RU2651267C1

RU2651267C1 - Device and data transfer system from the mobile facility

Info

Publication number: RU2651267C1
Application number: RU2017128900A
Authority: RU
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "КАСКАД"
Priority date: 2017-08-14
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2018-04-19

Abstract

FIELD: radio engineering and communications.

SUBSTANCE: invention refers to the field of radio engineering and can be used in the wireless communication systems. To this end, OFDM/TDD technologies and switched beam antennas are used in the system in order to provide periodic analysis and to select the antenna radiator with the switched beam for reception and information transfer by means of sequential electronical switching all antenna radiators with the switched beam in order to receive the test frames and to estimate the quality of communication through each antenna radiator with the switched beam.

EFFECT: technical result consists in the creation of the device and of the data transfer system from the mobile facility with reduced power consumption.

10 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к аппаратам и системам передачи данных с мобильного объекта, и может использоваться для обмена данными между мобильным объектом и его пунктом дистанционного управления.The invention relates to the field of radio engineering, namely, devices and systems for transmitting data from a mobile object, and can be used to exchange data between a mobile object and its remote control point.

К мобильным объектам могут относиться любые мобильные объекты, в том числе необитаемые (самоходные роботы, беспилотные летательные аппараты и др.). Для управления этими объектами по радиоканалу используется пункт дистанционного управления. Мобильные объекты могут принимать любое положение относительно пункта дистанционного управления.Mobile objects may include any mobile objects, including uninhabited ones (self-propelled robots, unmanned aerial vehicles, etc.). To control these objects over the air, a remote control point is used. Mobile objects can take any position relative to the remote control point.

При организации радиоканала между мобильным объектом и пунктом дистанционного управления (ПДУ) важным аспектом является эффективность радиоканала, которая сильно зависит от приемопередающей антенны аппаратуры передачи данных. Поскольку ПДУ неподвижен, на нем может использоваться направленная (секторная) антенна, сориентированная по направлению на сектор применения мобильного объекта. Поскольку мобильный объект может принимать любое положение относительно ПДУ, на нем не всегда может быть установлена направленная антенна, в то время как всенаправленная антенна неэффективна ввиду того, что излучает мощность во все стороны, а не по направлению на ПДУ. Для решения этой проблемы могут использоваться антенны с переключаемым лучом (АПЛ).When organizing a radio channel between a mobile object and a remote control point (RC), an important aspect is the effectiveness of the radio channel, which greatly depends on the transceiver antenna of the data transmission equipment. Since the remote control is stationary, a directional (sector) antenna can be used on it, oriented in the direction of the sector of application of the mobile object. Since a mobile object can take any position relative to the remote control, a directional antenna cannot always be installed on it, while an omnidirectional antenna is inefficient because it radiates power in all directions, and not in the direction of the remote control. To solve this problem, switched beam antennas (NPS) can be used.

Антенны с переключаемым лучом - это набор излучателей с неподвижной диаграммой направленности и ключ для переключения входа/выхода антенны на один из этих излучателей. В данном случае под излучателем понимается антенный элемент, который функционирует и как передающий (для излучения сигналов), и как приемный (для приема сигналов).Switched beam antennas are a set of emitters with a fixed radiation pattern and a key to switch the antenna input / output to one of these emitters. In this case, a radiator is an antenna element that functions both as a transmitter (for emitting signals) and as a receiver (for receiving signals).

Заявленный аппарат передачи данных (АПД) выполнен на основе технологии ортогонального частотного уплотнения (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing - OFDM) с

разделением прямого и обратного каналов (Time Division Duplexing - TDD). Один комплект АПД является ведущим (установлен на ПДУ), другой комплект АПД является ведомым (установлен на мобильном объекте). Ведущий комплект АПД инициирует информационный обмен. На мобильном объекте установлена АПЛ, работающая согласованно со структурой OFDM TDD сигнала АПД.The claimed data transmission apparatus (ADF) is based on Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) technology with

separation of the forward and reverse channels (Time Division Duplexing - TDD). One ADF kit is the master (installed on the remote control), the other ADF kit is the slave (installed on the mobile site). The leading ADF kit initiates information exchange. A nuclear submarine is installed at the mobile site, working in coordination with the OFDM TDD structure of the ADF signal.

