Способ увеличения объема частотного ресурса



Способ увеличения объема частотного ресурса

 


Владельцы патента RU 2571409:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова" (RU)
Общество с ограниченной ответственностью "РТС" (RU)

Способ увеличения объема частотного ресурса относится к радиотехнике и может быть использован для создания дополнительных ресурсов передачи и получения информации с помощью радиоволн. Техническим результатом изобретения является увеличение параметрической размерности радиосигналов за счет формирования радиосигналов, ортогональных друг другу по двум независимым частотным параметрам. Указанный технический результат достигается за счет того, что в формируемое излучающей антенной используемое электромагнитное поле радиосигналов вводится ротация вектора поляризации с частотой, не превышающей значения несущей частоты. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Способ относится к радиотехнике и может быть использован для создания дополнительных ресурсов передачи и получения информации с помощью радиоволн.

Любое радиоэлектронное средство (РЭС) функционирует в определенной полосе частот, интервале времени и области трехмерного геометрического пространства, используя (занимая) определенную часть некоторого ресурса по каждой из указанных его физических характеристик. На основании этого под частотно-территориальным ресурсом понимают совокупность действующих и потенциально возможных частотных назначений, предназначенных для работы в эфире на определенной территории, с учетом диапазона частот и ширины занимаемого спектра, соответствующих используемой радиотехнологии, а также периода времени его использования. Числовые значения указанной совокупности размещений (позиций частотных назначений) непересекающихся областей в многомерном пространстве, определяемом составом физических компонент этого ресурса, определяют его объем.

Частотно-территориальный ресурс, который в настоящее время приобрел статус социально-экономического фактора, является ограниченным и не амортизируемым государственным природным ресурсом, но требующим проведения мероприятий по его распределению, управлению и обслуживанию.

Применительно к определенной и ограниченной территории часто используется более узкое понятие радиочастотного ресурса, доступный размер которого объективно ограничен достигнутым уровнем развития радиоэлектронных технологий.

Используемый в настоящее время для функционирования систем радиосвязи, радиолокации и радионавигации частотный ресурс расположен на оси несущих частот и занимает интервал практически от 0 до 300 ГГц. Основная масса радиотехнических систем, относящихся к наиболее востребованным видам радиослужб, сосредоточена в диапазоне до 40-50 ГГц.

Наиболее интенсивно используемый участок радиочастотного спектра до 3 ГГц, в котором активно развиваются действующие и создаются новые радиосети, уже переполнен излучением радиоэлектронных средств, в первую очередь РЭС мобильной связи. Концентрация средств связи этого диапазона в городах и на промышленно развитых территориях непрерывно растет и приближается к критическому уровню насыщения, определяемому требованиями обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) РЭС. Указанная тенденция привела в ряде участков диапазона и территорий к практически полному распределению доступного частотного ресурса и невозможности удовлетворения растущего спроса на использование РЭС сухопутной подвижной и фиксированной служб радиосвязи.

Все существующие радиотехнические системы, включая и сверхширокополосные, применяют способы множественного абонентского доступа с разделением радиосигналов по принципу их ортогональности либо в частотной области, либо во временной области, либо применением кодового разделения с соответствующей модуляцией информационных параметров радиосигнала, либо с комбинацией этих принципов. Используется также (в качестве одного из приемов достижения ЭМС РЭС) поляризационное разделение (скрещенная ориентация плоскостей поляризации).

Способ обеспечения поляризационного разделения сигналов, в котором сигналы двух пользователей дифференцируются по плоскости поляризации данных сигналов (горизонтальная и вертикальная), принят за прототип.

На оси частот радиосигнал любой системы связи занимает некоторый интервал, ширина которого определяется допустимым уровнем взаимных помех с РЭС, расположенными в соседних частотных каналах. Эта ширина, зависящая от типа РЭС и вида используемой модуляции, регламентируемая стандартом данной радиотехнологии, а также международными и отечественными нормативными документами по обеспечению ЭМС РЭС, ограничивает количество возможных каналов в заданном частотном диапазоне.

Радикальным способом решения отмеченных проблем является увеличение параметрической размерности используемых радиосигналов. С этой целью в формируемое антенной системой электромагнитное поле вводится вращение (ротация) вектора поляризации с заданной фиксированной частотой. Таким образом, электромагнитное поле будет характеризоваться двумя независимыми частотными параметрами - несущей частотой и частотой ротации.

