УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОИСКА КАНАЛОВ РАДИОСВЯЗИ ДЛЯ АДАПТИВНЫХ АДРЕСНЫХ СИСТЕМ Советский патент 2007 года по МПК H04B1/10 H04L1/16 

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. К ним можно отнести, например, устройство по а.с. №362497.

Данное устройство обладает низкой точностью оценки помеховых условий приема, причем возможны такие ситуации помех в радиоканалах, при которых будет выбран даже худший радиоканал (см., например, Е.Г.Мариничев, В.И.Мурзин, Г.В.Нехорошев "Об интегральной оценке помеховых условий приема у в УКВ каналах р/связи с ЧМ", Техника средств связи, ТРС, №7 (14), 1977 г,). Ненадежность работы этого устройства объясняется тем, что в нем при выборе канала радиосвязи не учитывается вид ожидаемых полезных радиосигналов.

Известно устройство, свободное от такого недостатка. 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. К недостаткам этого устройства следует отнести сложность реализации высокочастотного электронноуправляемого аттенюатора с большим динамическим диапазоном регулирования, излучение эталонного сигнала при выборе радиоканала в дежурном режиме, которое может привести к обнаружению противником ожидающего связи абонента, невозможность приема вызывных кодограмм в процессе выбора радиоканала (одновременно с выбором), так как подаваемый в радиочастотный тракт эталонный сигнал будет подавлять в частотном дискриминаторе приходящий полезный сигнал, при подаче эталонного сигнала в тракт промежуточной частоты появляется необходимость дополнительного контроля подавления помехой усилителя высокой частоты с целью исключения ошибок анализа.

Кроме указанных недостатков в обоих устройствах возможен выбор только лучшего по помехам канала радиосвязи. Следствием такого назначения частоты связи абонентам является снижение пропускной способности равнодоступной системы, так как близко расположенные абоненты могут получить лучший по помехам радиоканал, а для далеко отстоящих друг от друга абонентов останутся свободными равнодоступные каналы с большими уровнями помех. При этом качество связи у близко расположенных абонентов будет выше необходимого, а у удаленных абонентов неудовлетворительным (т.е. потенциально возможные переговоры не состоятся, будут "потеряны" заявки).

В качестве прототипа предложения авторы выбрали устройство автоматического поиска каналов радиосвязи для адаптивных адресных систем.

укрупненная блок-схема которого приведена на фиг.1. Она содержит:

1 - управляемый по амплитуде формирователь эталонного сигнала,

2 - ключ,

3 - приемник,

4 - коммутатор частот,

5 - анализатор эталонного сигнала,

6 - логическое устройство управления поиском.

В укрупненной блок-схеме на фиг.1 настоящего описания, в круглых 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.

Как следует из описания, все вышеуказанные недостатки соответствуют и устройству, показанному на фиг.1.

Целью настоящего предложения является устранение этих недостатков, т.е. повышение пропускной способности радиосвязи, скрытности и упрощение устройства выбора.

Поставленная цель достигается:

1. Введением линейного приемника 1 в качестве сканирующего в процессе анализа (например, приемника амплитудно-модулированных или однополосных сигналов. При этом оказалось возможным отказаться от управляемого по уровню эталонного генератора без снижения надежности выбора канала радиосвязи (т.е. исключены формирователь эталонного сигнала и электронноуправляемый аттенюатор). Сохранение надежности выбора канала при произвольных помехах достигнуто за счет изменения системы автоматического регулирования усиления (АРУ) приемника 1. В предложении авторов собственная (известная) система АРУ приемника отключается с помощью переключателя 8, а ее роль выполняют вновь введенные блоки оценки помех (фильтр, согласованный с кодограммой адресного вызова) 11 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13. В результате повысилась скрытность работы в процессе выбора (отсутствие излучения эталонного генератора) и упростилась реализация устройства (отсутствие электронноуправляемого аттенюатора). Следует заметить, что надежность выбора сохраняется лишь только в том случае, если обмен полезными сообщениями в выбранном радиоканале будет производиться соответственно амплитудно-модулированными или однополосными сигналами.