Метод TDD использует

разделение - то есть и прием, и передача ведутся на одной и той же частоте, но попеременно: сеанс связи делится на временные интервалы (таймслоты), и одни из них используются для передачи, а другие для приема. Длительность таймслота измеряется миллисекундами, поэтому с точки зрения абонентов передача данных выглядит одновременной. Главное преимущество метода TDD заключается в том, что можно управлять соотношением таймслотов, выделенных на прием и передачу, и таким образом полностью использовать частотный ресурс. Таймслот на передачу от ведущей АПД и таймслот на прием от ведомой АПД образуют фрейм радиоканала, который имеет фиксированную длительность.TDD method uses

separation - that is, both reception and transmission are carried out at the same frequency, but alternately: the communication session is divided into time intervals (time slots), and some of them are used for transmission, and others for reception. The time-slot duration is measured in milliseconds, therefore, from the point of view of subscribers, data transmission looks simultaneous. The main advantage of the TDD method is that you can control the ratio of time slots allocated for reception and transmission, and thus fully use the frequency resource. The timeslot for transmission from the host ADF and the timeslot for reception from the slave ADF form a frame of the radio channel, which has a fixed duration.

OFDM является цифровой схемой модуляции, которая использует большое количество (от нескольких десятков до нескольких тысяч) близко расположенных ортогональных поднесущих. Каждая поднесущая модулируется по обычной схеме модуляции (например, бинарная или квадратурная фазовая манипуляция (BPSK и QPSK соответственно), или квадратурная амплитудная модуляция (QAM)) на низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. Таким образом, сигнал OFDM - это сумма ортогональных поднесущих, на каждой из которых передаваемые на основной частоте данные независимо модулируются с помощью одного из типов модуляции (BPSK, QPSK, QAM и др.). Метод OFDM широко известен в литературе, например "OFDM for Wireless Communications Systems", R.Prasad, Artech House (2004), 294 p.OFDM is a digital modulation scheme that uses a large number (from several tens to several thousand) of closely spaced orthogonal subcarriers. Each subcarrier is modulated according to the usual modulation scheme (for example, binary or quadrature phase shift keying (BPSK and QPSK, respectively), or quadrature amplitude modulation (QAM)) at a low symbol rate, while preserving the overall data transmission rate, as with conventional single carrier modulation schemes in same bandwidth. Thus, the OFDM signal is the sum of the orthogonal subcarriers, on each of which the data transmitted at the main frequency are independently modulated using one of the modulation types (BPSK, QPSK, QAM, etc.). The OFDM method is widely known in the literature, for example, “OFDM for Wireless Communications Systems”, R. Prasad, Artech House (2004), 294 p.

Наиболее близкими к заявленному изобретению являются система и способ цифрового диаграммообразования антенн в системах OFDM/TDD, описанные в патенте US 7889805.Closest to the claimed invention are a system and method for digital beam-forming antennas in OFDM / TDD systems described in US patent 7889805.

Данные система и способ выбраны в качестве прототипов заявленного изобретения.These system and method are selected as prototypes of the claimed invention.

