СИСТЕМА И СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ Российский патент 2025 года по МПК H04J11/00 H04L27/36 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области передачи данных в сильно неоднородных и нестационарных средах, в частности, по линиям электропередачи.

Уровень техники

Для передачи данных широко используется метод мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов, или OFDM (от англ. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing). OFDM представляет собой технологию цифровой модуляции с использованием большого количества близко расположенных ортогональных поднесущих (мультиплексирование). Каждая поднесущая модулируется одним из возможных методов (например, квадратурная амплитудная модуляция) на низкой символьной скорости, позволяя достигать близкую к теоретическому пределу суммарную скорость передачи данных, как и у других способов модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. Основным преимуществом OFDM по сравнению со схемой с одной несущей является ее способность противостоять сложным условиям в канале, например, бороться с затуханием в высокочастотной области, узкополосными помехами и частотно-избирательным затуханием, вызванным многолучевым характером распространения, без использования сложных фильтров-эквалайзеров. Канальная эквализация упрощается вследствие того, что OFDM-сигнал может рассматриваться как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не как один быстро модулируемый широкополосный сигнал. Низкая символьная скорость делает возможным использование защитного интервала между символами, что позволяет справляться с временным рассеянием и устранять межсимвольную интерференцию.

Однако у метода OFDM есть недостатки. Так, разделение рабочей полосы на ортогональные несущие изначально предполагает однородность среды передачи данных в рабочей полосе. Если свойства несущих различаются (например, из-за провала в амплитудно-частотной характеристике или из-за помех на каких-либо частотах), среда оказывается неоднородной, и данный метод становится неэффективным, поскольку не удается подобрать единой подходящей схемы модуляции для несущих.

Таким образом, существует задача адаптации метода OFDM к меняющимся во времени неоднородным условиям среды передачи данных, типичным для линий электропередачи, которая обеспечивала бы высокую скорость передачи данных с минимальным уровнем ошибок.

Раскрытие сущности изобретения

Задачей настоящего изобретения являлась разработка системы и метода передачи данных в неоднородных и нестационарных средах, способных адаптироваться под меняющиеся во времени условия, лишенных недостатков известных аналогов.

Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является повышение скорости передачи данных при минимальном уровне ошибок в сильно неоднородных средах с меняющимися во времени неоднородными по частоте помехами.

Поставленная техническая задача решается, а заявленный технический результат достигается в предложенной системе передачи данных, содержащей по меньшей мере два модема, каждый из которых выполнен с возможностью обмена данными с другими модемами (модемами-оппонентами) посредством передачи и приема сигналов на ортогональных несущих и содержит модуль передачи сигналов, модуль приема сигналов и модуль адаптации системы к условиям среды. Модуль передачи сигналов выполнен с возможностью передачи модему-оппоненту информации о состоянии каждой несущей в сигнале, где возможным состоянием несущей является активная несущая или не активная несущая, и рекомендаций модему-оппоненту по коррекции амплитуд передаваемых несущих и ограничению числа активных несущих, которые модем-оппонент после их получения должен применять в сигналах, адресованных этому модему. Модуль приема сигналов выполнен с возможностью измерения отношений сигнал/шум (измерения SNR) на каждой несущей и среднего отклонения активных несущих при демодуляции, приема информации о состоянии каждой несущей в сигнале от модема-оппонента, а также рекомендованной модемом-оппонентом коррекции амплитуд передаваемых несущих и рекомендованного ограничения числа активных несущих для их последующего применения модулем передачи в сигналах, адресованных этому модему-оппоненту. Модуль адаптации системы к условиям среды выполнен с возможностью, основываясь на измеренных модулем приема параметрах и принятых от модемов-оппонентов рекомендаций, изменения амплитуд несущих в сигналах, формируемых модулем передачи, а также формирования модемом рекомендаций по коррекции амплитуд передаваемых несущих и по ограничению числа активных несущих, впоследствии передаваемых модемам-оппонентам, для их последующего применения в сигналах, адресованных этому модему.

Суть заявленной системы передачи данных заключается в постоянной фоновой оценке модемами свойств ортогональных несущих в рабочей полосе, динамическом обходе сосредоточенных помех и компенсации неоднородностей за счет раздельного регулирования несущих в передаваемых сигналах. Реализация такого решения потребовала разработки специальной структуры пакетов, протоколов обмена и организации обратных связей между модемами в распределенной системе, работающих в условиях постоянно меняющихся помех.

