РЕТРАНСЛЯТОР Российский патент 2023 года по МПК H04W16/26 H04B7/02 

Изобретение относится к средствам радиосвязи и может использоваться для обеспечения множественного доступа к ресурсам связи.

Известно двухканальное устройство ретрансляции дискретных сигналов [1], содержащее два блока приема, каждый из которых подключен к соответствующему блоку оценки и решающему блоку. Устройство также содержит блок сравнения и два блока передачи. Однако известное устройство работает одновременно только с двумя корреспондентами и не обладает необходимой помехозащищенностью.

Известен аналог - двухканальное устройство ретрансляции дискретных сигналов [2]. Двухканальное устройство ретрансляции дискретных сигналов содержит первый блок приема, выход которого подключен к объединенным первому входу первого блока оценки и входу первого решающего блока, второй блок приема, выход которого подключен к объединенным первому входу второго блока оценки и входу второго решающего блока, а также блок сравнения и первый и второй блоки передачи, первый и второй элементы И, первый и второй элементы запрета. При этом первые выходы первого и второго решающих блоков подключены ко вторым входам соответственно первого и второго блоков оценки, выходы которых соответственно через первый и второй элементы И подключены к управляющим входам первого и второго элементов запрета соответственно. Выходы первого и второго элементов запрета подключены ко входам первого и второго блоков передачи соответственно. Вторые выходы первого решающего блока подключены к сигнальному входу первого элемента запрета, объединенному с первым входом блока сравнения. Вторые выходы второго решающего блока подключены к сигнальному входу второго элемента запрета, объединенному со вторым входом блока сравнения. Выходы первого и второго решающих блоков подключены к объединенным вторым входам первого и второго элементов И.

Однако аналогу присущи недостатки:

- низкая помехозащищенность из-за отсутствия антенн с узкими диаграммами направленности и аппаратная надежность устройства из-за отсутствия резервирования узлов;

- устройство рассчитано всего лишь на 2 канала, а во многих практических случаях требуется больше каналов ретрансляции;

- при выходе из строя блока приема первого канала и блока передачи второго канала или наоборот устройство будет не работоспособно.

Известно устройство ретрансляции дискретных сигналов [3]. Устройство ретрансляции дискретных сигналов имеет m каналов. Каждый из каналов состоит из блока приема, подключенного одновременно к входам блока оценки и решающего блока. Первый выход решающего блока соединен со вторым входом блока оценки. Выход блока оценки первого канала через первый элемент задержки подключен к первым входам m мультиплексоров. Выход блока оценки второго канала через второй элемент задержки подключен к вторым входам мультиплексоров и так далее. Выход блока оценки m-го канала через m-й элемент задержки подключен к m-м входам всех m мультиплексоров. Выходы каждого решающего блока соединены с соответствующими m входами вычислительного блока, m управляющих выходов которого подключены к соответствующим управляющим входам m мультиплексоров. Первая группа m входов-выходов вычислительного блока подключена к соответствующим входам-выходам каждого из m блоков приема, m входов-выходов второй группы вычислительного блока подключены к соответствующим входам-выходам каждого из m блоков передачи.

Однако аналогу присущи недостатки:

- отсутствуют блоки, обеспечивающие защиту от помех;

- не предусмотрены процедуры защиты от помех и слежения за пространственным местоположением источника помех;

- при наличии источника помех программно уменьшается число абонентов, обслуживаемых с этого направления.

Известно устройство ретрансляции дискретных сигналов [4]. Оно содержит m каналов, каждый из которых состоит из блока приема, подключенного одновременно к входам блока оценки и решающего блока. Первый выход решающего блока соединен со вторым входом блока оценки, блока передачи, вычислительного блока, m элементов задержки, m мультиплексоров. Выход первого блока оценки первого канала через первый элемент задержки подключен к первым входам каждого из m мультиплексоров. Выход второго блока оценки второго канала через второй элемент задержки подключен к вторым входам каждого из m мультиплексоров и так далее, выход m-го блока оценки через m-й элемент задержки подключен к m-м входам каждого из m мультиплексоров. Выходы каждого решающего блока соединены с соответствующими гл входами вычислительного блока, m выходов которого подключены к соответствующим управляющим входам m мультиплексоров. Первая группа m входов-выходов вычислительного блока подключена к соответствующим входам/выходам каждого из m блоков приема. Вторая группа m входов-выходов вычислительного блока подключена к соответствующим входам/выходам каждого из m блоков передачи, m широкодиапазонных приемных антенных решеток подключены к соответствующим m блокам приема. Управляющие входы m широкодиапазонных приемных антенных решеток подключены к третьей группе m входов-выходов вычислительного блока, m широкодиапазонных передающих антенных решеток подключены к соответствующим m блокам передачи. Управляющие входы m широкодиапазонных передающих антенных решеток подключены к четвертой группе m входов-выходов вычислительного блока, выход приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем подключен к первому входу вычислительного блока, второй вход которого служит для загрузки данных.

Однако аналогу присущи недостатки:

- одновременная работа возможна только с двумя корреспондентами;

- снижена защита от помех из-за отсутствия одновременного слежения за изменением пространственного местоположения источников и получателей информации относительно координат постановщика помех;

- отсутствует микширование передаваемых данных;

- не предоставляются сведения о достоверности ретранслируемых данных и работоспособности аппаратуры ретранслятора источникам, получателям информации и внешним системам носителя, расположенным рядом с устройством ретрансляции.

