108
УДК 539.143.539.183
С. А. Переверзев, Ю. М. Лукьянов, А. А. Шпилевой
РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ МНОГОКАНАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ РАДИОПЕРЕДАЧИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
Разработана модель многоканальной системы передачи, реализующая обратную связь, путем введения дополнительного пакета импульсов, контролирующего прием информации корреспондирующей станцией.
The model of multichannel system of the transfer, realizing a feedback, by the introduction of an additional package of impulses supervising reception of the information by corresponding station is developed.
Ключевые слова: многоканальная система, обратная связь, двойное кодирование каналов, пакеты импульсов.
Key words: multichannel system, feedback, double coding of channels, packages of impulse.
Прежде чем рассмотреть работу устройства, целесообразно обосновать модель логики многоканальной системы радиосвязи с временным разделением, двойным кодированием каналов и возможностью восстановления пораженного помехой временного участка, а также возврата одного из пакетов импульсов передающей станции. Для разработки модели такой системы введем следующие допущения:
— каждый из каналов потока содержит три пакета информационных импульсов на передаче и три пакета импульсов на приеме, разнесенных по времени;
— для повышения помехоустойчивости системы синхронизации при работе радиостанций первый информационный пакет импульсов в первом канале должен синхронизовать взаимодействующие станции;
— временное расстояние между пакетами импульсов соответствует
5 г
номеру канала в миллисекундах, например для пятого канала тРАС — 5 мс;
— первый, второй и третий пакеты импульсов на передаче в каждом канале являются информационными и для повышения их избирательности в каждом канале коррелированы по ширине, поэтому длительность соответствующих пакетов равна номеру канала в миллисекундах, например для пятого канала тИНФ — 5 мс;
— первый, второй и третий информационные пакеты импульсов из трех излучаемых в каждом канале несут одинаковую информацию, поэтому при сложении двух из них есть возможность устранить искажения информации случайной помехой;
— один из информационных пакетов импульсов должен быть возвращен корреспондирующей радиостанцией передающей радиостанции.
Принятые допущения позволяют построить логическую модель системы передачи. Пусть в системе поток различной длительности информационных пакетов импульсов ТИНФ передается по принципу временного
Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. 2012. Вып. 4. С. 108-111.
разделения каналов [1]. При этом каждому каналу отводится 100 мс для передачи кодированных пакетов. Кодирование канала проводится по рас-
N
стоянию между пакетами импульсов ТРАС и временному размеру трех пакетов импульсов ТИНФ , которые также коррелированны и связаны с рас-
^
стоянием между пакетами импульсов равенством ТРАС = ТИНФ (рис. 1).
ИМП
і, с
Канал 1 Канал 2 Канал 9 Канал 10
100 мс 100 мс 100 мс 100 мс
Т
Рис. 1. Структура импульсных пакетов
Информационные пакеты импульсов имеют различную длительность в каждом канале. Обозначим их соответственно: Т1ИНФ, Т^^НФ,
„-3 _4 „_5 6 7 8 9 10 т-г
ТИНФ , ТИНФ , ТИНФ , ТИНФ , ТИНФ , ТИНФ , ТИНФ и ТИНФ . При этом ДЛИТель
ность каждого информационного пакета определяется по формуле тиНФ = N • Г1, где N — номер канала; Тх = Ттакт — длительность тактового импульса, обоснованная для соответствующего канала или системы связи [2]. Длительность паузы трАС между информационными па-
^ N ■,
кетами определится как ТРАС = тИНФ , то есть расстояние между информационными пакетами и импульсами коррелировано и равно:
Т = Т
1 РАС 1ИНФ '
Т = Т
РАС ИНФ
Т2 = _2
РАС ИНФ .
_3 = _3
РАС ИНФ
_4 = _4
РАС ИНФ
Т =Т
РАС ИНФ
Т =Т1 _8 = _8
, РАС ИНФ , РАС И
-т-9 — -і-9
• , ТРАС = Т
_10 = _10 ИНФ и РАС ТИНФ .
РАС ИНФ РАС ИНФ РАС
Предлагаемая логика позволяет системе работать десятью дуплексными телефонными каналами на одной частоте на одну антенну в режиме программной перестройки рабочей частоты радиостанции, а также способна восстановить частично пораженную информацию и направить данные для контроля на передающую радиостанцию. Временное распределение передающих и приемных информационных пакетов импульсов [3] представлено на физической модели (рис. 2).