Модемы динамически измеряют свойства несущих в точке своего подключения и сообщают результат другим модемам, для удобства понимания называемых модемами-оппонентами, при передаче пакетов. Модемы-оппоненты, приняв пакеты, фиксируют информацию о несущих в памяти, в частности, с привязкой к конкретным модемам, от которых она поступила. С учетом полученной информации о помехах у модема-оппонента модемы в своих пакетах отключают наиболее плохие несущие, а у остальных регулируют амплитуду так, чтобы отношение сигнал/шум при приеме было одинаковое. «Хорошие» несущие начинают передаваться тише, «плохие» – громче либо вообще отключаются, чем обеспечивается динамический обход помех недопустимого уровня и оптимальное перераспределение энергии в передаваемом сигнале, в зависимости от помех в точке приема.

Информация о несущих может передаваться аналоговым способом, и тогда она учитывается даже тогда, когда цифровая связь отсутствует. При двустороннем обмене это обеспечивает сходимость к нужному результату уже на четвертом-пятом переданном пакете, после чего появляется цифровая связь. При изменении условий модемы автоматически меняют свои настройки, поддерживая устойчивый обмен данными в динамике. В частности, динамически, в меняющихся условиях, раздельно по каждой несущей индивидуально регулируются амплитуды несущих в передаваемых сигналах в зависимости от уровня помех на их частотах в точке приема. Кроме того, если мощности модема не хватает для достижения целевого уровня отношения сигнал/шум несущих при приеме модемом-оппонентом, в передаваемых сигналах динамически отключаются несущие с наибольшим уровнем помех в точке приема («наихудшие несущие»).

Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается также в частных вариантах реализации заявленной системы передачи данных, которыми, однако, данное изобретение не ограничивается.

Так, модемы могут содержать задаваемый предопределенный набор схем модуляции сигналов и задаваемый предопределенный набор кодеков, используемых для передачи данных.

В дополнение к этому, модемы могут содержать наборы парных сочетаний схем модуляции сигналов из заданного набора схем модуляции и кодеков, формирующих набор сигнально-кодовых конструкций.

В предпочтительном варианте реализации заявленной системы передачи данных модуль приема сигналов модема выполнен с возможностью инициации передачи модулем передачи сигналов запроса на повторную передачу последнего сигнала, если при его приеме возникла ошибка контрольной суммы, а модуль адаптации модема выполнен с возможностью изменения текущей сигнально-кодовой конструкции на более медленную, если модулем приема сигналов модема был принят запрос от модема-оппонента на повторную передачу сигнала, и на более быструю, если такого запроса от него не было после передачи заданного числа сигналов, адресованных модему-оппоненту. Такой подход позволяет модемам динамически выбирать сигнально-кодовую конструкцию, наиболее подходящую текущим условиям среды передачи данных, повышая скорость и надежность обмена данными.

Измеряемыми параметрами могут являться, в частности, отношение сигнал/шум для каждой несущей принятого сигнала и среднее отклонение активных несущих при демодуляции, а передаваемыми параметрами могут являться, в частности, состояние каждой несущей в сигнале, рекомендации по коррекции амплитуд передаваемых несущих и по ограничению числа активных несущих в сигнале, используемая сигнально-кодовая конструкция, передаваемые данные и их контрольная сумма.

С целью снижения влияния помех и, соответственно, повышения скорости и надежности передачи данных после приема рекомендаций от модема-оппонента активными могут оставаться несущие, для которых модемом-оппонентом рекомендованы наименьшие амплитуды передачи. В этом случае также предпочтительно, если принятые от модема-оппонента и передаваемые модему-оппоненту рекомендации по коррекции амплитуд передаваемых несущих и ограничению числа активных несущих в сигналах, средние отклонения активных несущих при демодуляции сигнала, а также используемые сигнально-кодовые конструкции привязаны к конкретному модему-оппоненту для обмена с ним. Дополнительно к этому, параметры состояния каждой несущей в сигнале, а также рекомендации по коррекции амплитуд передаваемых несущих и по ограничению числа активных несущих в сигналах могут передаваться аналоговым способом, что гарантирует их прием даже в условиях отсутствия цифровой связи между модемами.

