Способ передачи данных в радиолинии с динамически изменяемой псевдослучайной перестройкой рабочей частоты

Способ относится к области радиотехники и может найти применение в адаптивных системах радиосвязи для передачи данных по радиоканалу в условиях воздействия комплекса преднамеренных помех. Технический результат - обеспечение технической готовности радиолинии к изменениям помеховой обстановки и уменьшение потерь информации при приеме. Для этого способ содержит этапы, на которых (А) подготавливают радиолинию к радиообмену, используя выработку каждым генератором псевдослучайных последовательностей на приемном и передающем концах радиолинии своего псевдослучайного числа, отличного от псевдослучайных чисел, вырабатываемых другими генераторами псевдослучайных последовательностей; (Б) организовывают канал связи между передающим и приемным концами радиолинии путем синхронизации генераторов псевдослучайных последовательностей на приемном и передающем концах радиолинии; (В) передают информацию между передающим и приемным концами радиолинии, динамически изменяя скорость псевдослучайной перестройки рабочей частоты; (Г) оканчивают радиообмен, рассинхронизируя генераторы псевдослучайных последовательностей на приемном и передающем концах радиолинии. 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемый способ относится к области радиотехники и может найти применение в адаптивных системах специальной радиосвязи для передачи данных по радиоканалу в условиях воздействия комплекса преднамеренных помех.

Известно большое количество изобретений, использующих методы передачи информации с псевдослучайной перестройкой частоты (ППРЧ).

Известен способ установки соединения между блоком, посылающим поисковый вызов, и блоком, находящимся в состоянии ожидания, в системе связи со скачкообразным изменением каналов, описанный в [1], в котором система связи со скачкообразным изменением каналов представляет собой систему связи со скачкообразным изменением кода, где каждая последовательность поискового вызова передается по группе каналов, которые выбраны из множества каналов в соответствии с априорно известными уравнениями.

Известен способ передачи данных с использованием методов ультраширокополосной связи по патенту [2], в котором повторяют последовательность частот в течение заданного периода времени, а заданный период времени выбирают из группы, состоящей из 20 нс, 80 нс, 300 нс.

Недостатком вышеупомянутых способов является отсутствие адаптации радиолинии к изменениям помеховой обстановки вследствие действия преднамеренных помех.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ по патенту [3], принятый за прототип.

Способ-прототип заключается в следующем.

Происходит формирование пакетов информации путем деления поступающего от источника информации информационного сигнала на блоки заданной длины, к которым добавляют "адрес" корреспондента и служебную информацию, перестройку несущей частоты передатчика на частоту, соответствующую псевдослучайному числу (ПСЧ), вырабатываемому ГПСП, модуляцию несущей частоты передатчика сформированным пакетом информации и последующее излучение полученного радиосигнала на приемный конец радиолинии.

На приемном конце радиолинии осуществляют прием переданного с передающего конца радиосигнала одновременно на всех частотах, соответствующих ПСЧ, вырабатываемым ГПСП, преобразование на промежуточную частоту, усиление, демодуляцию, декодирование принятого пакета информации по записанному в пакете "адресу", подачу информационного сигнала на приемник информации, причем на приемном конце радиолинии одновременно с приемом радиосигнала контрольные приемники осуществляют контроль наличия помех на частотах, соответствующих ПСЧ, вырабатываемым ГПСП, и в случае наличия помехи на контролируемой частоте формируют управляющую информацию на перестройку передатчика, находящегося на передающем конце радиолинии, на частоту, соответствующую последующему ПСЧ, вырабатываемым ГПСП, на которой помеха отсутствует, путем смены ПСЧ на передающем конце. Формируют пакеты информации, к которым добавляют управляющую информацию на перестройку передатчика, находящегося на передающем конце радиолинии, перестраивают несущую частоту передатчика, находящегося на приемном конце радиолинии, на частоту, соответствующую ПСЧ, вырабатываемому ГПСП, модулируют несущую частоту передатчика, находящегося на приемном конце, сформированным пакетом информации, излучают полученный радиосигнал на передающий конец радиолинии.

На передающем конце одновременно с излучением радиосигнала принимают переданный с приемного конца радиосигнал одновременно на всех частотах, соответствующих ПСЧ, вырабатываемым ГПСП, преобразуют на промежуточную частоту, усиливают, демодулируют, декодируют принятый пакет информации по записанному в пакете "адресу", выделяют управляющую информацию на перестройку передатчика, находящегося на передающем конце радиолинии, подают принятую управляющую информацию на передатчик передающего конца радиолинии для его перестройки на частоту, соответствующую тому ПСЧ, вырабатываемому ГПСП, на которой помеха отсутствует, при отсутствии помехи на контролируемой частоте, соответствующей последующему ПСЧ, вырабатываемому ГПСП передающего конца или наличии помех на всех контролируемых частотах, управляющую информацию не формируют и смену ПСП на передающем конце не производят.

На приемном конце радиолинии после приема радиосигнала и контроля наличия помех на частотах, соответствующих кодам последующего такта всех ПСП, контрольные приемники осуществляют прогнозирование изменения соотношения сигнал-помеха на частотах, соответствующих последующим ПСЧ, вырабатываемым ГПСП, и анализ соотношения сигнал-помеха, при этом частотой, на которую осуществляют перестройку при ухудшении соотношения сигнал-помеха на частотах, соответствующих последующим ПСЧ, вырабатываемым ГПСП, является ближайшая частота, на которой помеха отсутствует и ухудшение отношения сигнал-помеха не прогнозируется.

