Устройство передачи и приема информации в тропосферном канале радиосвязи Российский патент 2025 года по МПК H04B1/40 

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

Известен «Модем со многими несущими» [1]. 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, цифроаналоговый 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.

Известен «Модем для сигналов со многими несущими» [2], содержащий 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 цифроаналоговых 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.

Известна «Перевозимая тропосферная станция» [3], 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.

Известно взятое за прототип «Устройство передачи информации в многолучевом канале тропосферной СВЧ-радиосвязи» [4], содержащее передатчик и приемник, при этом в состав передатчика входят блок последовательно-параллельного преобразователя (демультиплексор), кодер, манипулятор QPSK, блок обратного дискретного преобразования Фурье, цифроаналоговый преобразователь, усилитель мощности и передающая антенна тропосферной связи, а в состав приемника входят приемная многолучевая антенна ТРС, блок предварительной обработки спектров сигналов, аналого-цифровой преобразователь, блок прямого дискретного преобразования Фурье, деманипулятор QPSK, декодер и блок параллельно-последовательного преобразования (мультиплексор).

Основным недостатком устройства-прототипа является его низкая помехоустойчивость, ограничивающая скорость передачи информации, - для борьбы с интерференционными замираниями используется метод автовыбора, являющийся наименее оптимальным методом с точки зрения скорости передачи сообщений, - при использовании метода автовыбора максимальная скорость передачи, достижимая на дальности связи не более 100 км, составляет всего лишь V=2 Мбит/с.

Целью данного изобретения является повышение помехоустойчивости, а, следовательно, и дальности канала связи на скорости передачи до 34 Мбит/с, являющейся наиболее распространенной скоростью передачи магистральных линий связи.

Теоретической основой выполнения поставленной цели является применение 4-х кратного пространственного разнесения с когерентным сложением копий разнесенного сигнала, замена прямого и обратного дискретного преобразования Фурье на быстрое прямое и быстрое обратное преобразования Фурье, а также осуществление в приемном тракте предварительной обработки сигналов и суммирование максимальных отношений принятых сигналов [5].

Поставленная цель достигается тем, что предлагается «Устройство передачи и приема информации в тропосферном канале радиосвязи», содержащее передатчик и приемник, при этом в состав передатчика входят демультиплексор, кодер, манипулятор QPSK и блок цифроаналогового преобразования, а в состав приемника входят блок аналого-цифрового преобразования, блок предварительной обработки спектров сигналов, деманипулятор QPSK, декодер и мультиплексор, при этом в состав передатчика дополнительно введены блок обратного быстрого преобразования Фурье, усилитель мощности с двумя идентичными выходами, две передающие антенны, одна из которых с вертикальной поляризацией (ВП), а другая - с горизонтальной поляризацией (ГП), а в состав приемника дополнительно введены две приемные антенны тропосферной связи, каждая из которых содержит выходы с вертикальной (ВП) и горизонтальной (ГП) поляризацией, четыре блока предварительной обработки сигналов, три блока аналого-цифрового преобразования, четыре блока прямого быстрого преобразования Фурье, три блока предварительной обработки спектров сигналов и сумматор максимальных отношений (СМО), при этом в передатчике демультиплексор выполнен с возможностью преобразования последовательности информации, поступающей в цифровом виде от источника информации, в параллельный выходной поток.

Схема предлагаемого устройства приведена на чертеже, на котором обозначены:

1 - передатчик;

2 - демультиплексор (блок последовательно-параллельного преобразования);

3 - кодер;

4 - манипулятор QPSK;

5 - блок обратного быстрого преобразования Фурье;

6 - блок цифроаналогового преобразования;

7 - усилитель мощности с двумя идентичными выходами;

8.1 - передающая антенна тропосферной связи с вертикальной поляризацией;

8.2 - передающая антенна тропосферной связи с горизонтальной поляризацией;

9 - приемник;

10.1 - первая приемная антенна тропосферной связи;

10.2 - вторая приемная антенна тропосферной связи;

11 - блоки (четыре) предварительной обработки сигналов;

12 - блоки (четыре) аналого-цифрового преобразования;

13 - блоки (четыре) прямого быстрого преобразования Фурье;

14 - блоки (четыре) предварительной обработки спектров сигналов;

15 - сумматор максимальных отношений (СМО),

16 - деманипулятор QPSK;

17 - декодер;

18 - мультиплексор (блок параллельно-последовательного преобразования).

Предложенное устройство, по сравнению с прототипом, содержит новые элементы, а именно:

- в передающем тракте - блок обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) (5) вместо блока обратного дискретного преобразования Фурье (ОДПФ), усилитель мощности (7) с двумя идентичными выходами, и две передающие антенны, одна с ВП (8.1), другая с ГП (8.2);

- в приемном тракте - две приемные антенны (10.1 и 10.2) с двумя поляризациями каждая, четыре блока предварительной обработки сигналов (11), четыре блока прямого быстрого преобразования Фурье (ПБПФ) (13) вместо блоков прямого дискретного преобразования Фурье (ПДПФ), четыре блока предварительной обработки спектров сигналов (ПОСС) (14) и блок сумматора максимальных отношений (СМО) (15), то есть отвечает требованию новизны.