Известна цифровая радиорелейная станция, работающая как ретранслятор сигналов между двумя корреспондентами [5], взятая за прототип. Станция содержит антенно-фидерное устройство, соединенное с антенно-поворотным устройством и с приемопередатчиком, а также цифровой модем, соединенный с приемопередатчиком и с блоком управления, подключенным к антенно-поворотному устройству. Приемопередатчик выполнен в виде приемопередатчиков верхнего и нижнего поддиапазонов высокой частоты. Антенно-фидерное устройство выполнено в виде антенн верхнего и нижнего поддиапазонов высокой частоты. В антенно-поворотное устройство введено устройство автоматизированной дистанционной юстировки с электронным компасом, предназначенное для юстировки антенн по азимуту и передачи в цифровой модем значения азимута с электронного компаса. Цифровой модем выполнен с возможностью приема значения азимута и передачи сигналов отклонения положения антенн верхнего и нижнего поддиапазонов высоких частот от линии юстировки на блок управления, коммутации приемопередатчиков верхнего и нижнего поддиапазонов высокой частоты и постепенного увеличения их выходной мощности до установления синхронизации между радиорелейными станциями. В цифровой модем встроен измеритель вероятности ошибки, выполненный с возможностью сравнения фиксированной вероятности ошибки с допустимой вероятностью, и регулирования выходной мощности приемопередатчиков. Цифровой модем выполнен с возможностью оценки параметров канала связи по соотношению сигнал/помеха в верхнем и нижнем поддиапазоне высоких частот пилотных сигналов и информационным параметрам принимаемого сигнала, основанным на циклическом избыточном коде. Цифровой модем в приемном тракте содержит последовательно соединенные блок оценки отношения сигнал/шум, помехоустойчивый декодер и вычислитель контрольной суммы циклического избыточного кода (CRC).

Вычислитель цифрового модема, используя программное обеспечение, не только вычисляет контрольную сумму циклического избыточного кода (CRC), но и определяет отклонение положения антенн верхнего и нижнего диапазонов частот от направления на север, заданного магнитным компасом, сравнивает показания электронного компаса с географическими координатами расположения двух радиорелейных станций, вычисляет собственный азимут и азимут корреспондента, при совпадении показаний компаса с вычисленным значением азимута, посылает команду на остановку антенно-поворотного устройства, при не совпадении показаний посылает блоку управления команду на поворот антенно-поворотного устройства, управляет работой измерителя вероятности ошибок на интервале, осуществляет мониторинг и оценку параметров канала связи, обеспечивает формирование и передачу служебной информации (телеметрии), в том числе пилотных сигналов совместно с полезной информацией, осуществляет точную юстировку антенн в ручном режиме на основании показаний измерителя вероятности ошибки на интервале, увеличивает выходную мощность приемопередатчиков верхнего (нижнего) поддиапазонов высоких частот на заданную величину Δ1 до тех пор, пока не произойдет синхронизация со станцией-корреспондентом, определяет время фиксации значения вероятности ошибки, определяет поддиапазон с наилучшим качеством и использует его для приема-передачи полезной информации, осуществляет адаптивный выбор одного из двух поддиапазонов высоких частот при режиме адаптивной мощности, вычисляет энергетические и информационные параметры принимаемого сигнала.

К недостаткам прототипа следует отнести:

- устройство жестко привязано к работе только с двумя стационарными корреспондентами;

- наличие антенно-поворотного устройства и устройства автоматизированной дистанционной юстировки подразумевает наличие оператора;

- применена сложная и длительная технология юстировки отклонения положения антенн верхнего и нижнего поддиапазонов высоких частот;

- постепенное увеличение выходной мощности передатчика до установления синхронизации между разнесенными в пространстве абонентами затрудняет проведение быстрого обмена данными;

- применение циклического избыточного кода для повышения помехоустойчивости не является лучшим вариантом, потому что есть более эффективные коды, например, турбо-коды [6].

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в увеличении числа одновременно обслуживаемых корреспондентов, разнесенных в пространстве, за счет использования конформной фазированной антенной решетки с управляемой диаграммой направленности и технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов [7-9].