Под вектором поляризации понимается векторное представление одной из больших полуосей годографа, который описывает вектор электрического поля ( Е ¯ ) в поперечной к направлению распространения плоскости, расположенной в фиксированной точке пространства.

Техническим результатом изобретения является увеличение параметрической размерности радиосигналов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что способ увеличения объема частотного ресурса включает в себя введение в формируемое излучающей антенной используемое электромагнитное поле радиосигналов поляризационной осцилляции векторов электрической и магнитной составляющей путем направленного их вращения с частотой, не превышающей значения несущей частоты.

Кроме того, особенностью способа является то, что ротация вектора поляризации реализуется путем перемножения исходного радиосигнала несущей частоты на два гармонических сигнала с наперед заданной частотой вращения вектора поляризации, отличающиеся друг от друга по фазе на π/2, и запитки полученными в результате перемножения сигналами двух ортогональных диполей, имеющих общий фазовый центр.

Способ поясняется чертежами:

фиг. 1 - семейство контурных изображений, показывающих распределения амплитуды осцилляций функции, определяющей ортогональность сигналов, для возрастающей последовательности значений (3, 10 и 30 мкс) интервалов интегрирования τort на области 10×10 МГц частотно-разностных параметров радиосигналов.

Раскрытие изобретения.

Описанный способ формирования радиосигналов приводит к увеличению параметрической размерности радиосигналов, а следовательно, и увеличению объема частотного ресурса в силу ортогональности двух радиосигналов с одинаковой несущей частотой, но различной частотой ротации. К данному выводу приводят следующие рассуждения, которые, для упрощения выкладок, приведем на примере гармонического радиосигнала несущей частоты.

Способ реализуются следующим образом: формируются радиосигналы на несущей частоте, после чего формируются два гармонических сигнала с частотой ротации вектора поляризации таким образом, чтобы частота ротации отличалась от несущей частоты, а два сигнала с частотой ротации отличались друг от друга по фазе на π/2, перемножают радиосигналы несущей частоты с каждым из сигналов частоты ротации вектора поляризации, после этого каждый из получившихся после перемножения сигналов подают на один из двух ортогональных диполей, имеющих общий фазовый центр.

Электрическая составляющая математической модели поля таких колебаний, формируемых указанным способом, описывается суперпозицией двух ортогональных пространственных компонент Ех и Ey:

где ω=2πf0 - частота несущего колебания, Ω=2πFR - частота ротации (вращения) вектора поляризации результирующей пространственной волны. Здесь амплитуды компонент условно приняты единичными.

Частотные параметры указанных радиосигналов должны удовлетворять условию f0>>FR, которое требует, чтобы в интервалах порядка единиц периодов несущей частоты 1/f0 была сформирована практически статичная линейная поляризация, но совершающая полный оборот за период ротации TR=1/FR.

Известным условием ортогональности сигналов в общем случае является равенство нулю определенного (с некоторыми пределами) интеграла от скалярного произведения двух таких сигналов. Применительно к радиосигналам с ротацией вектора поляризации в качестве меры ортогональности пары таких сигналов использовалось значение интеграла

где τ=τort - интервал оценки ортогональности сигналов, превышающий период ротации TR. Количественно эта мера характеризует степень взаимовлияния тестируемых сигналов, причем уменьшение ее значения указывает на ослабление взаимовлияния сигналов, что соответствует стремлению их к полной ортогональности в общепринятом понимании.

Положительный вывод об ортогональности сравниваемых сигналов делался при выполнении следующего условия

где ε<<1 - выбранное предельное значение относительного уровня взаимного влияния сигналов (критерий отклонения от ортогональности), Qmax - максимальное значение интеграла (2), достигаемое при тестировании идентичных и, следовательно, полностью не ортогональных сигналов.

Аналитическое выражение результата интегрирования (2) в пределах от 0 до τort имеет вид

где Δf0=f01-f02 и ΔFR=FR1-FR2 - разность несущих частот и частот ротации, тестируемых на ортогональность радиосигналов соответственно.

При выводе данного выражения было намеренно исключено слагаемое, содержащее члены вида sin(x)/x с суммарными аргументами (f01+f02), которое имеет нулевое среднее на масштабах вариации ординат функции Q, определяемыми ее частотными аргументами.

Выражение (4) обладает следующими особенностями и свойствами:

1) Мера ортогональности (4) пары радиосигналов с предложенными поляризационными свойствами определяется не их абсолютными частотными параметрами (f01, f02 и FR1, FR2), а соответствующими частотно-разностными характеристиками Δf0 и ΔFR.

