Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВХОЖДЕНИЯ В СВЯЗЬ И ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ АБОНЕНТСКОЙ И БАЗОВОЙ СТАНЦИЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к способам автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных, и может применяться в аппаратуре передачи данных для стационарных и подвижных объектов. К стационарным объектам относятся радиорелейные линии, аппаратура широкополосного радио доступа неподвижных объектов и т.д. К подвижным объектам относятся системы передачи данных и управления в звене стационарный объект - подвижный объект и подвижный объект - подвижный объект.

В современных системах радиосвязи во время работы базовой и абонентской станций передачи данных управление режимами аппаратуры передачи данных осуществляют с базовой станции.

Базовая и абонентская станции передачи данных работают на модуляциях BPSK, QPSK, QAM-16, QAM-64 (модуляции перечислены в порядке увеличения спектральной эффективности, увеличения пропускной способности и снижения помехоустойчивости).

Для перечисленных выше методов модуляции количество бит, передаваемых одним модуляционным символом, составляет: 1 для BPSK, 2 для QPSK, 4 для QAM16, 6 для QAM64.

При организации радиоканала передачи данных между базовой и абонентской станциями передачи данных возникают следующие проблемы:

- загруженность заданного частотного диапазона;

- воздействие преднамеренных и непреднамеренных помех;

- изменение параметров радиолинии при изменении погодных условий;

- изменение параметров радиолинии при изменении взаимного расположения подвижных объектов, на которых установлены станции;

- выполнение требований по электромагнитной совместимости (снижение радиозаметности в эфире).

Решением этих проблем может быть:

- автоматический поиск свободного от помех участка частотного диапазона;

- автоматический переход на запасную частоту при воздействии помех;

- автоматическое изменение скорости передачи данных при изменении параметров радиолинии;

- автоматическое изменение выходной мощности при изменении параметров радиолинии.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных, описанный в заявке US 2012/0039308 А1. Данный способ выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.

Недостатком способа прототипа является недостаточная эффективность осуществления автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных по причине отсутствия возможности измерения в процессе работы уровня входного сигнала (помеховой обстановки); выбора и изменения в процессе работы наилучшего участка частотного диапазона на обоих концах радиолинии; выбора и изменения в процессе работы оптимальной мощности передачи; выбора и изменения в процессе работы оптимального вида модуляции.

Техническим результатом изобретения является создание способа автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных с улучшенной эффективностью, с минимизированным вмешательством оператора при организации и мониторинге работы абонентской и базовой станций, за счет возможности измерения в процессе работы уровня входного сигнала (помеховой обстановки), выбора и изменения в процессе работы наилучшего участка частотного диапазона на обоих концах радиолинии, выбора и изменения в процессе работы оптимальной мощности передачи, выбора и изменения в процессе работы оптимального вида модуляции.

Поставленный технический результат достигнут путем создания способа автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных, в котором выполняют следующие операции

a) включают, с помощью абонентской и базовой станций, передатчики абонентской и базовой станций только на прием в режиме измерения входного сигнала (помеховой обстановки) на каждой рабочей частоте в заданном диапазоне рабочих частот F=(F1…Fi), где индекс i соответствует значению частоты, с заданным шагом N МГц перестройки рабочей частоты, и заданным временем Т секунд сканирования одной рабочей частоты;

b) определяют, с помощью абонентской станции, массив А=(A0…Ai) значений уровня приемника абонентской станции для каждой рабочей частоты из массива F=(F1…Fi);

c) определяют, с помощью базовой станции, массив В=(B0…Bi) значений уровня приемника базовой станции для каждой рабочей частоты из массива F=(F1…Fi);

d) осуществляют, с помощью абонентской и базовой станций, попытку их вхождения в связь друг с другом и перехода в режим передачи данных при заданной максимальной частоте F₀ из диапазона рабочих частот F, минимально возможной модуляции Mod_min сигнала станции, максимальной мощности P_max передачи станции, времени T_A работы абонентской станции на одной частоте, времени T_B работы базовой станции на одной частоте, при этом