Поставленная техническая задача решается, а заявленный технический результат достигается также еще в одном объекте согласно настоящей заявке, а именно, в способе обмена данными с использованием упомянутой выше системы передачи данных, который включает прием и передачу сигналов на ортогональных несущих между модемами с возможностью раздельного управления амплитудами несущих и возможностью ограничения числа активных несущих в передаваемых сигналах.

В предпочтительном варианте реализации способа он включает измерение параметров принятых от модема-оппонента сигналов с формированием и последующей передачей модему-оппоненту рекомендаций по коррекции амплитуд передаваемых несущих и ограничению числа активных несущих с обеспечением целевого уровня отношений сигнал/шум на активных несущих при приеме сигналов.

Для формирования рекомендаций модему-оппоненту по коррекции амплитуд передаваемых несущих могут быть использованы измеренные отношения сигнал/шум на частоте несущих при приеме. А для формирования рекомендаций модему-оппоненту по ограничению числа активных несущих могут быть использованы измеренные отношения сигнал/шум на частоте несущих и измеренное среднее отклонение активных несущих при демодуляции.

Является предпочтительным, если передачу модему-оппоненту рекомендуемой коррекции амплитуд передаваемых несущих и рекомендуемого ограничения числа активных несущих выполняют аналоговым способом.

При приеме модемом-оппонентом рекомендаций по ограничению активных несущих активными предпочтительно оставлять несущие, для которых модемом-оппонентом рекомендована наименьшая амплитуда передачи.

Очевидно, что описанный выше способ обмена данными и его частные варианты исполнения обеспечивают те же преимущества, что и заявленная система передачи данных, с помощью которой реализуется указанный способ или его варианты, а именно, повышение скорости и снижение ошибок передачи данных по линиям электропередачи.

Далее изобретение и некоторые возможные варианты, которыми, однако, оно не ограничивается, поясняется со ссылками на приложенные фигуры.

Краткое описание фигур

На фиг. 1 схематично показана структура пакетов, используемая для передачи данных между модемами.

На фиг. 2 схематично представлена блок-схема обмена данными между двумя модемами.

Осуществление изобретения

По своей сути заявленное изобретение является развитием известной технологии ODFM и его можно назвать адаптивной ODFM.

Как было указано выше, технология OFDM разделения рабочей полосы на ортогональные несущие предполагает однородность среды передачи данных в рабочей полосе, и если среда оказывается неоднородной, что типично, в частности, для линий электропередачи, то метод OFDM становится неэффективным. Поэтому в настоящем изобретении предлагается постоянная фоновая оценка модемами свойств ортогональных несущих в рабочей полосе, динамическом обходе сосредоточенных помех и компенсации неоднородностей за счет раздельного регулирования несущих в передаваемых сигналах.

Согласно настоящему изобретению система передачи данных содержит по меньшей мере два модема. Каждый модем выполнен с возможностью обмена данными с другими модемами, которые для удобства понимания могут называться модемами-оппонентами, посредством передачи и приема сигналов на ортогональных несущих. Для этих целей каждый модем содержит модуль передачи сигналов, модуль приема сигналов и модуль адаптации системы к условиям среды.

Модуль передачи сигналов выполнен с возможностью передачи модему-оппоненту информации о состоянии каждой несущей в сигнале. При этом, как будет показано ниже, возможным состоянием несущей является активная несущая или не активная несущая. Кроме того, модуль передачи сигналов выполнен с возможностью передачи модему-оппоненту рекомендаций по коррекции амплитуд передаваемых несущих и ограничению числа активных несущих, которые модем-оппонент после их получения должен применять в сигналах, адресованных этому модему.

Модуль приема сигналов выполнен с возможностью измерения отношения сигнал/шум на каждой несущей и среднего отклонения активных несущих при демодуляции, приема информации об указанном выше состоянии каждой несущей в сигнале от модема-оппонента, а также рекомендованной модемом-оппонентом коррекции амплитуд передаваемых несущих и рекомендованного ограничения числа активных несущих для их последующего применения модулем передачи в сигналах, адресованных этому модему-оппоненту.

Модуль адаптации системы к условиям среды выполнен с возможностью, основываясь на измеренных модулем приема сигналов параметрах и принятых от модемов-оппонентов рекомендаций, изменения амплитуд несущих в сигналах, формируемых модулем передачи сигналов модема, а также формирования модемом рекомендаций по коррекции амплитуд передаваемых несущих и по ограничению числа активных несущих, впоследствии передаваемых модемам-оппонентам, для их последующего применения в сигналах, адресованных этому модему.