2) В двумерной области аргументов Δf0 и ΔFR в точке (0;0), соответствующей одинаковым частотным параметрам и, следовательно, идентичным радиосигналам, ордината функции при фиксированном значении параметра τort достигает своего максимального значения Qmaxort/2.

3) Нормированные ординаты функции Q/Qmax с уровнем ~50% сосредоточены вдоль диагоналей плоскости аргументов и имеют мелкомасштабные осцилляции (вокруг нулевого уровня), амплитуда которых убывает по мере удаления от диагоналей.

4) Симметричная структура выражения (3) указывает на его инвариантность по отношению к обоим частотно-разностным аргументам Δf0 и ΔFR.

5) Интервал интегрирования τort конечной длины, играющий роль масштабирующего параметра выражения (4), влияет на распределение ординат на плоскости (Δf0;ΔFR) и, следовательно, на картину изолиний амплитуды (огибающей) осцилляций этих ординат, которые соответствуют границе выполнения условия ортогональности (3) при выбранном значении критерия ε. Так при возрастании длительности τort увеличивается суммарная площадь областей, которые соответствуют малым уровням взаимовлияния сигналов, не превышающих заданного значения критерия ε, т.е. ортогональным парам радиосигналов. Эта закономерность демонстрируется на фиг. 1 в серии рисунков для возрастающих значений τort. Каждое изображение состоит из трех уровней (1, 2 и 5%) нормированной амплитуды с цветовой заливкой возрастающей плотности - от белой (<1%) до черной (>5%). Наблюдается устойчивая тенденция к расширению множества параметров и соответствующих им радиосигналов, удовлетворяющих условию ортогональности (3), с ростом τort.

Таким образом, результаты проведенных аналитических и методом математического моделирования исследований применения условия (3) к радиосигналам с ротацией вектора поляризации позволяют сделать вывод об ортогональности формируемых таким способом сигналов на одновременно несовпадающих их несущих частотах и частотах ротации, т.е. введенная частотная ось ротации ортогональна оси несущих частот.

Оценим выигрыш в объеме частотного ресурса, обеспечиваемый применением радиосигналов с ротацией вектора поляризации по сравнению с традиционным (одномерным) частотным ресурсом.

Сравнительную оценку следует проводить для одного и того же диапазона несущих частот Df=(fmax-fmin), который будем характеризовать одним из возможных наборов параметров - центральной частотой диапазона fc=(fmin+fmax)/2 и его относительной шириной Kf=Df/fc.

Если для традиционного радиосигнала в диапазоне несущих частот отводится полоса BS, тогда объем данного одномерного ресурса (число каналов, без учета временного, кодового и поляризационного разделений) составляет:

Каждый двухпараметрический радиосигнал (с ротацией поляризации) занимает площадку δf0×δFR на плоскости их ортогональных частотных параметров, т.е. занимает (расходует) часть двумерного частотного ресурса, исчисляемую площадью этой площадки. В силу отмеченной инвариантности выражения для меры ортогональности (4) по отношению к частотно-разностным характеристикам представляется правомочным считать указанную площадку квадратной, т.е. δf0=δFR, тогда ее площадь δS=δf02.

Если указанное выше ограничение (f0>>FR) на величину частоты ротации сформулировать через предельное значение m=f0/FR>>1, то максимально допустимое значение этой частоты FRmax будет линейно возрастать от в начале данного диапазона несущих частот до в его конце. Таким образом, множество допустимых значений частотных параметров f0 и FR на плоскости располагается внутри приведенной на фиг. 1 области, которая имеет форму прямоугольной трапеции площадью . При этом объем данного двумерного ресурса (число каналов) стремится к значению:

Количественно увеличение объема частотного ресурса за счет введения второго частотного параметра радиосигнала - частоты ротации вектора поляризации, ортогонального несущей частоте, по сравнению с вариантом использования одномерных сигналов, характеризует безразмерный коэффициент β, определяемый как отношение соответствующих объемов (6) и (5), которое в общем случае имеет вид

При равенстве отводимых в обоих случаях полос δf0=BS по осям несущих частот значение этого коэффициента можно получить из простого выражения

Например, для условного диапазона 800…1200 МГц (fc=1000 МГц, Kf=0,4) и ширине частотного канала BS=0,2 МГц объем одномерного ресурса N(1)=2000 каналов, а с введением ротации поляризации с параметром m=20 и при δf0=BS объем двумерного ресурса N(2)=500000 каналов. При этом увеличение объема частотного ресурса составляет β=250 раз.

