УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОИСКА КАНАЛОВ РАДИОСВЯЗИ ДЛЯ АДАПТИВНЫХ АДРЕСНЫХ СИСТЕМ Советский патент 2007 года по МПК H04B1/10 H04J1/16 

Предлагаемое изобретение относится к области техники радиосвязи абонентов войсковых мобильных пунктов управления, а также может быть использовано в народнохозяйственной аппаратуре.

Известны технические решения по построению устройств выбора канала радиосвязи, основывающиеся на сравнении уровня помех на выходе приемника с некоторым пороговым значением, характеризующим качество радиосвязи в радиоканале.

В нем в процессе измерения помех используется эталонный сигнал, являющийся копией кодограммы собственного адреса. Результат прохождения эталонного сигнала на фоне помех через приемное устройство и является оценкой качества канала.

Однако как первое из упомянутых устройств, так и второе, не учитывают дальности требуемой радиосвязи в процессе выбора радиоканала. При этом в момент начала переговора каждому абоненту предоставляется лучший по помехам радиоканал. Следствием такого назначения частоты связи абонентам является снижение пропускной способности системы, так как близко расположенные абоненты могут получить лучший по помехам радиоканал, а для далеко отстоящих абонентов останутся радиоканалы с большими уровнями помех. При этом качество связи у близко расположенных абонентов будет выше необходимого, а у удаленных абонентов неудовлетворительным.

Другим недостатком устройств-аналогов следует считать неиспользование информации об уровнях сигналов абонентов при выборе канала радиосвязи в момент выхода на связь. Отсутствие возможности оценивать уровни сигналов абонентов позволяет выбирать пороги, характеризующие качество связи, исходя лишь из знания удалений абонентов. Однако в случае подвижных абонентов априорная информация дальностей радиосвязи теряет смысл, и качество радиосвязи в радиоканале с минимальным значением помех оказывается непредсказуемым.

В качестве прототипа предложения авторы выбрали Устройство автоматического поиска каналов радиосвязи для адаптивных адресных систем, так как оно имеет наибольшее количество общих признаков с предложением.

С целью более четкого отражения сущности работы устройства-прототипа на фиг.1 приведена его укрупненная блок-схема, в которой менее существенные признаки объединены в общие блоки, более ярко выражающие основной смысл работы показанного на фиг.1 устройства. Так, например, основная задача блоков 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 11, 12, 13 прототипа, состоит в том, чтобы обеспечивать в определенные моменты времени необходимые коммутации в формирователе эталонных сигналов 15 и блоке выбора помех наименее надежного элемента кодограммы 14. Причем обилие указанных блоков существенно усложняет задачу составления формулы нового предложения и делает ее очень громоздкой. Авторы считают целесообразным перечисленную совокупность блоков объединить в один блок и назвать его "логическое устройство управления поиском".

Также без потери сущности работы устройства, авторы считают целесообразным объединить блоки 15, 16 и 10, 33, 34, 35 в устройстве-прототипе и изменить некоторые названия блоков, сделав их более короткими и четкими.

Устройство на фиг.1 содержит следующие блоки:

1 - управляемый по амплитуде формирователь эталонного сигнала,

2 - ключ,

3 - приемник,

4 - коммутатор частот,

5 - анализатор эталонного сигнала,

6 - логическое устройство управления поиском.

На фиг.1 настоящего описания, на фиг.1 в скобках указаны объединяемые блоки устройства-прототипа.

Устройство-прототип работает следующим образом. При поступлении команды в логическое устройство 6 на начало поиска (вход ТИ), последнее подключает выход управляемого эталонного генератора 1 к радиочастотному входу первого преобразователя частоты приемника 3 с помощью ключа 2. На фоне помех, поступающих в приемник 3 с выхода антенны, эталонный сигнал детектируется и поступает в анализатор эталонного сигнала 5.

Далее в анализаторе 5 осуществляется выделение эталонного сигнала из шума и оценка отношения эталонного сигнала к шуму в течение предварительного времени анализа, меньшего, чем основное. Моменты начала и окончания предварительного анализа задаются логическим устройством 6. Если измеренное отношение сигнала к шуму не превышает некоторого порогового значения, логическое устройство 6 выдает команду на продолжение анализа в течение основного времени. Результат оценки в конце периода основного анализа сравнивается с порогом, соответствующим заданному качеству канала. Если порог превышен, то логическое устройство 6 с помощью коммутатора 4 переводит приемник 3 в следующий радиоканал. В противном случае логическое устройство 6 изменяет вид эталонного сигнала на инверсный в блоке 1 и соответствующим образом изменяет тракт выделения эталонного сигнала в анализаторе 5. Описанная 2-х этапная процедура анализа продолжается, но уже для выделенного инверсного эталонного сигнала.