В способе-прототипе анализ помех на частотах и обмен радиосредствами управляющей информацией имеет цель "вырезания" частот, на которых находится помеха и передача на тех частотах, где помехи нет. Такой случай характерен для шумовой помехи в части полосы, когда постановщик помех распределяет свою мощность не на все несущие частоты, а только на их часть.

Однако "вырезание" худших частот из программы ППРЧ не сможет защитить радиолинию от воздействия на нее генератора преднамеренных помех (ГПП), который, отслеживая с помощью радиоразведки текущую частоту, успевает поставить помеху "в след", то есть уничтожая последние биты в пакете. Количество незапорченных бит, то есть время запаздывания помехи, будет определяться различными факторами, например быстродействием радиоразведки ГПП, расстоянием между радиолинией и ГПП и т.д. Поэтому смысл работы анализатора помех на приемной стороне радиолинии должен состоять не столько в поиске вариантов ухода от возможной помехи, сколько в адаптации передачи информации в условиях действия помех. Сущность данной адаптации состоит в том, что современные радиосредства должны быть рассчитаны на работу при различных скоростях перестройки частоты, чтобы обеспечить передачу максимально возможного объема информации в условиях изменяющейся помеховой обстановки.

Кроме того, в способе-прототипе отсутствует механизм восстановления синхронизма в выработке ПСП ГПСП передающего и приемного концов радиолинии в случае сбоя или прекращения передачи информации.

Таким образом, ППРЧ в подобной радиолинии должна быть не статической, как в способе-прототипе, а находиться в динамике - то есть меняться в зависимости от обстановки. Поэтому недостатком способа-прототипа является низкое качество передачи информации в условиях воздействия преднамеренных помех.

Задачей, решаемой в предлагаемом изобретении, является достижение технического результата в виде обеспечения технической готовности радиолиний с ППРЧ к изменениям помеховой обстановки и уменьшение потерь информации при приеме.

Для решения поставленной задачи предложен способ передачи данных в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащий этапы, на которых (А) подготавливают радиолинию к радиообмену, используя выработку каждым генератором псевдослучайных последовательностей на приемном и передающем концах радиолинии своего псевдослучайного числа, отличного от псевдослучайных чисел, вырабатываемых другими генераторами псевдослучайных последовательностей; (Б) организовывают канал связи между передающим и приемным концами радиолинии путем синхронизации генераторов псевдослучайных последовательностей на приемном и передающем концах радиолинии; (В) передают информацию между передающим и приемным концами радиолинии, динамически изменяя скорость псевдослучайной перестройки рабочей частоты; (Г) оканчивают радиообмен, рассинхронизируя генераторы псевдослучайных последовательностей на приемном и передающем концах радиолинии.

В предлагаемом способе передачи данных в радиолинии с динамически изменяемой ППРЧ содержатся следующие этапы:

(A) - подготовки радиолинии к радиообмену;

(Б) - организации канала связи между передающим и приемным концами радиолинии;

(B) - передачи информации между передающим и приемным концами радиолинии;

(Г) - окончания радиообмена.

На этапе подготовки радиолинии к радиообмену (А) осуществляются следующие действия:

А1). После включения радиосредства на приемном и передающем концах радиолинии на основе имеющихся априорных характеристик радиосредств определяются время, затрачиваемое аппаратурой на перестройку частоты T_n, и время рассинхронизации частот на приеме и передаче Т_р.

А2). Определенные значения T_n и Т_р используются для расчета количества бит, затрачиваемых на перестройку частоты у=[V·T_n], и количества бит, затрачиваемых на рассинхронизацию частот на приеме и передаче z=[V·T_p].

A3). Каждым из ГПСП осуществляется выработка своего первого псевдослучайного числа (ПСЧ).

А4). После выполнения вышеуказанных действий (А1-А3) радиосредство переходит в дежурный режим, который заключается в готовности:

или к приему данных от другого радиосредства (приемный конец радиолинии),

или к передаче данных другому радиосредству (передающий конец радиолинии).

На этапе организации канала связи между передающим на приемным концами радиолинии (Б) осуществляются следующие действия:

Б1). На передающем конце подаются данные для передачи от максимально возможного количества М источников информации с информационными скоростями С₁, …, C_M Бит/сек соответственно.

Б2). Информация от М источников информации объединяется в одну последовательность с временным разделением М каналов.

Б3). Из полученной последовательности формируются блоки длиной d бит, где d удовлетворяет системе неравенств:

где d₁ - предполагаемая длина блока с учетом скорости передачи V;

d₂ - предполагаемая длина блока с учетом скорости передачи С;

γ∈[γ₁,…,γ_N] - минимальная из N априорно известных на приеме и передаче скоростей перестройки частоты.

Б4). Формируется пакет данных, содержащий информацию о первом ПСЧ, выработанном первым ГПСП передающего конца (в действии A3).

Б5). Формируются пакеты данных размером у+d+z бит каждый, причем у и z добавляются соответственно в начало и конец блока.

Б6). Каждый пакет данных модулируется (например, угловой или кодовой модуляцией).

Б7). Несущая частота модулированного пакета изменяется в соответствии с ПСЧ, выработанным ранее (в действии A3).

Б8). Модулированные пакеты данных излучаются на приемный конец радиолинии.

Б9). На приемном конце принимается с передающего конца радиосигнал, содержащий пакеты данных, одновременно на всех возможных несущих частотах.

Б10). Принятый сигнал усиливается, и в нем устраняются псевдослучайные скачки несущей частоты (полученные в действии Б7).

