способ обеспечения связи между двумя радиорелейными станциями и система для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обеспечения связи между двумя радиорелейными станциями (РРС), заключающийся в том, что каждая из них излучает в направлении друг друга СВЧ сигнал-переносчик информации и каждая принимает излученный соседней РРС СВЧ сигнал, отличающийся тем, что каждая РРС излучает в направлении соседней РРС и принимает от нее СВЧ сигнал на одной и той же несущей частоте с разделением во времени излучения и приема на данной РРС сигнала с временным уплотнением каналов и обеспечивают на первой РРС временной сдвиг начала периода дискретизации принимаемого сигнала относительно начала периода дискретизации излучаемого сигнала кратным длительности канального интервала, причем измеряют задержку сигнала t_з1.2, излученного первой РРС, принятого и переизлученного второй РРС в направлении первой РРС и изменяют период дискретизации сигнала T⁰_g на T_g1, излучаемого первой РРС, так, чтобы он отвечал условию

t_з1.2 = T_g1(m + k/n),

где

символ E| | означает целую часть от частного, обычно n = 2^l, l = 5...9;

k - целое число канальных интервалов, размещающихся в остатке t_з1.2 - m T_g1, k = 1, 2, 3, ..., (n - 1).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после измерения задержки сигнала увеличивают период дискретизации так, чтобы он отвечал условию



где n - число канальных интервалов в периоде дискретизации;

k - целое число канальных интервалов, размещающихся в остатке t_з1.2 - m12510^-6, при этом размерность t_з1.2 - секунда.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что первоначально перед штатной работой включают несколько раз одиночный канальный интервал цикловой синхронизации за четыре или более смежных периода синхронизации, в сумме превышающих предельную величину задержки t_з1.2, и измеряют ее, после чего, в случае некратности измеренной задержки t_з1.2 длительности канального интервала _ки, измеряют величину T^o_g с дискретом T_g, отвечающим условию T_g < T0/64n до тех пор, пока задержка не станет нечетной целочисленной величиной d_ки, где d = 1, 3, 5, ..., n - 1.

4. Система цифровой радиосвязи двух радиорелейных станций (РРС), каждая из которых состоит из антенны, последовательно соединенных передатчика и разделительно-полосового фильтра, а также последовательно соединенных второго разделительно-полосового фильтра, приемника и аппаратуры уплотнения, отличающаяся тем, что в каждой РРС первый выход аппаратуры уплотнения подключен через элемент И к передатчику, а выход разделительно-полосового фильтра через переключатель прием - передача с устройством защиты приемника к антенне, выход формирователя импульсов модуляции, соответствующие входы которого соединены с выходами генератора импульсов синхронизации аппаратуры уплотнения и блоком синхронизации аппаратуры уплотнения, подключен непосредственно к элементу И и через инвертор к управляющему входу переключателя прием - передача с устройством защиты приемника, выход которого соединен с входом второго разделительно-полосового фильтра, кроме того, в первой РРС дополнительно введены последовательно соединенные селектор синхроимпульсов, устройство измерения задержки и устройство управления периодом дискретизации и включены между выходом приемника и соответствующим входом блока синхронизации аппаратуры уплотнения, второй вход устройства измерения задержки объединен с входом формирователя импульсов модуляции, соединенного с генератором импульсов синхронизации, а третий вход формирователя импульсов модуляции подключен к второму выходу устройства измерения задержки.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники, а именно способам радиосвязи между неподвижными объектами. Известны способы радиосвязи, в которых в течение передачи канального интервала несколько раз скачкообразно меняют несущую частоту (см. например Клименко Н.Н., Кисель В. В. , Замарин А.И. "Сигналы с расширением спектра в системах передачи информации", Зарубежная радиоэлектроника N 11, 19, 80, Москва, Радиосвязь, стр. 50) или одновременно излучают в одном направлении (либо всенаправленно) один и тот же информационный сигнал на 2-х несущих частотах.

Устройство, реализующее данный способ, описано в книге "Системы связи и радиорелейные линии" под ред. Н.И.Калашникова, Связь, М, 1977, стр. 108 и содержит на одной радиорелейной станции (РРС) последовательно соединенные первый передатчик, работающий на несущей частоте f₁, первый полосовой фильтр, пропускающий сигнал на частотах f₁ и f₂ и антенну, излучающую обе эти частоты, а также последовательно соединенные второй передатчик, работающий на несущей частоте f₂ и объединенный по входу с первым передатчиком, и второй полосовой фильтр, пропускающий сигнал на частоте f₂, выход которого соединен со вторым входом первого полосового фильтра.