Как показано на чертеже, соединение между собой составных элементов в предлагаемом устройстве осуществляется следующим образом: в передатчике (1) параллельные выходы демультиплексора (2) подключены к соответствующим параллельным входам кодера (3), параллельные выходы которого подключены к соответствующим параллельным входам манипулятора QPSK (4), параллельные выходы которого подключены к соответствующим параллельным входам блока обратного быстрого преобразования Фурье (5), выход которого подключен ко входу цифроаналогового преобразователя (6), выход которого подключен ко входу усилителя мощности (7), первый выход которого подключен к диполю вертикальной поляризации первой передающей антенны (8.1), а второй выход подключен к диполю горизонтальной поляризации второй передающей антенны (8.2), в приемнике выводы от диполей вертикальной и горизонтальной поляризации обеих приемных антенн (10.1 и 10.2) подключены ко входам соответствующих четырех блоков предварительной обработки сигналов (11), выходы которых подключены ко входам четырех соответствующих блоков аналого-цифрового преобразования (12), выходы которых подключены ко входам четырех соответствующих блоков прямого быстрого преобразования Фурье (13), выходы которых подключены ко входам четырех соответствующих блоков предварительной обработки спектров сигналов (14), выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора максимальных отношений (15), выходы которого подключены к соответствующим входам деманипулятора QPSK (16), выходы которого подключены к соответствующим входам декодера (17), выходы которого подключены к соответствующим входам мультиплексора (18), выполненного с возможностью преобразования поступающих на его входы параллельных потоков в последовательный поток и его передачи со своего выхода к получателю информации.

Из приведенного описания следует, что предложенное устройство явным образом не следует из уровня техники и имеет изобретательский уровень. Это позволяет сделать вывод о соответствии устройства критерию «существенные отличия».

Работа предложенного устройства осуществляется следующим образом:

В передающем тракте (1) демультиплексор (2) осуществляет преобразование поступающей на его вход последовательности информации в цифровом виде в последовательность n параллельных потоков, скорость передачи каждого из которых в n раз меньше скорости первичного цифрового потока.

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

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

Блок обратного быстрого преобразования Фурье (5) осуществляет преобразование n параллельных сигналов в цифровой сигнал OFDM.

Блок цифроаналогового преобразования (6) осуществляет преобразование поступившей на его вход последовательности цифровой информации в аналоговую. Далее сигнал поступает на усилитель мощности (7) с двумя идентичными выходами, и на две передающие антенны с горизонтальной и вертикальной поляризацией (8.1 и 8.2).

В приемном тракте (9) каждая из двух приемных антенн (10.1 и 10.2) принимает два идентичных сигнала с горизонтальной и вертикальной поляризациями, осуществляя таким образом 4-кратный пространственно-разнесенный прием.

Для каждого из четырех принятых разнесенных трактов осуществляется в блоках (11) предварительная обработка сигналов (ПОС), затем в блоках (12) аналого-цифровое преобразование (АЦП) и в блоках (13) прямое быстрое преобразование Фурье (ПБПФ).

В блоках (14) предварительной обработки спектров сигналов (ПОСС) в каждом тракте разнесения поднесущие с низким уровнем блокируются и в сумматор (15) максимальных отношений (СМО) не допускаются.

В блоке СМО (15) когерентно складываются (суммируются) совпадающие по модуляции поднесущие трактов пространственного разнесения, реализуя таким образом оптимальное когерентное сложение поднесущих 4-х трактов разнесения.

В деманипуляторе (16) осуществляется демодуляция поступивших на его вход сигналов и извлечение n параллельных потоков исходных сигналов.

В декодере (17) осуществляется декодирование каждого из n потоков.

В блоке (18) параллельно-последовательного преобразования (мультиплексоре) осуществляется преобразование поступающих на его вход n параллельных потоков в последовательный поток, скорость передачи которого в n раз больше скорости каждого из n параллельных цифровых потоков. Последовательный цифровой поток с выхода блока (18) параллельно-последовательного преобразования (мультиплексора) представляет собой принятый информационный сигнал, который и поступает к пользователю информации.

