Патент на изобретение №2263406

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОНИТОРИНГА СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для реализации систем, производящих мониторинг радиосигналов с различными видами модуляции, передаваемых по каналам спутниковых, радиорелейных и других беспроводных линий связи. Технический результат – повышение эффективности и адаптивности к изменяющейся радиоэлектронной обстановке систем, производящих мониторинг радиосигналов. Способ автоматизированного мониторинга систем радиосвязи состоит в том, что выделенные сообщения оценивают по качеству, при этом сигналы, имеющие отклонения от детерминированной структуры на разных уровнях их формирования, заносят в оперативное запоминающее устройство буфера, форматируют и через контроллер управления записывают в съемный накопитель на жестких магнитных дисках для последующего анализа, а модулированные сигналы с отклонением системных характеристик по выходу второго направления разветвления для ввода в оперативное запоминающее устройство буфера предварительно подвергают усилению, фильтрации и аналого-цифровой обработке. 2 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для реализации систем, производящих мониторинг систем связи с различными видами модуляции радиосигналов, передаваемых по каналам спутниковых, радиорелейных и других беспроводных линий связи.

Оперативная оценка электромагнитной обстановки и анализ состояния каналов связи в реальном масштабе времени в конкретных условиях приема возможны при эффективно действующей системе радиомониторинга, которая должна обеспечить мобильность средств мониторинга и полный набор средств обработки и анализа сигналов.

Главной задачей мониторинга является задача контроля систем связи, направленная на:

– идентификацию каналов связи в соответствии с порядком их организаций;

– анализ эффективности использования каналов связи (радиочастотного спектра);

– выявление мешающих факторов для работы систем связи;

– выявление нарушений дисциплины связи и несанкционированного доступа в систему;

– измерение параметров излучений и выявление их отклонений от нормативных значений;

– оценка качества передаваемых сообщений.

Для решения указанных задач существуют специальные технические средства, включающие:

– антенно-фидерные устройства;

– приемные устройства;

– анализаторы и измерители технических параметров;

– демодуляторы;

– декодеры;

– демультиплексоры;

– устройства обработки и регистрации принятой информации.

Широкий круг решаемых такими техническими средствами задач невозможен без использования развитой номенклатуры аппаратно-программных средств, призванной способствовать повышению эффективности служб контроля.

В комплексе радиоконтроля требуется обеспечить возможность работы с высокоскоростными информационными потоками. Задача аппаратно-программного обеспечения такой системы заключается в обеспечении доступа к сигналам на любом уровне иерархии уплотнения на фоне постоянно изменяющейся электромагнитной обстановки, возможности их анализа и обработки.

При оптимальном способе мониторинга неизвестный сигнал принимают практически без существенного ограничения по времени появления, длительности, несущей частоте, ширине спектра и способам модуляции [1, 2]. В то же время самые совершенные и современные способы оценки электромагнитной обстановки не позволяют в полной мере учесть все многообразие реальной ситуации.

Необходимо отметить, что известные заявителю способы мониторинга радиосигналов оптимизированы для конкретных задач.

Так, в [3] описан способ, при котором определяют и регистрируют присутствие принимаемого сигнала, имеющего заранее известную структуру.

В [4] описан способ, при котором контролируют каналы связи и определяют, который из каналов передает, а который принимает в данный момент, при этом полученные данные регистрируют в памяти и оценивают параметры сигналов, принимаемых и передаваемых за пределами рабочей области частот.

В [5] патентуется способ, при котором оценивают качество сигнала, циркулирующего в локальной беспроводной сети. В соответствии с этим способом абонентский терминал информируют о качестве связи с базовой станцией акустической сигнализацией, при этом в качестве отклика на определенное качество сигнала из абонентского терминала генерируют тональные сигналы с различными частотами и амплитудами.

В [6] отмечено, что для проведения мониторинга радиосигнала в широком диапазоне частот сетей спутниковой связи используют комплекс станций наблюдения.