Б11). Усиленный сигнал преобразуется на постоянную несущую частоту.

Б12). Преобразованный сигнал демодулируется (например, в соответствии с законом угловой или кодовой модуляции).

Б13). Демодулированные пакеты депакетируются.

Б14). Депакетированный сигнал, за исключением пакета, содержащего информацию о первом псевдослучайном числе, выработанном первым генератором псевдослучайных чисел передающего конца (полученные в действии Б4), используется для контроля наличия естественных шумовых и преднамеренных следящих по частоте помех на принятой частоте. Контроль помех заключается в определении трех параметров: времени запаздывания следящей помехи Т_з, отношения сигнал/шум на интервале запаздывания η и отношения сигнал/шум на интервале действия следящей помехи η·φ.

Б15). На основании полученных выше трех параметров рассчитываются N (по числу априорно известных скоростей перестройки γ∈[γ₁,…,γ_N]) средних вероятностей ошибки на бит , каждое из которых определяется:

p_cp=f(T_з, η, φ, y, z, γ, Алг),

где f(…) - функция, определяемая в зависимости от алгоритма Алг формирования сигнала и условия его распространения.

Например, если Алг - это канал связи с аддитивным белым шумом (формула (1.16) в [4]), то получим:

где F - функция Лапласа;

Е_Δ - энергия разностного сигнала;

υ₀ - односторонняя спектральная плотность мощности белого шума (формула (1.25) в [4]).

Б16). На основании рассчитанных выше средних вероятностей ошибки на бит вычисляется оптимальная скорость перестройки частоты γ, для которой р_ср≥р_мин, где р_мин - минимально допустимая величина ошибки на бит.

Б17). На основании:

- полученного значения оптимальной скорости перестройки частоты γ,

- определенной ранее длины блоков информационной последовательности при передаче от максимально возможного количества М источников информации d,

определяется информационная производительность радиосредства R [5]:

Б18). Рассчитывается оптимальное число L источников информации на передаче, для которого выполняется неравенство

Б19). Формируется управляющая информация передающей стороне радиолинии, в которой заложена информация об оптимальных значениях у и L, а также о значении ПСЧ, выработанном первым ГПСП на приемном конце (в действии A3).

Б20). Формируются пакеты информации, к которым добавляют управляющую информацию.

Б21). Каждый пакет данных модулируется (например, угловой или кодовой модуляцией).

Б22). Несущая частота модулированного пакета изменяется по псевдослучайному закону в соответствии с первым ПСЧ, выработанным ранее первым ГПСП приемного конца (в действии A3).

Б23). Модулированные пакеты данных излучаются на передающий конец радиолинии.

Б24). Скорость перестройки частоты радиосредства, находящегося на приемном конце радиолинии, меняется с текущей (той, на которой принимался последний пакет) на рассчитанную оптимальную скорость перестройки частоты (полученную в действии Б16), то есть следующие пакеты информации от передающего конца радиолинии будут приниматься на приемном конце со скоростью перестройки частоты γ, причем информационная часть пакета должна иметь длину d бит, удовлетворяющую системе неравенств (1).

Б25). На основании принятой от передающего конца информации о значении первого ПСЧ (полученного в действии Б4) второй ГПСП приемного конца осуществляет выработку следующего ПСЧ.

Б26). На передающем конце принимается переданный с приемного конца управляющий радиосигнал одновременно на всех возможных несущих частотах.

Б27). Принятый сигнал усиливается, и в нем устраняются псевдослучайные скачки несущей частоты (образованные в действии Б22).

Б28). Усиленный сигнал преобразуется на постоянную несущую частоту.

Б29). Преобразованный сигнал демодулируется (например, в соответствии с законом угловой или кодовой модуляции).

Б30). Демодулированные пакеты депакетируются.

Б31). Из полученного депакетированного сигнала выделяется управляющая информация.

Б32. На основании этой управляющей информации осуществляется выработка вторым ГПСП передающего конца следующего ПСЧ.

На этапе передачи информации между передающим и приемным концами радиолинии (В) осуществляются следующие действия:

В1). На передающем конце осуществляется выработка первым ГПСП следующего ПСЧ на основании предыдущего ПСЧ, выработанного для передачи предыдущих пакетов информации.

В2). На основании принятой управляющей информации определяется значение скорости текущей скорости перестройки частоты γ∈[γ₁,…,γ_N], определенной на приемной стороне.

В3). На основании принятой управляющей информации определяется количество источников информации для передачи данных L∈[1,…,М].

В4). Подаются данные для передачи от L источников информации с информационными скоростями С₁,…,C_L бит/сек соответственно.

В5). Информация от L источников объединяется в одну последовательность с временным разделением L каналов.

В6). Из полученной последовательности формируются блоки длиной х бит, где х удовлетворяет системе неравенств:

где х₁ - предполагаемая длина блока с учетом скорости передачи V;

х₂ - предполагаемая длина блока с учетом скорости передачи С.

В7). Формируются пакеты данных размером у+х+z бит каждый, причем у и z добавляются соответственно в начало и конец блока.

В8). Каждый пакет данных модулируется (например, угловой или кодовой модуляцией).

В9). Несущая частота модулированного пакета изменяется по псевдослучайному закону в соответствии с последним ПСЧ, выработанным первым ГПСП (полученным в действии В1).

В10). Модулированные пакеты данных излучаются на приемный конец радиолинии.

В11). На приемном конце радиосигнал, содержащий пакеты данных, принимается с передающего конца на частоте, номер которой соответствует последнему ПСЧ, выработанному вторым ГПСП приемного конца и равному последнему ПСЧ, выработанному первым ГПСП передающего конца (в действии В1).