Первый информационный пакет в приемной и передающей частях обозначен в вице 1 • ТИНФ, второй — 2 • Т^НФ и третий — 3 • Т^НФ. Всего за
период ТN =100 мс проходит шесть или три передающих и три приемных пакета в каждом из М канальных временных отрезков (рис. 1). Как показано на рисунке 2, передающие пакеты импульсов распределены во времени следующим образом:
1-Тм = N • Т/М - Т/2М + Т + Т ;
1 1 ИНФ 1 1 1У± 1 ' ЗАЩ ЗАД '
109
10
т
ИНФ
т
10
ИНФ
т
т
т
ИНФ
ИНФ
ИНФ
2
10
Т
Т
Т
РАС
РАС
110
2• ТЫИНФ = N• Т/М -ТИМ + Т3ащ + Тзад + 2-^Нф;
3 • ТИНФ = N • Т/М -Т/2М + Тзащ + Тзщ + 4 •тННФ, где ТЗАд — время в миллисекундах, установленное при организации связи, ТЗАщ — время защитного интервала между режимами прием — передача (для сотовой связи с полосой 64 кГц ТЗАщ = 8 бит); для разрабатываемой системы при использовании АИМ-П бит соответствует длительности элементарного импульса [4]. Потенциальные возможности системы составляют 100 бит/с в каждом из 10 дуплексных каналов.
Рис. 2. Временное распределение передающих и приемных информационных пакетов импульсов
Расстановка приемных информационных пакетов импульсов 1 • Тшф , 2 • Т^Ф и 3 • ТННФ определится следующими выражениями:
1 • тНнф= (N -1) • Т / М + Тзащ + Тзад ;
2 • ТНнф = (N -1) • Т /М + Тзащ + Тзад + 2 •тмШф ;
ИНФ
3 • Т^кт = (N -1) • Т /М + Т
Анализ данной модели показывает, что первый канал образован двумя информационными пакетами, включающими 50 импульсов на прием и 50 на передачу за период равный 100 мс. Причем импульсы, образующие пакеты, имеют длительность по 20 мкс каждый. Во втором канале импульсы, образующие пакеты, характеризуются длительностью 40 мкс, в третьем канале — 60 мкс и т.д.; в десятом канале — 200 мкс. Следовательно, для обеспечения селекции каналов в данной модели введена избыточность и наибольшей пропускной способностью обладает первый канал. Введенная избыточность пакетов по длительности является определенным недостатком модели, что, впрочем, вполне оправдано для телефонных каналов. При использовании модели в каналах передачи данных недостаток можно устранить путем введения одинакового импульса длительностью 20 мкс во все пакеты. Как следствие — производительность каналов связи может быть увеличена. Например, в представленной модели при ее работе в дуплексном режиме десятью канала-
ми производительность радиостанции составляет 500 информационных импульсов на передачу и 500 — на прием, то есть 1000 информационных импульсов в секунду. Таким образом, каждый из десяти каналов обеспечивает 100 импульсов (или два пакета по 50 импульсов: 50 на прием и 50 на передачу). Если ввести одинаковый импульс длительностью 20 мкс во все пакеты, то производительность радиостанции увеличится. В первом канале останется по-прежнему 100 информационных импульсов; во втором — 200; в третьем — 300; в четвертом — 400; в пятом — 500; в шестом — 600; в седьмом — 700; в восьмом — 800; в девятом — 900; в десятом — 1000. В результате производительность радиостанции по переданным информационным импульсам составит 5500 импульсов в секунду. Это означает, что производительность УКВ-канала увеличится в 11 раз. При работе импульсами в 1 мкс производительность канала передачи данных достигнет 55000 импульсов в секунду.
Таким образом, предлагаемая модель логики способна обеспечить работу системы десятью дуплексными каналами на одной частоте на одну антенну в режиме программной перестройки рабочей частоты радиостанции, а также может восстанавливать частично пораженную информацию и возвращать информацию для контроля на передающую радиостанцию. С этой целью в логике работы модели введен третий информационный пакет импульсов, который не подлежит обработке в корреспондирующей радиостанции, а возвращается ею назад для контроля приема информации.
Список литературы
1. Быховский М. А. Управление радиочастотным спектром и электромагнитная совместимость радиосистем. М., 2006.
2. Ратхор Т. С. Цифровые измерения. Методы и схемотехника. М., 2007.
3. Бабков В. Ю., Вознюк М. А., Михайлов П. А. Сети мобильной связи. Частотнотерриториальное планирование. СПб., 2008.
4. Быховский М. А., Ноздрин В. В. Экономический анализ эффективности использования радиочастотного спектра в сетях подвижной связи // Мобильные системы. 2008. № 4.
Об авторах
Степан Александрович Переверзев — асп., Балтийский федеральный университет им. И. Канта, Калининград.
E-mail: AShpilevoi@kantiana.ru
Юрий Михайлович Лукьянов — преп., Балтийский военно-морской институт им. Ф. Ушакова, Калининград.
E-mail: AShpilevoi@kantiana.ru
Андрей Алексеевич Шпилевой — канд. физ.-мат. наук, доц., Балтийский федеральный университет им. И. Канта, Калининград.
E-mail: AShpilevoi@kantiana.ru
About authors
Stepan Pereverzev — PhD student, I. Kant Baltic Federal University, Kaliningrad.
E-mail: AShpilevoi@kantiana.ru
Jiry Lukjanov — lecturer, BMMI, Kaliningrad.
E-mail: AShpilevoi@kantiana.ru
Andrey Shpilevoy — PhD, associate professor, I. Kant Baltic Federal University, Kaliningrad.
E-mail: AShpilevoi@kantiana.ru
111