2. Повышением пропускной способности радиосвязи достигается выбором достаточного по качеству радиоканала для связи с конкретным абонентом системы. Указанный выбор обеспечивается введением блока выбора оптимального канала 18, в котором на основании оценок уровней сигналов абонентов (блоки 10, 14 и 15) и оценок уровней помех (блок 16) для требуемого абонентского номера (блок 17) выбирается достаточный с точки зрения требуемой достоверности радиоканал.

Блок-схема предлагаемого устройства показана на фиг.2. Она содержит:

1 - сканирующий приемник,

2 - преселектор,

3 - демодулятор,

4 - тракт выделения промежуточной частоты,

5 - детектор АРУ,

6 - синтезатор частот,

7 - регулятор усиления,

8 - переключатель АРУ,

9 - коммутатор частот,

10 - блок приема дискретных сигналов,

11 - блок оценки качества приема,

12 - логическое устройство управления поиском,

13 - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП),

14 - память номеров абонентов,

15 - память уровней сигналов,

16 - блок выбора лучшего по помехам канала,

17 - блок ввода абонентского номера,

18 - блок выбора оптимального канала,

19 - датчик номера канала приема,

20 - блок индикации номера канала приема.

Логическое устройство 12 своими входами и выходами соединено с соответствующими входами и выходами с приемником 1 и блоком оценки 11, вход и выход которого соединены с соответствующими входом и выходом блока 10, вход которого, параллельно со входами информации блоков 11 и 12, подключен к выходу приемника 1, а другой выход блока 10 подключен к запараллеленным входам блоков 11 и 12, третий же его выход соединен со входом блока памяти уровней 15 через память номеров абонентов 14, другой вход которой соединен с выходом блока ввода номеров 17, другой выход которого подключен ко входу блока выбора оптимального канала 18, другой вход которого соединен с выходом памяти уровней 15, а третий вход подключен к выходу блока выбора помех 16, а выход блока 18 соединен со входом датчика канала 19, другой вход которого соединен с выходом блока 17, а третий вход соединен с выходом блока выбора помех 16, другие два входа которого соединены соответственно с выходами ЦАП 13 и логического устройства 12, а третий вход подключен к выходу памяти уровней 15, оставшиеся два входа которого соединены с выходами логического устройства 12 и ЦАП 13, один вход которого соединен с выходом блока оценки 11, другой вход подключен к выходу логического устройства, а другой выход соединен со входом переключателя 8, два других входа которого соединены соответственно с выходами логического устройства 12 и детектора АРУ 5, а выход переключателя 8 соединен со входом регулятора усиления 7 приемника 1.

Устройство, показанное на фиг.2, в режиме анализа работает следующим образом. При включении аппаратуры автоматического поиска каналов радиосвязи, логическое устройство управления поиском 12 устанавливает сканирующий приемник 1 в первый из анализируемых радиоканалов с помощью коммутатора частот 9. Одновременно с этим, сигналами с устройства 12 производится отключение внутренней цепи АРУ приемника 1 с помощью переключателя 8. Переключатель 8 подключает ко входу регулятора 7 усиления приемника 1 выходное напряжение ЦАП13. Таким образом, в режиме измерения уровней помех внутренняя цепь АРУ в сканирующем приемнике обрывается, а в качестве источника управляющего сигнала АРУ используется выходное напряжение ЦАП 13, уровень которого определяется значением оценки качества приема информации в анализируемом р/канале. Значение оценки качества приема информации формируется в блоках 11 и 12.