К недостаткам применения таких методов в мобильной аппаратуре OFDM/TDD относится увеличенное энергопотребление за счет использования производительных DSP-процессоров (что критично для мобильных объектов с автономным электропитанием) и сложность реализации алгоритмов формирования диаграммы направленности.The disadvantages of using such methods in OFDM / TDD mobile equipment include increased energy consumption due to the use of productive DSP processors (which is critical for mobile objects with autonomous power supply) and the difficulty of implementing beamforming algorithms.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание аппарата и системы передачи данных с мобильного объекта с уменьшенным энергопотреблением, за счет отсутствия производительных DSP-процессоров и менее сложного метода формирования диаграммы направленности на основе технологий OFDM/TDD и антенны с переключаемым лучом, который обеспечивает периодический анализ и выбор наилучшего излучателя антенны с переключаемым лучом для приема и передачи информации путем последовательного электронного переключения всех излучателей антенны с переключаемым лучом для приема тестовых фреймов и оценки по ним качества связи через каждый излучатель антенны с переключаемым лучом.The technical result of the claimed invention is the creation of an apparatus and system for transmitting data from a mobile object with reduced power consumption, due to the lack of productive DSP processors and a less complicated method of beamforming based on OFDM / TDD technologies and a switched beam antenna that provides periodic analysis and selection the best emitter antenna with a switchable beam for receiving and transmitting information by sequential electronic switching of all emitters an enny a switched beam for receiving the test frames, and estimates the communication quality of them through each antenna with a switchable transmitter beam.

Поставленный технический результат достигнут путем создания аппарата передачи данных с мобильного объекта, содержащего процессор, соединенный с модемом OFDM и радиомодулем, который соединен с усилителем мощности, который соединен с коммутатором TDD, который соединен с радиомодулем и модемом OFDM, причем аппарат передачи данных выполнен с возможностью работы в ведущем режиме, при этом установки на пункте дистанционного управления и соединения коммутатора TDD с направленной внешней антенной, а также выполнен с возможностью работы в ведомом режиме, при этом установки на мобильном объекте и соединения коммутатора TDD с внешней антенной с переключаемым лучом, причем аппараты передачи данных, работающие в ведущем и ведомом режиме выполнены с возможностью соединения и передачи данных между собой по радиоканалу через направленную внешнюю антенну и внешнюю антенну с переключаемым лучом, при этомThe technical result achieved is achieved by creating a device for transmitting data from a mobile facility, comprising a processor connected to an OFDM modem and a radio module, which is connected to a power amplifier, which is connected to a TDD switch, which is connected to a radio module and an OFDM modem, the data transfer apparatus being configured to work in the leading mode, with the installation at the remote control point and the connection of the TDD switch with a directional external antenna, and also made with the ability to work in a slave mode having at the same time the installation on the mobile object and the connection of the TDD switch with an external antenna with a switched beam, and the data transmission devices operating in the master and slave mode are capable of connecting and transmitting data to each other over the air through a directional external antenna and an external antenna with a switchable beam, while

- процессор выполнен с возможностью управления модемом OFDM и радиомодулем, с возможностью передачи данных в модем OFDM и считывания принятых данных из модема OFDM, а также с возможностью обмена информационными данными с внешним источником;- the processor is configured to control the OFDM modem and the radio module, with the ability to transmit data to the OFDM modem and read received data from the OFDM modem, as well as with the ability to exchange information data with an external source;

- модем OFDM выполнен с возможностью формирования OFDM сигнала в режиме передачи и обработки OFDM сигнала в режиме приема данных, а также с возможностью управления коммутатором TDD;- the OFDM modem is configured to generate an OFDM signal in a transmission mode and process an OFDM signal in a data reception mode, as well as with the ability to control a TDD switch;

- радиомодуль в режиме передачи выполнен с возможностью переноса сформированного OFDM модемом сигнала промежуточной частоты (ПЧ) на высокую частоту (ВЧ) для последующей передачи на усилитель мощности; в режиме приема выполнен с возможностью усиления и переноса высокочастотного сигнала с АПЛ через коммутатор TDD на промежуточную частоту для последующей передачи в OFDM модем;- the radio module in transmission mode is configured to transfer the intermediate frequency (IF) signal generated by the OFDM modem to a high frequency (HF) for subsequent transmission to a power amplifier; in the reception mode, it is configured to amplify and transfer the high-frequency signal from the nuclear submarine through the TDD switch to an intermediate frequency for subsequent transmission to the OFDM modem;