Далее, помимо уже введенного понятия модема-оппонента, для удобства понимания изобретения будут использоваться следующие термины:

передатчик-модем, который в данный момент передает данные другому модему;

приемник-модем, который в данный момент принимает данные от другого модема.

Поскольку каждый модем содержит модуль передачи сигналов и модуль приема сигналов, он может выступать в качестве, соответственно, передатчика или приемника. Один из этих модемов принимается просто за модем, а второй – за модем-оппонент. Очевидно, что для каждого момента времени модем может служить передатчиком или приемником, а модем-оппонент – соответственно приемником или передатчиком.

Реализация заявленной системы потребовала разработки специальной структуры пакетов, протоколов обмена и организации обратных связей между модемами в распределенной системе, работающих в условиях меняющихся помех. Ниже приводится их краткое описание, достаточное для пояснения работы заявленной системы передачи данных и реализации с ее помощью заявленного способа обмена данными.

Схематично структура пакета представлена на фиг. 1.

Префикс пакета представляет собой сигнал, с которого начинается пакет. Префикс длится несколько символов, амплитуда всех несущих одинаковая, а фаза меняется от символа к символу согласно заданной бинарной последовательности. Например, если задана последовательность:

0 — 0 — 1 — 1 — 1 — 0 — 1 — 1,

фазы несущих в символах меняется относительно начальных значений на величину Pi:

0 — 0 — Pi — Pi — Pi — 0 — Pi — Pi.

Блок активности (активных/не активных) несущих представляет собой сигнал с информацией о состоянии активных и не активных (отключенных) несущих в пакете. Состояния несущих передаются аналоговым способом и представляют собой бинарные значения по каждой несущей, в которых «1» означает активную несущую, а «0» ее отключение в этом пакете.

Блок начального состояния несущих представляет собой сигнал, фиксирующий для приемника начальную амплитуду и фазу каждой несущей перед их изменением при модуляции.

Блок коррекции амплитудной-частотной характеристики (АЧХ) представляет собой сигнал с рекомендуемой коррекцией амплитуд несущих при передаче, чтобы выровнять отношение сигнал/шум у несущих в точке приема. Данные блока коррекции АЧХ передаются, предпочтительно, аналоговым способом и представляют собой значения (например, в дБ), на которые следует изменить уровень амплитуд несущих при передаче.

Блок отключения несущих представляет собой сигнал с рекомендацией по отключению несущих при передаче, чтобы обойти особо сильные сосредоточенные помехи в точке приема. Данные блока передаются, предпочтительно, в аналоговой форме и представляют собой число наихудших несущих, которые следует отключить, чтобы среднее отклонение по оставшимся несущим не превышало допустимый порог при демодуляции.

Заголовок пакета содержит системные данные пакета, такие как номер пакета; идентификатор модема, пославшего пакет; идентификатор модема, которому предназначен пакет; признак серийности пакета (если пакет серийный, то его номер циклически упорядочен в каждой паре «от кого - кому», иначе это пакет, отправленный по запросу повторно); номер предопределенной, т.е. заранее заданной, схемы модуляции в теле с данными; номер предопределенного, т.е. заранее заданного, каскада кодеков в теле с данными; количество байт в теле с данными; контрольная сумма заголовка. Кодирование системных данных осуществляется кодеком заголовка, одинаковым для всех пакетов, модуляция сигнала осуществляется, например, по схеме BPSK.

Тело с данными содержит данные и их контрольную сумму. Кодирование данных и модуляция сигнала осуществляются предопределенными кодеком и схемой модуляции, номера которых указываются в заголовке пакета.

Прием пакетов осуществляется следующим образом.

В составе приемника имеется детектор префикса, предназначенный для обнаружения пакетов и посимвольной привязки принятых отсчетов во временной последовательности. Детектор префикса анализирует отсчеты принятого сигнала во временном представлении. При срабатывании детектора префикса фиксируется номер отсчета, с которого предположительно начинается пакет, и далее обработка сигнала осуществляется уже в частотном представлении (посимвольно).

Зафиксированные в префиксе отклонения несущих используются для определения коррекции АЧХ, рекомендуемой оппоненту от кого был принят пакет, для выравнивания отношения сигнал/шум несущих при приеме.