В12). Принятый сигнал усиливается, и в нем устраняются псевдослучайные скачки несущей частоты (полученные в действии В9).

В13). Усиленный сигнал преобразуется на постоянную несущую частоту.

В14). Преобразованный сигнал демодулируется (например, в соответствии с законом угловой или кодовой модуляции).

В15). Демодулированные пакеты депакетируются.

В16). Депакетированный сигнал разделяется для использования L∈[1,…,M] приемниками информации.

В17). Депакетированный сигнал, кроме того, используется для контроля наличия естественных шумовых и преднамеренных следящих по частоте помех на принятой частоте. Контроль помех заключается в определении трех параметров: времени запаздывания следящей помехи Т_з и отношений сигнал/шум на интервале запаздывания η и интервале действия следящей помехи η·φ.

В18). На основании полученных трех параметров рассчитываются N (по числу априорно известных скоростей перестройки γ∈[γ₁,…,γ_N]) средних вероятностей ошибки на бит, каждое из которых определяется:

р_ср=f(Т_з, η, φ, у, z, γ, Алг),

где f(…) - функция, определяемая в зависимости от алгоритма Алг формирования сигнала и условия его распространения.

Например, если Алг - это канал связи с аддитивным белым шумом (формула (1.16) в [4]), то получим:

где F - функция Лапласа;

Е_Δ - энергия разностного сигнала;

υ₀ - односторонняя спектральная плотность мощности белого шума (формула (1.25) в [4]).

В19). На основании рассчитанных вычисляется оптимальная скорость перестройки частоты γ, для которой р_ср≥р_мин, где р_мин - минимально допустимая величина ошибки на бит.

В20). На основании:

- полученного значения оптимальной скорости перестройки частоты γ,

- определенной ранее длины блоков информационной последовательности при передаче от максимально возможного количества М источников информации X,

определяется информационная производительность радиосредства R [5]:

В21). Рассчитывается оптимальное число L источников информации на передаче, для которого выполняется неравенство:

В22). Формируется управляющая информация передающей стороне радиолинии, в которой заложена информация об оптимальных значениях γ и L.

В23). Формируются пакеты информации, к которым добавляют управляющую информацию.

В24). Каждый пакет данных модулируется (например, угловой или кодовой модуляцией).

В25). Первый ГПСП приемного конца осуществляет выработку следующего ПСЧ (на основании предыдущего ПСЧ).

В26). Второй ГПСП приемного конца осуществляет выработку следующего ПСЧ (на основании предыдущего ПСЧ).

В27). Несущая частота модулированного пакета изменяется по псевдослучайному закону в соответствии с ПСЧ, выработанным ранее первым ГПСП приемного конца (в действии В25).

В28). Модулированные пакеты данных излучаются на передающий конец радиолинии.

В29). Скорость перестройки частоты в радиосредстве, находящемся на приемном конце радиолинии, меняется с текущей (той, на которой принимался последний пакет) на рассчитанную оптимальную (вычисленную в действии В19).

30) Следующие пакеты информации от передающего конца радиолинии будут приниматься на приемном конце со скоростью перестройки частоты γ, причем информационная часть пакета имеет длину х бит, удовлетворяющую системе неравенств (4).

В31). На передающем конце принимается управляющий сигнал с приемного конца на частоте, номер которой соответствует ПСЧ, выработанному вторым ГПСП передающего конца и равному ПСЧ, первому ГПСП приемного конца (в действии В25).

В32). Принятый сигнал усиливается, и в нем устраняются псевдослучайные скачки несущей частоты (образованные в действии В27).

В33). Усиленный сигнал преобразуется на постоянную несущую частоту.

В34). Преобразованный сигнал демодулируется (например, в соответствии с законом угловой или кодовой модуляции).

В35). Демодулированные пакеты депакетируются.

В36). Из полученного депакетированного сигнала выделяется управляющая информация.

В37). Второй ГПСП передающего конца осуществляет выработку следующего ПСЧ (на основании предыдущего ПСЧ).

В38). В дальнейшем при поступлении информации работа радиолинии соответствует действиям В1-В37.

Этап окончания радиообмена (Г).

После окончания передачи или приема информации радиосредства, образующие передающий и приемный концы радиолинии, переходят в дежурный режим, который заключается в готовности:

или к приему данных от другого радиосредства (приемный конец радиолинии),

или к передаче данных другому радиосредству (передающий конец радиолинии).

В качестве примера предположим, что радиосредство, имеющую скорость V=19.2 кБод, передает данные четырем абонентам, причем минимально необходимая скорость передачи информации для одного абонента - С=2.4 кбит/с. Таким образом, при временном делении канала необходимая скорость передачи информации для двух абонентов - С=4.8 кбит/с, для трех абонентов - С=7.2 кбит/с, а для четырех абонентов - С=9.6 кбит/с. Радиосредство работает в режиме ППРЧ с набором скоростей ППРЧ: γ=100, 200,…,900 скач/сек и затрачивает на перестройку с частоты на частоту 0.8 мсек (16 бит для данной V}. Опорные генераторы, присутствующие в радиосредстве, имеют время рассинхронизации 0.15 мсек (3 бита для данной V). В канале связи присутствует белый шум с отношением сигнал/шум η=10 раз и следящая помеха с временем запаздывания Т_з и превышением мощности над белым шумом в φ=10 раз.