Для достижения технического результата в ретрансляторе, содержащем антенно-фидерное устройство, приемопередатчики, цифровой модем, соединенный с приемопередатчиком, блоком управления, автоматизированным рабочим местом (АРМ) и подключенный к устройству дистанционной юстировки с электронным компасом, предназначенным для юстировки антенн по азимуту и передачи в цифровой модем значения азимута с электронного компаса, в цифровой модем встроен измеритель вероятности ошибки и регулирования выходной мощности приемопередатчиков, цифровой модем выполнен с возможностью приема значения азимута и передачи сигналов отклонения положения антенн от линии юстировки на блок управления, а также с возможностью оценки параметров канала связи по соотношению сигнал/помеха пилотных сигналов и информационным параметрам принимаемого сигнала, в приемном тракте цифровой модем содержит блок оценки отношения сигнал/шум, помехоустойчивый декодер и вычислитель антенно-фидерное устройство выполнено в виде конформной фазированной антенной решетки из n элементов, состоящих из полуволновых вибраторов назначенного диапазона частот, каждый из которых соединен через соответствующие последовательно подключенные i-ю диаграммообразующую схему и i-й приемопередатчик, подключенный к соответствующим высокочастотному входу и высокочастотному выходу цифрового модема, цифровой модем соединен двухсторонними связями с блоком управления, устройством дистанционной юстировки с электронным компасом, со схемой определения направления прихода радиосигнала, при этом цифровой модем имеет m входов и m выходов внешних сопрягаемых систем носителя и вход/выход устройства для загрузки исходных данных, блок управления через локальную вычислительную сеть связан с входами/выходами управления и контроля n диаграммообразующих схем и n приемопередатчиков, каждая диаграммообразующая схема состоит из последовательно соединенных фазовращателя, коммутатора «прием-передача», схемы защиты, при этом входы/выходы управления и контроля фазовращателя и коммутатора «прием-передача» через локальную вычислительную сеть и блок управления связаны с вычислителем, высокочастотный вход/выход фазовращателя соединен с соответствующим элементом АФУ, высокочастотный вход коммутатора «прием-передача» соединен с выходом третьего полосового фильтра, высокочастотный выход схемы защиты связан с входом первого полосового фильтра, каждый приемопередатчик состоит из двух цепочек узлов, первая из которых содержит последовательно соединенные первый полосовой фильтр, малошумящий усилитель высокой частоты, первый смеситель и фильтр нижних частот, подключенный к входу аналого-цифрового преобразователя, при этом соответствующий вход первого смесителя соединен с первым выходом первого синтезатора, второй выход которого подключен к соответствующему входу демодулятора, вторая цепочка содержит последовательно соединенные второй смеситель, второй полосовой фильтр, усилитель мощности и третий полосовой фильтр, подключенный к высокочастотному входу коммутатора «прием-передача», при этом вход второго смесителя подключен к выходу модулятора, соответствующий вход второго смесителя соединен с первым выходом второго синтезатора, второй выход которого подключен к соответствующему входу модулятора, а соответствующие входы/выходы малошумящего усилителя высокой частоты, первого смесителя, первого синтезатора, второго смесителя, усилителя мощности и второго синтезатора подключены через локальную вычислительную сеть к блоку управления, в цифровой модем дополнительно включены две цепочки узлов, первая из которых состоит из последовательно соединенных аналогово-цифрового преобразователя, демодулятора, помехоустойчивого декодера, декодера сообщений ортогональными сигналами и блока формирования сообщений с m выходами устройства, при этом выход аналогово-цифрового преобразователя соединен также с входом блока измерения отношения сигнал/шум, соответствующий вход декодера сообщений ортогональными сигналами соединен с выходом первого генератора исходных ортогональных кодов, вторая цепочка состоит из последовательно соединенных блока обработки сообщений с m входами устройства, кодера сообщений ортогональными сигналами с m входами, помехоустойчивого кодера и модулятора, при этом (m+1)-й вход кодера сообщений ортогональными сигналами с m входами соединен с выходом второго генератора исходных ортогональных кодов, а входы/выходы аналогово-цифрового преобразователя, блока измерения отношения сигнал/шум, демодулятора, помехоустойчивого декодера, декодера сообщений ортогональными сигналами, первого генератора исходных ортогональных кодов, блока обработки сообщений с m входами устройства, кодера сообщений ортогональными сигналами с m входами, помехоустойчивого кодера, модулятора, второго генератора исходных ортогональных кодов, вычислителя и измерителя вероятности ошибки подключены через локальную вычислительную сеть к блоку управления, второй вход/выход вычислителя подключен к схеме определения направления прихода радиосигнала, а третий вход/выход вычислителя является входом/выходом для загрузки исходных данных.

Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 показана структурная схема ретранслятора, на фиг. 2 - структурная схема диаграммообразующей схемы, на фиг. 3 - структурная схема приемопередатчика, на фиг. 4 - структурная схема цифрового модема. На фигурах введены обозначения:

1_i - i-й элемент антенно-фидерного устройства (АФУ);

2_i - i-я диаграммообразующая схема;

3_i - i-й приемопередатчик;

4 - цифровой модем;

5 - блок управления;

6 - устройство дистанционной юстировки;

7 - электронный компас;

8 - измеритель вероятности ошибки;

9 - автоматизированное рабочее место (АРМ);

10 - помехоустойчивый кодер;

11 - блок измерения отношения сигнал/шум;

12 - вычислитель;

13 - локальная вычислительная сеть (ЛВС);

14 - схема определения направления прихода радиосигнала;

15 - фазовращатель;

16 - коммутатор «прием-передача»;

17 - схема защиты;

18 - первый полосовой фильтр;

19 - малошумящий усилитель высокой частоты;

20 - первый смеситель;

21 - первый синтезатор;

22 - фильтр нижних частот;

23 - аналогово-цифровой преобразователь (АЦП);

24 - демодулятор;

25 - помехоустойчивый декодер;

26 - декодер сообщений ортогональными сигналами;

27 - первый генератор исходных ортогональных кодов;

28 - блок формирования сообщений с m выходами 29 устройства;

31 - блок обработки сообщений с m входами 30 устройства;

32 - кодер сообщений ортогональными сигналами с m входами;

33 - второй генератор исходных ортогональных кодов;

34 - модулятор;

35 - второй смеситель;

36 - второй синтезатор;

37 - второй полосовой фильтр;

38 - усилитель мощности;

39 - третий полосовой фильтр;

40 - вход/выход устройства для загрузки исходных данных (ортогональных кодов, внешнего контроля работы вычислителя, программ для работы генераторов, адреса корреспондентов, список рабочих частот на передачу и прием и т.п.).

