Способ беспроводной передачи и приёма данных

Изобретение относится к технике связи. Технический результат заключается в повышении пропускной способности многоантенных систем и расширении их технологических ресурсов как технологии пространственного кодирования информации за счет формирования мультиполяризованного потока данных. Способ беспроводной передачи и приема данных, заключается в передаче потока данных от передающего устройства к приемному устройству при помощи антенных блоков, состоящих каждый из множества N антенн, взаимно ориентированных в пространстве, с использованием заданной матрицы управления передачи и приема данных. Сигналы с передающего устройства поступают на логическое устройство, снабжаются им определенным кодирующим признаком, соответствующим номеру антенны N, и далее поступают на электронный коммутатор, который в соответствии с назначенными кодами последовательно распределяет сигналы по каждой из N антенн антенного блока передающего устройства, при этом каждую из N антенн располагают в вертикальной плоскости, нормальной к направлению излучения таким образом, что в каждой поляризационной плоскости размещают по две антенны, причем рядом расположенные антенны ориентируют под углом α между их продольными осями с возможностью передачи и приема данных за счет формирования множества каналов связи с различной поляризацией радиосигнала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для повышения устойчивости радиообмена между стационарными или подвижными радиотехническими объектами.

Известен способ передачи кода коррекции в системе беспроводной связи, согласно которому базовая станция формирует последовательность кода коррекции для каждой из множества антенн и передает последовательность кода коррекции на абонентское оборудование для каждой антенны. Местоположение поднесущей частоты, на которую отображается каждая последовательность кода коррекции, определяется на основании фактора повторного использования частоты [см. патент РФ №2487477, МПК Н04В 7/06, опубл. 2013 г.].

Недостатком способа является то, что радиообмен происходит с применением радиоволн единой (вертикальной) поляризации.

Известен также способ применения многоантенных систем, принятый в качестве прототипа, когда станция передатчика принимает канальную информацию для, по меньшей мере, одной поднесущей, которая является подмножеством множества поднесущих, используемых для передачи данных. Станция передатчика получает, по меньшей мере, одну матрицу управления передачей для, по меньшей мере, одной поднесущей из канальной информации и определяет матрицу управления передачей для каждой из множества поднесущих. Станция передатчика выполняет управление передачей или управление положением диаграммы направленности для каждой из множества поднесущих с помощью матрицы управления передачей для такой поднесущей [см. патент РФ №2404511 МПК Н04В 7/06, опубл. 2010 г.].

Недостатком способа также является то, что радиообмен происходит с применением антенн единой (вертикальной) поляризации, которая, как известно, используется большинством радиопередатчиков, что создает трудности при радиочастотном планировании.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении пропускной способности многоантенных систем, расширении их технологических ресурсов как технологии пространственного кодирования информации за счет формирования мультиполяризованного потока данных и сэкономить частотный ресурс.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в способе беспроводной передачи и приема данных, заключающемся в передаче потока данных, от передающего устройства к приемному устройству при помощи антенных блоков, состоящих каждый из множества N антенн, взаимно ориентированных в пространстве, с использованием заданной матрицы управления передачи и приема данных, согласно изобретению данные с передающего устройства последовательно согласно матрице управления передачей данных подают на каждую из N антенн антенного блока передающего устройства, при этом каждую из N антенн располагают в вертикальной плоскости, нормальной к направлению излучения, причем рядом расположенные антенны ориентируют под углом α между их продольными осями с возможностью передачи и приема данных за счет формирования множества каналов связи с различной поляризацией радиосигнала.

На решение поставленной задачи направлено также то, что угол α между продольными осями антенн рассчитывают по формуле α=360°/ N.

Решение поставленной технической задачи становится возможны благодаря тому, что антенные устройства передающего и приемного устройств выполнены в виде многоантенной конструкции, продольные оси которых расположены радиально в одной плоскости и под заданными углами друг к другу. Это позволяет различные фрагменты сигнала излучать при помощи радиоволн, имеющих различную поляризацию. В общем случае углы между антеннами могут быть различными.

