СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ РАДИОКАНАЛАМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОЛУЧЕВОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ И ОТКЛЮЧЕНИЕМ РАДИОКАНАЛОВ Российский патент 2025 года по МПК H04J7/00 

Изобретение относится к способу передачи данных по радиоканалам с использованием совокупности антенн и может быть использовано для передачи информации в системах беспроводной связи.

Уровень техники

Проблема повышения помехоустойчивости систем беспроводной связи находит всю большую актуальность в условиях экспоненциального роста объема данных, необходимых для передачи в условиях ограниченной пропускной способности радиоканалов. Одним из направлений решения проблемы повышения помехоустойчивости и пропускной способности, как основных является использование технологии SIMO (Single input - multiple output) - системы связи с одним входом на передаче и многими выходами на приеме. При реализации данной технологии предполагается использование одной антенны на передаче, на вход которой поступают сигналы, необходимые передачи каждому абоненту, и несколько разнесенных в физическом пространстве приемных антенн, что позволяет говорить о параллельных каналах не только по частоте и времени, но и в пространстве. Недостатками данной технологии является то, что увеличение помехоустойчивости и пропускной способности обусловлено увеличением мощности передающей антенны либо увеличением скорости передачи данных. Это делает ее одновременно и универсальной, и малоэффективной. Возникает задача, состоящая в том, чтобы разрабатывать способы передачи данных, не изменяя общую мощность передатчика и скорость передачи данных, а также научно-технические решения, направленные на повышение помехоустойчивости и пропускной способности систем беспроводной связи при оптимизации ресурсов данных систем. На повышение пропускной способности и помехоустойчивости направлено предлагаемое изобретение.

Описание аналогов

а) Описание аналогов способа

Известен «Способ параллельной многочастотной передачи цифровой информации по параллельным разнесенным радиоканалам с использованием гибридной модуляции данных» [Патент РФ 2562431, 2015 г.]. Достигаемый технический результат - увеличение пропускной способности системы с пакетной передачей данных по параллельным каналам и комбинированием в процессе некогерентной демодуляции квадратов отсчетов поднесущих OFDM сигналов, принятых в каждом из параллельных каналов. Для передачи в пакетном режиме используются статистически взаимно независимые параллельные радиоканалы, по которым информационные сообщения передаются при помощи гибридной двухэтапной модуляции сигналов поднесущих в системе OFDM, на первом этапе данные пакетов базовых сообщений методом многочастотной модуляции модулируют поднесущие OFDM во всех параллельных каналах, а на втором - данные индивидуальных сообщений по закону относительной фазовой модуляции модулируют поднесущие, активизированные на первом этапе, только в своем индивидуальном канале.

Недостатком данного способа является высокая сложность схемы гибридной двухэтапной модуляции сигналов, приводящая к увеличению времени передачи сигналов. Увеличение этапов модуляции при большом количестве поднесущих увеличивает количество ошибок из-за символьной интерференции, что снижает помехоустойчивость системы с пакетной передачей данных.

Известно изобретение «Способ помехоустойчивого приема и передачи информации по каналу связи с помехами и глубокими замираниями и радиостанция» [Патент РФ 2360361, 2009 г. ]. Технический результат данного изобретения заключается в повышении вероятности правильного приема информации при сохранении достаточной скорости передачи, достигается тем, что поступающую с определенными заданными временными интервалами информацию для передачи разбивают на пакеты данных, представляющих собой информационные бинарные последовательности длиной N битов. Каждый информационный пакет кодируют следующим образом. Разбивают пакет (N битов) на L символов по m битов (L=N/m, если N=m*L; L=целая часть (N/m)+1, если N=m*L+k, где k - остаток от целочисленного деления N/m), получая информационный ряд символов. Каждый символ из m бит заменяют на одну из 2^m псевдослучайных бинарных последовательностей (ПСП) длиной (2^m-1-1) битов по избранному однозначному соответствию, причем все ПСП обладают свойством минимальной взаимной корреляции. Все 2^m ПСП образуют множество эталонных ПСП.

Недостатком данного способа является большая длительность псевдослучайных бинарных последовательностей, что увеличивает время передачи и ведет к уменьшению пропускной способности системы.