Антенно-фидерное устройство выполнено в виде n элементов 1, например, состоящих из полуволновых вибраторов назначенного диапазона частот, построенных на носителе по технологии конформных антенн [7]. К каждому из n элементов 1 подключена последовательная цепочка узлов, состоящая из соответствующей диаграммообразующей схемы 2 и соответствующего приемопередатчика 3, подключенного к соответствующим высокочастотному входу и высокочастотному выходу цифрового модема 4. Цифровой модем 4 соединен двухсторонними связями с автоматизированным рабочим местом 9 (при наличии оператора), схемой определения направления прихода радиосигнала 14, устройством дистанционной юстировки 6, электронным компасом 7, блоком управления 5 и локальной вычислительной сетью.

Цифровой модем 4 состоит из вычислителя 12, измерителя вероятности ошибок 8 и двух цепочек узлов, первая из которых состоит из последовательно соединенных аналогово-цифрового преобразователя 23, демодулятора 24, помехоустойчивого декодера 25, декодера сообщений ортогональными сигналами 26 и блока формирования сообщений 28 с m выходами устройства 29, при этом выход аналогово-цифрового преобразователя 23 соединен также с входом блока измерения отношения сигнал/шум 11, а соответствующий вход декодера сообщений ортогональными сигналами 26 соединен с соответствующим выходом первого генератора исходных ортогональных кодов 27. Вторая цепочка узлов состоит из последовательно соединенных блока обработки сообщений 31 с m входами 30 устройства, кодера сообщений ортогональными сигналами 32 с m входами, помехоустойчивого кодера 10 и модулятора 34, при этом (m+1)-й вход кодера сообщений ортогональными сигналами 32 с m входами соединен с выходом второго генератора исходных ортогональных кодов 33. Входы/выходы аналогово-цифрового преобразователя 23, блока измерения отношения сигнал/шум 11, демодулятора 24, помехоустойчивого декодера 25, декодера сообщений ортогональными сигналами 26, первого генератора исходных ортогональных кодов 27, блока обработки сообщений 31 с m входами 30 устройства, кодера сообщений ортогональными сигналами 32 с m входами, помехоустойчивого кодера 10, модулятора 34, второго генератора исходных ортогональных кодов 33, вычислителя 12 и измерителя вероятности ошибки 8 подключены через локальную вычислительную сеть 13 к блоку управления 5. Второй вход/выход вычислителя 12 подключен к схеме определения направления прихода радиосигнала 14, а третий вход/выход вычислителя является входом/выходом для загрузки исходных данных 40.

Каждый приемопередатчик ретранслятора состоит из двух цепочек узлов, первая из которых содержит последовательно соединенные первый полосовой фильтр 18, малошумящий усилитель высокой частоты 19, первый смеситель 20 и фильтр нижних частот 22, подключенный к входу аналого-цифрового преобразователя 23, при этом вход первого полосового фильтра 18 подключен к выходу схемы защиты 17, соответствующий вход первого смесителя 20 соединен с первым выходом первого синтезатора 21, второй выход которого подключен к соответствующему входу демодулятора 24. Вторая цепочка содержит последовательно соединенные второй смеситель 35, второй полосовой фильтр 37, усилитель мощности 38 и третий полосовой фильтр 39, подключенный к высокочастотному входу коммутатора 16 «прием-передача», при этом вход второго смесителя 35 подключен к выходу модулятора 34, а соответствующий вход второго смесителя 35 соединен с первым выходом второго синтезатора 36, второй выход которого подключен к соответствующему входу модулятора 34. Соответствующие входы/выходы малошумящего усилителя высокой частоты 19, первого смесителя 20, первого синтезатора 21, второго смесителя 35, усилителя мощности 38 и второго синтезатора 36 подключены через локальную вычислительную сеть 13 к блоку управления 5.

Каждая диаграммообразующая схема 2 состоит из последовательно соединенных фазовращателя 15, коммутатора 16 «прием-передача», схемы защиты 17, при этом входы/выходы управления и контроля фазовращателя 15 и коммутатора 16 «прием-передача» через локальную вычислительную сеть 13 и блок управления 5 связаны с вычислителем 12, высокочастотный вход/выход фазовращателя 15 соединен с соответствующим элементом 1 АФУ, высокочастотный вход коммутатора 16 «прием-передача» соединен с выходом третьего полосового фильтра 39, высокочастотный выход схемы защиты 17 связан с входом первого полосового фильтра 18.

