Способ контроля рабочих частот Российский патент 2023 года по МПК H04B3/46 

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в частотно-адаптивных системах радиосвязи.

Известен «Способ передачи с активным контролем рабочих частот» (Патент РФ № 2778551, МПК H04B 1/713, опубл. 22.08.2022. Бюл. № 24).

В известном способе передачи с активным контролем рабочих частот перестраивают системы передачи данных на приемной и передающей сторонах с одной частоты на другую частоту абсолютно синхронно. Сообщают передающей стороне о качестве канала связи на той частоте, на которой был осуществлен прием, при этом в тот момент, когда осуществляют прием на текущей частоте. Одновременно сообщают передающей стороне о качестве канала связи на предыдущей частоте и принимают решение о выборе рабочей частоты. Предварительно задают набор рабочих частот, на которых будет осуществляться передача и прием информационных сообщений. Алгоритм перестройки рабочих частот и порядок выбора рабочих частот для передачи информационных сообщений, известные и на передающей стороне, и на приемной стороне. Разбивают информационные сообщения на блоки информационных данных, которые передают посредством пакетов, дополнительно содержащих служебную часть, при этом каждому пакету присваивают индивидуальный номер, содержащийся в служебной части. Длительность пакета выбирают таким образом, чтобы она совпадала с временным интервалом передачи на одной частоте. Передают пакеты в соответствии с алгоритмом перестройки рабочих частот, в случае если качество канала на одной из рабочих частот не соответствует требованиям, то принимают решение об ее исключении из набора рабочих частот, а пакет, который был передан на рабочей частоте, исключенной из набора рабочих частот, повторно передают на любой другой частоте, в соответствии с алгоритмом перестройки рабочих частот. Если при дальнейшей передаче информационных данных вновь будет выявлено несоответствующее качество канала на одной из рабочих частот, то эту частоту также исключают из набора рабочих частот. Аналогичным образом поступают до тех пор, пока не будут переданы все блоки информационных данных, а на приемной стороне формируют принятые информационные данные в соответствии с индивидуальными номерами пакетов, которые содержатся в их служебной части.

Недостатком известного способа является низкая оперативность смены непригодных рабочих частот при передаче информации, которая происходит только после сообщения передающей стороне о качестве канала.

Известен способ активного контроля рабочих частот с идентификацией вида деструктивных воздействий, см. (Патент РФ № 2734754, МПК H04B 1/713 (2020.05); H04B 3/46 (2020.05), опубл. 23.10.2020 Бюл. № 30).

B известном способе активного контроля рабочих частот с идентификацией вида деструктивных воздействий источник информации последовательно отправляет на каждой из возможных рабочих частот заранее подготовленный тестовый блок данных, известный на приемной стороне. При этом системы передачи данных на приемной и передающей сторонах перестраивают с частоты на частоту абсолютно синхронно, приемник информации производит оценку параметров канала связи на соответствующей рабочей частоте и сообщает передающей стороне о качестве канала связи. После получения необходимой статистики по всему выделенному частотному ресурсу принимают решение о выборе рабочей частоты для передачи данных. Сообщают передающей стороне о качестве канала на той частоте, на которой был принят подготовленный тестовый блок. При этом в тот момент, когда принимают подготовленный тестовый блок на текущей рабочей частоте, одновременно сообщают передающей стороне о качестве канала на предыдущей рабочей частоте. На основе проведенного анализа рассчитывают допустимое количество пригодных рабочих частот, при котором применение процедур тестирования еще обеспечивает требуемую скорость передачи данных. Если общее количество непригодных частот превышает расчетное допустимое количество, то дополнительно на каждой выявленной непригодной рабочей частоте передают тестовый сигнал, а на приемной стороне производят структурный анализ особенностей его искажений на каждой рабочей частоте, на которой он передавался. Результаты структурного анализа сравнивают с предварительно подготовленными эталонными значениями, по результатам сравнения с которыми принимают решение о виде деструктивного воздействия и при необходимости изменяют параметры и режимы работы системы передачи данных.