e) в случае, если станции успешно вошли в связь друг с другом и перешли в режим передачи данных, тогда сравнивают, с помощью базовой станции, уровень S_b отношения сигнал/шум на базовой станции и, с помощью абонентской станции, уровень S_a отношения сигнал/шум на абонентской станции с уровнем S_x отношения сигнал/шум, необходимым для обеспечения связи на минимально возможной модуляции сигнала станции, причем, если S_b≥S_x и S_a≥S_x, тогда отправляют, с помощью абонентской станции, в базовую станцию массив А=(А0…Ai) значений уровня приемника абонентской станции, а если соотношение S_b≥S_x и S_a≥S_x не выполняется, тогда изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, рабочую частоту F_x по формуле, F_x=F_x-i, где i - шаг изменения частоты в МГц;

f) формируют, с помощью базовой станции, массив Р=(P₀…P_i) мощностей выходного сигнала на основе массива В=(B0…Bi) значений уровня приемника базовой станции и полученного массива значений уровня приемника абонентской станции А=(A0…Ai) по следующему принципу: если A_i>Bi тогда P_i=A_i, иначе P_i=B_i, при этом определяют для каждого значения массива Р=(P₀…P_i) соответствующее значение рабочей частоты массива F=(F0…Fi);

g) сортируют, с помощью базовой станции, массив Р=(P₀…P_i) мощностей выходного сигнала по возрастанию его значений, при этом выбирают одну основную рабочую частоту F1 и три резервные рабочие частоты F2, F3, F4, причем F1 - частота, соответствующая наименьшему значению в массиве Р=(P₀…P_i) мощностей выходного сигнала, F2 - частота, соответствующая второму наименьшему значению в массиве Р=(P₀…P_i) мощностей выходного сигнала, F3 - частота, соответствующая третьему наименьшему значению в массиве Р=(P₀…P_i) мощностей выходного сигнала, F4 - частота, соответствующая четвертому наименьшему значению в массиве Р=(P₀…P_i);

h) передают, с помощью базовой станции, основную частоту F1 и резервные частоты F2, F3, F4 из базовой станции в абонентскую станцию;

i) осуществляют, с помощью абонентской и базовой станций, попытку их вхождения в связь друг с другом и перехода в режим передачи данных в течении времени Т1 секунд, при частоте передачи F1, максимальной мощности P_max передачи станции, минимально возможной модуляции Mod_min сигнала станции;

j) сравнивают, с помощью базовой станции, уровень S_b отношения сигнал/шум на базовой станции и, с помощью абонентской станции, уровень S_a отношения сигнал/шум на абонентской станции с уровнем S_x отношения сигнал/шум, необходимым для обеспечения связи на минимально возможной модуляции сигнала станции, причем, если соотношение S_b≥S_x и S_a≥S_x не выполняется, тогда понижают, с помощью базовой и абонентской станций, мощность Р выходного сигнала, а, если соотношение S_b≥S_x и S_a≥S_x выполняется, тогда

k) проверяют уровень требуемой скорости передачи информации, при этом, если скорость передачи информации соответствует заданным требованиям, тогда

l) изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, модуляцию и увеличивают мощность Р выходного сигнала;

m) сравнивают, с помощью базовой станции, уровень S_b отношения сигнал/шум на базовой станции и, с помощью абонентской станции, уровень S_a отношения сигнал/шум на абонентской станции с уровнем S_x отношения сигнал/шум, необходимым для обеспечения связи на минимально возможной модуляции сигнала станции, причем, если соотношение S_b≥S_x и S_a≥S_x не выполняется, тогда увеличивают с помощью базовой и абонентской станций, мощность Р выходного сигнала, а, если соотношение Sb≥Sx и Sa≥Sx выполняется, тогда

n) проверяют уровень требуемой скорости передачи информации, при этом, если скорость передачи информации соответствует заданным требованиям, тогда переходят, с помощью базовой и абонентской станций, в режим передачи данных, а если скорость передачи информации не соответствует заданным требованиям, тогда

о) изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, модуляцию и увеличивают мощность Р выходного сигнала;

р) сравнивают, с помощью базовой станции, уровень S_b отношения сигнал/шум на базовой станции и, с помощью абонентской станции, уровень S_a отношения сигнал/шум на абонентской станции с уровнем S_x отношения сигнал/шум, необходимым для обеспечения связи на минимально возможной модуляции сигнала станции, причем, если соотношение S_b≥S_x и S_a≥S_x не выполняется, тогда повышают, с помощью базовой и абонентской станций, мощность Р выходного сигнала, а, если соотношение Sb≥Sx и Sa≥Sx выполняется, тогда

q) проверяют уровень требуемой скорости передачи информации, при этом, если скорость передачи информации соответствует заданным требованиям, тогда переходят, с помощью базовой и абонентской станций, в режим передачи данных, а если скорость передачи информации не соответствует заданным требованиям, тогда

r) изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, модуляцию и увеличивают мощность Р выходного сигнала;

s) сравнивают, с помощью базовой станции, уровень S_b отношения сигнал/шум на базовой станции и, с помощью абонентской станции, уровень S_a отношения сигнал/шум на абонентской станции с уровнем S_x отношения сигнал/шум, необходимым для обеспечения связи на минимально возможной модуляции сигнала станции, причем, если соотношение S_b≥S_x и S_a≥S_x не выполняется, тогда повышают, с помощью базовой и абонентской станций, мощность Р выходного сигнала, а, если соотношение Sb≥Sx и Sa≥Sx выполняется, тогда переходят, с помощью базовой и абонентской станций, в режим передачи данных.

В предпочтительном варианте осуществления способа задают значения шага перестройки рабочей частоты N МГц и время сканирования одной рабочей частоты Т секунд в зависимости от ширины рабочего диапазона частот, от требуемой точности измеренных значений и времени, предоставленного для развертывания базовой и абонентской станций.

В предпочтительном варианте осуществления способа время T_A работы абонентской станции на одной частоте составляет не менее 15 секунд, а времени T_B работы базовой станции на одной частоте, определяют по формуле T_B=T_A*10.

В предпочтительном варианте осуществления способа Sx - уровень отношения сигнал/шум, необходимый для обеспечения связи с коэффициентом ошибок BER не хуже 10^-6 на минимально возможной модуляции сигнала станции.

В предпочтительном варианте осуществления способа на шаге j), если соотношение S_b≥S_x и S_a≥S_x не выполняется, тогда понижают, с помощью базовой и абонентской станций, мощность выходного сигнала Р на 1 дБ.

В предпочтительном варианте осуществления способа на шаге l) изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, модуляцию на QPSK и увеличивают мощность Р выходного сигнала на 4 дБ.

В предпочтительном варианте осуществления способа на шаге m), если соотношение S_b≥S_x и S_a≥S_x не выполняется, тогда увеличивают, с помощью базовой и абонентской станций, мощность Р выходного сигнала на 1 дБ.

В предпочтительном варианте осуществления способа на шаге о) изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, модуляцию на QAM16 и увеличивают мощность Р выходного сигнала на 5 дБ.

В предпочтительном варианте осуществления способа на шаге r) изменяют, с помощью базовой и абонентской станций, модуляцию на QAM64 и увеличивают мощность Р выходного сигнала на 5 дБ.

Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.

Фиг. 1-3. Блок-схема пошагового выполнения способа автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных, выполненная согласно изобретению.

Рассмотрим вариант выполнения заявленного способа автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных (Фиг. 1-3).

Шаг 1. Станции включаются.

Шаг 2. Станции переходят в режим измерения входного сигнала.

