Устройство передачи информации в многолучевом канале тропосферной СВЧ-радиосвязи Российский патент 2023 года по МПК H04B1/50 

Устройство относится к области радиосвязи и может быть использовано для передачи и приема информации в тропосферных системах связи.

Известна «Перевозимая тропосферная станция» [1], содержащая антенну, приемопередатчик, модем, аппаратуру временного уплотнения, блок опорного генератора, блок синхронизации, блок управления антенной, блок управления модемом, пульт управления станцией, соединительные линии для выдачи/приема цифровых трактов потребителям.

Основными недостатками этой станции являются: низкая скорость передачи информации до 2048 Кбит/с и необходимость использования навигационной системы для синхронизации опорного генератора.

Известен «Модем со многими несущими» [2]. Это устройство содержит на передающей стороне последовательно-параллельный преобразователь, формирователь комплексных значений передаваемых символов с относительной фазовой манипуляцией, блок обратного дискретного преобразования Фурье, параллельно-последовательный преобразователь, блок добавления защитного интервала, цифро-аналоговый преобразователь и амплитудный модулятор, а на приемной стороне содержит аналого-цифровой преобразователь, блок синхронизации, блок удаления защитного интервала, последовательно-параллельный преобразователь, блок дискретного преобразования Фурье, блок демодуляции символов с относительной фазовой манипуляцией, параллельно-последовательный преобразователь и амплитудный демодулятор.

Основными недостатками данного устройства являются сложность реализации и относительно низкая помехоустойчивость передаваемой информации.

Наиболее близким техническим решением является «Модем для сигналов со многими несущими» [3], содержащее передающий тракт, включающий в себя модулятор, состоящий из блока последовательно-параллельного преобразователя, формирователя комплексных значений передаваемых символов с относительной фазовой манипуляцией, блока обратного дискретного преобразования Фурье, первого и второго цифро-аналоговых преобразователей, первого и второго умножителей, фазовращателя, генератора сигналов радиочастоты и сумматора, а также приемный тракт, включающий в себя демодулятор, состоящий из блока входного согласования, первого и второго умножителей, фазовращателя, генератора сигналов радиочастоты, первого и второго фильтров, первого и второго аналого-цифровых преобразователей, блока прямого дискретного преобразования Фурье, блока детекторов и блока параллельно-последовательного преобразования.

Основными недостатками этого устройства являются сложность реализации, относительно невысокие помехоустойчивость передачи информации и надежность его работы.

Целью данного изобретения являются упрощение конструкции устройства, повышение помехоустойчивости и повышение надежности его работы.

Поставленная цель достигается тем, что предлагается «Устройство передачи информации в многолучевом канале тропосферной СВЧ-радиосвязи», содержащее передатчик и приемник, при этом в состав передатчика входят блок последовательно-параллельного преобразователя (демультиплексор), блок обратного дискретного преобразования Фурье, цифро-аналоговый преобразователь и передающая антенна тропосферной связи, а в состав приемника входят аналого-цифровой преобразователь, блок прямого дискретного преобразования Фурье и блок параллельно-последовательного преобразования (мультиплексор), при этом в состав передатчика дополнительно введены кодер, манипулятор QPSK и усилитель мощности, а в состав приемника дополнительно введены приемная многолучевая антенна ТРС, блок предварительной обработки спектров сигналов, деманипулятор QPSK и декодер.

Схема предлагаемого устройства приведена на чертеже, на котором обозначены:

1 - передатчик;

2 - блок последовательно-параллельного преобразования (демультиплексор);

3 - кодер;

4 - манипулятор QPSK;

5 - блок обратного дискретного преобразования Фурье;

6 – цифро-аналоговый преобразователь;

7 - усилитель мощности;

8 - передающая антенна тропосферной связи;

9 - приемная многолучевая антенна тропосферной связи;

10 - приемник;

11 - блок предварительной обработки спектров сигналов;

12 - аналого-цифровой преобразователь;

13 - блок прямого дискретного преобразования Фурье;

14 - деманипулятор QPSK;

15 - декодер;

16 - блок параллельно-последовательного преобразования (мультиплексор).

Как показано на чертеже, соединение составных элементов в предлагаемом устройстве между собой осуществляется следующим образом: в передатчике 1 источник информации подключен ко входу блока последовательно-параллельного преобразования (демультиплексора) 2, параллельные выходы которого подключены к параллельным входам кодера (3), параллельные выходы которого подключены к параллельным входам манипулятора QPSK (4), параллельные выходы которого подключены к параллельным входам блока (5) обратного дискретного преобразования Фурье, выход которого подключен ко входу цифро-аналогового преобразователя (6), выход которого подключен ко входу усилителя мощности (7), выход которого подключен ко входу передающей антенны тропосферной связи (8), а в приемнике (10) выходы приемной многолучевой антенны тропосферной связи (9) подключены ко входам блока предварительной обработки спектров сигналов (11), выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя (12), выход которого подключен ко входу блока (13) прямого дискретного преобразования Фурье, параллельные выходы которого подключены к параллельным входам деманипулятора QPSK (14), параллельные выходы которого подключены к параллельным входам декодера (15), параллельные выходы которого подключены к параллельным входам блока (16) параллельно-последовательного преобразования (мультиплексора), выход которого подключен к пользователю информацией.