Недостатком известного способа является низкая оперативность смены непригодных рабочих частот при передаче информации, которая происходит только после сообщения передающей стороне о качестве канала.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому является «Способ активного контроля рабочих частот» (Патент РФ № 2710027, МПК H04B 1/713, опубл. 24.12.2019. Бюл. № 36).

В способе-прототипе на передающей стороне источник информации последовательно отправляет на каждой частоте, выделенной для работы, заранее подготовленный тестовый блок данных, известный на приемной стороне. При этом системы передачи данных на приемной и передающей сторонах перестраивают с одной частоты на другую частоту абсолютно синхронно. Приемник информации последовательно производит оценку параметров канала связи на каждой частоте, выделенной для работы, о качестве канала связи сообщают передающей стороне. После получения необходимой статистики по всему выделенному частотному ресурсу принимают решение о выборе рабочей частоты для передачи данных. При этом сообщают передающей стороне о качестве канала на той частоте, на которой был принят подготовленный тестовый блок. При этом в тот момент, когда принимают подготовленный тестовый блок на текущей частоте, одновременно сообщают передающей стороне о качестве канала связи на предыдущей частоте.

Недостатком известного способа является низкая оперативность смены непригодных рабочих частот при передаче информации, которая происходит только после сообщения передающей стороне о качестве канала.

Задачей изобретения является реализация процедур контроля текущего состояния рабочих частот непосредственно перед передачей по ним блоков информационных данных.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение оперативности смены непригодных рабочих частот в процессе передачи блоков информационных данных.

Заявляемый технический результат достигается тем, что в способе контроля рабочих частот, заключающимся в том, что источник информации отправляет на каждой из возможных рабочих частот заранее подготовленный тестовый блок данных, известный на приемной стороне, при этом системы передачи данных на приемной и передающей сторонах перестраивают с частоты на частоту абсолютно синхронно, приемник информации производит оценку параметров канала связи на соответствующей рабочей частоте и после получения необходимой статистики по всему выделенному частотному ресурсу принимают решение о выборе рабочих частот для передачи данных, согласно изобретению рабочие частоты выбирают с разносом не менее двух килогерц, затем их ранжируют по результатам оценки параметров каналов связи, после чего формируют список рабочих частот, который передают приемной стороне на заранее подготовленной частоте, затем для передачи выбирают первую рабочую частоту из списка рабочих частот, а временной цикл передачи сообщения разделяют на три подцикла с постоянными и равными длительностями, на длительности первого подцикла измеряют уровень помех на первой рабочей частоте из списка рабочих частот, если измеренный уровень помех превышает допустимое значение, то выбранную для передачи рабочую частоту меняют на следующую из списка рабочих частот, а на длительности второго и третьего подциклов излучение не осуществляют, что для приемной стороны является командой для перехода на следующую рабочую частоту из списка рабочих частот, если измеренный уровень помех меньше допустимого, то осуществляют передачу информационных данных в виде битов, для чего информационные биты разбивают на блоки, состоящие из трех битов, при этом для передачи битов информационных данных используют радиосигналы, которые формируют на верхней и нижней поднесущих рабочих частот, при этом значения частот верхней и нижней поднесущих рабочей частоты выбирают на пятьсот герц соответственно больше и меньше значения рабочей частоты, причем каждой возможной комбинации, образованной из трех информационных битов, по согласованному с приемной стороной правилу, ставят в соответствие уникальный тип радиосигнала, который формируют в виде гармонического колебания на верхней поднесущей или на нижней поднесущей рабочей частоты на длительности и второго, и третьего подцикла, или на длительности только второго, или только третьего подцикла, или в виде сигнальной конструкции, у которой на длительности второго подцикла формируют гармоническое колебание на верхней поднесущей, а на длительности третьего подцикла формируют гармоническое колебание на нижней поднесущей, или наоборот; если последняя рабочая частота из списка рабочих частот окажется непригодной, то передачу информационных битов прекращают, а на втором и третьем подциклах формируют и излучают гармоническое колебание на заранее подготовленной частоте, которое является командой приемной стороне на прекращение приема информационных битов, после чего осуществляют замену рабочих частот, с последующим повторным выполнением указанных процедур.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе, реализация процедур контроля текущего состояния рабочих частот осуществляется непосредственно перед передачей по ним блоков информационных данных, что позволяет повысить оперативность смены непригодных рабочих частот.