Для этого рассчитываются вероятности ошибки на бит [6]:

Средняя вероятность ошибки на бит определяется:

где x_n=[V·Т_з] - число непораженных информационных битов в слоте;

x_n=х-х_н - число пораженных информационных битов в слоте;

[] - целая часть числа.

Информационная производительность радиосредства оценивается по формуле (2).

Зависимости р_ср при различных значениях коэффициента запаздывания и R от γ приведены соответственно на фиг.1 и 2.

Из анализа фиг.1 следует, что если задать минимальную р_ср=0.495, то при Т_з=0.2 мсек допустимые скачки частоты 700-900, а при Т_з=0.4 мсек - 500-900. Таким образом, анализируя ту же фиг.2, можно отметить, что при Т_з=0.4 мсек радиосредство должно работать при γ=500, чтобы обеспечить передачу информации всем четырем абонентам, а при ухудшении помеховой обстановки (т.е. при Т_з=0.2 мсек) радиосредство должно перейти на скорость ППРЧ γ=700, чтобы обеспечить приемлемое качество связи хотя бы для двух абонентов.

Функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа представлена на фиг.3, где введены следующие обозначения:

1 - мультиплексор;

2 - пакетатор;

3 - модулятор;

4 - первый умножитель (У1);

5 - генератор тактовых импульсов (ГТИ);

6 - блок управления (БУ);

7 - анализатор качества сигнала (АКС);

8 - генератор частоты (ГЧ);

9 - первый синтезатор частот (СЧ1);

10 - первый генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП1);

11 - второй синтезатор частот (СЧ2);

12 - второй генератор псевдослучайной последовательности (ГПСП2);

13 - усилительно-преобразовательный блок (УПБ);

14 - второй умножитель (У2);

15 - полосовой фильтр (ПФ);

16 - демодулятор;

17 - депакетатор;

18 - демультиплексор;

19 - первый антенно-фидерный блок (АФБ1);

20 - второй антенно-фидерный блок (АФБ2).

Устройство, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, содержит: последовательно соединенные мультиплексор 1, с 1-го по М-й информационные входы которого являются соответственно 1-м - М-м входами устройства, пакетатор 2, модулятор 3, У1 4 и АФБ1 19, первый и второй выходы которого являются соответственно (М+1)-м и (М+2)-м выходами устройства; последовательно соединенные ГПСП1 10 и СЧ1 9, выход которого соединен со вторым входом У1 4; последовательно соединенные АФБ2 20, первый и второй входы которого являются соответственно (М+1)-м и (М+2)-м входами устройства, УПБ 13, У2 14, ПФ 15, демодулятор 16, депакетатор 17 и демультиплексор 18, с первого по М-й выходы которого являются соответственно 1-м - М-м выходами устройства; последовательно соединенные ГПСП2 12 и СЧ2 11, выход которого соединен со вторым входом У2 14.

Второй выход демодулятора 16 соединен с сигнальным входом АКС 7, выход которого соединен с первым входом БУ 6, первая группа выходов которого шиной соединена с группами управляющих входов мультиплексора 1, пакетатора 2, модулятора 3, СЧ1 9 и ГПСП1 10; вторая группа выходов БУ 6 шиной соединена с группами управляющих входов демодулятора 16, СЧ2 11, депакетатора 17, ГПСП2 12 и демультиплексора 18. Второй выход депакетатора 17 соединен со вторым входом БУ 6. Выход ГЧ 8 соединен со вторым сигнальным входом модулятора 3.

Выход ГТИ 5 соединен с синхровходами мультиплексора 1, демультиплексора 18, пакетатора 2, депакетатора 17, модулятора 3, демодулятора 16, У1 4, У2 14, СЧ1 9, СЧ2 11, ГПСП1 10, ГПСП2 12, БУ 6, АКС 7, ГЧ 8, УПБ 13 и ПФ 15.

Устройство, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, работает следующим образом.

На передающем конце информационные сигналы от L источников информации L∈[1,…,M] подаются в мультиплексор 1, на управляющий вход которого подается сигнал управления количеством источников информации с первого выхода БУ 6. В блоке 1 входные сигналы объединяются в одну последовательность, из которой в блоке 2 формируются пакеты информации, размер которых определяется на основании сигнала управления, подаваемого с первого выхода БУ 6. Каждый полученный пакет модулируется в блоке 3 с помощью ГЧ 8 и подается на первый вход У1 4, на второй вход которого подается частота, полученная в СЧ1 9 под управлением ГПСП1 10. С помощью У1 4 и СЧ1 9 (на основании сигнала управления скоростью ППРЧ от БУ 6) несущая частота модулированного в блоке 3 пакета изменяется по псевдослучайному закону. Получаемые в блоке 4 пакеты через АФБ1 19 передаются на приемный конец радиолинии (через (М+1)-й выход устройства).

В то же время на передающей стороне с (М+2)-го входа АФБ2 20 принимается сигнал с ППРЧ, содержащий пакеты с управляющей информацией, который после усиления в блоке 13 подается на первый сигнальный вход У2 14, на второй сигнальный вход которого подается частота, полученная в СЧ2 11 под управлением ГПСП2 12. С помощью У2 14 и СЧ2 11 (на основании сигнала управления скоростью ППРЧ от БУ 6), скачки рабочей частоты устраняются, сигнал с помощью ПФ 15 переводится на постоянную несущую частоту, а затем демодулируется в блоке 16 (на основании сигнала управления скоростью ППРЧ от БУ 6) и депакетируется в блоке 17 (на основании сигнала управления размером пакета от БУ 6). Из блока 17 управляющая информация, содержащая параметры радиосвязи (скорость ППРЧ, размер пакета и разрешенное количество источников информации), поступает в БУ 6, который регулирует данные параметры соответственно в СЧ1 9 и модуляторе 3, в пакетаторе 2, в мультиплексоре 1.