Способ поясняется приведенной на чертеже фиг. 1 схемой, где представлены радиотехнические передающее и приемное устройства 1 и 2, соответственно, логические устройства 3 и 4 электронные коммутаторы 5 и 6 и множество антенн 7 в каждом из антенных блоков передающего и приемного устройств 1 и 2, соответственно.

На схеме приведены следующие буквенные обозначения: РТУ₁ и РТУ₂ -передающее и приемное радиотехнические устройства, ЛУ₁ и ЛУ₂ - логические устройства и К1 и К2 - коммутаторы, соответствующие передающему и приемному радиотехническим устройствам РТУ1 и РТУ2, а также в качестве примера показан случай использования антенн числом N=8 при равномерном их распределении по окружности, когда угол α между их продольным осями составляет α=45°.

На чертеже двухсторонней стрелкой обозначена двухсторонняя связь между радиотехническими устройствами и их составляющими.

Способ беспроводной передачи и приема данных предполагает двухсторонний радиообмен и заключается в передаче потока данных от передающего устройства РТУ1 к приемному РТУ2 при помощи антенных блоков, каждый из которых состоит из множества антенн, числом N. Передачу и прием данных осуществляют при помощи радиосигналов с использованием матрицы управления, одинаковой для приема и передачи, задаваемой логическими устройствами ЛУ1 и ЛУ2.

При этом данные с передающего устройства РТУ1 согласно матрице управления передачи данных подают последовательно на каждую из N антенн антенного блока передающего устройства РТУ1, используя коммутатор К1.

Для этого каждую из N антенн передающего и приемного устройств РТУ1 и РТУ2 ориентируют в пространстве, располагая в вертикальной плоскости, нормальной к направлению излучения, обеспечивая возможность передачи и приема радиосигналов за счет формирования каналов связи с различной поляризацией радиоволн, причем рядом расположенные антенны ориентируют под углом α между их продольными осями.

При ориентации N антенн в каждом из антенных блоков передающего и приемного устройств РТУ1 и РТУ2 в частном случае угол α между продольными осями антенн рассчитывают по формуле α=360°/ N.

Поскольку предполагается двухсторонний равноправный радиообмен, количество N антенн 7 в антенных устройствах передающего и приемного устройств 1 и 2 должно совпадать. Перед началом сеанса радиообмена для передающего и приемного устройств 1 и 2 устанавливается единый сценарий (матрица управления) радиообмена, т.е. последовательность антенн 7 (их номеров), через которые излучающая антенная система передающего устройства 1 будет излучать тот или иной фрагмент потока данных. Подобный подход к назначению схемы радиообмена (только в частотной области) известен и используется, в частности, в технологии FHSS (пример ее применения - технология Bluetooth). Это позволяет повысить отношение сигнал/шум на входе приемного устройства 2.

Сигналы с индивидуальной поляризацией, распространившись в пространстве, попадают на антенный блок приемного устройства 2, где с помощью заданного математического алгоритма обрабатываются с целью идентификации сигнала и выстраиваются в последовательность импульсов в строгом соответствии с порядком их излучения передающим устройством 1.

Сигналы с передающего устройства 1, поступая на логическое устройство 3, снабжаются последним определенным кодирующим признаком (кодом), соответствующим номеру антенны 7 - "N₁", через которую в дальнейшем данный конкретный сигнал излучается в пространство. С выхода логического устройства 3 сигналы, снабженные кодами, поступают на электронный коммутатор 5, который в соответствии с назначенными кодами (а следовательно, номерами антенн) последовательно распределяет сигналы по каждой из N антенн 7 передающего устройства 1.

Поскольку антенны 7, располагаясь в одной плоскости, находятся по отношению друг к другу под определенным углом α, поляризации излучаемых ими радиоволн также будут отличаться друг от друга, а именно, на этот угол α. В частном случае при α=360°/ N, т.е. при равномерном распределении антенн 7, система радиообмена по предлагаемому способу становится более устойчивой к случайным изменениям взаимного положения блоков антенн 7 передающего и приемного устройств 1 и 2.