Ретранслятор работает следующим образом. Он обеспечивает прием, обработку и передачу радиосигналов и m дискретных сигналов с внешних сопрягаемых с вычислителем 12 систем между N подвижными и стационарными корреспондентами. Число N определяется количеством разрешаемых элементами АФУ азимутальных секторов устойчивой связи (в которых отношение сигнал/шум выше допустимого) в условиях прямой (оптической) видимости. Например, для одновременного обслуживания четырех корреспондентов число n элементов 1 должно быть больше восьми.

Перед сеансом связи по входу/выходу 40 устройства вводятся исходные данные (ортогональные коды, программы для работы генераторов, адреса корреспондентов, список рабочих частот на передачу и прием и т.п., и другие программы) и осуществляется внешний контроль работы вычислителя. Во время начального включения устройства осуществляется тестирование аппаратуры. Для этого с вычислителя 12 тестовое сообщение через узлы 31-39 передающей части, в том числе и через усилитель 38 мощности, работающий в режиме пониженной мощности, коммутатор 16 «прием-передача», радиосигналы одной несущей частоты поступают на схему 17 защиты приемной части устройства, а через узлы 18-28 сигналы поступают через ЛВС 13 на вычислитель 12 для оценки исправности. При положительной оценке устройство готово к работе.

При передаче сообщений от внешних, сопрягаемых с ретранслятором систем, в узле 31 они приводятся к единому формату, уплотняются в кодере 32 сообщений ортогональными сигналами (каждому биту сообщения ставится в соответствие определенный ортогональный код с выхода первого генератора 33 исходных ортогональных кодов) в зависимости от категорий срочности, принятых в системе радиосвязи, в которой работает устройство. Объединенный сигнал транслируется через последовательную цепочку, состоящую из узлов 10, 34, 35, 37 и 15. В помехоустойчивом кодере 10 сообщения преобразуются в помехоустойчивый код. Варианты реализации кодера 10 и декодера 25 известны и приведены, например, в работах [5] и [10]. Далее сигнал поступает и модулируется, например, в фазовом модуляторе 34. На модулирующий вход узла 34 подается сигнал со второго выхода второго синтезатора 36. Построение фазовых модуляторов известно, например, по схеме относительного фазового модулятора, описанного в работе [11]. Затем видеосигналы преобразуются в радиосигналы несущей частоты во втором смесителе 35, на модулирующий вход которого подается сигнал несущей частоты с первого выхода второго синтезатора 36, управляемого с вычислителя 12 через блок 5 управления и ЛВС 13, фильтруются от внеполосных спектральных составляющих во втором полосовом фильтре 37, в усилителе 38 уровень мощности доводится до величины, необходимой для обеспечения достоверной передачи информации, побочные излучения устраняются третьим полосовым фильтром 39.

Сформированный радиосигнал излучается вкруговую по азимуту, когда работают все n элементов 1 АФУ или в выбранном вычислителем 12 секторе с использованием нескольких узлов 1, 2, и 3. Пройдя коммутатор «прием-передача» 16, фазовращатель 15, управляемые вычислителем 12 через блок 5 управления и ЛВС 13, приемопередающие n элементы 1 АФУ, радиосигналы излучаются в пространство.

Входные принимаемые радиосигналы, пройдя элементы 1 приемопередающего АФУ и соответствующие фазовращатели 15, коммутаторы «прием-передача» 16, схему защиты 17, в которой выполняются функции ограничения уровня мощности принимаемых радиосигналов и статических разрядов, в диаграммообразующей схеме 2 транслируются через последовательную цепочку, состоящую из узлов: схему защиты 17, включающая, например, ограничитель мощности на pin-диодах и защиту от электростатических разрядов, например, с помощью сборки быстродействующих стабилитронов первого полосового фильтра 18, где выполняются процедуры выделения участка частот выделенного диапазона, малошумящий усилитель 19 высокой частоты, где радиосигналы усиливаются, первый смеситель 20, на высокочастотный вход которого подается сигнал несущей частоты с первого синтезатора 21, управляемого с вычислителя 12 через блок 5 управления и ЛВС 13, фильтр 22 нижних частот, где устраняются высокочастотные составляющие спектра видеосигналов, аналогово-цифровой преобразователь 23, где они квантуются по амплитуде на требуемое число уровней и дискретизируются по времени в зависимости от скорости передачи информации (длительности бита), демодулятор 24 с выделением тактовой частоты для процедур декодирования, помехоустойчивый декодер 25, декодер 26 сообщений ортогональными сигналами с m выходами, блок 28 формирования сообщений с m выходами 29.

Кроме того, радиосигналы с АЦП 23 через ЛВС 13, вычислитель 12 и блок 5 управления подаются на управляемый аттенюатор, например, встроенный в малошумящий усилитель 19, реализующий с помощью вычислителя 12 процедуру аналого-цифровой автоматической регулировки усиления, необходимой для поддержания амплитуды сигнала в наилучшей зоне дискретизации по уровню АЦП 23, который обеспечивает требуемое количество разрядов квантования для максимизации динамического диапазона. Обратная связь при автоматической регулировке усиления реализована, например, путем измерения среднего уровня сигнала на выходе АЦП 23 и установки вычислителем 12 ослабления упомянутого выше аттенюатора. Регулировка дает возможность осуществления связи на близких расстояниях между ретранслятором и корреспондентами (режим адаптации по мощности). Снимаемая с выхода АЦП 23 информация используется также в блоке 11 измерения отношения сигнал/шум с помощью вычислителя 12 (через ЛВС 13 и блок 5 управления). Блок 11 необходим для выбора вероятностно-оптимальной частоты на текущий момент времени во время мониторинга радиоэфира и выдачи сведений о ней корреспондентам и на внешние сопрягаемые системы.

