Спосіб забезпечення зв’язку між двома радіорелейними станціями

Реферат: Спосіб забезпечення зв'язку між двома радіорелейними станціями радіорелейної лінії зв'язку прямої видимості, який полягає в тому, що в радіорелейних станціях випромінюють сигнал з часовим ущільненням каналів у напрямку сусідньої радіорелейної станції і приймають сигнал від останньої на тій самій частоті не безперервно, а з поділом у часі. В радіорелейні станції додатково вводять просторову обробку сигналів на передачу і прийом по кривизні хвильового фронту радіосигналу шляхом оснащення кожної радіорелейної станції лінійною розрідженою антенною решіткою, передавальні та приймальні тракти якої в свою чергу підключаються до відповідних діаграмоутворюючих схем, які за заданими алгоритмами формують N1 ідентичних просторових каналів передачі-прийому з однаковою несучою частотою та часовим дуплексом, сигнали кожного з яких мають різну кривизну хвильового фронту, яка і є основною ознакою, по якій відбувається селекція сигналу того чи іншого просторового каналу, але за умови, що відстань між цими радіорелейними станціями задовольняє умові їхнього розташування в зоні Френеля відповідних розріджених антенних решіток. UA 104241 U (12) UA 104241 U UA 104241 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до радіотехніки, а саме до способів зв'язку між нерухомими об'єктами. Відомий спосіб забезпечення дуплексного зв'язку між двома суміжними радіорелейними станціями (РРС) радіорелейної лінії зв'язку прямої видимості, наприклад кінцевою РРС і вузловою РРС або між кінцевою РРС і проміжною РРС, або між двома вузловими чи проміжними РРС, який полягає в тому, що кожна з них неперервно випромінює в заданій смузі частот на заданому виді поляризації електромагнітної хвилі (ЕМХ) в напрямку одна до одної радіосигнал надвисокої частоти, в тому числі з часовим ущільненням абонентських каналів, причому несучі частоти цих випромінюваних сигналів істотно і обов'язково відрізняються, а також кожна з них неперервно приймає радіосигнал, який випромінює сусідня РРС, і послаблює при прийомі радіосигнал, який випромінює власний передавач, і сигнали, що випромінюються іншими не суміжними з нею РРС [1, 2, 3]. Відомий спосіб має наступні недоліки: необхідність використання двох несучих частот; необхідність значного рознесення цих несучих частот, що становить кілька сотень і навіть тисячі МГц, що знижує кількість радіостволів у виділеному діапазоні частот. Найбільш близьким за технічною суттю та технічним результатом, що досягається, є спосіб, який вибраний як прототип [4]. Суть цього способу полягає в тому, що в одноствольній дуплексній радіорелейній лінії зв'язку перша РРС випромінює радіосигнал з часовим ущільненням абонентських каналів у напрямку другої РРС і приймає радіосигнал від останньої на тій же самій частоті, в тій же самій смузі радіочастот не безперервно, а з поділом у часі, тобто як метод множинного доступу до частотного ресурсу ствола радіорелейної лінії зв'язку для передачі абонентських сигналів з часовим ущільненням (наприклад, цифрових потоків по 64 кбіт/сек від апаратури ущільнення ІКМ-30/32) використовується не частотний, а часовий дуплекс. Крім цього, під час випромінювання прийом на даній РРС припиняють (блокують за допомогою пристрою захисту приймача) і здійснюють його після припинення випромінювання сигналу, що передається. Для реалізації такого поперемінного чергування передачі і прийому на обох сусідніх РРС відразу забезпечують часовий зсув між початком періоду дискретизації сигналу, що випромінюється, і початком періоду дискретизації сигналу, що приймається, який кратний тривалості канального інтервалу. Основним недоліком наведеного вище прототипу одноствольної радіорелейної лінії зв'язку з часовим дуплексом є недостатня продуктивність її ствола через швидко зростаючі обсяги інформації, що передається, особливо для РРС, призначених для роботи у великих містах. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу для забезпечення зв'язку між двома РРС для підвищення продуктивності роботи системи радіорелейного зв'язку з часовим дуплексом шляхом забезпечення багатократного використання (перевикористання) радіочастотного ресурсу ствола радіорелейної лінії зв'язку. Основний метод вирішення вказаної задачі полягає в переході від використання в радіорелейній лінії зв'язку з одним стволом часового дуплексу до використання в ній просторово-часового дуплексу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі забезпечення зв'язку між двома РРС на базі часового дуплексу в РРС додатково вводять просторову обробку сигналів на передачу і прийом по кривизні хвильового фронту радіосигналу шляхом оснащення кожної РРС лінійною розрідженою антенною решіткою (РАР). Передавальні та приймальні тракти РАР РРС в свою чергу підключаються до відповідних