции, будет принят как «1» (или «0»). Если при однократной относительной фазовой манипуляции разность оценок начальных фаз двух соседних элементов будет по модулю больше 90°, то элемент, следующий за элементом, передаваемым с помощью амплитудной манипуляции, будет принят как «0» (или «1»). Если при двукратной относительной фазовой манипуляции разность оценок начальных фаз двух соседних элементов будет по модулю меньше 45°, то два элемента, следующих за элементом, передаваемым с помощью амплитудной манипуляции, будут приняты как «11» (или «00»). Если при двукратной относительной фазовой манипуляции разность оценок начальных фаз двух соседних элементов будет по модулю больше 135°, то два элемента, следующих за элементом, передаваемым с помощью амплитудной манипуляции, будут приняты как «00» (или «11»). Если при двукратной относительной фазовой манипуляции разность оценок начальных фаз двух соседних элементов будет больше 45°, но меньше 135⁰ то два элемента, следующих за элементом, передаваемым с помощью амплитудной манипуляции, будет приняты как «10» (или «01»). Если при двукратной относительной фазовой манипуляции разность оценок начальных фаз двух соседних элементов будет меньше -45°, но больше -135° то два элемента, следующих за элементом, передаваемым с помощью амплитудной манипуляции, будет приняты как «01» (или «10»). Таким образом, при приеме каждого очередного радиоимпульса на приемном конце при однократной относительной фазовой манипуляции выносится решение не об одном, а о двух следующих друг за другом элементах сообщения и при двукратной относительной фазовой манипуляции о трех следующих друг за другом элементах сообщения. Если учесть, что при разнесенных по частоте двух каналах связи с абсолютно-биимпульсными сигналами по второй ветви разнесения также можно передавать значения одного или двух дополнительных элементов, то пропускная способность канала связи с двумя частотно-разнесенными абсолютно-биимпульсными сигналами может быть увеличена в пять раз при использовании двукратной относительной фазовой манипуляции.

Технический результат - увеличение пропускной способности канала связи с амплитудной манипуляцией, достигается благодаря одновременной манипуляции в «средних» и «хороших» условиях связи как амплитуды, так и фазы гармонического колебания и раздельного параллельного амплитудного и фазового детектирования сигнала на приемной стороне канала связи.

В режиме адаптации по виду манипуляции необходимо постоянно осуществлять оценку качества канала связи и по обратному каналу связи подавать команды на передающий конец радиолинии о возможности и необходимости изменения режима работы. Примером возможного алгоритма адаптации предлагается алгоритм, при котором амплитудно-манипулированный сигнал постоянно дополнительно манипулируется по фазе методом однократной (в «средних» условиях связи) или двукратной (в «хороших» условиях связи) относительной фазовой манипуляции. При этом, и в режиме амплитудной и в режиме относительной фазовой манипуляции первоначально передают одну и ту же информацию. Если на приемной стороне радиолинии при сравнении решений амплитудного и фазового демодуляторов обнаруживается их относительно редкое несовпадение в течение достаточно большого числа принятых элементарных посылок, то состояние канала связи оценивается как «среднее» и по обратному каналу связи на передающий конец радиолинии передается команда о начале передачи сообщения в режиме увеличенной пропускной способности за счет того, что нечетные элементы сообщения передаются по каналу связи методом амплитудной манипуляции, а четные элементы сообщения передаются методом однократной относительной фазовой манипуляции. Если на приемной стороне радиолинии в течении длительного заранее заданного периода времени не обнаруживаются ошибки ни на выходе амплитудного, ни на выходе фазового детектора, то канал связи признается «хорошим» и переводится в режим манипуляции как с амплитудой, так и с двукратной относительной фазовой манипуляцией. Если же на приемной стороне радиолинии тем, или иным путем, например, благодаря кодовой избыточности, обнаруживаются ошибки в подканалах связи с амплитудной или фазовой манипуляцией с вероятностью выше допустимой, свидетельствующей о «плохом» состоянии канала связи, то по каналу обратной связи на передающую сторону радиолинии передается команда о переходе в режим передачи по подканалу связи с амплитудной манипуляцией и по подканалу связи с фазовой манипуляцией одной и той же информации.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для использования в коротковолновых каналах радиосвязи при их адаптации к условиям связи. Технический результат изобретения – повышение пропускной способности канала связи с переменными параметрами при реализации «средних» и «хороших» условий связи за счет одновременного использования амплитудной и фазовой манипуляции без расширения спектра передаваемого сигнала и с минимальными потерями помехоустойчивости. Способ повышения пропускной способности и качества оценки коротковолновых каналов связи с абсолютно-биимпульсными сигналами при их адаптации к условиям связи за счет двух частотно-разнесенных каналов связи с амплитудной манипуляции позволяет обеспечивать высококачественную связь в «плохих» условиях, когда метод относительной фазовой манипуляции перестает функционировать удовлетворительно, а в «средних» и «хороших» условиях связи пропускная способность канала связи за счет дополнительной фазовой манипуляции увеличивается, соответственно, в 2-5 раз. В изобретении сравнение фаз соседних посылок производится на одной и той же частоте, что не требует взаимного фазирования колебаний на поднесущих частотах.

Способ повышения пропускной способности и качества оценки коротковолновых каналов связи с абсолютно-биимпульсными сигналами при их адаптации к условиям связи, отличающийся тем, что в условиях связи, оцениваемых как «хорошие», элементы дискретного сообщения передаются по каналу связи группами по три элемента, причем, первый элемент каждой группы передается с помощью амплитудной манипуляции с время-позиционным кодированием, а следующих два элемента из этой группы передаются с помощью метода двукратной относительной фазовой манипуляции, а в условиях связи, оцениваемых как «средние», количество элементов в группе уменьшается до двух, один из которых передается с помощью амплитудной манипуляции с время-позиционным кодированием, а второй элемент передается методом однократной относительной фазовой манипуляции, в «плохих» условиях связи элементы дискретного сообщения передаются по одному и одновременно параллельно как методом амплитудной манипуляции, так и методом однократной относительной фазовой манипуляции, при этом канал связи признается «средним», если на приемной стороне радиолинии при сравнении решений амплитудного и фазового демодуляторов обнаруживается допустимое относительно редкое несовпадение решений в течение времени приема заранее заданного достаточно большого числа элементарных посылок, и в этом случае канал связи переводится в режим передачи двух следующих друг за другом элементов как методом амплитудной манипуляции с время-позиционным кодированием, так и методом однократной относительной фазовой манипуляции, а в случае, когда в канале связи ошибки совершенно не обнаруживаются в течение заданного достаточно длительного времени, то канал связи признается «хорошим» и переводится в режим передачи группами по три элемента, один из которых передается методом амплитудной манипуляции с время-позиционным кодированием, а два других передаются методом двукратной относительной фазовой манипуляции, в случае обнаружения определенного количества ошибок на заданном интервале времени в зависимости от их количества канал связи признается или «средним» или «плохим» и переводится в соответствующие для этих оценок качества канала связи режимы работы.