На приемной стороне полезный сигнал с ППРЧ принимается АФБ2 20 с (М+1)-го входа. Затем усиливается в УПБ 13 и подается на первый сигнальный вход У2 14, на второй сигнальный вход которого подается частота, полученная в СЧ2 11 под управлением ГПСП2 12. С помощью У2 14 и СЧ2 11 (на основании сигнала управления скоростью ППРЧ от БУ 6) скачки рабочей частоты в сигнале устраняются, далее сигнал с помощью ПФ 15 переводится на постоянную несущую частоту, а затем демодулируется в блоке 16 (на основании сигнала управления скоростью ППРЧ от БУ 6) и депакетируется в блоке 17 (на основании сигнала управления размером пакета от БУ 6). Полученный пакет информации через блок 18 (на основании сигнала управления количеством источников информации от БУ 6) поступает М источникам информации.

Кроме того, сигнал с демодулятора 16 поступает в АКС 7, где проводится анализ качества канала связи на предмет определения характеристик естественных и преднамеренных помех. Полученные характеристики подаются в БУ 6, где на основании их рассчитываются параметры радиосвязи: скорость ППРЧ, размер пакета и разрешенное количество источников информации, которые поступают соответственно в СЧ2 11 и демодулятор 16, в депакетатор 17, в демультиплексор 18. Полученные параметры радиосвязи поступают в блок 2, где на их основе формируются пакеты с управляющей информацией, которые модулируются блоком 3 с помощью ГЧ 8, и с помощью У1 4 и СЧ1 9 (на основании сигнала управления скоростью ППРЧ от БУ 6), управляемого ГПСП1 10 (управляющего перестройкой рабочей частоты) передаются на приемный конец радиолинии через (М+2)-й выход.

ГТИ 8 подает на блоки 1-4, 7-18 тактовые импульсы, определяющие начало каждой микрооперации, и синхронизирует работу устройства в целом.

Реализация блоков данного устройства может быть осуществлена с помощью цифровых устройств, известных из технической литературы.

Таким образом, устройство для реализации предлагаемого способа передачи данных в радиолинии с ППРЧ позволяет обеспечить значительное увеличение достоверности приема информации в условиях воздействия преднамеренных помех.

АКС 7 может быть реализован, например, как BER-тестер, описанный в главе 8 источника [7]. УПБ 13 может быть реализован как процессоры семейства DSP56800 фирмы Motorola [8, стр.1-11, глава 5]. БУ 6 может быть реализован как микропроцессорное устройство [8], [9], [10].

Источники информации

1. Заявка РФ на изобретение №2001112415 "Способ доступа для системы связи со скачкообразным изменением частоты", Хартсен Я., 2003 г.

2. Заявка РФ на изобретение №2005128500 "Использование псевдослучайной последовательности частот для снижения помех от пикосетей в многополосной сети ультраширокополосной связи", Бирру Д., Беннетт Дж., 2006 г.

3. Патент РФ на изобретение №2324287 "Способ обеспечения технической готовности радиолиний с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты", 2006, Гречишников Е.В., Иванов В.А., Поминчук О.В., Белов А.С.

4. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений: Справочник/Коржик В.И., Финк Л.М., Щелкунов К.Н.: Под ред. Л.М.Финка. - М.: Радио и связь, 1981 г.

5. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М., Высшая школа, 2003 г.

6. Козленко Н.И., Мокроусов А.Н. Повышение помехоустойчивости приема путем адаптации параметров системы радиосвязи, "Теория и техника специальной радиосвязи", научно-технический сборник, Воронеж, 2003 г., вып.3.

7. С.Н.Сухман, А.В.Бернов, Б.В.Шевкопляс. Синхронизация в телекоммуникационных системах. Анализ инженерных решений. М.: Эко-Трендз, 2003.

8. Техническое обеспечение цифровой обработки сигналов. Справочник. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д., Иванова В.Е., Матвиенко Н.И., Усов Д.Ю. - СПб.: "Форт", 2000.

9. Коффрон Дж. Технические средства микропроцессорных систем: Практический курс. Пер. с англ. - М.: Мир, 1983.

10. А.В.Евстифеев. Микроконтроллеры AVP семейств Tiny и Mega фирмы "ATMEL". - ^~М.: Издательский дом "Додэка-XXI”, 2004.

1. Способ передачи данных в радиолинии с динамически изменяемой псевдослучайной перестройкой рабочей частоты, содержащий этапы, на которых (А) подготавливают радиолинию к радиообмену, используя выработку каждым генератором псевдослучайных последовательностей на приемном и передающем концах радиолинии своего псевдослучайного числа, отличного от псевдослучайных чисел, вырабатываемых другими генераторами псевдослучайных последовательностей; (Б) организовывают канал связи между передающим и приемным концами радиолинии путем синхронизации генераторов псевдослучайных последовательностей на приемном и передающем концах радиолинии; (В) передают информацию между передающим и приемным концами радиолинии, динамически изменяя скорость псевдослучайной перестройки рабочей частоты; (Г) оканчивают радиообмен, рассинхронизируя генераторы псевдослучайных последовательностей на приемном и передающем концах радиолинии.

2. Способ по п.1, по которому на этапе (А) после включения радиосредства на приемном и передающем концах радиолинии на основе имеющихся априорных характеристик радиосредств определяют время, затрачиваемое аппаратурой на перестройку частоты Т_n, и время рассинхронизации частот на приеме и передаче Т_р.