Сам процесс измерения отношения сигнала к шуму в радиоканале сводится к установлению минимально необходимого уровня эталонного радиосигнала на входе приемника 3, достаточного для обеспечения заданного отношения сигнала к шуму на его выходе. При этом в зависимости от текущего значения сигнал/шум блок 5 изменяет выходной уровень управляемого по уровню эталонного генератора 1. Установившееся значение величины минимально необходимого уровня эталонного сигнала и является оценкой качества радиоканала.

Таким образом, описанное устройство-прототип также не обеспечивает надежного выбора канала радиосвязи в подвижной системе, условия распространения радиосигналов в которой изменяются. Другим недостатком этого устройства выбора р/каналов связи следует считать возможную избыточность качества выбранного радиоканала для одной пары абонентов, хотя у другой пары абонентов этой же системы связи в то же самое время выбранный радиоканал не будет обеспечивать требуемой надежности переговоров. Последнее объясняется тем, что устройство-прототип в процессе выбора оптимальной частоты связи не учитывает уровни полезных сигналов абонентов, а только уровни помех в точке приема.

Целью настоящего предложения является устранение этих недостатков, т.е. повышение надежности выбора канала радиосвязи при изменяющихся условиях распространения сигналов абонентов и повышение пропускной способности радиосвязи.

Поставленная цель достигается введением дополнительных блоков декодера номера абонента, выделения контрольных сигналов, управления измерением уровней, памяти номеров абонентов, памяти уровней сигналов абонентов, которые обеспечивают измерение уровней сигналов абонентов системы связи в равнодоступных каналах и запоминание этих уровней в соответствии с номерами абонентов, их излучающих. Другие вновь введенные блоки 20, 19 и 18 хранят в памяти уровни помех в радиоканалах (20), производят подбор оптимального канала приема по требуемому качеству (Ккач) связи исходя из значения ожидаемого уровня сигнала вызываемого абонента (блок 19) и производят настройку связного приемника (9) в оптимальный для обмена сообщениями данным абонентом системы радиоканал (не обязательно лучший по помехам). Использование каждым абонентом системы связи радиоканала с минимально необходимым качеством (без избыточности) позволяет повысить пропускную способность системы связи, а учет возможных уровней сигналов абонентов, информация о которых все время обновляется, позволяет избежать ошибок в выборе оптимального канала связи при изменяющихся условиях распространения сигналов (например, в случае пространственного перемещения требуемого абонента).

Блок-схема предложения показана на фиг.2.

Она содержит:

1 - управляемый по амплитуде формирователь эталонного сигнала,

2 - ключ,

3 - сдвоенное приемное устройство,

4 - коммутатор частот,

5 - анализатор эталонного сигнала,

6 - логическое устройство управления поиском,

7 - блок защиты от подавлений эталонного сигнала,

8 - блок выбора лучшего радиоканала,

9 - связной приемник,

10 - ключ,

11 - генератор шумоподобного напряжения,

12 - коммутатор частот,

13 - декодер номера абонента,

14 - блок выделения контрольных сигналов,

15 - блок управления измерением уровней,

16 - блок памяти номеров абонентов,

17 - блок памяти уровней сигналов абонентов,

18 - блок ввода частоты связи,

19 - блок выбора оптимальной частоты,

20 - блок памяти уровней помех в радиоканалах.