Сигналы помех в анализируемом р/канале с выхода приемника 1 поступают в блок оценки качества приема 11. В блоке 11 производится анализ влияния воздействующих помех на возможность приема ожидаемой информации с заданным качеством. При этом предполагается, что структура ожидаемых информационных сигналов известна и имеет характерный признак. Так, например, если ожидаемые сигналы будут содержать постоянный адресный признак абонента, как это имеет место в асинхронных адресных системах связи, то в блоке 11 измеряется величина отклика фильтра, согласованного с адресным признаком, при воздействии на него мешающих напряжений с выхода приемника. Измеренное значение уровня отклика помех на выходе согласованного фильтра сравнивается с номинальным пороговым уровнем. В том случае, если помеховый отклик превышает номинальное значение порога, в логическом устройстве 12 формируется сигнал уменьшения коэффициента усиления приемника 1. Этот сигнал преобразуется ЦАП 13 в соответствующее управляющее аналоговое напряжение, которое и обеспечивает требуемый коэффициент усиления приемника 1. При достижении равенства с заданной степенью точности значений помехового отклика и номинального порога, соответствующее управляющее напряжение АРУ на выходе ЦАП 13 запоминается в блоке выбора лучшего по помехам канала в качестве оценки качества анализируемого р/канала. Далее логическим устройством 12 сканирующий приемник 1 переводится в следующий р/канал. После одного цикла анализа в памяти блока 16 оказываются записанными оценки сигналов ЦАП 13, эквивалентные тем значениям коэффициента усиления приемника 1, при которых обеспечивается равенство помеховых откликов согласованного фильтра номинальному пороговому уровню. В результате сравнения полученных оценок в блоке 16 выбирается лучшим тот радиоканал, в котором равенство помехового отклика пороговому уровню было достигнуто при наибольшем уровне коэффициента усиления приемника 1. Т.е. за лучший по помехам принимается тот р/канал, реальная чувствительность в котором максимальна (в данном случае относительно уровня адресного сигнала).

В том случае, если в процессе анализа по помехам некоторого р/канала окажется, что этот канал занимают другие абоненты системы, излучающие совместно с информационными сигналами сигналы собственного адресного признака, блок приема дискретных сигналов 10 выдает соответствующую команду в устройство 12. В свою очередь устройство 12 формирует команды в блоки 11, 13 и 15, обеспечивающие измерение уровня сигнала излучающего абонента системы. При этом с выходов блока 10 в блок оценки качества приема 11 поступает синфазная с приходящим сигналом копия кодограммы признака. С помощью этой копии в блоке 11 осуществляется оптимальная фильтрация сигнала приходящего адресного признака и сравнение уровня полезного отклика согласованного фильтра с пороговым уровнем, поступающим с выхода блока 12. В результате сравнения, подобно предыдущему случаю, ЦАП 13 устанавливает коэффициент усиления приемника 1, обеспечивающий равенство указанных уровней. Однако теперь уже установившийся уровень управляющего сигнала на выходе ЦДЛ 13 характеризует уровень сигнала абонента системы, признак которого присутствует на входе сканирующего приемника 1. Т.е. уровень сигнала пропорционален установившемуся значению коэффициента усиления приемника 1.

Полученные оценки уровней сигналов абонентов в процессе функционирования устройства выбора запоминаются в ячейках блока памяти уровней сигналов 15 в соответствии с номерами излучающих абонентов, записываемыми в ячейки памяти номеров абонентов 15.

Далее производится выбор оптимального р/канала для обмена сообщениями с требуемым абонентом равнодоступной адресной системы следующим образом. При поступлении кода номера требуемого абонента в блок 17 на его выходах появляются управляющие сигналы, осуществляющие перезапись оценки уровня сигнала требуемого абонента из памяти 15 в блок выбора оптимального канала 18. Одновременно с этим в блок 18 начинают последовательно поступать оценки помех в радиоканалах. В результате сопоставления ожидаемого уровня полезного сигнала (от требуемого абонента) с уровнями помех в р/каналах производится выбор номера радиоканала, наиболее соответствующего заданному отношению сигнал/помеха. Выбранный код номера оптимального канала с выхода блока 18 через датчик номера канала приема 19 поступает в блок индикации 20 и к выходному выводу устройства выбора. Выходные сигналы устройства выбора используются для настройки связного приемника в оптимальный р/канал для связи с требуемым абонентом системы.

В том случае, если в памяти 15 отсутствует оценка уровня сигнала требуемого абонента, оптимальный радиоканал будет соответствовать лучшему по помеховым условиям приема. При этом из блока 15 в блок 16 поступает команда на выбор лучшего по помехам радиоканала. В результате взаимного сравнения оценок помех в равнодоступных каналах в блоке 16 выбирается лучший, код номера которого поступает в датчик номера канала приема 19.