В [7] описывается способ мониторинга радиосигналов, при котором оценивают вероятность обнаружения и быстродействие поиска неизвестных сигналов в n-канальной аппаратуре.

Этим способом обеспечивают анализ принимаемых сигналов на основе вычислителей быстрого преобразования Фурье (БПФ) с использованием управляющей ЭВМ.

Согласно этому способу сигнал:

– принимают с помощью антенной системы;

– фильтруют с помощью широкополосного перестраиваемого приемника;

– преобразуют в цифровую форму с помощью многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП);

– анализируют с помощью вычислителей БПФ;

– индицируют принятый сигнал на мониторе персональной ЭВМ (ПЭВМ);

– осуществляют автоматизированный анализ сигналов с помощью ПЭВМ и функционального программного обеспечения (ФПО).

В [8] описывается способ, принятый за прототип, приема, демодуляции и обработки детерминированных фазоманипулированных (ФМ) сигналов для случая кратковременного уменьшения отношения сигнал/шум на входе ниже порогового уровня.

Согласно этому способу выполняют следующую последовательность операций:

– сигнал принимают (преобразуют в промежуточную частоту);

– сигнал демодулируют (преобразуют в цифровой поток в сопровождении тактовой частоты);

– из цифрового потока селектируют сигналы синхронизации на интервале периодичности цифрового потока (сигналы кадровой, суперкадровой и сверхкадровой синхронизации);

– синтезируют модель обрабатываемого сигнала;

– заносят модель сигнала в оперативную память;

– по сигналу синхронизации синхронно с цифровым потоком считывают модель сигнала из оперативного запоминающего устройства (ОЗУ);

– формируют тактовые сигналы составляющих частей цифрового потока;

– выделенными тактовыми сигналами селектируют информационные части составляющих цифрового потока;

– постоянно контролируют наличие кадровой, суперкадровой и сверхкадровой синхронизации;

– в случае нарушения синхронизации (из-за возрастания количества ошибок в цифровом сигнале) сигнал после демодуляции преобразуют в параллельный код и записывают на жесткий магнитный диск ПЭВМ;

– по известным алгоритмам с помощью ПЭВМ производят детальную обработку записанного цифрового потока в постреальном масштабе времени и выделяют информацию.

Алгоритм обработки сигнала в способе-прототипе наиболее близок для решения поставленной задачи, но в то же время не позволяет оценить электромагнитную обстановку в полной мере для тех сигналов, которые не подвергаются в данной приемной системе обработке по тем или иным причинам с выделением сообщения.

Целью изобретения является повышение эффективности способа-прототипа для решения задач мониторинга радиосигналов, передаваемых по каналам радиорелейных, спутниковых и других беспроводных линий связи.

Для достижения поставленной цели предлагается способ автоматизированного мониторинга систем радиосвязи, заключающийся в том, что сигнал принимают широкодиапазонной антенной системой, усиливают и преобразуют в диапазон приемных устройств, разветвляют на два направления, по одному из которых сигнал в последовательности обратной его формированию на передающей стороне, подвергают обработке, при этом на каждом этапе по результатам анализа с помощью аппаратно-программных средств сигнал фильтруют, демодулируют, декодируют, дескремблируют, разуплотняют, демультиплексируют групповой поток, формируют информационные каналы и выделяют сообщения.

Согласно изобретению выделенные цифровые сообщения оценивают по качеству, а цифровые сигналы, имеющие отклонения от детерминированной структуры на разных этапах анализа и обработки, заносят в оперативное запоминающее устройство буфера, форматируют и через контроллер управления записывают в съемный накопитель на жестких магнитных дисках для последующего анализа, при этом аналоговые сигналы с отклонением системных характеристик по выходу второго направления разветвления для ввода в оперативное запоминающее устройство буфера и последующей записи в съемный накопитель на жестких магнитных дисках предварительно подвергают усилению, фильтрации, преобразованию в сигнал промежуточной частоты, квантованию и преобразованию каждой выборки в цифровой код.