Результатом приема блока активных/не активных несущих является вектор бинарных состояний несущих: несущая активна или не активна. После приема блока активных/не активных несущих демодуляция символов в пакете осуществляется только по активным несущим. При изменении условий у оппонента состав активных несущих в пакетах к нему может измениться.

Результатом приема блока начального состояния несущих являются измеренные начальные значения амплитуды и фазы активных несущих. С этого момента в символах пакета осуществляется посимвольная демодуляция несущих, с привязкой к их состоянию в начальном, либо в предыдущих символах.

Результатом приема блока коррекции АЧХ являются величины коррекции амплитуд несущих при передаче для выравнивания отношения сигнал/шум несущих у оппонента. Принятые величины фиксируются в памяти устройства для модуляции сигналов, передаваемых в обратном направлении. При изменении условий у оппонента коррекция АЧХ в пакетах к нему может измениться.

Результатом приема блока отключения несущих является измерение числа наихудших несущих, которое рекомендовано отключать при модуляции, чтобы обойти особо сильные сосредоточенные помехи у оппонента. Число несущих фиксируется в памяти устройства и используется при модуляции сигналов, передаваемых в обратном направлении. При изменении условий у оппонента, число отключаемых несущих в пакетах к нему может измениться.

Прием заголовка и тела с данными заключается в демодуляции активных несущих, декодировании кода и проверке корректности данных. Принятые в пакетах данные пересылаются на сетевой уровень независимо от результатов проверки.

Во время демодуляции оценивается среднее отклонение активных несущих от целей на сигнальном созвездии. Данная характеристика используется при определении числа наихудших несущих, которые следует рекомендовать оппоненту исключать при модуляции для обхода сосредоточенных помех в точке подключения модема, принявшего пакет.

В каждой паре модемов, между которыми происходит обмен пакетами, выполняется динамическая адаптация к меняющимся условиям. Механизм адаптации основан на аналоговых и цифровых обратных связях между модемами, поддерживающих актуальность настроек обмена под условия у модемов-оппонентов.

Динамический обход сосредоточенных помех на примере обмена между двумя модемами – модемом А и модемом В (модемом-оппонентом) в общем случае выполняется следующим образом.

Модем В передает пакеты В→А модему А. Начальное состояние несущих: все активны, амплитуда одинакова.

Модем А измеряет отклонения несущих в префиксах и блоках активности несущих из пакетов В→А, нормирует их и переводит в значения (в дБ) уровня сигнал/шум несущих. Инвертированные, т.е. с обратным знаком, значения уровня сигнал/шум модем А передает обратно модему В в блоках коррекции АЧХ.

Модем В использует принятые из блока коррекции значения уровня сигнал/шум АЧХ при модуляции сигналов в следующих блоках пакетов В→А: блоке начального состояния несущих, блоке коррекции АЧХ, блоке отключения несущих.

Модем А измеряет отклонения несущих при демодуляции заголовков и тел с данными в пакетах В→А. Если среднее по активным несущим отклонение выше допустимого, он рассчитывает число наихудших несущих, при отключении которых отклонение будет допустимым. Значение этого числа модем А передает модему В через блок отключения несущих.

Модем В принимает значение из блока отключения несущих, которое фиксирует и использует как число наихудших несущих, отключаемых при модуляции сигналов в пакетах В→А, в следующих блоках: блоке начального состояния несущих, блоке коррекции АЧХ, блоке отключения несущих.

Обход помех в пакетах А→В, отправленных в обратном направлении, т.е. от модема А модему В, происходит аналогичным образом.

Модемы динамически измеряют свойства несущих в точке своего подключения и сообщают результат другим модемам при передаче пакетов. Другие модемы, приняв пакеты, фиксируют информацию о несущих в памяти, с привязкой к конкретным устройствам, от которых она поступила. С учетом полученной информации о помехах у модемов-оппонентов модемы в своих пакетах отключают наиболее плохие несущие, а у остальных несущих регулируют амплитуду, чтобы отношение сигнал/шум при приеме было одинаковое: «хорошие» несущие, т.е. несущие с малым уровнем помех, начинают передаваться тише; «плохие» несущие, т.е. несущие с высоким уровнем помех, – громче либо вообще отключаются. В итоге обеспечивается обход помех недопустимого уровня и оптимальное перераспределение энергии передаваемого сигнала в зависимости от помех в точке приема.