Поясним возможность достижения указанного технического результата.

В cпособе-прототипе решение о пригодности или непригодности рабочих частот осуществляется по результатам обратного контроля, т.е. после принятия сообщения передающей стороной о качестве канала.

В заявляемом способе процедура контроля рабочих частот осуществляется до передачи блоков информационных данных, что и обеспечивает повышение оперативности по сравнению со способом-прототипом.

Кроме того, в заявляемом способе формирование радиосигналов на длительностях второго и третьего подциклов передачи осуществляют с использованием верхней и нижней поднесущих на каждой рабочей частоте. Это позволяет расширить алфавит кодовых комбинаций, используемых для кодирования блоков информационных данных, которые состоят из трех бит.

В результате применения такого технического решения, открывается возможность на длительности первого подцикла проводить оценку параметров канала, по результатам которой принимать решение о пригодности канала непосредственно перед передачей блоков информационных данных.

Заявленный способ поясняется фиг. 1 - фиг. 9 на которых показаны:

Фиг. 1. Гармоническое колебание U_рс(t), формируемое в пределах 2-го и 3-го подциклов на несущей частоте канала рабочей частоты;

Фиг. 2. Сформированный радиосигнал U_рс(t) на нижней поднесущей в пределах 2-го подцикла, соответствующий кодовой комбинации из трех битов равной 000;

Фиг. 3. Сформированный радиосигнал U_рс(t) на верхней поднесущей в пределах 2-го подцикла, соответствующий кодовой комбинации из трех битов равной 001;

Фиг. 4. Сформированный радиосигнал U_рс(t) на верхней поднесущей в пределах 3-го подцикла, соответствующий кодовой комбинации из трех битов равной 010;

Фиг. 5. Сформированный радиосигнал U_рс(t) на нижней поднесущей в пределах 3-го подцикла, соответствующий кодовой комбинации из трех битов равной 011;

Фиг. 6. Сформированный радиосигнал U_рс(t) на нижней поднесущей в пределах 2-го подцикла и на верхней поднесущей в пределах 3-го подцикла, соответствующий кодовой комбинации из трех битов равной 100;

Фиг. 7. Сформированный радиосигнал U_рс(t) на верхней поднесущей в пределах 2-го подцикла и на нижней поднесущей в пределах 3-го подцикла, соответствующий кодовой комбинации из трех битов равной 101;

Фиг. 8. Сформированный радиосигнал U_рс(t) на нижней поднесущей в пределах 2-го подцикла и на верхней поднесущей в пределах 3-го подцикла, соответствующий кодовой комбинации из трех битов равной 110;

Фиг. 9. Сформированный радиосигнал U_рс(t) на верхней поднесущей в пределах 2-го подцикла и на верхней поднесущей в пределах 3-го подцикла, соответствующий кодовой комбинации из трех битов равной 111.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом:

1. Рабочие частоты выбирают с разносом не менее двух килогерц. Следовательно, разница между первой и второй рабочими частотами должна быть не менее чем f₂ = f₁ + 2 кГц.

2. Источник информации отправляет на каждой из возможных рабочих частот заранее подготовленный тестовый блок данных известный на приемной стороне. При этом системы передачи данных на приемной и передающей сторонах перестраивают с частоты на частоту абсолютно синхронно.