Известен и другой, принятый за прототип, способ обеспечения дуплексной связи между двумя смежными радиорелейными станциями, например оконечный радиорелейной станции (ОРС) и базовой радиорелейной станции (БРС) или между ОРС и промежуточной радиорелейной станцией (ПРС), заключающийся в том, что каждая из них непрерывно излучает в направлении друг друга СВЧ сигнал, в том числе с временным уплотнением каналов, причем несущие частоты этих излучаемых сигналов существенно и обязательно различаются, а также каждый из них непрерывно принимает сигнал, излучаемый соседней РРС, и ослабляет при приеме сигнал, излучаемый собственной РРС, и сигналы, излучаемые другими не смежными с нею РРС.

Устройство, реализующее данный способ, приведено в книге "Системы связи и радиорелейные линии" под ред. Н.И. Калашникова, Связь, М, 1977 стр. 80. Оно содержит, в частности, оконечные радиорелейные станции (РРС), каждая из которых состоит из аппаратуры уплотнения (АУ), выход которой подключен к последовательно соединенным передатчику (П), разделительно-полосовому фильтру (РПФ) и передающей антенне (А), излучающей сигнал на частоте f₁, а последовательно соединенные приемная антенна (А), принимающая сигнал на частоте f₂, второй разделительно-полосовой фильтр (РПФ) и приемник (ПР) подключены ко входу АУ.

Данный способ, принятый за прототип, имеет ряд недостатков, основными из которых являются:

- необходимость использования двух несущих частот;

- необходимость значительного разнесения этих несущих частот, составляющего несколько сотен и даже тысячи мегагерц (см. вышеупомянутую литературу стр. 217), что весьма сильно снижает скорость передачи информации или количество радиостволов (или то и другое) в выделенном диапазоне частот;

- необходимость серьезного усложнения аппаратуры для обеспечения глубокого ослабления приема мешающих сигналов, в первую очередь излучаемого собственной РРС, вследствие большого диапазона между мощностью излучаемого сигнала и чувствительностью приемника;

- многократное усложнение ситуации при увеличении количества стволов (или одновременно излучаемых данной РРС в одном направлении рабочих частот).

Предлагаемый способ в определенной мере свободен от всех указанных недостатков.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в данной РРС излучают сигнал с временным уплотнением каналов в направлении соседней РРС и принимают сигнал от последней не непрерывно, а с разделением во времени (т. е. квазинепрерывно со скважностью

Q 2,

где

Q = T_д/T_изл,

T_д - период дискретизации излучаемого сигнала,

T_изл - суммарное время, затраченное на излучение за период дискретизации).

Помимо этого, во время излучения прием на данной РРС прекращают (блокируют) и осуществляют его после прекращения излучения передаваемого сигнала.

Для реализации такого попеременного чередования передачи и приема на обеих соседних РРС сразу обеспечивают на каждой РРС временной сдвиг между началом периода дискретизации излучаемого и началом периода дискретизации принимаемого сигналов кратным длительности канального интервала.

В свою очередь, чтобы добиться кратности сдвига периода дискретизации принимаемого сигнала относительно периода дискретизации излучаемого сигнала на первой РРС длительности канального сигнала измеряют время задержки при распространении сигнала от первой РРС к другой и переизлученного обратно и принимаемого первой РРС (или, что одно и то же, дальность между первой и второй РРС) любым известным способом, в том числе радиотехническим.

В предлагаемом изобретении предлагается измерение задержки и, следовательно, дальности при распространении сигнала от его излучения первой РРС в сторону другой РРС возврата от нее и приема на первой РРС. Для этого в самом начале работы от первой РРС в течение 18...40 мс один раз за несколько (для состояния на настоящее время достаточно четырех, что соответствует задержке 600 мкс (180 км) при распространении в одном направлении или примерно 90 км при распространении туда и обратно) периодов дискретизации (циклов), равных T^o_д= 125 мкс, излучают лишь импульсы цикловой синхронизации. По второй РРС принимают этот сигнал, выделяют его и переизлучают синхросигнал в сторону первой РРС (см. Г.И. Колесниченко, В.С. Сперанский "Радиотехнические системы передачи информации, учебн. пособие, Мин.связи СССР Моск.институт связи, М., 1991, стр. 23). В случае некратности измеренной задержки дальности канального интервала изменяют период дискретизации так, чтобы он отвечал условию



где

T_д1 - новое значение периода дискретизации;

n - общее число канальных интервалов за период дискретизации (обычно n = 2^l, где l = 5,6...L);

к - число канальных интервалов, составляющих дробную часть частного от деления измеренной задержки t_з1.2 на период дискретизации, к = 1,2,3...(n-1);

m - целая часть от деления измеренной задержки t_з1.2 на период дискретизации.