Информация о несущих передается, предпочтительно, аналоговым способом, поскольку так она может быть учтена даже тогда, когда цифровая связь отсутствует. При двустороннем обмене это обеспечивает достаточно быструю сходимость к нужному результату – уже на четвертом-пятом переданном пакете, после чего появляется цифровая связь. При изменении условий модемы автоматически меняют свои настройки, таким образом поддерживая устойчивый обмен данными в динамике.

Динамический выбор кодека и схемы модуляции осуществляются следующим образом.

В модемах задана система предопределенных схем модуляции и система предопределенных кодеков, в частности, кодеков Витерби и Рида-Соломона. Такие системы позволяют выбрать кодек и схему модуляции для широкого диапазона условий, необходимо только автоматизировать их выбор и поддерживать его актуальность в меняющихся условиях.

Для удобства указанного выбора парные сочетания схем модуляции и кодеков могут быть организованы в виде упорядоченной по помехоустойчивости последовательности сигнально-кодовых конструкций. Автоматический выбор элемента в этой последовательности происходит под действием двух конкурирующих факторов:

- с одной стороны, в передатчиках активирован медленный тренд повышения пропускной способности обмена путем осуществления попыток перехода на более быструю сигнально-кодовую конструкцию через каждые N пакетов оппоненту;

- с другой стороны, в приемниках активирован режим посылки запросов повторить передачу, если пакет был принят с ошибкой контрольной суммы (ошибкой CRC). По этим запросам, помимо выполнения повторной отправки пакетов, передатчики переходят на более медленную, т.е. более помехоустойчивую, сигнально-кодовую конструкцию в сигналах оппоненту.

В результате действия указанных факторов достигается сходимость к сигнально-кодовой конструкции, обеспечивающей продолжительный прием пакетов без ошибок с максимально возможной скоростью передачи в текущих условиях.

Физически модем представляет из себя процессорный модуль, ЦАП, АЦП и плату сопряжения с ними. Весь функционал модема реализован на процессорном модуле в виде универсального программного движка OFDM реального времени, например под операционной системой Linux, для многоядерных процессоров ARM уровня Cortex-A53 и ему подобных.

Функционально модем состоит из модуля приема сигналов, или для простоты – приемника, и модуля передачи сигналов, или для простоты – передатчика, работающих попеременно, осуществляя в данный момент либо прием, либо передачу данных, а также модуля адаптации системы к условиям среды, или для простоты — модуля адаптации, работающего параллельно приемнику, задающего амплитуды несущих в сигналах, передаваемых модемам-оппонентам, и формирующего рекомендации по коррекции амплитуд несущих и по ограничению числа активных несущих, передаваемые впоследствии модемам-оппонентам для использования ими при формировании сигналов, адресованных модему, от которого были приняты рекомендации.

Режим работы в каждый момент времени определяется сетевым уровнем, с которым по интерфейсу UDP модем обменивается пакетами данных. В модем с сетевого уровня поступают пакеты для передачи оппонентам; из модема на сетевой уровень передаются пакеты, принятые от оппонентов.

Как только с сетевого уровня в модем поступает пакет с данными для передачи оппоненту, в модеме включается передатчик, который преобразует полученные данные в код согласно текущей сигнально-кодовой конструкции оппонента, модулирует кодом цифровой сигнал OFDM и передает его в аналоговом виде с помощью ЦАП. По завершении передачи модем останавливает передатчик и включает приемник.

Приемник во время работы считывает и обрабатывает цифровой сигнал из АЦП, обнаруживает в нем префиксы пакетов, синхронизирует посимвольную демодуляцию OFDM, демодулирует принятый сигнал, декодирует его согласно текущей сигнально-кодовой конструкции и передает принятые данные на сетевой уровень. Параллельно с этим приемник измеряет параметры принятого сигнала, по которым в модуле адаптации формируется рекомендация по коррекции амплитуд несущих и по ограничению числа активных несущих, передаваемая впоследствии модему-оппоненту для использования при формировании сигналов в обратном направлении.