- усилитель мощности выполнен с возможностью усиления мощности высокочастотного сигнала, получаемого от радиомодуля, для последующей передачи через коммутатор TDD на антенну с переключаемым лучом;- the power amplifier is configured to amplify the power of the high-frequency signal received from the radio module for subsequent transmission through the TDD switch to a switched beam antenna;

- коммутатор TDD под управлением модема OFDM выполнен с возможностью переключения режимов передачи и приема, при этом в режиме передачи с возможностью передачи на антенну с переключаемым лучом сигнала с усилителя мощности, а в режиме приема с возможностью передачи на вход радиомодуля сигнала с антенны с переключаемым лучом;- the TDD switch under the control of the OFDM modem is configured to switch the transmission and reception modes, while in the transmission mode with the possibility of transmitting a signal from a power amplifier to an antenna with a switched beam, and in the reception mode with the possibility of transmitting a signal from a switched beam antenna to the input of a radio module ;

- антенна с переключаемым лучом в режиме передачи выполнена с возможностью приема от усилителя мощности через коммутатор TDD и излучения в эфир высокочастотного сигнала через один из излучателей антенны с переключаемым лучом, а в режиме приема с возможностью приема из эфира высокочастотного сигнала через тот же излучатель и передачи его через коммутатор TDD в радиомодуль;- the antenna with the switched beam in the transmission mode is configured to receive a high-frequency signal from the power amplifier through the TDD switch through the air through one of the radiators of the antenna with the switched beam, and in the reception mode with the ability to receive a high-frequency signal from the ether through the same emitter and transmission it through the TDD switch to the radio module;

- модем OFDM ведомого аппарата передачи данных выполнен с возможностью сканирования, обнаружения и синхронизации с сигналом ведущего аппарата передачи данных;- the OFDM modem of the slave data transmission apparatus is configured to scan, detect and synchronize with the signal of the master data transmission apparatus;

- процессор аппарата передачи данных в ведущем режиме выполнен с возможностью приема служебной информации от процессора аппарата передачи данных в ведомом режиме, при этом, запуска счетчика фрейма и синхронизации его по времени и по номеру;- the processor of the data transmission apparatus in the leading mode is configured to receive service information from the processor of the data transmission apparatus in the slave mode, while starting the frame counter and synchronizing it in time and number;

- аппарат передачи данных, работающий в ведущем режиме, выполнен с возможностью передачи М тестовых фреймов, не содержащих полезной информации, где М - количество излучателей антенны с переключаемым лучом, причем содержимое тестового фрейма задано заранее, а аппарат передачи данных в ведомом режиме выполнен с возможностью оценки отношения сигнал/шум на основе тестового фрейма, при этом через каждые N принятых фреймов коммутатор TDD, соединенный с внешней антенной с переключаемым лучом, выполнен с возможностью последовательного переключения антенны с переключаемым лучом на каждый из М ее излучателей, с возможностью приема тестового фрейма через каждый из М ее излучателей, с возможностью вычисления отношения сигнал/шум на основании тестового фрейма, и с возможностью передачи значения отношения сигнал/шум в память процессора, которая выполнена с возможностью хранения М значений отношений сигнал/шум после окончания каждого цикла передачи данных, процессор выполнен с возможностью определения наибольшего значения отношения сигнал/шум, при этом формирования управляющего сигнала и подачи его на коммутатор TDD, соединенный с внешней антенной с переключаемым лучом, который выполнен с возможностью переключения антенны на излучатель, которому соответствует наибольшее значение отношения сигнал/шум.- the data transmission apparatus operating in the leading mode is configured to transmit M test frames that do not contain useful information, where M is the number of emitters of the antenna with the switched beam, the contents of the test frame specified in advance, and the data transmission apparatus in the slave mode is configured to estimating the signal-to-noise ratio based on the test frame, in this case, every N received frames, the TDD switch connected to an external antenna with a switched beam is configured to be switched sequentially I have an antenna with a switched beam to each of its M emitters, with the possibility of receiving a test frame through each of its M emitters, with the ability to calculate the signal-to-noise ratio based on the test frame, and with the possibility of transmitting the signal-to-noise ratio to the processor memory, which configured to store M signal-to-noise ratios after the end of each data transmission cycle, the processor is configured to determine the largest signal-to-noise ratio, while forming a control signal and feeding it to a TDD switch connected to an external antenna with a switchable beam, which is configured to switch the antenna to the emitter, which corresponds to the highest signal-to-noise ratio.