Назначение составных элементов предлагаемого «Устройства передачи информации в многолучевом канале тропосферной СВЧ-радиосвязи» ясно из их названия. Все это стандартные элементы и функционально законченные узлы вычислительной и коммутационной техники, серийно выпускаемые промышленностью. Предлагаемое устройство, состоящее из стандартного оборудования, не требует дополнительного технического творчества, что особенно важно при серийном производстве. Следовательно, предлагаемое устройство удовлетворяет критерию промышленной применимости.

В основу алгоритма работы предложенного устройства положена технология ортогонального частотного мультиплексирования OFDM, разработанная ранее и успешно применяемая для борьбы с помехами при многолучевом приеме. При OFDM последовательный цифровой поток преобразуется в большое количество параллельных потоков (субпотоков), каждый из которых передается на отдельной несущей. Технически метод OFDM реализуется путем выполнения обратного (инверсного) дискретного преобразования Фурье (FFT) в модуляторе передающего тракта и прямого дискретного преобразования Фурье (DFT) в демодуляторе приемного тракта. Канальное кодирование OFDM субпотоков подразумевает использование прямой коррекции ошибок (FEC), которая применяется для исправления сбоев и ошибок при передаче данных. За счет передачи избыточной служебной информации возможно восстановление утерянных данных, что особо актуально в условиях многолучевости.

Предложенное устройство по сравнению с прототипом содержит новые элементы, а именно демультиплексор (2), кодер (3), манипулятор QPSK (4), блок обратного дискретного преобразования Фурье (5), усилитель мощности (7), приемную многолучевую антенну тропосферной связи (9), блок предварительной обработки спектров сигналов (11), блок прямого дискретного преобразования Фурье (13), деманипулятор QPSK (14), декодер (15) и мультиплексор (16), то есть отвечает требованию новизны.

Работа предложенного устройства осуществляется следующим образом:

На передающей стороне демультиплексор (2) осуществляет преобразование поступающей на его вход последовательности информации в цифровом виде в последовательность n параллельных потоков OFDM, скорость передачи каждого из которых в n раз меньше скорости первичного цифрового потока.

Кодер (3) осуществляет кодирование каждого из n поступивших на его вход потоков OFDM.

Манипулятор QPSK (4) осуществляет квадратурно-фазовую манипуляцию (цифровую обработку) каждого из поступивших на его вход потоков COFDM.

Блок (5) обратного дискретного преобразования Фурье осуществляет преобразование n параллельных сигналов COFDM в последовательный поток цифровой информации.

Блок (6) цифро-аналогового преобразования осуществляет преобразование поступившей на его вход последовательности цифровой информации в аналоговую, подлежащую передаче посредством эфира.

Усилитель мощности (7) осуществляет усиление поступившего на его вход аналогового сигнала и выдает его на вход передающей антенны тропосферной связи (8).

На приемной стороне приемная многолучевая антенна тропосферной связи (9) осуществляет прием поступающих на ее вход многолучевых сигналов, образованных из одного, переданного путем его переотражения от неоднородностей тропосферы, и передает их на блок (11) предварительной обработки спектров сигналов.

Блок (11) предварительной обработки спектров сигналов осуществляет выбор луча с наибольшим значением входного сигнала и выдает его на вход блока (12) аналого-цифрового преобразования.

Блок (12) аналого-цифрового преобразования осуществляет преобразование поступившего на его вход аналогового сигнала в цифровой и выдачу его на вход блока (13) прямого дискретного преобразования Фурье.

В блоке (13) прямого дискретного преобразования Фурье осуществляется преобразование последовательного сигнала в n параллельных COFDM.

В деманипуляторе QPSK (14) осуществляется деманипулирование (цифровая обработка) поступивших на его вход сигналов, при которой осуществляется извлечение из манипулированных сигналов исходных сигналов COFDM.

В декодере (15) осуществляется декодирование каждого из n потоков COFDM.

В блоке (16) параллельно-последовательного преобразования (мультиплексоре) осуществляется преобразование поступающих на его вход n параллельных потоков OFDM в последовательный поток, скорость передачи которого в n раз больше скорости каждого из n параллельных цифровых потоков.