Очевидно, что дискрет изменения периода дискретизации T_д должен быть заметно меньше, чем длительность одного разряда цифрового слова. Для цифровых радиорелейных линий используют 8-разрядный код (см. Н.П. Маркин "Принципы построения цифровых коммутационных полей", учебн. пособие, Мин. связи СССР, Моск. институт связи, М, 1991, стр. 3), поэтому достаточно, чтобы дискрет изменения периода дискретизации отвечал условиям



В некоторых случаях может оказаться желательным или необходимым, чтобы выходной сигнал имел период дискретизации T_д = 125 мкс. В этом случае новый период дискретизации должен отвечать условию



где символ E [ ] означает целую часть от частного,

n - число канальных интервалов в периоде дискретизации,

к - 1,2...n.

Дискрет изменения периода повторения, как и в предыдущем случае, отвечает условию



Такой выбор T_д1 всегда обеспечивает условие T_д1>T_д.

Следовательно, в АУ всегда можно выполнить преобразование коммутации в пространстве и времени с частотой дискретизации T_д = 125 мкс, применив схему пространственно-временного коммутатора, приведенную в литературе (Н. П. Маркин "Принцип построения цифровых коммутационных АТС", стр. 9, 10) путем передачи на управляющую память (УП) сигнала с частотой считывания

Предлагаемый способ дуплексной связи имеет следующие преимущества:

1. Использование для дуплексной связи лишь одной несущей частоты. Это достигается за счет синхронизированного разделения во времени излучения канальных сигналов в направлении соседней РРС попеременно с приемом ее канальных сигналов.

2. Возможность обеспечения большего числа стволов. Это достигается тем, что все канальные сигналы каждого ствола излучаются одновременно, равно как и все канальные сигналы всех стволов принимаются одновременно.

При излучении сигнала на единственной несущей частоте, для защиты приемного устройства используют такие меры, как запирание входа приемника под воздействием падающей мощности проникающего сигнала передатчика, невзаимное затухание сигнала в тракте приема в зависимости от направления поступления мощности или поляризации поступающего сигнала, внесение управляемого детерминированного затухания в тракт приема. Эти операции реализуются такими устройствами, как разрядники, циркуляторы, поляризационные фильтры и ферритовые или диодные устройства защиты, или аттенюаторы.

Последние позволяют обеспечить ослабление падающей мощности излученного СВЧ сигнала на 100...120 и на 60...80 дБ КВ - сигнала с временем переключения 30...100 нс. В случае снижения вносимого затухания время переключения может быть получено еще меньшим.

3. Инвариантность к количеству используемых стволов достигается за счет того, что ослабление, даже без учета иных мер, является достаточным, чтобы отсутствовало какое-либо заметное влияние излучаемого сигнала на приемник. Даже десять одновременно излучающих передатчиков равной мощности не окажут заметного влияния на приемник или приемники без дополнительных мер для ослабления падающей мощности излучаемых сигналов.

4. Возможность значительного увеличения рабочих частот в выделенном диапазоне. Оно достигается вследствие того, что разнос несущих частот может быть весьма небольшим и в основном определяется воздействием на приемник (приемники) принятых сигналов с соседней и более отдаленных РРС. Поскольку для цифровых методов передачи практически можно пренебречь любым мешающим сигналом с уровнем, меньшим уровня полезного сигнала на 20 дБ и более (см. вышеупомянутую книгу Системы связи и радиорелейные линии, стр. 247), а на вход приемника воздействуют лишь существенно более слабые сигналы, чем сигналы, излучаемые собственной РРС, достаточно ослабить внеполосные сигналы, излученные соседней и возможно более далеко удаленными РРС на 20...30 дБ, чтобы решить проблему помехозащищенности данного ствола от воздействия сигналов других стволов при существенно меньшей расстройке (в 10...30 раз), чем в прототипе. Это в несколько раз превышает сокращение вдвое количества передаваемых канальных сигналов за один цикл, характерное для предлагаемого способа.

5. Упрощение приемной аппаратуры и, возможно, антенны.

Оно достигается потому, что требуемое ослабление вне полосы приема на данной рабочей частоте ствола достаточно невелико, чтобы реализовать его простыми фильтрами или применить приемники прямого преобразования.