Распространившись в пространстве, радиоволны попадают на антенны 7 приемного устройства 2 - абонента. Коммутатор 6, работа которого синхронизирована с работой коммутатора 5, последовательно "опрашивает" антенны 7, направляя сигналы на логическое устройство 4 приемного устройства 2. Последний, используя коды принятых сигналов, восстанавливает исходную последовательность передаваемых данных и передает их для дальнейшего использования.

Предлагаемый способ представляет собой разновидность метода пространственного кодирования сигналов (пример - технология MIMO). Известно, что передачи информации при помощи радиоволн необходимо промодулировать один из 3-х (или несколько одновременно) основных параметров электромагнитной волны: амплитуду, частоту или фазу. Известно также, что электромагнитные волны (ЭМВ) характеризуются еще одним параметром - поляризацией и могут отличаться друг от друга углом поляризации. Большинство современных радиоустройств работают с использованием вертикальной поляризации волны, некоторые из них - горизонтальной (пример - эфирные телевизионные системы), некоторые - круговой (пример - космическая связь). Данные технологии широко применяются в современной радиотехнике. Применение того или иного вида поляризации диктуется условиями распространения радиоволн и технологическими особенностями той или иной радиотехнической системы. Вместе с тем, независимо от поляризации все современные радиотехнические системы для передачи информации используют один из названных видов модуляции - амплитудную, частотную или фазовую.

Предлагаемый способ позволяет использовать 4-й параметр электромагнитной волны, а именно - поляризацию - и именно как информативный параметр. Способ позволяет, кроме того, выбрать (в зависимости от состояния радиоканала) наиболее предпочтительную в данных условиях поляризацию излучения радиоволн. Способов, использующих поляризацию ЭМВ в качестве кодирующего признака, а также оптимизирующие угол поляризации радиоволн в зависимости от условий радиообмена, в настоящее время неизвестно. Применение предлагаемого способа позволяет использовать подобные системы совместно с известными узкополосными и широкополосными системами одновременно. Радиообмен при этом может происходить в одном и том же частотном диапазоне, "поверх" существующих систем, что позволяет существенно экономить частотный ресурс - один из важнейших ресурсов радиосистем, расширяя тем самым возможности радиосвязи, существенно снижая стоимость трафика.

В отличие от известных способов передачи и приема радиосигналов и извлечения информации в информационной системе в предложенном способе радиообмен может осуществляться одновременно с другими радиоустройствами, работающими в том же диапазоне частот, расширяя тем самым технологический ресурс многоантенной системы, не создавая при этом практически им помех. Это дает возможность повысить эффективность использования частотного ресурса радиоканала за счет повышения пропускной способности многоантенной системы, а также повысить помехоустойчивость радиотехнических комплексов, повысить качество принимаемого сигнала в каналах радиосвязи.

В целом способ представляет собой разновидность метода пространственного кодирования сигнала, позволяющий увеличить пропускную способность радиоканала для многоантенных систем, расширить их функциональные возможности и повысить их надежность.

Таким образом, изобретение позволяет повысить пропускную способность многоантенных систем, расширить их технологический ресурс, как технологии пространственного кодирования информации за счет формирования мультиполяризованного потока данных, позволяет экономить частотный ресурс радиотехнических систем.

1. Способ беспроводной передачи и приема данных, заключающийся в передаче потока данных от передающего устройства к приемному устройству при помощи антенных блоков, состоящих каждый из множества N антенн, взаимно ориентированных в пространстве, с использованием заданной матрицы управления передачи и приема данных, отличающийся тем, что сигналы с передающего устройства поступают на логическое устройство, снабжаются им определенным кодирующим признаком, соответствующим номеру антенны N, и далее поступают на электронный коммутатор, который в соответствии с назначенными кодами последовательно распределяет сигналы по каждой из N антенн антенного блока передающего устройства, при этом каждую из N антенн располагают в вертикальной плоскости, нормальной к направлению излучения таким образом, что в каждой поляризационной плоскости размещают по две антенны, причем рядом расположенные антенны ориентируют под углом α между их продольными осями с возможностью передачи и приема данных за счет формирования множества каналов связи с различной поляризацией радиосигнала.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что угол α между продольными осями антенн рассчитывают по формуле α=360/ N.