Надежность работы показанного на фиг.2 устройства выбора канала радиосвязи в большой мере зависит от конкретной реализации блока 11 оценки качества приема. Поэтому авторы сочли целесообразным раскрыть его блок-схему, которая показана на фиг.3. Она содержит:

1, 6 - перемножители,

2, 7 - интеграторы,

3 - двухпозиционный переключатель,

4, 8 - детекторы,

5 - переключатель,

9 - ключ,

10 - сумматор,

11 - делитель,

12 - схема сравнения,

13 - генератор копии адреса.

Перемножитель 1, интегратор 2, двухпозиционный переключатель 3 и детектор 4 соединены последовательно, а выход детектора 4 соединен со входом сумматора 10, к другому входу которого подключены последовательно соединенные перемножитель 6, интегратор 7, детектор 8 и ключ 9, а выход сумматора 10 через делитель 11 подключен ко входу схемы сравнения 12, причем входы перемножителей 1,6 соединены с выходом приемника 1 и с выходами генератора копии адреса 13.

В режиме измерения уровней помех напряжение помех с выхода ПРМ 1 поступает параллельно на сигнальные входы перемножителей 1, 6, а на опорные входы этих перемножителей подаются взаимно-ортогональные копии сигналов адреса от генератора копии 13. В результате корреляционного сравнения в каждом из двух квадратурных каналов на выходах интеграторов 2 и 7 появляются сигналы взаимной корреляции между напряжениями помехи и копии адреса. Эти сигналы детектируются блоками 4 и 8 и поступают на соответствующие входы сумматора 10. Необходимость наличия двух квадратурных каналов с детектированием и последующим суммированием откликов можно пояснить с помощью следующего условного примера. Пусть в случае М-ичного частотного адреса воздействующая помеха имеет вид синусоиды, значение частоты которой равно одной из частотных позиций копии адреса. При этом предположим, что фаза помехи сдвинута на 90° относительно опорного сигнала в одном из корреляционных каналов и соответственно, будет синфазна с опорным сигналом в другом корреляционном канале. В рассматриваемом случае на выходе одного из интеграторов будет нулевой отклик, а на выходе другого максимально возможный для данной помехи. Из последнего следует, что при одном корреляционном канале (например, имеющим сдвиг по фазе относительно помехи 90°) указанная помеха не была бы обнаружена и канал оценен ошибочно хорошим. Подобный эффект будет иметь место и при более сложных формах адресного сигнала (например, шумоподобных), так как при воздействии помех, близких по структуре к адресу, вид взаимной корреляционной функции будет носить гребенчатый характер в зависимости от времени прихода помехи. Схема же, показанная на фиг.3, являясь двухканальной, обеспечивает надежную оценку помех независимо от времени их прихода (инвариантна ко времени прихода помехи). Под детектором на фиг.3 подразумевается устройство, формирующее оценку среднеквадратичного значения откликов согласованных фильтров (например, обычный диодный детектор).

Суммарное напряжение откликов согласованных фильтров (корреляторов) сравнивается с пороговым уровнем в схеме сравнения 12, которая и выдает управляющие сигналы в блок 13 для установки коэффициента усиления приемника 1.

В режиме измерения уровней сигналов абонентов (при наличии в сигнале абонента признака принадлежности к данной системе связи), генератор копии собственного адреса 13 выключается сигналами с устройства управления поиском, а на опорный вход перемножителя 1 с выхода блока приема дискретных сигналов (блок 10 на фиг.2) поступает сигнал копии признака принадлежности к системе связи. Причем при обнаружении признака принадлежности производится синхронизация местной копии таким образом, что она оказывается синфазной с приходящим сигналом.