3. Приемник информации производит оценку параметров канала связи на соответствующей рабочей частоте и после получения необходимой статистики по всему выделенному частотному ресурсу принимают решение о выборе рабочих частот для передачи данных.

4. Рабочие частоты ранжируют по результатам оценки параметров каналов связи.

В качестве параметра канала связи может выступать, например, вероятность ошибки, что описано в (Патент РФ № 2707572, МПК H04B 1/713 «Способе адаптивной передачи данных в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты», опубл. 28.11.2019 Бюл. № 34).

5. После чего формируют список рабочих частот, который передают приемной стороне на заранее подготовленной частоте. Использование каналов обратной связи известно из (Комарович В.Ф., Сосунов В.Н. Случайные радиопомехи и надежность КB связи. - М.: «Связь», 1977 г. 136 с. См. стр. 92-98).

Первым номером в указанном списке размещают рабочую частоту с наилучшей оценкой параметров канала. Далее размещают частоты по мере ухудшения их оценок.

Данную операцию целесообразно реализовать на базе микропроцессорной техники. Порядок выбора параметров микропроцессора, его сопряжение с внешними элементами описан в (Патент РФ № 2273099, МПК Н 04В 15/00, «Радиолиния с программной перестройкой рабочей частоты», опубл. 27.03.2006, бюл. № 9).

Заранее подготовленную частоту выбирают до сеанса связи, ее значение известно и на приемной, и на передающей стороне.

В качестве заранее подготовленной частоты выбирают ту частоту, на которой передача информации обеспечивается с требуемым качеством. Сама операция передачи списка рабочих частот аналогична передаче тестового блока на одной частоте.

6. Для передачи выбирают первую рабочую частоту из списка рабочих частот, а временной цикл передачи сообщения разделяют на три подцикла
с постоянными и равными длительностями.

Длительность подциклов выбирают исходя из требуемой скорости передачи, а также параметров радиоканала, см., например, (Комарович В.Ф., Сосунов В.Н. Случайные радиопомехи и надежность КВ связи. – М.: «Связь», 1977 г.).

7. На длительности первого подцикла измеряют уровень помех на первой рабочей частоте из списка рабочих частот.

Измерение уровня помех является известной операцией и реализовано, например, в радиоприемном устройстве серии Р-170П, аппаратуре частотной адаптации Р-016В и основывается на применении амплитудных детекторов, реализация которых приведена, например, в (Патенте РФ № 2093951, МПК Н 03D 1/18, «Амплитудный детектор» опубл. 20.10.1997), или измерителях мощности помех, см., например, (Патент РФ № 2623713, МПК G 01R 29/26, «Цифровой измеритель мощности сигнала и мощности помехи в полосе пропускания канала радиоприемника в реальном масштабе времени» опубл. 28.06.2017. Бюл. № 19) или (Патент РФ № 2640431, МПК G01R 23/00 (2006.01), «Способ выбора скорости передачи элементов сигнала в радиомодемах» опубл. 09.01.2018 Бюл. № 1).

8. Если измеренный уровень помех превышает допустимое значение, то выбранную для передачи рабочую частоту меняют на следующую из списка рабочих частот, а на длительности второго и третьего подциклов излучение не осуществляют, что для приемной стороны является командой для перехода на следующую рабочую частоту из списка рабочих частот.

Данная процедура основана на сравнении измеренного уровня помех с порогом, является известной и может быть реализована на базе микропроцессорной техники. Технически сравнение уровня помех с порогом реализовано, например, в радиомодеме АТ-3104Д, аппаратуре частотной адаптации Р-016В или, например, в (Патенте РФ № 2244375, МПК Н 03Н 17/06, «Устройство поиска широкополосных сигналов» опубл. 10.01.2005, бюл. № 1).

Данная процедура реализует передачу команды приемной стороне на смену рабочей частоты, т.е. на выбор следующей частоты из списка рабочих частот. Смена рабочих частот на приемной и передающей сторонах происходит абсолютно синхронно, аналогично указанной процедуре в способе-прототипе.