Подобное решение, обеспечивающее быструю адаптацию к реальной обстановке, в литературе не описано, поэтому способ соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства по предлагаемому способу, а на фиг.2 – один из его вариантов построения.

В соответствии с предлагаемым способом над сигналом выполняют следующую последовательность операций:

– принимают широкодиапазонной антенной системой;

– усиливают и преобразуют в диапазон приемных устройств;

– разветвляют на два направления;

– по одному из разветвлений сигнал в последовательности обратной его формированию на передающей стороне подвергают анализу и обработке;

– по результатам анализа с помощью аппаратно-программных средств сигнал фильтруют, демодулируют, декодируют, дескремблируют, разуплотняют, демультиплексируют групповой поток;

– формируют информационные каналы и выделяют сообщения;

– выделенные цифровые сообщения оценивают по качеству;

– цифровые сигналы, имеющие отклонения от детерминированной структуры на разных этапах анализа и обработки, заносят в оперативное запоминающее устройство буфера, форматируют и через контроллер управления записывают в съемный накопитель на жестких магнитных дисках для последующего анализа;

– аналоговые сигналы с отклонением системных характеристик по выходу второго направления разветвления для ввода в оперативное запоминающее устройство буфера и последующей записи в съемный накопитель на жестких магнитных дисках предварительно подвергают усилению, фильтрации и преобразованию в сигнал промежуточной частоты, квантованию и преобразованию каждой выборки в цифровой код.

В состав устройства, реализующего предлагаемый способ (фиг.1), входят последовательно соединенные антенная система (АС) 1, широкодиапазонный СВЧ-тракт 2, разветвитель сигнала 3, приемно-демодулирующее устройство 4, разуплотнитель группового потока 5, спецвычислитель 6, обеспечивающий выделение каналов и сообщений, устройство оценки качества принятых сообщений 7. Вторые входы антенной системы 1 и широкодиапазонного СВЧ-тракта 2 подключены к выходам системы наведения и управления 8. Второй выход разветвителя 3 соединен со входом широкополосного радиоприемного устройства (ШРПУ) 9. Выход ШРПУ 9 и второй выход разуплотнителя 5 соединены со входами аналого-цифрового буфера (АЦБ) 10. Управление функциональных устройств (ФУ) 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 осущесвляется по шине VME 11 контроллером 12. Обмен информацией между ФУ 4, 5, 6, 7 и 10 осуществляется по шине VME 13. Контроллер 12 соединен по локальной сети (ЛВС) с ПЭВМ 14. Модуль сопряжения 15 соединен с контроллером 12 по шине VME 13 и накопителем на жестком магнитном диске HDD 16. Контролер управления записью, считывания, хранения и транспортирования информации 17 соединен со съемными накопителями на жестких магнитных дисках VME 18, а через шину VME 19 соединен с АЦБ 10.

Входом устройства является вход АС1, а выходами – входы-выходы съемных накопителей на жестких магнитных дисках 18.

Устройство работает следующим образом. С помощью программ, установленных в контроллере 12 и накопителе 16, системой наведения и управления 8 осуществляется наведение АС1 на источник сигнала. Наведение на источник сигнала осуществляется как в автоматическом режиме, так и автономно с помощью оператора. Входной сигнал через антенную систему 1 и широкодиапазонный СВЧ-тракт 2 поступает на вход разветвителя сигнала 3. В тракте, состоящем из приемно-демодулирующего устройства 4, разуплотнителя группового потока 5, спецвычислителя 6, с помощью аппаратно-программных средств осуществляется прием, анализ и обработка сигнала с выделением сообщения, качество которого оценивается в устройстве 7.