С учетом возможности существования сигналов с разным направлением вращения вектора поляризации множество допустимых значений частоты ротации удвоится за счет появления отрицательных частот. В таком случае значения объема двумерного частотного ресурса N(2) и соответствующего коэффициента увеличения β, вычисленные по (6) и (8), также следует увеличить в 2 раза.

1. Способ увеличения объема частотного ресурса, включающий введение в формируемое излучающей антенной используемое электромагнитное поле радиосигналов с ротацией вектора поляризации, частота которой не превышает значения несущей частоты.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ротация вектора поляризации реализуется путем перемножения исходного радиосигнала несущей частоты на два гармонических сигнала с выбранной наперед частотой вращения вектора поляризации, отличающиеся друг от друга по фазе на π/2, и запитки полученными в результате перемножения сигналами двух ортогональных диполей, имеющих общий фазовый центр.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам беспроводной связи и раскрывает, в частности, устройство, содержащее по меньшей мере один процессор и по меньшей мере один модуль памяти, в которой хранится код компьютерной программы, при этом по меньшей мере один модуль памяти и код компьютерной программы сконфигурированы таким образом, чтобы при взаимодействии по меньшей мере с одним процессором устройство выполняло следующие действия: выбор более чем одного подкадра из подкадров, предназначенных для по меньшей мере двух следующих сигнализаций: сигнализация подтверждения/отрицательного подтверждения в физическом восходящем канале управления, сигнализация подтверждения/отрицательного подтверждения в физическом канале индикатора гибридного автоматического запроса повторной передачи, сигнализация предоставления ресурсов общего физического восходящего канала, сигнализация предоставления ресурсов общего физического нисходящего канала, и формирование шаблона периодической сигнализации для получения гибкой конфигурации подкадров для сигнализации восходящей и нисходящей линий связи с использованием выбранных более чем одного подкадра.

Изобретение относится к технике беспроводной связи и может быть использовано для управления помехами путем приглушения опорных сигналов. Технический результат - уменьшение сложности обработки, повышение точности измерения опорных сигналов.

Изобретение относится к беспроводной связи и может быть использовано для конфигурации и передачи опорных сигналов в сетях беспроводной связи. В беспроводной сети, поддерживающей агрегацию компонентных несущих восходящей линии связи, зондирующие опорные сигналы, SRS, передаются (62) на первичной компонентной несущей восходящей линии связи (UL).

Изобретение относится к технике беспроводной связи и может быть использовано для связи между первичной станцией и множеством вторичных станций в сотовых телекоммуникационных сетях.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в сетях радиосвязи. Технический результат состоит в повышении пропускной способности каналов передачи.

Изобретение относится к передаче управляющей информации восходящей линии связи, содержащейся в блоке битов, через радиоканал в базовую станцию. Технический результат состоит в создании в LTE формата физического управляющего канала восходящей линии связи (PUCCH), способного переносить большое количество битов.

Изобретение относится к технике беспроводной связи и может быть использовано при наличии взаимных помех. Способ работы первичной станции, содержащей средство связи с, по меньшей мере, одной вторичной станцией, заключается в том, что первичная станция сигнализирует, по меньшей мере, в одну вторичную станцию отчет о состоянии взаимных помех, причем упомянутый отчет о состоянии взаимных помех содержит, по меньшей мере, один из пространственного показателя, представляющего собой пространственную характеристику взаимных помех, временного показателя, представляющего собой временную характеристику взаимных помех, и частотного показателя, представляющего собой частотную характеристику взаимных помех, причем упомянутый отчет о состоянии взаимных помех содержит первую часть, указывающую уровень однородных взаимных помех, и вторую часть, указывающую число локализованных источников, которые следует принимать во внимание вместе с пространственно однородным источником взаимных помех.
Изобретение относится к системе беспроводной связи и предназначено для обеспечения более высоких скоростей передачи данных, улучшения эффективности пользовательского оборудования и ассоциированного с ним способа, предназначенного для идентификации ресурса, чтобы использовать его для передачи управляющей информации в формате 3 физического управляющего канала восходящей линии связи (PUCCH).

Изобретение относится к способу беспроводной передачи данных и управляющей информации с использованием множества уровней передачи. Технический результат состоит в обеспечении оптимального распределения ресурсов передачи, когда необходимо передавать большой объем управляющей информации.