6. Можно легко обойтись одной приемо-передающей антенной с циркулятором (переключателем "прием-передача"), разделяющим передающий и антенный тракты.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы, поясняющие способ, для числа канальных импульсов n= 4, длительности периода дискретизации T_д= 8_ки, где _ки длительность канального интервала.

Фиг. 1а - задержка начала периода дискретизации принимаемого сигнала относительно начала периода дискретизации, равной t_з1.2= T_д+3_ки (m=1,к=3)

Фиг. 1б - t_з1.2= T_д+2_ки (m=1,к=2)

Фиг. 1в - t_з1.2= T_д+1,45_ки (m=1,к=1,45);



t_з1.2= T_д1+_ки (m=1;к=1).

Ц.С. - цикловый синхросигнал

С.С. - канал служебной связи

К.С. - канальный сигнал

На фиг. 2 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство состоит из:

1. Аппаратуры уплотнения (АУ)

2. Устройства И (логического сумматора)

3. Передатчика.

4. Первого разделительно-полосового фильтра (РПФ)

5. Переключателя "прием-передача" с устройством защиты приемника (ППП с УЗП)

6. Антенны

7. Инвертора

8. Формирователя импульсов модуляции

9. Приемника

10. Второго разделительно-полосового фильтра (РПФ)

11. Селектора синхроимпульсов (ССИ)

12. Устройства измерения задержки (УИЗ)

13. Устройства управления периодом дискретизации (УУПД)

Способ реализуется следующим образом (при описании подразумевается использование цифровых РРС). В первой РРС цифровые сигналы уплотняют во времени в аппаратуре уплотнения 1 и через логический сумматор (схема И) 2 подают в передатчик 3, с выхода которого СВЧ сигнал частотой f₁ с импульсно кодовой модуляцией через последовательно соединенные разделительно-полосовой фильтр 4 и переключатель "прием-передача" (ППП) с устройством защиты приемника (УЗП) 5 подают на антенну 6 и посредством ее излучают в направлении второй РРС со скважностью, равной 2. В моменты излучения канального сигнала прием сигнала, поступающий от второй РРС, блокируют, на какой бы несущей частоте он не поступал. Это обеспечивают подачей на второй вход схемы И 2 меандра со скважностью 2 и его инверсии, которую получают с помощью инвертора 7, на управляющий вход ППП с УЗП 5. Формируют меандр устройством формирования импульсов модуляции 8. После окончания излучения прекращают блокировку приема в ППП с УЗП 5 и осуществляют прием сигнала, поступающий от второй РРС с помощью приемника 9, предварительно отфильтровав его с помощью второго разделительно-полосового фильтра 10. Принятый сигнал поступает в аппаратуру уплотнения 1, в том числе на находящийся в нем блок синхронизации (БС) (содержание аппаратуры уплотнения 1 раскрыто, например, в вышеупомянутой книге "Системы связи и радиорелейные линии", стр. 38).