Благодаря тому, что в предложенном устройстве: на передачу используются две антенны с различными диполями поляризации, а на приеме используются две антенны с горизонтальной и вертикальной поляризацией каждая, гарантированно обеспечивается на приеме 4-х кратное пространственное разнесение принимаемых сигналов, позволяющее повысить помехоустойчивость принимаемого сигнала; блоки предварительной обработки сигналов, повышающие помехоустойчивость принимаемого сигнала, а также блоки аналого-цифрового преобразования, блоки прямого быстрого преобразования Фурье и блоки предварительной обработки спектров сигнала введены во все четыре тракта пространственного разнесения; дискретное преобразование Фурье заменено на быстрое преобразование Фурье, позволяющее повысить скорость цифровой обработки сигнала примерно на два порядка; используется сумматор максимальных отношений СМО, осуществляющий когерентное суммирование одинаковых поднесущих из 4-х ветвей пространственного разнесения, предложенное устройство, существенно отличаясь от известных в данной области техники, позволит передавать информацию по линиям тропосферной связи со скоростью передачи до 34 Мбит/с по сравнению со скоростью 2 Мбит/с в существующих тропосферных станциях.

Следовательно, можно сделать вывод, что цель, поставленная перед данным изобретением - повышение помехоустойчивости, а, следовательно, и дальности канала связи на скорости передачи до 34 Мбит/с, - достигнута.

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

Источники информации:

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

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

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

4. Патент №2796968 на «Устройство передачи информации в многолучевом канале тропосферной СВЧ-радиосвязи», МПК Н04В 1/50, 2023, Бюл. 16 (прототип).

5. И.И. Малышев, В.И. Шестопалов, И.Р. Сиваков. Оценка характеристик канала связи с OFDM-сигналами. / Теория и техника радиосвязи. №4, 2019, стр. 53-57.

Устройство относится к области радиосвязи и может быть использовано для передачи и приема информации в тропосферных системах связи. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости, а следовательно, и дальности канала связи на скорости передачи до 34 Мбит/с. Упомянутый технический результат достигается тем, что в предложенном устройстве передачи и приема информации в тропосферном канале радиосвязи в состав передатчика дополнительно введены блок обратного быстрого преобразования Фурье, усилитель мощности с двумя идентичными выходами и две передающие антенны, одна из которых с вертикальной поляризацией (ВП), а другая с горизонтальной поляризацией (ГП), а в состав приемника дополнительно введены две приемные антенны, каждая из которых содержит выходы с вертикальной (ВП) и горизонтальной (ГП) поляризацией, блоки предварительной обработки сигналов, блоки прямого быстрого преобразования Фурье и сумматор максимальных отношений (СМО), с соответствующей схемой соединения их между собой. 1 ил.

Устройство передачи и приема информации в тропосферном канале радиосвязи, содержащее передатчик и приемник, при этом в состав передатчика входят демультиплексор, кодер, манипулятор QPSK и блок цифроаналогового преобразования, а в состав приемника входят блок аналого-цифрового преобразования, блок предварительной обработки спектров сигналов, деманипулятор QPSK, декодер и мультиплексор, отличающееся тем, что в состав его передатчика дополнительно введены блок обратного быстрого преобразования Фурье, усилитель мощности с двумя идентичными выходами, две передающие антенны, одна из которых с вертикальной поляризацией (ВП), а другая - с горизонтальной поляризацией (ГП), а в состав приемника дополнительно введены две приемные антенны тропосферной связи, каждая из которых содержит выходы с вертикальной (ВП) и горизонтальной (ГП) поляризацией, четыре блока предварительной обработки сигналов, три блока аналого-цифрового преобразования, четыре блока прямого быстрого преобразования Фурье, три блока предварительной обработки спектров сигналов и сумматор максимальных отношений (СМО), при этом в передатчике демультиплексор выполнен с возможностью преобразования последовательности информации, поступающей в цифровом виде от источника информации, в параллельный выходной поток, параллельные выходы демультиплексора подключены к соответствующим параллельным входам кодера, параллельные выходы которого подключены к соответствующим параллельным входам манипулятора QPSK, параллельные выходы которого подключены к соответствующим параллельным входам блока обратного быстрого преобразования Фурье, выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен ко входу усилителя мощности, первый выход которого подключен к диполю вертикальной поляризации первой передающей антенны, а второй выход подключен к диполю горизонтальной поляризации второй передающей антенны, в приемнике выводы от диполей вертикальной и горизонтальной поляризации обеих приемных антенн подключены к входам соответствующих четырех блоков предварительной обработки сигналов, выходы которых подключены к входам четырех соответствующих блоков аналого-цифрового преобразования, выходы которых подключены к входам четырех соответствующих блоков прямого быстрого преобразования Фурье, выходы которых подключены к входам четырех соответствующих блоков предварительной обработки спектров сигналов, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора максимальных отношений, выходы которого подключены к соответствующим входам деманипулятора QPSK, выходы которого подключены к соответствующим входам декодера, выходы которого подключены к соответствующим входам мультиплексора, выполненного с возможностью преобразования поступающих на его входы параллельных потоков в последовательный поток и его передачи со своего выхода к получателю информации.