Со второго выхода разветвителя сигнала 3 сигналы, которые имеют отклонения по системным характеристикам (определение такого сигнала осуществляется программными средствами анализа), через широкополосный РПУ 9 поступают в аналого-цифровой буфер 10 и подвергаются преобразованию в цифровую форму. На этот же буфер поступают цифровые сигналы с выхода разуплотнителя 5 в режиме транзита или после обработки. В аналого-цифровом буфере 10 высокоскоростные цифровые сигналы записываются в ОЗУ буфера, привязываются к тактовой частоте, форматируются и с помощью контролера 17, записываются в съемные накопители на жестких магнитных дисках 18. Низкоскоростные сигналы со спецвычислителя 6 через контроллер 12 записывается на HDD 16.

Анализ и обработка сигналов, записанных в съемные накопители 18 или HDD 16, осуществляется в постреальном времени с использованием программных средств анализа.

Предложенное решение обеспечивает гибкость использования средств обработки и анализа, адаптируемость к изменяющейся номенклатуре сигналов в радиоэлектронной обстановке, мобильность и высокую эффективность при мониторинге систем радиосвязи.

На момент подачи заявки был создан макет устройства автоматизированного мониторинга систем радиосвязи, один из вариантов которого представлен на фиг.2.

В результате использования предлагаемого способа получен следующий технико-экономический эффект:

– обеспечивается запись системных и структурных параметров неизвестных сигналов на всех уровнях формирования с использованием аппаратно-программных средств;

– обеспечивается возможность последующего анализа программными средствами записанной информации;

– съемные накопители позволяют обеспечить возможность накопления больших (до 4 Тбайт) массивов информации со скоростью, достаточной для записи высокоскоростных сигналов на всех стадиях обработки.

Литература

1. “Спецтехника” №4 2000 г.

2. “Спецтехника” №5 2000 г.

3. “Communication Signal detection and acquisition”, пат. США №5282227, МКИ⁵ Н 03 D 3/24.

4. “Test devise for analyzing communication channels in a trunked radio system” пат. США №5361402, МКИ⁵ Н 04 В 17/06.

5. “Monitoring signal quality in a wireless local loop communication system”, заявка №2328842, Великобритания, МПК⁶ Н 04 Q 7/34.

6. Система мониторинга сетей спутниковых радиосвязи. Mitsubishi Election. Adv. – 1999 r. – 86, June.

7. О.В.Вакулов и др. “Автоматизированные системы радиомониторинга”. Радиотехника №11, 1998 г.

8. Агарков В.Ю. и др. “Способ приема, демодуляции и обработки сигналов спутниковых и радиорелейных линий связи”, заявка №2001130310, МПК⁷ Н 04 J 3/06, Н 04 L 5/22 (положительное решение).

Формула изобретения

Способ автоматизированного мониторинга систем радиосвязи, заключающийся в том, что сигнал принимают широкодиапазонной антенной системой, усиливают и преобразуют в диапазон приемных устройств, разветвляют на два направления, по одному из которых сигнал в последовательности, обратной его формированию на передающей стороне, подвергают анализу и обработке, при этом на каждом этапе по результатам анализа с помощью аппаратно-программных средств сигнал фильтруют, демодулируют, декодируют, дескремблируют, разуплотняют, демультиплексируют групповой поток, формируют информационные каналы и выделяют сообщения, отличающийся тем, что выделенные цифровые сообщения оценивают по качеству, а цифровые сигналы, имеющие отклонения от детерминированной структуры на разных этапах анализа и обработки, заносят в оперативное запоминающее устройство буфера, форматируют и через контроллер управления записывают в съемный накопитель на жестких магнитных дисках для последующего анализа, при этом аналоговые сигналы с отклонением системных характеристик по выходу второго направления разветвления для ввода в оперативное запоминающее устройство буфера и последующей записи в съемный накопитель на жестких магнитных дисках предварительно подвергают усилению, фильтрации, преобразованию в сигнал промежуточной частоты, квантованию и преобразованию каждой выборки в цифровой код.

РИСУНКИ