Реализация демодулятора 24 известна и представлена в работе [12].

В помехоустойчивом декодере 25 объединенные сигналы освобождаются от введенной в помехоустойчивом кодере 10 (корреспондента, работающего в сеансе связи) избыточной информации, а в декодере 26 сообщений с помощью исходных ортогональных сигналов с выхода первого генератора 27 разделяются в соответствии с входным форматом, поступившим на вход корреспондента, работающего в текущий момент времени в сеансе связи. В блоке 28 сигналы формирования сообщения восстанавливают свою форму в зависимости от требований внешнего получателя информации, заложенных заранее по входу/выходу 40 в вычислитель 12.

В качестве обеспечивающих синхронизацию узлов ретранслятора могут быть использованы, например, термостатированные генераторы вычислителя 12, синхронизированные с помощью меток времени приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. Приемник сигналов глобальных навигационных спутниковых систем может являться основой электронного компаса 7, который совместно с устройством 6 дистанционной юстировки и с помощью вычислителя 12, обеспечивает определение местоположения ретранслятора и нужных ему корреспондентов для направления главного луча диаграммы направленности АФУ по требуемому азимуту.

С выхода кодера 32 сообщения поступают на вход помехоустойчивого кодера 10, преобразуются в информационную последовательность импульсов с дополнительной кодовой избыточностью и с выхода помехоустойчивого кодера 10, сообщения в составе структурно-адресной части и уплотненной информации поступают на информационный вход фазового модулятора 34, на выходе которого формируются сигналы относительной фазовой модуляции (ОФМ).

Синтезаторы 21 и 36 формируют отфильтрованное опорное колебание рабочей частоты передачи ƒ_p1i и приема ƒ_p1j с возможностью их изменения, например, по псевдослучайному закону, задаваемому программно вычислителем 12 из совокупности n частот, выделенных для связи, со скоростью перестройки, которая может быть изменена по программе, заложенной в вычислитель 12 по входу/выходу 40 или команде с внешних сопрягаемых систем (один из входов 30).

Управление режимами работы и контроль соответствующих электронных узлов устройства вычислителем 12 осуществляется через блок 5 управления и ЛВС 13, которая может быть выполнена по протоколу Ethernet или по другому [13, 14]. Кроме того, вычислителем 12 выполняются следующие процедуры:

- автоматического (без участия оператора) определения по информации схемы 14 направления прихода радиосигнала, построения виртуальной кривой по результатам одновременного измерения амплитуд полезных сигналов в соответствующих элементах 1 АФУ в схеме 14, определение положения ее максимума и автоматического направления луча АФУ в направлении на источник полезного радиосигнала, используя цепи управления с соответствующими фазовращателями 15 (метод пространственного разнесения). При определении по составу принятого сигнала помехи вычислителем 12 вырабатываются команды, которые, действуя через блок 5 управления и ЛВС 13 на соответствующие фазовращатели 15, создают минимум в диаграмме направленности АФУ, повышая помехозащищенность ретранслятора [10, 15];

- анализа в процессе мониторинга качества канала связи по величине отношения сигнал/шум на выходе АЦП 23;

- осуществление мониторинга радиочастотного спектра на заданных частотах при отсутствии сеанса связи для нахождения вероятностно-оптимальной на данный момент времени частоты;

- формирование тактовой последовательности импульсов. Алгоритм формирования тактовой последовательности импульсов известен и представлен, например, в [16];

- формирование сообщения (команды вызываемому корреспонденту) на увеличение скорости перестройки частоты при уменьшении величины отношения сигнал/шум и его задержка на время передачи сообщения абоненту, время обработки этого сообщения и время переключения аппаратуры;

- при обнаружении тенденции уменьшения величины отношения сигнал/шум подготавливает и передает абоненту, находящемуся на связи, номинал новой вероятностно-оптимальной на данный момент времени частоты и после получения подтверждения от абонента переключает соответствующие узлы на работу на новой частоте;

- контроля коэффициента бегущей волны на выходе коммутатора «прием-передача» 16 для оценки состояния антенны;

- управление работой радиоэлектронных узлов ретранслятора через блок 5 управления и ЛВС 13;

- вычисление собственной координаты с привязкой к единому времени измерений и относительного азимута корреспондента;

- управление работой измерителя 8 вероятности ошибок на интервале, для непрерывной оценки параметров канала связи;

- формирование и передача служебной информации (телеметрии), в том числе пилотных сигналов совместно с полезной информацией;

- формирование синхропоследовательностей, синхронных с единым (всемирным) временем для соответствующих радиоэлектронных узлов устройства.

Для обеспечения устойчивой связи в ретрансляторе применяются следующие режимы работы АФУ:

- вкруговую по азимуту;

- секторный помехозащищенный режим для одного корреспондента;

- многосекторный режим для работы одновременно с несколькими корреспондентами;

- следящий режим, когда луч диаграммы направленности АФУ сопровождает пространственное положение отдельного корреспондента по его координатам, известным, например, из принятой от него информации и хранящийся в памяти вычислителя 12, или рассчитанной вычислителем 12 с помощью процедуры экстраполяции [17] по его прошлому местоположению и параметрам движения.