Последовательный цифровой поток с выхода блока (16) параллельно-последовательного преобразования (мультиплексора) поступает к пользователю информации.

Благодаря тому, что в состав предложенного устройства дополнительно введены блок последовательно-параллельного преобразования (демультиплексор) (2), кодер (3), манипулятор QPSK (4), блок обратного дискретного преобразования Фурье (5), усилитель мощности (7), приемная многолучевая антенна тропосферной связи (9), блок (11) предварительной обработки спектров сигналов, блок прямого дискретного преобразования Фурье (13), деманипулятор QPSK (14), декодер (15) и блок параллельно-последовательного преобразования (мультиплексор) (16), при соответствующей схеме соединения их между собой и с другими элементами устройства, в тракте передачи-приема высокоскоростной цифровой информации последовательно осуществляются демультиплексирование передаваемого и мультиплексирование принимаемого OFDM-сигнала, кодирование передаваемого и декодирование принимаемого COFDM сигнала, квадратурно-фазовая манипуляция на передаче и деманипуляция на приеме, усиление передаваемого в эфир более устойчивого сигнала, прием многолучевого сигнала с выбором на приеме луча с наибольшим значением более устойчивого сигнала, существенно повышаются помехоустойчивость и надежность работы устройства с учетом простоты его конструкции.

Данное устройство существенно отличается от известных в данной области техники. Заявляемое устройство явным образом не следует из уровня техники и имеет изобретательский уровень. Это позволяет сделать вывод о соответствии устройства критерию «существенные отличия».

Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед данным изобретением - упрощение конструкции устройства передачи информации в многолучевом канале тропосферной СВЧ-радиосвязи, повышение помехоустойчивости и повышение надежности его работы - достигнута.

Предложенное устройство может найти широкое применение при построении широко разветвленных многоканальных систем и сетей связи.

Источники информации

1. Патент РФ №2715554 на изобретение «Перевозимая тропосферная станция», МПК Н04В 7/22, 2020, Бюл. 7.

2. Патент РФ №27766 на полезную модель «Модем со многими несущими», МПК H04L 27/00, Н04В 7/00, 2003, Бюл. 4.

3. Патент РФ №148374 на полезную модель «Модем для сигналов со многими несущими», МПК G06F 17/3, H04L 27/00, 2014, Бюл. 34.

Дополнительные источники информации

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/OFDM.

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/COFDM.

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Orthogonal_frequency-divisionmultiplexing.

4. https://infopedia.su/17x373a.html.

5. https://russianblogs.com/article/5904195186.

6. https://edu.tusur.ru/publications/9528/download.

Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для передачи и приема информации в тропосферных системах связи. Технический результат состоит в упрощении конструкции устройства, повышении помехоустойчивости и повышении надежности его работы. Для этого устройство содержит передатчик и приемник, при этом в состав передатчика дополнительно введены кодер, манипулятор QPSK и усилитель мощности, а в состав приемника дополнительно введены приемная многолучевая антенна тропосферной связи, блок предварительной обработки спектров сигналов, деманипулятор QPSK и декодер. 1 ил.

Устройство передачи информации в многолучевом канале тропосферной СВЧ-радиосвязи, содержащее передатчик и приемник, при этом в состав передатчика входят блок последовательно-параллельного преобразования, блок обратного дискретного преобразования Фурье, цифро-аналоговый преобразователь и передающая антенна тропосферной связи, а в состав приемника входят аналого-цифровой преобразователь, блок прямого дискретного преобразования Фурье и блок параллельно-последовательного преобразования, отличающееся тем, что в состав передатчика дополнительно введены кодер, манипулятор QPSK и усилитель мощности, а в состав приемника дополнительно введены приемная многолучевая антенна тропосферной связи, блок предварительной обработки спектров сигналов, деманипулятор QPSK и декодер, при этом в передатчике источник информации подключен ко входу блока последовательно-параллельного преобразования/демультиплексора, параллельные выходы которого подключены к параллельным входам кодера, параллельные выходы которого подключены к параллельным входам манипулятора QPSK, параллельные выходы которого подключены к параллельным входам блока обратного дискретного преобразования Фурье, выход которого подключен ко входу цифро-аналогового преобразователя, выход которого подключен ко входу усилителя мощности, выход которого подключен ко входу передающей антенны тропосферной связи, а в приемнике выходы многолучевой антенны тропосферной связи подключены ко входам блока предварительной обработки спектров сигналов, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен ко входу блока прямого дискретного преобразования Фурье, параллельные выходы которого подключены к параллельным входам деманипулятора QPSK, параллельные выходы которого подключены к параллельным входам декодера, параллельные выходы которого подключены к параллельным входам блока параллельно-последовательного преобразования/мультиплексора, выход которого подключен к пользователю информацией.