Адаптация к условиям среды происходит в результате самонастройки передатчиков в модемах с использованием следующих обратных связей в каждой паре обменивающихся сигналами устройств:

- результаты измерения отношения сигнал/шум несущих, принятых модемом А, передаются в модем В для коррекции их амплитуд при передаче, чтобы компенсировать неоднородность среды в точке приема модемом А. Аналогично компенсируется неоднородность среды в точке приема модемом В;

- результаты измерения среднего отклонения несущих при приеме модемом А передаются в модем В для отключения такого числа наихудших несущих при передаче, при котором отклонение остальных несущих при приеме модемом А будет допустимым. Аналогично регулируется отклонение несущих при приеме модемом В;

- если в принятом пакете, адресованном модему А, обнаруживается ошибка CRC, модем А посылает запрос на повторную передачу пакета. Данный запрос приводит к повторной передаче пакета с одновременным переходом на более помехозащищенную сигнально-кодовую конструкцию. Отсутствие же запросов на повторную передачу после заданного числа переданных пакетов приводит к переходу на более быструю (менее помехозащищенную) сигнально-кодовую конструкцию. Такой же механизм работает в пакетах от модема А в модем В.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет в сильно неоднородных и сильно нестационарных средах (в частности, в линиях электропередачи) динамически отключать при передаче сигналов несущие, на частоте которых в точке приема имеются сильные (наибольшие) помехи, перераспределять всю энергию между несущими с наименьшим уровнем помех, обеспечивая для текущей схемы модуляции на активных несущих единый целевой уровень отношения сигнал/шум в точке приема, а также автоматически выбирать, в зависимости от условий, оптимальную сигнально-кодовую конструкцию, обеспечивающую максимальную скорость передачи при минимальном числе ошибок.

Практическая реализация заявленной системы показала ее способность компенсировать неоднородности в рабочей полосе, достигающие 50 db (то есть когда амплитуды несущих при приеме отличаются в 300 раз) и динамически поддерживать устойчивую связь между модемами, подбирая для каждого направления передачи («от кого-кому») подходящую сигнально-кодовую конструкцию с удельной битовой скоростью от 0,05 до 11,67 бит/сек·Гц рабочей полосы в зависимости от условий.

Изобретение относится к области передачи данных. Технический результат – повышение скорости передачи данных при минимальном уровне ошибок в сильно неоднородных средах с меняющимися во времени неоднородными по частоте помехами. Система передачи данных содержит множество модемов, обменивающихся данными друг с другом на ортогональных несущих и имеющих модуль передачи сигналов, модуль приема сигналов и модуль адаптации системы к условиям среды. Модуль передачи сигналов передает информацию о состоянии каждой несущей в сигнале и рекомендации по коррекции амплитуд передаваемых несущих и ограничению числа активных несущих. Модуль приема сигналов измеряет отношение сигнал/шум на каждой несущей и среднее отклонение активных несущих при демодуляции, принимает информацию о состоянии каждой несущей, рекомендованной коррекции амплитуд передаваемых несущих и рекомендованного ограничения числа активных несущих. Модуль адаптации изменяет амплитуды несущих в сигналах, формируемых модулем передачи сигналов, и формирует рекомендации по коррекции амплитуд передаваемых несущих и ограничению числа активных несущих. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система передачи данных, содержащая по меньшей мере два модема, каждый из которых выполнен с возможностью обмена данными с другими модемами (модемами-оппонентами) посредством передачи и приема сигналов на ортогональных несущих и содержит модуль передачи сигналов, модуль приема сигналов и модуль адаптации системы к условиям среды, при этом

модуль передачи сигналов выполнен с возможностью передачи модему-оппоненту информации о состоянии каждой несущей в сигнале, при этом возможным состоянием несущей является активная несущая или не активная несущая, и рекомендаций модему-оппоненту по коррекции амплитуд передаваемых несущих и ограничению числа активных несущих, которые модем-оппонент после их получения должен применять в сигналах, адресованных этому модему,

модуль приема сигналов выполнен с возможностью измерения отношений сигнал/шум на каждой несущей и среднего отклонения активных несущих при демодуляции, приема информации о состоянии каждой несущей в сигнале от модема-оппонента, а также рекомендованной модемом-оппонентом коррекции амплитуд передаваемых несущих и рекомендованного ограничения числа активных несущих для их последующего применения модулем передачи в сигналах, адресованных этому модему-оппоненту, и

модуль адаптации системы к условиям среды выполнен с возможностью, основываясь на измеренных модулем приема сигналов параметрах и принятых от модемов-оппонентов рекомендаций, изменения амплитуд несущих в сигналах, формируемых модулем передачи сигналов модема, а также формирования модемом рекомендаций по коррекции амплитуд передаваемых несущих и по ограничению числа активных несущих, впоследствии передаваемых модемам-оппонентам, для их последующего применения в сигналах, адресованных этому модему,