Известно изобретение «Аппарат и способ радиосвязи на основе технологии SIMO-OFDM» [Патент РФ 2688920, 2019 г.] Техническим результатом изобретения является создание аппарата и способа передачи данных по радиоканалу на основе технологии SIMO-OFDM с повышенной помехоустойчивостью и надежностью, за счет принимающего блока и блока SIMO обработки, что позволяет осуществлять коммутацию или полное отключение произвольных потоков данных, поступающих от принимающих блоков, в случае неисправности или приема сигнала помехи одним из принимающих антенно-фидерных трактов и/или одним из этих принимающих блоков.

К недостаткам технологии разнесенного приема на два и более антенно-фидерных тракта (антенны), в том числе к недостаткам аппарата и способа его функционирования прототипов, относятся следующие факторы: выход из строя основного антенно-фидерного тракта приводит к неработоспособности всего аппарата, так как он теряет способность работы в режиме передачи сигналов; прием одним антенно-фидерным трактом помехового сигнала (от другого радиосредства или передатчика помех) ухудшает помехоустойчивость всего аппарата (справедливо в основном при использовании секторных антенно-фидерных трактов).

б) Описание ближайшего аналога способа (прототипа)

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является «Способ и устройство передачи и приема данных по радиоканалам с использованием многолучевой антенной решетки и пространственно-временного кодирования» [Патент РФ 2747797, 2021 г.] Технический результат изобретения направлен на повышение помехоустойчивости передаваемых данных и пропускной способности системы связи, за счет того, что определяют состояние радиоканалов, задают временной интервал, определяют базовые и контрольные радиоканалы, разделяют исходные данные на фрагменты, ранжируют и объявляют фрагменты остатками, получают остаток по контрольному основанию, кодируют остатки, модулируют с изменяемым индексом модуляции, подают на вход диаграммообразующей схемы, распределяют по совокупности первых антенн, передают в приемник.

Недостатком данного способа является то, что определение состояния радиоканалов осуществляется только в начале передачи данных, так при установке передатчика на мобильных платформах с изменением времени и координат, а также изменяющейся помеховой обстановкой, состояние радиоканалов изменяется, что ухудшает помехоустойчивость системы в целом.

Раскрытие изобретения

1. Технический результат, на достижение которого направлено изобретение

Технический результат предлагаемого изобретения направлен на повышение помехоустойчивости передаваемых данных и пропускной способности системы связи.

2. Совокупность существенных признаков

а) Совокупность существенных признаков способа

1) Совокупность существенных признаков способа передачи данных

Для достижения заявленного технического результата в известном способе передачи данных с передатчика, в приемник по многочисленным радиоканалам в системе мобильной связи, заключающимся в том, что определяют состояния радиоканалов, разделяют исходные данные на фрагменты, ранжируют и объявляют фрагменты остатками, получают остаток по контрольному основанию, кодируют остатки, модулируют в модуляторе с изменяемым индексом модуляции, подают на входы диограммообразующей схемы, распределяют по совокупности первых антенн, передают в приемник.

Устанавливают количество радиоканалов, а также допустимое значение отношения сигнал-помеха/шум удовлетворяющих требованиям к устойчивости системы передачи информации, определяют состояние радиоканалов на обратной связи от приемников, отключают радиоканал при превышении отношения сигнал-помеха/шум в радиоканале допустимого значения, перераспределяют высвобождающуюся мощность между оставшимися радиоканалами.

2) Причинно-следственная связь между признаками способа передачи данных и техническим результатом

Благодаря новой совокупности существенных признаков в способе передачи данных реализована возможность повышения помехоустойчивости передаваемых данных и пропускной способности системы связи.

Помехоустойчивость достигается тем, что, в отличие от способа-прототипа, в котором определение состояния радиоканалов осуществляется только в начале передачи данных, в предлагаемом способе состояние радиоканалов определяется в процессе всей передачи данных и передача осуществляется только на те антенны, которые удовлетворяют отношению сигнал-помеха/шум. В противном случае данные радиоканалы задействованы не будут, что, в свою очередь, позволяет перераспределить высвобождающуюся мощность на остальные радиоканалы с целью повышения помехоустойчивости системы.