В предпочтительном варианте осуществления аппарата внешний источник выполнен в виде сети Ethernet.In a preferred embodiment of the apparatus, the external source is in the form of an Ethernet network.

В предпочтительном варианте осуществления аппарата процессор аппарата передачи данных, работающего в ведомом режиме, выполнен с возможностью приема служебной информации от процессора аппарата передачи данных, работающего в ведущем режиме, при этом, запуска счетчика фрейма и синхронизации его по времени, с учетом времени начала приема модемом OFDM на выходе антенны аппарата передачи данных, работающего в ведомом режиме, сигнала аппарата передачи данных, работающего в ведущем режиме, и с учетом времени задержки распространения сигнала служебной информации аппарата передачи данных, работающего в ведущем режиме, и по номеру из служебной информации аппарата передачи данных, работающего в ведущем режиме.In a preferred embodiment of the apparatus, the processor of the data transmission apparatus operating in the slave mode is configured to receive service information from the processor of the data transmission apparatus operating in the master mode, while starting the frame counter and synchronizing it in time, taking into account the modem receiving start time OFDM at the antenna output of the data transmission apparatus operating in the slave mode, the signal of the data transmission apparatus operating in the master mode, and taking into account the propagation delay time of the signal information on the data transmission apparatus operating in the leading mode, and by the number from the service information of the data transmission apparatus operating in the leading mode.

В предпочтительном варианте осуществления коммутатор TDD, соединенный с внешней антенной с переключаемым лучом, выполнен на пин-диодах и время коммутации его входа на любой из выходов составляет не более 1 мкс.In a preferred embodiment, the TDD switch connected to an external antenna with a switched beam is made on pin diodes and the switching time of its input to any of the outputs is not more than 1 μs.

В предпочтительном варианте осуществления аппарата антенна с переключаемым лучом содержит излучатели, соединенные с коммутатором, высокочастотный вход-выход которого соединен с коммутатором TDD, а управляющий вход с управляющим выходом процессора.In a preferred embodiment of the apparatus, the beam switching antenna comprises emitters connected to a switch, a high-frequency input-output of which is connected to a TDD switch, and a control input with a control output of the processor.

Поставленный технический результат достигнут также путем создания системы передачи данных с мобильного объекта, включающей в себя аппарат передачи данных, работающий в ведущем режиме, установленный на пункте дистанционного управления и соединенный с направленной внешней антенной, а также аппарат передачи данных, работающий в ведомом режиме, установленный на мобильном объекте и соединенный с внешней антенной с переключаемым лучом, причем аппараты передачи данных, работающие в ведущем и ведомом режиме выполнены с возможностью соединения и передачи данных между собой по радиоканалу через направленную внешнюю антенну и внешнюю антенну с переключаемым лучом, при этом аппарат передачи данных, работающий в ведущем режиме, содержит процессор, соединенный с модемом OFDM и радиомодулем, который соединен с усилителем мощности, который соединен с коммутатором TDD, который соединен с радиомодулем, модемом OFDM и направленной внешней антенной, а аппарат передачи данных, работающий в ведомом режиме, содержит процессор, соединенный с модемом OFDM и радиомодулем, который соединен с усилителем мощности, который соединен с коммутатором TDD, который соединен с радиомодулем, модемом OFDM и внешней антенной с переключаемым лучом, при этомThe technical result achieved is also achieved by creating a data transmission system from a mobile facility, which includes a data transmission device operating in the master mode, installed on the remote control point and connected to a directional external antenna, as well as a data transmission device operating in the slave mode, installed on a mobile object and connected to an external antenna with a switchable beam, and the data transmission devices operating in the master and slave mode are configured to be connected and transmitting data to each other via a radio channel through a directional external antenna and an external antenna with a switched beam, while the data transmission apparatus operating in the leading mode contains a processor connected to an OFDM modem and a radio module that is connected to a power amplifier that is connected to the switch A TDD that is connected to a radio module, an OFDM modem, and a directional external antenna, and a slave data transmission apparatus includes a processor connected to an OFDM modem and a radio module that is connected to a gain power box, which is connected to a TDD switch, which is connected to a radio module, an OFDM modem and an external antenna with a switched beam, while