Блок-схема на фиг.2 имеет связной приемник 9, последовательно соединенные управляемый по амплитуде формирователь эталонного сигнала 1, ключ 2 и сканирующий приемник 3, один из выходов которого подключен ко входу формирователя эталонного сигнала 1, анализатор эталонного сигнала 5, соединенный своими входами и выходами с формирователем эталонного сигнала 1 и логическим устройством управления поиском 6, один из выходов которого соединен со входом формирователя сигнала 1, другой - с управляющим входом ключа 2, а третий выход через коммутатор частот 4 подключен ко входам приемника 3, выходы которого соединены со входами анализатора 5 и логического устройства управления поиском 6, блок выбора лучшего по помехам канала 8, один вход которого соединен с выходом анализатора 5, другой вход соединен с выходом коммутатора частот 4 сканирующего приемника 3, третий вход и один выход соединены со входом и выходом логического устройства управления поиском 6, а другой выход соединен со входом блока ввода частоты связи 18, выход которого подключен ко входу коммутатора частот связного приемника 9, а два других входа соединены соответственно с выходами блоков выбора оптимальной частоты 19 и управления измерением уровней сигналов абонентов 15, другие выходы которого соединены с соответствующими входами ключа 10, анализатора эталонного сигнала 5, генератора шума 11, логического устройства 6, со входами блоков памяти качества по помехам 20, памяти уровней сигналов 17, памяти номеров абонентов 16 и первым входом блока выделения контрольных сигналов 14, а вход блока управления 15 соединен с выходом декодера номера абонента 13, входы которого соединены с информационными выходами сканирующего приемника 3 и связного приемника 9, а другой выход декодера 13 соединен с другим входом блока памяти номеров абонентов 16, выходы которого соединены со входами блока памяти уровней сигналов 17, один из входов которого соединен с выходом анализатора эталонных сигналов 5, а выход памяти уровней сигналов 17 соединен с одним из входов блока выбора оптимальной частоты 19, к другому входу которого подключен выход памяти качества каналов по помехам 20, вход которого соединен с выходом анализатора 5, один из входов которого подключен параллельно со входом управляемого эталонного генератора 1 к выходу генератора шума 11, а другой вход анализатора 5 подсоединен к информационному выходу связного приемника 9 параллельно со вторым входом блока выделения контрольных сигналов 14, третий вход которого соединен с информационным выходом сканирующего приемника 3.

Устройство работает следующим образом. При отсутствии сигналов собственных абонентов системы в равнодоступных каналах устройство выбора функционирует так же, как и устройство-прототип. Отличие заключается лишь в том, что в лучший по помехам радиоканал настраивается не приемник 3, производящий анализ каналов, а специально показанный связной приемник 9. При этом обеспечивается одновременно и прием избирательных вызовов (связной приемник 9) и непрерывный анализ радиоканалов в течение всего времени функционирования системы связи. Введение указанной возможности повышает эффективность анализа по мере роста скорости изменения помех в радиоканалах, так как в устройстве-прототипе не может быть замечен факт появления более хорошего радиоканала после настройки приемника-анализатора 3 в канал, обеспечивающий заданное пороговое качество.

Результаты анализа помех в радиоканалах запоминаются блоком памяти 20. Связной приемник 9 устанавливается в лучший по помехам радиоканал с помощью блока выбора 8 и ожидает вызовы на переговоры.

При наличии в равнодоступных каналах сигналов абонентов системы, декодер 13 осуществляет декодирование признака абонента и запоминает его в блоке памяти номеров 16. Одновременно с этим блок 13 выдает команду в блок 15 управления измерением уровня, по которой последний разрешает согласованную фильтрацию сигналов признака в блоке 14, подключает выход эталонного генератора 1 ко входу тракта промежуточной частоты приемника 9 с помощью ключа 10 и отключает посредством блока 6 выход эталонного генератора 1 от приемника 3. Далее блоком управления 15 производится включение генератора шумоподобного напряжения 11, сигналы которого используются эталонным генератором 1 при формировании шумоподобного радиосигнала для измерения уровня сигнала абонента, признак которого был декодирован блоком 13. Затем осуществляется непосредственное измерение уровня сигнала абонента, занимающего либо радиоканал настройки связного приемника 9, либо радиоканал, анализируемый приемником 3 (в рассматриваемом случае канал настройки связного приемника 9) с помощью блока 5.

Оценка измеренного уровня сигнала абонента записывается в соответствующую ячейку блока 17 памяти уровней сигналов. Таким образом, в процессе функционирования устройства, в блоках 18 и 17 оказываются записанными оценки уровней сигналов абонентов.

При введении в блок 15 команды о предоставлении оптимального канала, содержащей номер требуемого абонента, связь с которым предполагается, блок управления 15 разрешает работу блока оптимального выбора 19, в котором сопоставляется оценка уровня сигнала требуемого абонента из блока 17 с оценками помех в равнодоступных каналах, хранящимися в блоке 20. В результате указанного сопоставления выбирается радиоканал, уровни помех в котором наиболее близко соответствуют заданному качеству (К кач.), например, отношению сигнал/помеха. Выбранный оптимальный номер радиоканала вводится с помощью блока 18 в коммутатор частот 12, который соответствующим образом настраивает приемник 9.

В тех случаях, когда отсутствуют результаты оценки уровней сигналов абонентов в блоках 16 и 17, в качестве оптимальной в коммутатор частот 12 вводится лучшая только по помехам частота, номер которой поступает из блока 8 через блок ввода 18. Будут, например, отсутствовать оценки уровней сигналов тех абонентов, которые ни разу не выходили на связь.