Краткое описание чертежей

Существо изобретения поясняется чертежом, где на фигуре 1 представлен вариант построения системы, реализующей способ передачи данных по параллельным радиоканалам с использованием многолучевой антенной решетки и отключением радиоканалов, включающая:

1 - блок определения состояний радиоканалов;

2 - блок разделения кодового слова на фрагменты;

3 - блок для группирования группы данных в соответствии с уровнем приоритета;

4 - блок отключения радиоканалов на основе допустимого значение отношения сигнал-помеха/шум;

5 - блок вычисления базовых оснований;

6 - блок вычисления контрольных оснований;

7 - блок вычисления контрольных остатков ранжирования фрагментов;

8 - пространственный кодер;

9 - модуляторы;

10 - генератор псевдослучайного кода;

11 - синтезатор частот;

12 - адаптивный процессор;

13 - диаграммообразующую схему;

14 - совокупность антенн (многолучевая адаптивная антенная решетка);

15 - блок определения качества радиоканалов на основе допустимого значения отношения сигнал-помеха/шум;

16 - блок приема информации.

На фигуре 2 представлена передача фрагментов данных по пространственным параллельным радиоканалам робототехнического комплекса в несколько моментов времени с учетом отключения радиоканалов:

Т₁, Т₂ - временной интервал

D_m - радиоканалы

R_H - наземные пункты приема информации

q - отношение сигнал-помеха/шум

γ_m - средняя мощность шума

Осуществление изобретения

Для достижения заявленного технического результата определяют временной интервал Т.

В начале временного интервала Т принимают исходные данные (вход 1 блока 2) и определяют состояние множества радиоканалов, количество которых равно М, m=1, М, на входе каждого приемника на основе значений, поступивших на входы 1 блока 1. Устанавливают допустимое значение отношения сигнал-помеха/шум q₀ в блоке 4 на основе формулы для каждого радиоканала из множества радиоканалов М:

где Р - мощность передатчика;

η - коэффициент полезного действия;

D - коэффициент направленного действия антенной системы;

λ - длина волны;

R - расстояние;

γ - средняя мощность шума;

индексы t,r - обозначение отношения параметра к передатчику и приемнику соответственно.

Если при определении отношения сигнал-помеха/шум не выполняется условие:

то данный радиоканал отключается, а высвобождающаяся мощность перераспределяется между остальными М-m* радиоканалами, удовлетворяющими условию (2).

С выхода 2 блока 4 информация поступает в блок 12 - адаптивный процессор, в котором при невыполнении условия (2) формируется нулевое значение комплексного весового коэффициента для отключаемого канала блока 13 - диаграммообразующей схемы антенной системы (блок 14).

С выхода 3 блока 4 информация об отключенном канале поступает на вход 2 блока 3 - блока группирования группы данных в соответствии с уровнем приоритета.

В конце временного интервала Т на приемной стороне в блоке 15 измеряют качество каждого радиоканала из множества М на основе формулы (1) и передают с выходов 2₁,2₂…2_M блоков 15 на входы 1₁,1₂…1_M блока 1.

Блоки 16 принимают исходные данные.

Описанная последовательность действий представляет собой признаки, совокупность которых отличает заявленный способ от способа-прототипа. Остальные блоки реализуют последовательность действий способа-прототипа.

Изобретение относится к области связи. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости передаваемых данных и пропускной способности системы связи. Способ передачи данных с передатчика заключается в том, что устанавливают количество радиоканалов, а также допустимое значение отношения сигнал-помеха/шум, удовлетворяющие требованиям к устойчивости системы передачи информации, определяют состояние радиоканалов на обратной связи от приемников, отключают радиоканал при превышении отношения сигнал-помеха/шум в радиоканале допустимого значения, перераспределяют высвобождающуюся мощность между оставшимися радиоканалами. 2 ил.

Способ передачи данных по параллельным радиоканалам с использованием многолучевой антенной решетки и отключением радиоканалов с передатчика, имеющего первую антенну, в приемник, имеющий совокупность вторых антенн, по многочисленным радиоканалам, являющимся каналами нисходящей линии связи в системе связи, заключающийся в том, что определяют состояния радиоканалов, разделяют исходные данные на фрагменты, ранжируют и объявляют фрагменты остатками, получают остаток по контрольному основанию, кодируют остатки, модулируют в модуляторе с изменяемым индексом модуляции, подают на входы диаграммообразующей схемы, распределяют по совокупности первых антенн, передают в приемник, отличающийся тем, что устанавливают количество радиоканалов, а также допустимое значение отношения сигнал-помеха/шум, удовлетворяющие требованиям к устойчивости системы передачи информации, определяют состояние радиоканалов на обратной связи от приемников, отключают радиоканал при превышении отношения сигнал-помеха/шум в радиоканале допустимого значения, перераспределяют высвобождающуюся мощность между оставшимися радиоканалами.