- модем OFDM аппарата передачи данных, работающего в ведомом режиме, выполнен с возможностью сканирования, обнаружения и синхронизации с сигналом аппарата передачи данных, работающего в ведущем режиме;- the OFDM modem of the data transmission apparatus operating in the slave mode is configured to scan, detect and synchronize with the signal of the data transmission apparatus operating in the master mode;

- процессор аппарата передачи данных, работающего в ведущем режиме, выполнен с возможностью приема служебной информации от процессора аппарата передачи данных, работающего в ведомом режиме, при этом, запуска счетчика фрейма и синхронизации его по времени и по номеру;- the processor of the data transmission apparatus operating in the leading mode is configured to receive service information from the processor of the data transmission apparatus operating in the slave mode, while starting the frame counter and synchronizing it in time and number;

- аппарат передачи данных, работающий в ведущем режиме выполнен с возможностью передачи М тестовых фреймов, не содержащих полезной информации, где М - количество излучателей антенны с переключаемым лучом, причем содержимое тестового фрейма задано заранее, а аппарат передачи данных, работающий в ведомом режиме выполнен с возможностью оценки отношения сигнал/шум на основе тестового фрейма, при этом через каждые N принятых фреймов коммутатор TDD, соединенный с внешней антенной с переключаемым лучом, выполнен с возможностью последовательного переключения антенны с переключаемым лучом на каждый из М ее излучателей, с возможностью приема тестового фрейма через каждый из М ее излучателей, с возможностью вычисления отношения сигнал/шум на основании тестового фрейма, и с возможностью передачи значения отношения сигнал/шум в память процессора, которая выполнена с возможностью хранения М значений отношений сигнал/шум после окончания каждого цикла передачи данных, процессор выполнен с возможностью определения наибольшего значения отношения сигнал/шум, при этом формирования управляющего сигнала и подачи его на коммутатор TDD, соединенный с внешней антенной с переключаемым лучом, который выполнен с возможностью переключения антенны на излучатель, которому соответствует наибольшее значение отношения сигнал/шум.- the data transmission apparatus operating in the leading mode is configured to transmit M test frames that do not contain useful information, where M is the number of emitters of the antenna with the switched beam, the contents of the test frame specified in advance, and the data transmission apparatus operating in the slave mode is made with the possibility of evaluating the signal-to-noise ratio based on the test frame, and after every N received frames, the TDD switch connected to an external antenna with a switched beam is configured to be sequential switching the antenna with a switchable beam to each of its M emitters, with the possibility of receiving a test frame through each of its M emitters, with the possibility of calculating the signal-to-noise ratio based on the test frame, and with the possibility of transmitting the signal-to-noise ratio to the processor memory, which configured to store M signal-to-noise ratios after the end of each data transmission cycle, the processor is configured to determine the largest signal-to-noise ratio, while forming signal and feed it to the TDD switch connected to an external antenna with a switched beam, which is configured to switch the antenna to the emitter, which corresponds to the highest signal-to-noise ratio.

В предпочтительном варианте осуществления системы внешний источник выполнен в виде сети Ethernet.In a preferred embodiment of the system, the external source is in the form of an Ethernet network.