Управляющие сигналы от блока 10 (на фиг.2) производят отключение выхода генератора 13 от входа перемножителя 1 с помощью переключателя 5, отключение второго корреляционного канала (блоки 6, 7, 8) от входа сумматора 10 с помощью ключа 9 и шунтирование детектора 4 с помощью двухпозиционного переключателя 3. В результате указанных коммутаций ко входу схемы сравнения 12 оказывается подключенным только выход согласованного с сигналом признака фильтра (блоки 1 и 2). В результате сравнения оптимально выделенного сигнала признака с пороговым уровнем, схема 12 устанавливает коэффициент усиления приемника 1, соответствующий равенству уровней выделенного сигнала и порога. Установившийся при этом коэффициент усиления приемника 1 будет однозначно характеризовать уровень сигнала абонента системы, дошедший до точки приема измеряющего его абонента.

Положительный эффект предложения заключается в том, что способ выбора устройством канала радиосвязи снимает неопределенность в отношении необходимости предоставления абсолютно лучшего радиоканала конкретному абоненту системы связи. Предоставляя конкретным абонентам достаточный по качеству радиоканал, устройство тем самым сохраняет возможность выбора абсолютно лучшего канала другому абоненту системы, корреспондент которого находится на близком к предельному удалении.

Такой выбор канала повышает пропускную способность системы по сравнению со способом выбора, осуществляемым в устройстве-прототипе, так как предоставление абсолютно лучшего канала во всех случаях, даже с близко расположенными абонентами, означает сокращение общего числа радиоканалов в системе, пригодных для передачи информации на большие расстояния.

Таким образом, как это следует из приведенного описания, поставленная цель в предложении достигается.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для радиосвязи абонентов войсковых мобильных пунктов управления. Техническим результатом является повышение пропускной способности радиосвязи. Для достижения технического результата устройство, содержащее блок управления, коммутатор частот и сканирующий приемник, снабжено регулятором усиления приемника, блоком приема адресных сигналов, блоком памяти уровней сигналов, блоком выбора оптимального канала, датчиком номера канала, блоком выбора лучшего по помехам канала и блоком оценки качества канала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство автоматического поиска каналов радиосвязи для адаптивных адресных систем, содержащее последовательно соединенные блок управления, коммутатор частот, сканирующий приемник, информационный выход которого соединен с одним из входов блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения пропускной способности радиосвязи и скрытности работы, введены регулятор усиления приемника, блок приема адресных сигналов, блок памяти уровней сигналов, блок выбора оптимального канала, датчик номера канала, блок выбора лучшего по помехам канала, блок оценки качества канала, причем один вход и один выход регулятора усиления приемника соединены с дополнительным выходом и входом сканирующего приемника, другие вход и выход соединены соответственно с выходом блока управления и входами блока памяти уровней сигналов и блока выбора лучшего по помехам канала, а третий вход регулятора усиления приемника соединен с выходом блока оценки качества канала, входы которого соединены соответственно с выходами сканирующего приемника, блока управления и блока приема адресных сигналов, другой вход которого соединен с информационным выходом сканирующего приемника, а третий выход соединен со входом блока памяти уровней сигналов, другой вход которого подключен к выходу блока управления, а выходы соединены соответственно с блоком выбора лучшего по помехам канала и блоком выбора оптимального канала, вход которого соединен с выходом блока выбора лучшего по помехам канала, один из входов которого соединен с выходом блока управления, а другой выход, подключен к входу датчика номера канала, другой вход которого соединен с выходом блока выбора оптимального канала.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок оценки качества канала содержит последовательно соединенные перемножитель, интегратор, переключатель, детектор, выход которого соединен с одним из входов сумматора, к другому входу которого подключены соединенные последовательно ключ, детектор, интегратор и перемножитель, причем входы перемножителей подключены к информационному выходу приемника, а выход сумматора через делитель соединен с одним из входов блока сравнения, вход опорного сигнала которого подключен к выходу блока управления, другие выходы которого соединены с управляющим входом генератора копии адреса и тактовыми входами интеграторов, выходы генератора копии адреса подключены к опорному входу одного перемножителя и ко входу переключателя, а выход соединен с опорным входом другого перемножителя, причем с управляющим входом другого переключателя соединены входы ключа и переключателя, другой выход которого соединен со входом сумматора.