9. Если измеренный уровень помех меньше допустимого, то осуществляют передачу информационных данных, для чего информационные биты разбивают на блоки, состоящие из трех битов. При этом для передачи битов информационных данных используют радиосигналы, которые формируют на верхней и нижней поднесущих рабочих частот. При этом значения частот верхней и нижней поднесущих рабочей частоты выбирают на пятьсот герц соответственно больше и меньше значения рабочей частоты. Причем каждой возможной комбинации, образованной из трех информационных битов, по согласованному с приемной стороной правилу, ставят в соответствие уникальный тип радиосигнала, который формируют в виде гармонического колебания на верхней поднесущей или на нижней поднесущей рабочей частоты на длительности и второго, и третьего подцикла, или на длительности только второго, или только третьего подцикла, или в виде сигнальной конструкции, у которой на длительности второго подцикла формируют гармоническое колебание на верхней поднесущей, а на длительности третьего подцикла формируют гармоническое колебание на нижней поднесущей, или наоборот.

Данные технические операции основаны на кодировании сигнала на длительности второго и третьего временных подциклов блоком из трех информационных битов.

При этом вариант выбора соответствия комбинации из трех информационных битов уникальному типу радиосигнала может быть произвольным, но известным как на приемной стороне, так и на передающей.

Пример такого соответствия представлен в таблице 1.

Таблица 1

2 подцикл 3 подцикл кодирование информационных битов 000 нижняя поднесущая 001 верхняя поднесущая 010 верхняя поднесущая 011 нижняя поднесущая 100 нижняя поднесущая верхняя поднесущая 101 верхняя поднесущая нижняя поднесущая 110 нижняя поднесущая нижняя поднесущая 111 верхняя поднесущая верхняя поднесущая кодирование служебных команд команда на смену
рабочей частоты команда на прекращение
передачи информации Гармоническое колебание на заранее подготовленной частоте Гармоническое колебание на заранее подготовленной частоте

На фиг. 2 – фиг. 9 показаны примеры уникальных типов радиосигналов, сформированных в соответствии с кодировкой битов, представленной в табл. 1.

Процедура формирования гармонического колебания на поднесущих частотах или на заранее полготовленной частоте известна, и может быть реализована на основе применения возбудителей радиопередатчиков, например, серии Р-170В или в (Патент РФ № 2625527, МПК Н 04В 1/02, «Возбудитель для радиопередатчиков», опубл. 14.07.2017. Бюл. № 20), (Патент РФ № 2261476, МПК G 06 K 9/00, «Способ распознавания радиосигналов», опубл. 27.09.2005. Бюл. № 27).

При этом алгоритм формирования радиосигналов в соответствии с табл. 1 на длительностях второго и третьего подциклов на рабочих частотах может быть реализован на основе микропроцессорной техники, которая управляет синтезатором частот в передатчике, см., например, (Патент РФ № 2223597, МПК Н 03L 7/18, «Цифровой синтезатор частот» опубл. 10.02.2004. Бюл. № 4).

10. Если последняя рабочая частота из списка рабочих частот окажется непригодной, то передачу информационных битов прекращают, а на втором и третьем подциклах формируют и излучают гармоническое колебание на заранее подготовленной частоте, которое является командой приемной стороне на прекращение приема информационных битов, после чего осуществляют замену рабочих частот, с последующим выполнением указанных процедур.

Данную операцию реализуют путем последовательной повторной реализации процедур в соответствии с п. 1-10 для других рабочих частот.

В качестве примера на фиг.1 показано гармоническое колебание U_рс(t), формируемое в пределах 2-го и 3-го подциклов на несущей частоте канала рабочей частоты.