Станции выключают передатчики и работают только на прием в режиме измерения входного сигнала (помеховой обстановки) в диапазоне частот F=(F1…Fi), где F - диапазон рабочих частот, шаг перестройки частоты N МГц. Время сканирования одной частоты Т секунд. В зависимости от ширины диапазона частот, требуемой точности полученных значений и времени, предоставленного для развертывания системы, значения N и Т можно изменять в большую или меньшую сторону.

Шаг 3. Каждая станция заполняет массив значений уровня приемника.

А=(A0…Ai) - массив значений уровня приемника абонентской станции, где индекс i соответствует значению частоты из массива F=(F0…Fi).

В=(B0…Bi) - массив значений уровня приемника базовой станции, где индекс i соответствует значению частоты массива F=(F0…Fi).

Шаг 4. Вхождение станций в режим работы.

Станции пытаются войти в связь и перейти в режим передачи данных при заранее сохраненных настройках.

F₀ - максимальная частота из диапазона F.

Mod_min - минимально возможная модуляция сигнала станции.

P_max - максимальная мощность передачи станции.

T_A - время работы абонентской станции на одной частоте, не менее 15 секунд.

T_B - время работы базовой станции на одной частоте, вычисляется по формуле T_B=T_A*10.

Шаг 5. Проверка связи.

Если станции успешно вошли в связь друг с другом и перешли в режим передачи данных, то сравниваем уровень отношения сигнал/шум на базовой станции S_b и на абонентской станции S_a со значением S_x, где S_x значение уровня отношения сигнал/шум, необходимое для обеспечения связи с коэффициентом ошибок BER не хуже 10^-6 на минимально возможной модуляции сигнала станции.

Если S_b≥S_x и S_a≥S_x, переходим к шагу 6, иначе переходим к шагу 7.

Если станции не вошли в связь друг с другом и не перешли в режим передачи данных, то переходим к шагу 7.

Шаг 6. Абонентская станция отправляет массив значений уровня приемника абонентской станции А=(А0…Ai).

Шаг 7. Смена частоты.

Изменение рабочей частоты F_x по формуле, F_x=F_x-i, где i - шаг изменения частоты в МГц.

Шаг 8. Базовая станция формирует массив Р=(Р₀…P_i).

Базовая станция на основе своего массива значений уровня приема В=(B0…Bi) и полученного массива значений уровня приемника абонентской станции А=(А0…Ai) формирует массив Р=(P₀…P_i) по следующему принципу:

если A_i>Bi тогда P_i=A_i, иначе P_i=B_i.

Шаг 9. Каждому значению массива Р=(P₀…P_i) соответствует значение частоты массива F=(F0…Fi).

Шаг 10. Массив Р=(P₀…P_i) сортируется по возрастанию, выбирается одна основная частота F1 и три резервные частоты F2, F3, F4 по следующему принципу:

F1 - частота, соответствующая наименьшему значению в массиве Р=(P₀…P_i);

F2 - частота, соответствующая второму наименьшему значению в массиве Р=(P₀…P_i);

F3 - частота, соответствующая третьему наименьшему значению в массиве Р=(P₀…P_i);

F4 - частота, соответствующая четвертому наименьшему значению в массиве Р=(P₀…P_i).

Шаг 11. Передача резервных частот.

Базовая станция передает основную частоту F1 и резервные частоты F2, F3, F4 в абонентскую станцию.

Шаг 12. Вхождение станций в режим работы.

Станции пытаются войти в связь и перейти в режим передачи данных в течение времени Т1 секунд с настройками:

- Частота передачи = F1

- P_max - максимальная мощность передачи станции.

- Mod_min - минимально возможная модуляция сигнала станции (BPSK).

Шаг 13. Проверка качества связи.