діаграмоутворюючих схем (ДУС), які за заданими алгоритмами формують N  1 ідентичних просторових каналів передачі-прийому (просторових стволів) з однаковою несучою частотою та часовим дуплексом, сигнали кожного з яких мають різну кривизну хвильового фронту, яка і є основною ознакою, по якій відбувається селекція сигналу того чи іншого просторового каналу, але за умови, що відстань між цими РРС задовольняє умові їхнього розташування в зоні Френеля відповідних РАР. Таким чином, запропонований спосіб забезпечення зв'язку між двома РРС відрізняється наявністю нових операцій. У зв'язку з цим запропонований спосіб забезпечення зв'язку між двома РРС відповідає такому критерію корисної моделі як "новизна". Заявлена корисна модель є промислово придатною, оскільки вона може бути використана в галузі зв'язку для підвищення продуктивності роботи систем радіорелейного зв'язку. На фіг. 1 показані зони по кривизні фронту ЕМХ, в яких може працювати будь-який радіопристрій, в тому числі і РРС при припущенні, що його антени є точковими джерелами. На фіг. 2 наведено пояснення до принципу фокусування енергії ЕМХ з метою формування сферичного (плоского) хвильового фронту для сигналів передавача каналу 1 (2) джерела радіовипромінювання (ДРВ) № 1 (№ 2) з використанням принципу Гюйгенса-Френеля. 1 UA 104241 U 5 10 15 20 25 30 35 На фіг. 3 приведена схема одноінтервальної радіорелейної лінії зв'язку з просторовим дуплексом, РРС якої оснащені РАР з ДУС, що формують різну кривизну хвильових фронтів для радіосигналів, що одночасно (паралельно) передаються/приймаються на одній й тій самій несучій частоті f1. На фіг. 4-9 представлені графіки амплітудного і фазового розподілів ЕМХ в залежності від координати точки х неперервного лінійного розкриву РАР приймальної РРС за умови, що відстань між антенними елементами РАР передавальної РРС становить LПРД=5м (суцільна крива), LПРД =10м (штрихова крива), LПРД=15м (штрих-пунктирна крива), а відстань між РРС рівна: для фіг. 4,5-d=5км, для фіг. 6,7-d=10км, для фіг. 8,9-d=20км. На фіг. 10 представлені графіки залежності відношення сигнал/(завада+шум) (ВСЗШ) залежно від розміру бази х приймальної РРС при Lпрд=15м для різних відстаней d між передавальною і приймальною РРС: крива 1 для d=5км; крива 2 для d=10км; крива 3 для d=20км. За відсутності кривизни фронту ЕМХ кожен з каналів передачі і прийому РРС (на фіг. 1 дальня зона) може працювати автономно як один дуплексний ствол або як два симплексні ствола, а саме: РРС випромінюють сигнал з часовим ущільненням каналів у напрямку сусідньої РРС і приймають сигнал від останньої на тій же частоті не безперервно, а з поділом у часі, при цьому під час випромінювання прийом на даній РРС припиняють (блокують) і здійснюють його після припинення випромінювання сигналу, що передається, для чого відразу забезпечують часовий зсув між початком періоду дискретизації сигналу, що випромінюється, і початком періоду дискретизації сигналу, що приймається, який кратний тривалості канального інтервалу. При наявності кривизни фронту ЕМХ, тобто при роботі РРС в зоні Френеля (фіг. 1) РАР кореспондуючої РРС, з'являється можливість ввести просторову обробку по кривизні хвильового фронту радіосигналу і збільшити продуктивність РРС при одночасній паралельній роботі декількох просторових каналів з часовим дуплексом в одній і тій же смузі частот (на одній й тій самій несучій частоті) ствола. Це досягається за рахунок використання або вже наявних відмінностей у кривизні хвильових фронтів ЕМХ, що випромінюються РАР РРС або шляхом штучного створення за допомогою ДУС потрібної кривизни хвильового фронту радіосигналу в просторовому каналу передачі, наприклад, такої, щоб на розкриві РАР приймальної РРС від першого радіопередавача першої РРС формувався плоский фронт хвилі, а від другого передавача першої РРС - сферичний або еліптичний або інший за формою хвильовий фронт. Рішення про введення режиму просторової обробки приймається оператором(ми) в залежності від умов використання РРС. Головною умовою введення такої просторової обробки є виявлення самого факту фізичної можливості штучного формування кривизни фронту ЕМХ, який визначається співвідношенням між довжиною d інтервалу радіорелейної лінії зв'язку та границями ближньої та дальньої зони РАР РРС: DБЗ  d  D ДЗ , (1) 40 де DБЗ  0.62 L3 /  і DДЗ  2L2 /  - границі ближньої та дальньої зон для РАР РРС pl pl 45 (фіг. 1), причому Lpl  (M  1)L1  D A - довжина розкриву РАР, D A - діаметр антени, M - число антен в РАР,  - довжина хвилі, L 1 - міжелементна відстань, d - відстань між РРС, що кореспондують. Як приклад наявності кривизни фронту ЕМХ на фіг. 4, 5 наведені графіки залежності амплітудного і фазового розподілів ЕМХ залежно від координати х - точки неперервного розкриву антенної системи приймальної сторони для частоти несучого