С целью раскрытия сущности процесса измерения уровня сигнала абонента, обеспечиваемого предлагаемым устройством, на фиг.3 раскрыта структура анализатора 5. На фиг.3 обозначены:

21 - генератор эталонного сигнала,

22 - электронноуправляемый аттенюатор,

23 - формирователь коэффициента ослабления,

24, 29 - усилители,

25, 30 - перемножители,

26, 32 - интеграторы,

27 - делитель напряжения,

28 - схема сравнения,

31 - детектор,

33 - блок памяти коэффициента ослабления,

34 - генератор эталонной кодограммы,

35, 36 - ключи.

Блок-схема на фиг.3 имеет схему сравнения 28, первый вход которой через соединенные последовательно делитель напряжения 27, интегратор 26, перемножитель 25 и усилитель 24 подключен через переключатель 37 к информационным выходам связного приемника 9 и сканирующего приемника 3, параллельно к которым через последовательно соединенные усилитель 29, перемножитель 30, квадратор 31 и интегратор 32 подсоединен второй ее вход, а выход схемы сравнения 28 соединен с управляющим входом аттенюатора 22 через формирователь коэффициента ослабления 23, другой выход которого соединен со входом блока памяти коэффициента ослабления 33, а один из входов последнего соединен с выходом логического устройства 6, другие выходы которого соединены с управляющими входами ключей 35, 36 и генератора эталонной кодограммы 34, сигнальные выходы которого через соответствующие ключи 35 и 36 соединены с опорными входами перемножителей 25, 30.

Сущность процедуры измерения уровня сигнала абонента заключается в следующем. При поступлении в блок 13 признака абонента системы связи (номера) в блоке 1 производится смена вида эталонного сигнала с адресного на шумовой (псевдошумовой). Одновременно с этим изменяется копия эталонного сигнала в анализаторе 5 на шумовую. Смена вида эталонного сигнала в блоках 1, 5 производится путем замены модулирующего напряжения, имеющего, например, вид адресного сигнала, на модулирующее напряжение, имеющее шумоподобный вид, которое поступает с выходов блока 11.

Шумоподобный эталонный сигнал поступает на вход УПЧ приемника 9, на выходе которого присутствует сигнал признака абонента. Происходит суммирование принятого сигнала, содержащего адресный признак, с эталонным сигналом. Результат взаимодействия поступающего на вход приемника 9 сигнала абонента с эталонным сигналом поступает на вход анализатора эталонного сигнала 5. В анализаторе 5 производится выделение из смеси составляющей шумового эталонного сигнала и сравнение ее с уровнем выделенного сигнала признака абонента. Если уровень принимаемого сигнала признака (контрольного сигнала), например, равен уровню выделенного шумоподобного эталонного сигнала, то соответствующий К кач. записывается в память уровня сигнала данного абонента 17. Если уровень принимаемого сигнала больше уровня эталона, то анализатор 5 выдает команду на увеличение уровня на выходе эталонного генератора 1. Изменение уровня шумоподобного эталона будет производиться до тех пор, пока он не станет равен уровню принимаемого сигнала признака.

В соответствии с фиг.3 выходной сигнал приемников 9 или 3 поступает на входы перемножителей 25 и 30. Перемножитель 25 принадлежит тракту выделения признака сигнала абонента, поэтому на его второй вход подается синфазная копия образца признака абонента с соответствующего выхода блока выделения контрольных сигналов 14. Результат перемножения названных сигналов интегрируется интегратором 26, делится в "К" раз делителем 27 и подается на один из входов схемы сравнения 28. Коэффициент деления "К" определяет требуемое соотношение сигнал/помеха в процессе измерения уровня признака. На другой вход схемы сравнения 28 подается напряжение, соответствующее уровню мешающего напряжения в радиоканале, которое определяется суммой напряжения действительной помехи в канале и напряжения шумоподобного эталонного генератора 1. Поэтому с целью исключения составляющей напряжения измеряемого сигнала, на другой вход перемножителя 30 подается сопряженный к копии сигнала образца признака шумоподобный сигнал. Выходное напряжение перемножителя 30, содержащее только мешающее напряжение, детектируется в блоке 31, интегрируется интегратором 32 и поступает на другой вход схемы сравнения 28. В зависимости от величины разности измеряемого сигнала признака и мешающего напряжения формирователь 23 формирует соответствующий коэффициент ослабления, который устанавливает уровень эталонного генератора 1 (соответствующий коэффициент ослабления в аттенюаторе 22). При равенстве указанных сигналов на входе блока 28 процесс измерения считается оконченным и оценка уровня шумоподобного эталонного генератора 1, соответствующая требуемому коэффициенту ослабления на выходе блока 23, запоминается в блоке памяти 33. В результате получаем значение оценки уровня сигнала признака абонента на входе приемника. Ключи 36 и 35 служат для подключения копии образца принимаемого сигнала от блока 34 к опорным входам перемножителей 25 и 30 в режиме анализа помех (при отсутствии в радиоканалах сигналов признаков абонентов системы). С помощью переключателя 37 осуществляется подключение ко входам блока 5 информационных выходов приемников 9 или 3 по команде блока управления 6.