3. Способ по п.2, по которому определенные значения Т_n и Т_р используют для расчета количества бит, затрачиваемых на перестройку частоты y=[V·T_n], и количества бит, затрачиваемых на рассинхронизацию частот на приеме и передаче z=[V·T_p].

4. Способ по п.1, по которому на этапе (А) все генераторы псевдослучайных чисел, имеющиеся в радиосредстве, вырабатывают свое псевдослучайное число, которое является первым псевдослучайным числом для данного генератора.

5. Способ по п.1, по которому до этапа (Б) все радиосредства, составляющие радиолинию, переходят в дежурный режим, который заключается в готовности, или к приему данных от другого радиосредства (приемный конец радиолинии), или к передаче данных другому радиосредству (передающий конец радиолинии).

6. Способ по п.1, по которому на этапе (Б) на передающем конце подают данные для передачи от максимально возможного количества М источников информации с информационными скоростями C₁,…, С_М Бит/с соответственно, информацию от М источников информации объединяют в одну последовательность с временным разделением М каналов, из которой формируют блоки длиной d бит, где d удовлетворяет системе неравенств

где d₁ - предполагаемая длина блока с учетом скорости передачи V;
d₂ - предполагаемая длина блока с учетом скорости передачи С;
γ∈[γ₁,…, γ_N] - минимальная из N априорно известных на приеме и передаче скоростей перестройки частоты;
далее формируют пакет данных, содержащий информацию о первом псевдослучайном числе, выработанном ранее первым генератором псевдослучайных чисел передающего конца; формируют пакеты данных размером y+d+z бит каждый, причем у и z добавляют соответственно в начало и конец блока, далее каждый сформированный пакет данных модулируют (например, угловой или кодовой модуляцией), несущую частоту модулированных пакетов изменяют в соответствии с псевдослучайным числом, выработанным ранее, модулированные пакеты данных излучают на приемный конец радиолинии.

7. Способ по п.1, по которому на этапе (Б) на приемном конце принимают с передающего конца радиосигнал, содержащий пакеты данных, одновременно на всех возможных несущих частотах; далее принятый сигнал усиливают, и в нем устраняют псевдослучайные скачки несущей частоты, усиленный сигнал преобразовывают на постоянную несущую частоту, преобразованный сигнал демодулируют (например, в соответствии с законом угловой или кодовой модуляции), демодулированные пакеты депакетируют; депакетированный сигнал, за исключением пакета, содержащего информацию о первом псевдослучайном числе, выработанном первым генератором псевдослучайных чисел передающего конца, используют для контроля наличия естественных шумовых и преднамеренных следящих по частоте помех на принятой частоте, при контроле помех определяют три параметра: время запаздывания следящей помехи Т_з, отношение сигнал/шум на интервале запаздывания η и отношение сигнал/шум на интервале действия следящей помехи η·φ; на основании полученных трех параметров рассчитывают число N (по числу априорно известных скоростей перестройки γ∈[γ1,…, γ_N]) средних вероятностей ошибки на бит [р_ср1,…, p_cpN], каждое из которых определяют р_ср=f(Т_з, η, φ, у, z, γ, Алг), где f(…) - функция, которую определяют в зависимости от алгоритма Алг формирования сигнала и условия его распространения, на основании рассчитанных средних вероятностей ошибки на бит [р_ср1,…, р_срN] вычисляют оптимальное значение скорости перестройки частоты у, то есть такую минимальную скорость перестройки частоты, для которой выполняется неравенство
p_ср≥p_мин,
где р_мин - минимально допустимая величина ошибки на бит, определяют информационную производительность радиосредства R:
R=d·γ,
рассчитывают оптимальное значение L источников информации на передаче, то есть такое число источников, для которого выполняется неравенство

далее формируют управляющую информацию передающей стороне радиолинии, в которой заложена информация об оптимальных значениях γ и L, а также о значении псевдослучайного числа, выработанного первым генератором псевдослучайных чисел на приемном конце, формируют пакеты информации, к которым добавляют полученную ранее управляющую информацию, каждый пакет данных модулируют (например, угловой или кодовой модуляцией), несущую частоту модулированного пакета изменяют по псевдослучайному закону в соответствии с первым псевдослучайным числом, выработанным ранее первым генератором псевдослучайных чисел приемного конца, модулированные пакеты данных излучают на передающий конец радиолинии; скорость перестройки частоты радиосредства, находящегося на приемном конце радиолинии, меняют с текущей (той, на которой принимался последний пакет) на рассчитанную оптимальную скорость перестройки частоты; на основании принятой от передающего конца информации о значении первого псевдослучайного числа вырабатывают следующее псевдослучайное число с помощью второго генератора псевдослучайных чисел приемного конца.

8. Способ по п.1, по которому на этапе (Б) на передающем конце принимают переданный с приемного конца управляющий радиосигнал одновременно на всех возможных несущих частотах; принятый сигнал усиливают, и в нем устраняют псевдослучайные скачки несущей частоты;
усиленный сигнал преобразовывают на постоянную несущую частоту, преобразованный сигнал демодулируют (например, в соответствии с законом угловой или кодовой модуляции), демодулированные пакеты депакетируют, из полученного депакетированного сигнала выделяют управляющую информацию, на основании которой осуществляют выработку вторым генератором псевдослучайных чисел передающего конца следующего псевдослучайного числа.