коливання f 0=15ГГц, розміру приймальної апертури 12 м, відстані між передавальною і приймальною частинами РРС d=5км і діаметра передавальних антен 2a=Dпpd=1м. Відстань між РРС і частота вибрані для функціонуючих в умовах міста радіорелейних ліній. Характеристика спрямованості передавальних антен РАР розраховувалася за формулою: 50 F0пер ()  (1  сos) J1(2a sin  /  ) , 2 a sin  /  (2) де J1 - функція Бесселя, для трьох випадків: відстань між випромінюючими елементами Lnpd1=Lnpd2=5 м (суцільна крива), 10 м (штрихова), 15 м (штрих-пунктирна). При цьому границі 2 UA 104241 U 5 10 15 20 25 30 дальньої зони для цих міжелементних відстаней згідно з виразом (1) відповідно будуть рівні DДЗ=12,1 км; 44,1 км і 96,1 км. Аналогічні графіки отримані і для d=10км (фіг. 6,7), d=20км (фіг. 8, 9). Порівняльний аналіз цих графіків (фіг. 4-9) показує, що амплітудний і особливо фазовий розподіл ЕМХ, утворений на неперервному розкриві антенної системи приймальної частини за рахунок інтерференції синфазних когерентних сигналів від передавальних направлених антен РАР при зазначених відстанях в 5 км, 10 км і 20 км далекі від лінійних законів зміни. На підставі цього можна вважати, що фазовий фронт ЕМХ на даному розкриві відрізняється за формою від плаского і, отже, має кривизну. Зі збільшенням відстані d, осциляції амплітудного і фазового розподілів зменшуються і ці розподіли наближаються до лінійних, що еквівалентно тому, що хвильовий фронт немов би "випрямляється" і в процесі поширення хвилі наближається за формою до плаского. За даними моделювання залежності ВСЗШ від розміру бази х приймальної РРС для різних відстаней d між передавальною і приймальною сторонами (крива 1 для d=5км; крива 2 для d=10км; крива 3 для d=20км) (фіг. 10) можна вибрати оптимальний розмір бази приймальної РРС для необхідного ВСЗШ (наприклад, 25дБ для QAM-64), при якому забезпечується необхідна ймовірність помилки на виході демодулятора приймача. Таким чином, виходячи з аналізу умов поширення хвиль, відстаней між прольотами РРС і потоку інформації, що передається, оператор приймає рішення щодо необхідності введення операції просторової обробки та встановлення додаткового обладнання. Принципові відмінності запропонованого способу для забезпечення зв'язку між двома РРС полягають у можливості при наявності кривизни фронту ЕМХ істотного підвищення продуктивності систем цифрових РРС, що працюють на одній частоті (в одній й тій самій смузі частот) з рознесенням за часом процесів передачі та прийому. Джерела інформації: 1. Системы связи и радиорелейные линии. Учебник для электротехн. ин-тов связи. Под ред. Н. И. Калашникова. - М.: Связь, 1977. - 392 с, ил. 2. Немировский А.С., Рыжков Е.В. Системы связи и радиорелейные линии: Учебник для электротехн. ин-тов связи. - М.: Связь, 1980. - 432 с, ил. 3. Матье М. Радиорелейные системы передачи: Пер. с франц./ Под ред. В.В. Маркова. - М.: Радио и связь, 1982. - 280 с, ил. 4. Патент № 2124810 (Россия). Способ обеспечения связи между двумя радиорелейными станциями и система для его осуществления. М. кл. Н04В 7/14 //Петряев Г.В., Орлов В.И. БИ, 1999 г. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 Спосіб забезпечення зв'язку між двома радіорелейними станціями радіорелейної лінії зв'язку прямої видимості, який полягає в тому, що в радіорелейних станціях випромінюють сигнал з часовим ущільненням каналів у напрямку сусідньої радіорелейної станції і приймають сигнал від останньої на тій самій частоті не безперервно, а з поділом у часі, при цьому під час випромінювання прийом на даній радіорелейної станції припиняють (блокують) і здійснюють його після припинення випромінювання сигналу, що передається, для чого відразу забезпечують часовий зсув між початком періоду дискретизації сигналу, що випромінюється, і початком періоду дискретизації сигналу, що приймається, який кратний тривалості канального інтервалу, який відрізняється тим, що в радіорелейні станції додатково вводять просторову обробку сигналів на передачу і прийом по кривизні хвильового фронту радіосигналу шляхом оснащення кожної радіорелейної станції лінійною розрідженою антенною решіткою, передавальні та приймальні тракти якої в свою чергу підключаються до відповідних діаграмоутворюючих схем, які за заданими алгоритмами формують N1 ідентичних просторових каналів передачі-прийому з однаковою несучою частотою та часовим дуплексом, сигнали кожного з яких мають різну кривизну хвильового фронту, яка і є основною ознакою, по якій відбувається селекція сигналу того чи іншого просторового каналу, але за умови, що відстань між цими радіорелейними станціями задовольняє умові їхнього розташування в зоні Френеля відповідних розріджених антенних решіток. 3 UA 104241 U 4 UA 104241 U 5 UA 104241 U 6 UA 104241 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7