При использовании ретранслятора в автоматическом варианте АРМ 9, на экран которого выводится передаваемая, принимаемая и контрольная информация, может отсутствовать.

Для увеличения числа обслуживаемых корреспондентов, кроме использования метода пространственного разнесения [18], может быть применена технология увеличения числа ретранслируемых каналов, состоящих из узлов, аналогичных узлам, рассмотренным выше: 1-12, 14-28, 31-39, ЛВС 13.

Устройство позволяет:

- увеличить число одновременно обслуживаемых корреспондентов;

- автоматически в реальном масштабе времени во время отсутствия сеансов связи выбирать вероятностно оптимальные на данный момент времени частоты с помощью измерения на выходе АЦП вычислителем 12 величины отношения сигнал/шумна при мониторинге радиочастотного спектра на наличие помех и отправлять сообщения о них вызываемым корреспондентам, что обеспечивает дальность и устойчивость связи.

Использованные в устройстве алгоритмы и технические решения представлены в следующих источниках информации:

- реализация фазовых детекторов известна и представлена в работе [8];

- синтезаторы частот 21 и 36 служат для формирования несущего колебания на каждой очередной рабочей частоте. Вариант реализации синтезатора частот известен и представлен, например, в работе [10] стр. 214, рис. 7.7(a);

- в качестве алгоритма мониторинга и анализа качества канала связи, например, можно взять алгоритм, применяемый в аппаратуре Р-163-АР [19];

- усилитель мощности 15 предназначен для усиления уровня сформированного радиосигнала. Структурная схема усилителя мощности приведена, например, в работе [20] стр. 96, рис. 4.3.

Узлы, входящие в устройство, могут быть выполнены программно, на серийных ИМС или ПЛИС ХС7К410Т-761 с управлением программными модулями, входящими в состав вычислителя 12, который может быть реализован, например, на плате процессорной 5066-586-133MHz-1 MB, 2 MB Flash CPU Card фирмы Octagon Systems, а остальные узлы - на серийных электрорадиоэлементах.

В качестве внешних систем могут быть, например, двигатели носителя ретранслятора, всевозможные датчики и другие узлы.

Устройство может быть применено как составная часть многоканальных систем радиосвязи.

Литература:

1. Андронов И.С. и др. Передача дискретных сообщений по параллельным каналам. М., «Советское радио», 1971, с. 337-338.

2. Авторское свидетельство СССР №720745, дата публикации 05.03.1980.

3. Патент РФ на изобретение №2461969, дата публикации 20.09.2012. Бюл. №26.

4. Патент РФ на полезную модель №2513763, дата публикации 20.04.2014. Бюл. №11.

5. Патент РФ на полезную модель №117759, дата публикации 27.06.2012. Бюл. №18 (прототип).

6. Кларк Дж., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. - М.: Радио и связь, 1987. - 392 с.

7. Вахитов М.Г., Клыгач Д.С. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНФОРМНОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ ДЛЯ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА /ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, ISSN 1684-1719, N3, 2021.

8. Ратынский М.В. Основы сотовой связи / Под ред. Д.Б. Зимина - М.: Радио и связь, 1998. 248 с.

9. Конторов Д.С., Голубев-Новожилов Ю.С. Введение в радиолокационную системотехнику. - М.; Сов. Радио,1971, 367 с.

10. Королев А.И. Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте. М.: Воениздат, 1985. - 488 с.

11. Радиоприемные устройства / Под ред. Л.Г. Барулина. М.: Радио и связь, 1984. - 272 с.

12. Патент РФ на изобретение № 2157051, дата публикации 27.09.2000. Бюл. №27.

13. Эрглис К.Э. Интерфейсы открытых систем. - М.: Горячая линия-Телеком, 2000. - 240 с.

14. Мячев А.А. Интерфейсы средств вычислительной техники: Справочник. - М.: Радио и связь, 1993. - 352 с.

15. Литвинов О.С. Алгоритм сверхразрешения по методу Кейпона при обработке сигналов в антенной решетке с неидентичными каналами. // Антенны, 2004, №8-9 (87-88). С. 72-79.

16. Катушев В.А. Микросхемы и их применение. М.: Радио и связь, 1983. - 271 с.

17. Сколник М. Введение в технику радиолокационных систем. - М.: / Мир. 1965.

18. Кейстович, А.В. Системы и техника радиосвязи в авиации: учеб. пособие / А.В. Кейстович, А.В. Комяков - Нижний Новгород: НГТУ, 2012. - 236 с.

19. Комплекс средств радиосвязи «Арбалет». - СПб.: ВАС, 1996. - 132 с.

20. Першин В.Т. Формирование и генерирование сигналов в цифровой радиосвязи. - М.: «ИФРА-М», 2015 - 614 с.