Сравнение отношения сигнал/шум на базовой станции S_b и абонентской станции S_a со значением S_x, где S_x - значение отношения сигнал/шум для обеспечения связи с коэффициентом ошибок BER не хуже 10^-6 на минимально возможной модуляции сигнала.

Если S_b≥S_x и S_a≥S_x, переходим к шагу 15, иначе переходим к шагу 14.

Шаг 14. Изменение частоты вхождения станций в режим работы.

Изменяем рабочую частоту на резервные F1, F2, F3

Шаг 15. Проверка качества связи.

Сравнение отношения сигнал/шум на базовой станции S_b и абонентской станции S_a со значением S_x, где S_x - значение отношения сигнал/шум для обеспечения связи с коэффициентом ошибок передачи данных BER не хуже 10^-6 на минимально возможной модуляции сигнала.

Если S_b≥S_x и S_a≥S_x, переходим к шагу 17, иначе переходим к шагу 16.

Шаг 16. Изменение мощности выходного сигнала.

Понижение мощности выходного сигнала Р на 1 дБ.

Шаг 17. Проверка уровня требуемой скорости передачи информации.

Если скорость передачи информации соответствует требованиям, переходим к шагу 29, иначе переходим к шагу 18.

Шаг 18. Смена модуляции на QPSK.

Изменение модуляции на QPSK, увеличение мощности выходного сигнала Р на 4 дБ.

Шаг 19. Проверка качества связи.

Сравнение отношения сигнал/шум на базовой станции S_b и абонентской станции S_a со значением S_x, где S_x - значение отношения сигнал/шум для обеспечения связи с коэффициентом ошибок передачи данных BER не хуже 10^-6.

Если S_b≥S_x и S_a≥S_x, переходим к шагу 21, иначе переходим к шагу 20.

Шаг 20. Изменение мощности выходного сигнала.

Повышение мощности выходного сигнала Р на 1 дБ.

Шаг 21. Проверка уровня требуемой скорости передачи информации.

Если скорость передачи информации соответствует требованиям, переходим к шагу 29, иначе переходим к шагу 22.

Шаг 22. Смена модуляции на QAM16.

Изменение модуляции на QAM16, увеличение мощности на 5 дБ.

Шаг 23. Проверка качества связи.

Сравнение отношения сигнал/шум на базовой станции S_b и абонентской станции S_a со значением S_x, где S_x - значение отношения сигнал/шум для обеспечения связи с коэффициентом ошибок BER не хуже 10^-6.

Если S_b≥S_x и S_a≥S_x, тогда переходим к шагу 25, иначе переходим к шагу 24.

Шаг 24. Изменение мощности выходного сигнала.

Повышение мощности выходного сигнала Р на 1 дБ.

Шаг 25. Проверка уровня требуемой скорости передачи информации.

Если скорость передачи информации соответствует требованиям переходим к шагу 29, иначе переходим к шагу 26.

Шаг 26. Смена модуляции на QAM64.

Изменение модуляции на QAM64, увеличение мощность на 5 дБ.

Шаг 27. Проверка качества связи

Сравнение отношение сигнал/шум на базовой станции S_b и абонентской станции S_a со значением S_x, где S_x значение отношение сигнал/шум для обеспечения связи с коэффициентом ошибок BER не хуже 10^-6.

Если S_b≥S_x и S_a≥S_x тогда переходим к шагу 29, иначе переходим к шагу 28.

Шаг 28. Изменение мощности выходного сигнала.

Повышаем мощность выходного сигнала Р на 1 дБ.

Шаг 29. Работа в режиме передачи данных.

Шаг 30. Выключение.

Применение заявленного способа автоматического вхождения в связь и выбора оптимального режима работы абонентской и базовой станций передачи данных, позволяет минимизировать вмешательство оператора при организации и мониторинге аппаратуры передачи данных (абонентской и базовой станций передачи данных), а также обеспечить автоматическую адаптацию радиолинии к изменяющимся условиям работы.

Хотя описанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации заявленного изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла заявленного изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.