Изобретение относится к системам связи. Технический результат заключается в повышении емкости, надежности и эффективности устройства связи, поскольку использование устройств связи увеличилось.

Изобретение относиться к области приема радиосигналов в железнодорожных радиостанциях. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и качества радиоприема за счет повышения степени подавления зеркального канала в приемнике.

Изобретение относится к области радиотехники. Способ борьбы с гармонической помехой при автокорреляционном методе приема информации с использованием шумоподобных сигналов включает вычисление комплексных огибающих первого и второго периодов принимаемого сигнала, вычисление с помощью дискретного преобразования Фурье спектральных функций этих комплексных огибающих, умножение спектральной функции первого периода сигнала на комплексно-сопряженную спектральную функцию второго периода сигнала, вычисление с помощью обратного дискретного преобразования Фурье взаимно-корреляционной функции между этими комплексными огибающими, выбор максимальной компоненты взаимно-корреляционной функции и сравнение ее с порогом, при этом вычисляют квадраты огибающих спектральных функций первого и второго периодов сигнала, вычисляют дисперсии квадратов огибающих спектральных функций первого и второго периодов сигнала, осуществляют нормировку квадратов огибающих спектральных функций первого и второго периодов сигнала на соответствующие им дисперсии, в нормированных спектральных функциях первого и второго периодов сигнала выполняют поиск максимальных компонент и определяют их позиции, сравнивают значения отобранных максимальных компонент с величиной установленного порога, который определяют в соответствии с допустимой величиной вероятности ложной идентификации гармонической помехи, в случае превышения ими установленного порога в спектральных функциях комплексных огибающих первого и второго периодов элементы, находящихся на позициях отобранных максимальных компонент и их окрестностях, обнуляют, причем окрестности позиций отобранных максимальных компонент определяют уровнем гармонической помехи.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах оптической связи. Технический результат состоит в повышении надежности функционирования устройства.

Изобретение относится к системам беспроводной связи и предназначено для предоставления истории информации, ассоциированной с информацией времени, способно отображать внутреннюю или внешнюю ассоциированную информацию, ассоциированную с информацией времени, как один элемент информации, и способно интуитивно предоставлять историю информации, ассоциированной с соответствующим временем, путем управления информацией времени.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для реализации корреляции элементарных сигналов для многоканального поиска. Технический результат - эффективная экономия ресурсов памяти и снижение издержек и сложности аппаратного обеспечения, а также повышение гибкости операции корреляции.

Изобретение относится к мобильному устройству. Техническим результатом является предотвращение возникновения явления смыкания между сенсорной панелью и панелью отображения, а также сокращение вероятности возникновения сбоя, когда пользователь касается панельного блока через окно крышки.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в панорамных приемниках станций радиопомех, радиопеленгаторах, средствах радиомониторинга и аналогичных устройствах для обнаружения источников радиоизлучения (ИРИ) в условиях шума неизвестной интенсивности.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано для осуществления цифрового предыскажения основной полосы частот канала передачи. Устройство для осуществления цифрового предыскажения основной полосы частот включает в себя канал передачи, включающий в себя цифроаналоговый преобразователь, модулятор, усилитель и усилитель мощности, и дополнительно включает в себя аналоговую часть канала обратной связи, включающую в себя диодный детектор, фильтр и аналого-цифровой преобразователь, и цифровую часть канала обратной связи, включающую в себя предысказитель, блок получения режима, генератор коэффициента предыскажения и блок коррекции обратной связи.

Изобретение относится к технике передачи дискретной информации по параллельным каналам и может использоваться в радиостанциях и на приемных центрах при анализе качества радиоканалов связи и выбора для приема наилучшего из них.

Изобретение относится к портативному терминалу. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для передачи сигналов в морской среде по гидроакустическому каналу связи. Технический результат состоит в повышении помехоустойчивости и достоверности передачи данных в условиях распространения сигнала в многолучевом канале связи при условии равенства и превышении помехи над сигналом. Для этого формируют, излучают и принимают информацию пакетами, состоящими из двух частей - синхронизирующей и информационной. Передаче данных предшествует передача синхронизирующей части, имеющей вид некоторого числа сигналов, модулированных целыми периодами последовательности максимальной длины (М-последовательности). Информационная часть представляет собой последовательность некоторого числа сигналов, модулированных функциями Адамара, поэлементно просуммированными по модулю два с М-последовательностью. 3 ил.
Наверх