Изобретение относится к средствам радиосвязи и может использоваться для обеспечения множественного доступа к ресурсам связи. Техническим результатом изобретения является увеличение числа одновременно обслуживаемых корреспондентов, разнесенных в пространстве, за счет введения конформной фазированной антенной решетки с управляемой диаграммой направленности и технологии множественного доступа с кодовым разделением каналов. Ретранслятор содержит антенно-фидерное устройство в виде конформной фазированной антенной решетки, цифровой модем, имеющий m входов и m выходов внешних сопрягаемых систем носителя и вход/выход устройства для загрузки исходных данных, и блок управления, связанный через локальную вычислительную сеть с входами/выходами управления и контроля n диаграммообразующих схем и n приемопередатчиков. 4 ил.

Ретранслятор, содержащий антенно-фидерное устройство, приемопередатчики, цифровой модем, соединенный с приемопередатчиком, блоком управления, автоматизированным рабочим местом (АРМ) и подключенный к устройству дистанционной юстировки с электронным компасом, предназначенным для юстировки антенн по азимуту и передачи в цифровой модем значения азимута с электронного компаса, в цифровой модем встроен измеритель вероятности ошибки и регулирования выходной мощности приемопередатчиков, цифровой модем выполнен с возможностью приема значения азимута и передачи сигналов отклонения положения антенн от линии юстировки на блок управления, а также с возможностью оценки параметров канала связи по соотношению сигнал/помеха пилотных сигналов и информационных параметров принимаемого сигнала, в приемном тракте цифровой модем содержит блок оценки отношения сигнал/шум, помехоустойчивый декодер и вычислитель, отличающийся тем, что антенно-фидерное устройство выполнено в виде конформной фазированной антенной решетки из n элементов, состоящих из полуволновых вибраторов назначенного диапазона частот, каждый из которых соединен через соответствующие последовательно подключенные i-ю диаграммообразующую схему и i-й приемопередатчик, подключенный к соответствующим высокочастотному входу и высокочастотному выходу цифрового модема, цифровой модем соединен двухсторонними связями с блоком управления, устройством дистанционной юстировки с электронным компасом, со схемой определения направления прихода радиосигнала, при этом цифровой модем имеет m входов и m выходов внешних сопрягаемых систем носителя и вход/выход устройства для загрузки исходных данных, блок управления через локальную вычислительную сеть связан с входами/выходами управления и контроля n диаграммообразующих схем и n приемопередатчиков,

каждая диаграммообразующая схема состоит из последовательно соединенных фазовращателя, коммутатора «прием-передача», схемы защиты, при этом входы/выходы управления и контроля фазовращателя и коммутатора «прием-передача» через локальную вычислительную сеть и блок управления связаны с вычислителем, высокочастотный вход/выход фазовращателя соединен с соответствующим элементом АФУ, высокочастотный вход коммутатора «прием-передача» соединен с выходом третьего полосового фильтра, высокочастотный выход схемы защиты связан с входом первого полосового фильтра,

каждый приемопередатчик состоит из двух цепочек узлов, первая из которых содержит последовательно соединенные первый полосовой фильтр, малошумящий усилитель высокой частоты, первый смеситель и фильтр нижних частот, подключенный к входу аналого-цифрового преобразователя, при этом соответствующий вход первого смесителя соединен с первым выходом первого синтезатора, второй выход которого подключен к соответствующему входу демодулятора, вторая цепочка содержит последовательно соединенные второй смеситель, второй полосовой фильтр, усилитель мощности и третий полосовой фильтр, подключенный к высокочастотному входу коммутатора «прием-передача», при этом вход второго смесителя подключен к выходу модулятора, соответствующий вход второго смесителя соединен с первым выходом второго синтезатора, второй выход которого подключен к соответствующему входу модулятора, а соответствующие входы/выходы малошумящего усилителя высокой частоты, первого смесителя, первого синтезатора, второго смесителя, усилителя мощности и второго синтезатора подключены через локальную вычислительную сеть к блоку управления,

в цифровой модем дополнительно включены две цепочки узлов, первая из которых состоит из последовательно соединенных аналогово-цифрового преобразователя, демодулятора, помехоустойчивого декодера, декодера сообщений ортогональными сигналами и блока формирования сообщений с m выходами устройства, при этом выход аналогово-цифрового преобразователя соединен также с входом блока измерения отношения сигнал/шум, соответствующий вход декодера сообщений ортогональными сигналами соединен с выходом первого генератора исходных ортогональных кодов, вторая цепочка состоит из последовательно соединенных блока обработки сообщений с m входами устройства, кодера сообщений ортогональными сигналами с m входами, помехоустойчивого кодера и модулятора, при этом (m+1)-й вход кодера сообщений ортогональными сигналами с m входами соединен с выходом второго генератора исходных ортогональных кодов, а входы/выходы аналогово-цифрового преобразователя, блока измерения отношения сигнал/шум, демодулятора, помехоустойчивого декодера, декодера сообщений ортогональными сигналами, первого генератора исходных ортогональных кодов, блока обработки сообщений с m входами устройства, кодера сообщений ортогональными сигналами с m входами, помехоустойчивого кодера, модулятора, второго генератора исходных ортогональных кодов, вычислителя и измерителя вероятности ошибки подключены через локальную вычислительную сеть к блоку управления, второй вход/выход вычислителя подключен к схеме определения направления прихода радиосигнала, а третий вход/выход вычислителя является входом/выходом для загрузки исходных данных.