при этом модем содержит задаваемый предопределенный набор схем модуляции несущих и задаваемый предопределенный набор кодеков, модем содержит набор парных сочетаний схем модуляции несущих и кодеков, из заданных наборов, формирующих предопределенный набор сигнально-кодовых конструкций, и

модуль адаптации системы к условиям среды в каждом модеме выполнен с возможностью изменения в модуле передачи сигналов текущей сигнально-кодовой конструкции на более медленную, если модулем приема сигналов от модема-оппонента был принят запрос на повторную передачу сигнала, и на более быструю, если такого запроса от него не было после передачи заданного числа сигналов, адресованных модему-оппоненту.

2. Система передачи данных по п.1, в которой модуль приема сигналов модема выполнен с возможностью инициации передачи модулем передачи сигналов запроса на повторную передачу последнего сигнала, если при его приеме возникла ошибка контрольной суммы.

3. Система передачи данных по п. 1 или 2, в которой измеряемыми параметрами являются отношение сигнал/шум для каждой несущей принятого сигнала и среднее отклонение активных несущих при демодуляции, а передаваемыми параметрами являются состояние каждой несущей в сигнале, рекомендации по коррекции амплитуд передаваемых несущих и по ограничению числа активных несущих в сигнале, используемая сигнально-кодовая конструкция, передаваемые данные и их контрольная сумма.

4. Система передачи данных по п. 3, в которой после приема рекомендаций от модема-оппонента активными остаются несущие, для которых модемом-оппонентом рекомендованы наименьшие амплитуды передачи.

5. Система передачи данных по п. 4, в которой принятые от модема-оппонента и передаваемые модему-оппоненту рекомендации по коррекции амплитуд передаваемых несущих и ограничению числа активных несущих в сигналах, средние отклонения активных несущих при демодуляции сигнала, а также используемые сигнально-кодовые конструкции привязаны к конкретному модему-оппоненту для обмена с ним.

6. Система передачи данных по п. 5, в которой параметры состояния каждой несущей в сигнале, а также рекомендации по коррекции амплитуд передаваемых несущих и по ограничению числа активных несущих в сигналах передаются аналоговым способом.

7. Способ обмена данными в системе по любому из пп. 1-6, включающий

прием и передачу сигналов на ортогональных несущих между модемами с возможностью раздельного управления амплитудами несущих и возможностью ограничения числа активных несущих в передаваемых сигналах,

при этом задают предопределенный набор схем модуляции несущих и задаваемый предопределенный набор кодеков, формируют набор парных сочетаний схем модуляции несущих и кодеков, из заданных наборов, формирующих предопределенный набор сигнально-кодовых конструкций,

и изменяют при передаче сигналов текущую сигнально-кодовую конструкцию на более медленную, если при приеме сигналов был принят запрос на повторную передачу сигнала, и на более быструю, если такого запроса не было после передачи заданного числа сигналов.

8. Способ обмена данными по п. 7, дополнительно включающий измерение параметров принятых от модема-оппонента сигналов с формированием и последующей передачей модему-оппоненту рекомендаций по коррекции амплитуд передаваемых несущих и ограничению числа активных несущих с обеспечением целевого уровня отношений сигнал/шум на активных несущих при приеме сигналов.

9. Способ обмена данными по п. 8, в котором для формирования рекомендаций модему-оппоненту по коррекции амплитуд передаваемых несущих используют измеренные отношения сигнал/шум на частоте несущих при приеме.

10. Способ обмена данными по п. 9, в котором для формирования рекомендаций модему-оппоненту по ограничению числа активных несущих используют измеренные отношения сигнал/шум на частоте несущих и измеренное среднее отклонение активных несущих при демодуляции.

11. Способ обмена данными по п. 10, в котором передачу модему-оппоненту рекомендуемой коррекции амплитуд передаваемых несущих и рекомендуемого ограничения числа активных несущих выполняют аналоговым способом.

12. Способ обмена данными по п. 11, в котором при приеме модемом-оппонентом рекомендаций по ограничению активных несущих активными оставляют несущие, для которых модемом-оппонентом рекомендована наименьшая амплитуда передачи.