9. Способ по п.1, по которому на этапе (В) на передающем конце осуществляют выработку первым генератором псевдослучайных чисел следующего псевдослучайного числа на основании предыдущего псевдослучайного числа, выработанного для передачи предыдущих пакетов информации, на основании принятой управляющей информации определяют значение скорости текущей скорости перестройки частоты γ∈[γ₁,…, γ_N], определенной на приемной стороне, на основании принятой управляющей информации определяют количество источников информации для передачи данных L∈[1,…, М], подают данные для передачи от L источников информации с информационными скоростями C₁,…, C_L Бит/с соответственно, информацию от L источников объединяют в одну последовательность с временным разделением L каналов, из полученной последовательности формируют блоки длиной х бит, где х удовлетворяет системе неравенств:

где x₁ - предполагаемая длина блока с учетом скорости передачи V;
x₂ - предполагаемая длина блока с учетом скорости передачи С; далее формируют пакеты данных размером y+x+z бит каждый, причем у и z добавляют соответственно в начало и конец блока; далее каждый полученный пакет данных модулируют (например, угловой или кодовой модуляцией), несущую частоту модулированного пакета изменяют по псевдослучайному закону в соответствии с последним псевдослучайным числом, выработанным ранее первым генератором псевдослучайных чисел, модулированные пакеты данных излучают на приемный конец радиолинии.

10. Способ по п.1, по которому на этапе (В) на приемном конце радиосигнал, содержащий пакеты данных, принимают с передающего конца на частоте, номер которой соответствует последнему псевдослучайному числу, выработанному вторым генератором псевдослучайных чисел приемного конца и равному последнему псевдослучайному числу, выработанному первым генератором псевдослучайных чисел передающего конца, принятый сигнал усиливают, и в нем устраняют псевдослучайные скачки несущей частоты, усиленный сигнал преобразуют на постоянную несущую частоту, преобразованный сигнал демодулируют (например, в соответствии с законом угловой или кодовой модуляции), демодулированные пакеты депакетируют, депакетированный сигнал разделяют для использования L∈[1,…, М] приемниками информации.

11. Способ по п.10, по которому депакетированный сигнал, кроме того, используют для контроля наличия естественных шумовых и преднамеренных следящих по частоте помех на принятой частоте, при котором определяют три параметра: время запаздывания следящей помехи Т_з, отношение сигнал/шум на интервале запаздывания η и отношение сигнал/шум на интервале действия следящей помехи η·φ; на основании полученных трех параметров рассчитывают число N (по числу априорно известных скоростей перестройки γ∈[γ₁,..., γ_N]) средних вероятностей ошибки на бит, каждое из которых определяют:
p_ср=f{Т_з, η, φ, у, z, γ, Алг),
где f(…) - функция, которую определяют в зависимости от алгоритма Алг формирования сигнала и условия его распространения;
на основании рассчитанных [р_ср1,…, р_срN] вычисляют оптимальное
значение скорости перестройки частоты γ, то есть такую минимальную скорость перестройки частоты, для которой выполняется неравенство
p_ср≥p_мин,
где р_мин - минимально допустимая величина ошибки на бит.

12. Способ по п.1, по которому на этапе (В) определяют информационную производительность радиосредства R:
R=x·γ;
рассчитывают оптимальное значение L источников информации на передаче, то есть такое число источников, для которого выполняется неравенство:

формируют управляющую информацию передающей стороне радиолинии, в которой заложена информация об оптимальных значениях γ и L; далее формируют пакеты информации, к которым добавляют сформированную выше управляющую информацию, каждый пакет данных модулируют (например, угловой или кодовой модуляцией); с помощью первого генератора псевдослучайных чисел приемного конца вырабатывают следующее псевдослучайное число (на основании предыдущего псевдослучайного числа), с помощью второго генератора псевдослучайных чисел приемного конца вырабатывают следующее псевдослучайное число (на основании предыдущего псевдослучайного числа), несущую частоту модулированного пакета изменяют по псевдослучайному закону в соответствии с псевдослучайным числом, выработанным ранее первым генератором псевдослучайных чисел приемного конца; модулированные пакеты данных излучают на передающий конец радиолинии.

13. Способ по п.11, по которому скорость перестройки частоты в радиосредстве, находящемся на приемном конце радиолинии, меняют с текущей (той, на которой принимался последний пакет) на рассчитанную оптимальную.

14. Способ по п.1, по которому на этапе (В) на передающем конце принимают управляющий сигнал с приемного конца на частоте, номер которой соответствуют псевдослучайному числу, выработанному вторым генератором псевдослучайных чисел передающего конца и равному псевдослучайному числу, выработанному первым генератором псевдослучайных чисел приемного конца, принятый сигнал усиливают, и в нем устраняют псевдослучайные скачки несущей частоты, усиленный сигнал преобразовывают на постоянную несущую частоту, преобразованный сигнал демодулируют (например, в соответствии с законом угловой или кодовой модуляции), демодулированные пакеты депакетируют, из полученного депакетированного сигнала выделяют управляющую информацию, с помощью второго генератора псевдослучайных чисел передающего конца вырабатывают следующее псевдослучайное число (на основании предыдущего псевдослучайного числа).

15. Способ по п.1, по которому в дальнейшем при поступлении информации на вход передающего устройства приемного конца работа радиолинии соответствует этапу (В).

16. Способ по п.1, по которому на этапе (Г) после окончания передачи или приема информации радиосредства, образующие передающий и приемный концы радиолинии, переводят в дежурный режим, который заключается в готовности или к приему данных от другого радиосредства (приемный конец радиолинии), или к передаче данных другому радиосредству (передающий конец радиолинии).