Таким образом, при оценке уровней помех в радиоканалах блок анализа 5 функционирует в соответствии с описанным выше алгоритмом. Отличие заключается лишь в том, что на опорные входы перемножителей 25, 30 и на генератор управляемого эталонного сигнала 1 поступают с блока 34 сигналы в виде копий собственного абонентского номера, а опорные сигналы с выходов блока 14 отключаются.

Эффективность предложенного устройства автоматического выбора каналов радиосвязи можно проследить на следующем примере. Пусть под действием помех уровни мешающих напряжений в каналах возрастают в соответствии с номером равнодоступного канала. В свою очередь дальности радиосвязи абонентов, желающих вступить в связь, также монотонно возрастают в зависимости от номера абонента. Причем для максимальной дальности связи пригоден только лучший по помехам канал, следующей градации дальности может соответствовать только второй по качеству канал и т.д. При этом предлагаемое устройство обеспечит все указанные потребности в переговорах. Случайное же распределение каналов абонентам (не зависящее от уровней полезных сигналов в точках приема), соответствующее устройству-прототипу, может привести к потерям до 50% переговоров.

Изобретение относится к области радиотехники. Техническим результатом является повышение точности выбора радиоканала с требуемым качеством связи при изменяющихся уровнях сигналов абонентов. Для достижения технического результата устройство, содержащее связной приемник, формирователь эталонного сигнала, ключ и сканирующий приемник, анализатор эталонного сигнала, блок управления и коммутатор частот, снабжено генератором шумоподобного напряжения, блоком выделения адресов, блоком управления измерением уровней, блоком памяти уровней сигналов, блоком ввода частот связи, блоком выбора оптимальной частоты, блоком памяти уровней помех, блоком выбора канала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство автоматического поиска каналов радиосвязи для адаптивных адресных систем, содержащее связной приемник, последовательно соединенные формирователь эталонного сигнала, ключ и сканирующей приемник, один из выходов которого подключен ко входу формирователя эталонного сигнала, анализатор эталонного сигнала, входы и выходы которого соединены с выходами и входами формирователя эталонного сигнала и блока управления, один из выходов которого соединен со входом формирователя эталонного сигнала, другой выход - с управляющим входом ключа, а третий выход через коммутатор частот подключен ко входам приемника, выходы которого соединены со входами анализатора эталонного сигнала и блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности выбора радиоканала с требуемым качеством связи при изменяющихся уровнях сигналов абонентов, введены генератор шумоподобного напряжения (ШН), блок выделения адресов, блок управления измерением уровней, блок памяти уровней сигналов, блок ввода частот связи, блок выбора оптимальной частоты, блок памяти уровней помех, блок выбора канала, один вход которого соединен с выходом анализатора эталонного сигнала, другой вход - с выходом коммутатора частот, третий вход и выход - с выходом и входом блока управления, а другой выход соединен со входом блока ввода частоты связи, выход которого подключен ко входу связного приемника, а два других входа соединены соответственно с выходами блока выбора оптимальной частоты и блока управления измерением уровней, другие выходы которого соединены со входами ключа, анализатора эталонного сигнала, генератора ШН, блока управления, со входами блока памяти уровней помех, блоков памяти уровней сигналов и входом блока выделения адресов, а вход блока управления измерением уровней соединен с выходом блока выделения адресов, входы которого соединены с выходом генератора ШН и с информационными выходами сканирующего и связного приемников, а другие выходы соединены с входом анализатора эталонных сигналов и с входом блока памяти уровней сигналов, другой вход которого подключен к выходу анализатора эталонных сигналов, а выход соединен с одним из входов блока выбора оптимальной частоты, к другому входу которого подключен выход блока памяти уровней помех, вход которого соединен с выходом анализатора эталонного сигнала, один из входов которого подключен к входу эталонного генератора и выходу генератора ШН.