Принятый импульс синхронизации, означающий начало периода дискретизации в принятом от второй РРС сигнале, выделяют в селекторе синхроимпульса 11 и подают на устройство измерения задержки (УИЗ) 12, на второй вход которого подают синхроимпульс с генератора импульса синхронизации (ГИС), также содержащегося в аппаратуре уплотнения 1. Устройство измерения задержки может быть выполнено любым известным способом и устройством, например, описанным в книге "Справочник по радиолокации" под ред. М. Скольника, т.4, М, Сов. Радио, 1978, стр. 55. Устройством измерения задержки определяют величину задержки начала периода дискретизации T_д, в принятом от второй РРС сигнала относительно начала периода дискретизации T_д в излученном первой РРС сигнале, а также его кратность длительности канального интервала (на фиг. 1 он равен T_д/8). Если кратность целочисленна и нечетна, то на выходе формирователя импульсов модуляции 8 формируют меандр с длительностью импульса, равного _ки, и периодом следования 2_ки (см. фиг. 1а). При этом с выхода УИЗ 12 на вход формирователя импульсов модуляции подают логический 0. Если кратность задержки целочисленна и нечетна (при этом с выхода УИЗ 12 подают логическую 1), то формируют на выходе формирователя импульсов модуляции 8 меандр с длительностью импульса, равного 2_ки, и периодом следования 4_ки (см. фиг. 1б). Если кратность задержки не целочисленна и превышает нечетное число (см. фиг. 1в), то с выхода УИЗ 12 на формирователь импульсов модуляции 8 подают логический 0 (ноль), а с другого выхода подают управляющий сигнал, не равный нулю, на вход устройства управления периодом дискретизации (УУПД) 13, которое представляет собой, например, интегратор с памятью. Управляющий сигнал с выхода УИЗ 12 приводит к появлению на выходе УУПД 13 сигнала, который поступает на вход блока синхронизации в аппаратуре уплотнения 1 и вызывает увеличение периода дискретизации T_д1 до тех пор, пока задержка на станет нечетной целочисленной величиной d_ки1, где d=1,3...n-1 (см. фиг. 1в). При этом управляющий сигнал с выхода УИЗ 12 станет равным нулю, длительность импульса меандра равной _ки1, а период следования 2_ки1. Если кратность задержки нецелочисленна и превышает четное число h, то с выхода УИЗ 12 на формирователь импульсов модуляции 8 подают соответствующую команду (логическую 1), а с другого выхода подают управляющий сигнал, не равный нулю, на вход УУПД 13, под воздействием которого на его выходе получают управляющий сигнал. Этот сигнал подают на вход аппаратуры уплотнения 1 (на содержащийся в ней блок синхронизации), в результате чего увеличивают период дискретизации до величины T_д1, при которой задержка станет целочисленной кратной длительности канального интервала h_ки1, где h=2,4...n. При этом управляющий сигнал с выхода УУПД 13 станет равным нулю. Соответственно, длительность импульса меандра будет равна 2_ки1, а период следования - 4_ки1/ .

Излученный первой РРС СВЧ сигнал (например, синхрогруппа) на частоте f₁ на второй РРС селектируют в пространстве с помощью антенны 6 и транслируют через переключатель "прием-передача" с устройством защиты приемника 4 на вход разделительно-полосового фильтра 10, в котором его отфильтровывают и подают на вход приемника 9. Принятый синхросигнал подают на блок синхронизации БС, содержащийся в аппаратуре уплотнения 1, для фазирования и выравнивания длительности периода дискретизации на второй РРС с периодом дискретизации на первой РРС, которые в начале работы должны быть равны T_д = 125 мкс. Через интервал длительностью _ки импульс меандра с выхода формирователя импульсов модуляции 8 сменит полярность и откроет тем самым вход передатчика 3 для подачи через схему И канального сигнала с выхода аппаратуры уплотнения 1 и одновременно заблокирует прием сигналов в приемнике 9. Этого достигают подачей на управляющий вход переключателя "прием-передача" с устройством защиты приемника 5 инвертированного в инверторе 7 импульса меандра. СВЧ сигнал с выхода передатчика 3 частотой f₁ (один или два канальных интервала в зависимости от кратности измеренной на первой РРС задержки t_з1.2 длительности канального интервала _ки) отфильтровывают в разделительно-полосовом фильтре 4, транслируют через переключатель "прием-передача" с устройством защиты приемника 5 на антенну 6 и излучают в направлении первой РРС. Таким образом, каждая из РРС блокирует прием сигналов во время передачи и излучения на данной РРС и синхронизирует свою работу с другой, причем первая выступает активной стороной, а другая пассивной, подстраиваясь под заданные первой параметры приема - излучения и величины T_д. Следует отметить, в случае дискретного изменения jT_д величины T_д периода дискретизации от T_д до T_д1, то величина T_д не должна превышать величины T_д/64n, поскольку разрядность передаваемого кода равна 8. Величина задержки t_з1.2 (или дальности, ей соответствующей) может быть определена любым известным способом, в том числе и радиотехническим, и должна быть введена в блок измерения задержки. Вместе с тем, можно с помощью имеющейся вышеописанной аппаратуры измерить величину t_з1.2 непосредственно или как оставшуюся дробную часть от деления величины t_з1.2 на стандартный период дискретизации T_д = 125 мкс, то есть величину



где обозначение E [ ] означает целую часть от частного.

Для этого перед началом штатной работы излучают один раз в течение четырех периодов дискретизации T_д (этого вполне достаточно, т.к. расстояние между радиорелейными станциями R_1.2 не превышает 70 км, т.е. См. вышеупомянутую книгу "Системы связи и радиорелейные линии", стр. 80) только синхроимпульсы в течение отрезка времени 18...40 мс и измеряют задержку t_з1.2 и ее кратность величине _ки посредством УИЗ 12. Данные о нечетности или четности кратности t_з1.2 величине _ки передают из первой РРС на вторую РРС по каналу служебной связи.