Моделирование процедур заявляемого способа контроля рабочих частот в среде MathLAB подтвердило повышение оперативности смены непригодных рабочих частот в процессе передачи блоков информационных данных. В зависимости от числа непригодных частот повышение оперативности достигало 70% по сравнению со способом-прототипом, что указывает на достижение задачи и технического результата изобретения.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для применения в частотно-адаптивных системах радиосвязи. Техническим результатом заявляемого способа является повышение оперативности смены непригодных рабочих частот в процессе передачи блоков информационных данных. Технический результат достигается за счет того, что цикл передачи сообщения разделяют на три подцикла с постоянными и равными длительностями, на длительности первого подцикла измеряют уровень помех, а на длительности второго и третьего подциклов формируют радиосигналы на верхней и нижней поднесущих рабочих частотах. При этом каждой возможной комбинации, образованной из трех информационных битов, по согласованному с приемной стороной правилу, ставят в соответствие уникальный тип радиосигнала, который формируют в виде гармонического колебания на верхней поднесущей или на нижней поднесущей рабочей частоте на длительности и второго, и третьего подциклов, или на длительности только второго, или только третьего подцикла, или в виде сигнальной конструкции, у которой на длительности второго подцикла формируют гармоническое колебание на верхней поднесущей, а на длительности третьего подцикла формируют гармоническое колебание на нижней поднесущей, или наоборот; комбинации. 9 ил., 1 табл.

Способ контроля рабочих частот, заключающийся в том, что источник информации отправляет на каждой из возможных рабочих частот заранее подготовленный тестовый блок данных, известный на приемной стороне, при этом системы передачи данных на приемной и передающей сторонах перестраивают с частоты на частоту абсолютно синхронно, приемник информации производит оценку параметров канала связи на соответствующей рабочей частоте и после получения необходимой статистики по всему выделенному частотному ресурсу принимают решение о выборе рабочих частот для передачи данных, отличающийся тем, что рабочие частоты выбирают с разносом не менее двух килогерц, затем их ранжируют по результатам оценки параметров каналов связи, после чего формируют список рабочих частот, который передают приемной стороне на заранее подготовленной частоте, затем для передачи выбирают первую рабочую частоту из списка рабочих частот, а временной цикл передачи сообщения разделяют на три подцикла с постоянными и равными длительностями, на длительности первого подцикла измеряют уровень помех на первой рабочей частоте из списка рабочих частот, если измеренный уровень помех превышает допустимое значение, то выбранную для передачи рабочую частоту меняют на следующую из списка рабочих частот, а на длительности второго и третьего подциклов излучение не осуществляют, что для приемной стороны является командой для перехода на следующую рабочую частоту из списка рабочих частот, если измеренный уровень помех меньше допустимого, то осуществляют передачу информационных данных в виде битов, для чего информационные биты разбивают на блоки, состоящие из трех битов, при этом для передачи битов информационных данных используют радиосигналы, которые формируют на верхней и нижней поднесущих рабочих частотах, при этом значения частот верхней и нижней поднесущих рабочих частот выбирают на пятьсот герц соответственно больше и меньше значения рабочей частоты, причем каждой возможной комбинации, образованной из трех информационных битов, по согласованному с приемной стороной правилу, ставят в соответствие уникальный тип радиосигнала, который формируют в виде гармонического колебания на верхней поднесущей или на нижней поднесущей рабочей частоте на длительности и второго, и третьего подциклов, или на длительности только второго, или только третьего подцикла, или в виде сигнальной конструкции, у которой на длительности второго подцикла формируют гармоническое колебание на верхней поднесущей, а на длительности третьего подцикла формируют гармоническое колебание на нижней поднесущей, или наоборот; если последняя рабочая частота из списка рабочих частот окажется непригодной, то передачу информационных битов прекращают, а на втором и третьем подциклах формируют и излучают гармоническое колебание на заранее подготовленной частоте, которое является командой приемной стороне на прекращение приема информационных битов, после чего осуществляют замену рабочих частот, с последующим повторным выполнением указанных процедур.