В предпочтительном варианте осуществления системы процессор аппарата передачи данных, работающего в ведомом режиме, выполнен с возможностью приема служебной информации от процессора аппарата передачи данных, работающего в ведущем режиме, при этом, запуска счетчика фрейма и синхронизации его по времени, с учетом времени начала приема модемом OFDM на выходе антенны аппарата передачи данных, работающего в ведомом режиме, сигнала аппарата передачи данных, работающего в ведущем режиме, и с учетом времени задержки распространения сигнала служебной информации аппарата передачи данных, работающего в ведущем режиме, и по номеру из служебной информации аппарата передачи данных, работающего в ведущем режиме.In a preferred embodiment of the system, the processor of the data transmission apparatus operating in the slave mode is configured to receive service information from the processor of the data transmission apparatus operating in the lead mode, while starting the frame counter and synchronizing it in time, taking into account the modem receiving start time OFDM at the output of the antenna of the data transmission apparatus operating in the slave mode, the signal of the data transmission apparatus operating in the master mode, and taking into account the propagation delay time of the signal information on the data transmission apparatus operating in the leading mode, and by the number from the service information of the data transmission apparatus operating in the leading mode.

В предпочтительном варианте осуществления системы коммутатор TDD, соединенный с внешней антенной с переключаемым лучом, выполнен на пин-диодах и время коммутации его входа на любой из выходов составляет не более 1 мкс.In a preferred embodiment of the system, a TDD switch connected to an external antenna with a switched beam is made on pin diodes and the switching time of its input to any of the outputs is not more than 1 μs.

В предпочтительном варианте осуществления системы антенна с переключаемым лучом содержит излучатели, соединенные с коммутатором, высокочастотный вход-выход которого соединен с коммутатором TDD, а управляющий вход с управляющим выходом процессора.In a preferred embodiment of the system, the beam switching antenna comprises emitters connected to a switch, a high-frequency input-output of which is connected to a TDD switch, and a control input with a control output of the processor.

Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.For a better understanding of the claimed invention the following is a detailed description with the corresponding graphic materials.

Фиг. 1. Схема принципа работы системы, состоящей из двух аппаратов передачи данных, один из которых, работающий в ведомом режиме, установлен на мобильном объекте и оснащен антенной с переключаемым лучом, а другой, работающий в ведущем режиме, установлен на пункте дистанционного управления и оснащен направленной (секторной) антенной, выполненная согласно изобретению.FIG. 1. The scheme of the principle of operation of a system consisting of two data transmission apparatuses, one of which working in slave mode is installed on a mobile object and equipped with a switchable beam antenna, and the other working in master mode is installed on a remote control point and equipped with directional (sector) antenna, made according to the invention.

Фиг. 2. Схема аппарата передачи данных, работающего в ведущем режиме, и соединенного с направленной (секторной) антенной, выполненная согласно изобретению.FIG. 2. Scheme of a data transmission apparatus operating in a leading mode and connected to a directional (sector) antenna made in accordance with the invention.

Фиг. 3. Схема аппарата передачи данных, работающего в ведомом режиме и соединенного с антенной с переключаемым лучом, выполненная согласно изобретению.FIG. 3. Scheme of a data transmission apparatus operating in slave mode and connected to a switched beam antenna, made in accordance with the invention.

Фиг. 4. Схема антенны с переключаемым лучом, состоящей из шести излучателей, выполненная согласно изобретению.FIG. 4. The scheme of the antenna with a switched beam, consisting of six emitters, made according to the invention.

Фиг. 5. Пример диаграммы направленности (в горизонтальной плоскости) излучателей антенны с переключаемым лучом, состоящей из шести излучателей, выполненной согласно изобретению.FIG. 5. An example of the radiation pattern (in the horizontal plane) of the emitters of an antenna with a switched beam, consisting of six emitters, made according to the invention.

Элементы:Items:

1 - аппарат передачи данных, работающий в ведущем режиме;1 - data transmission apparatus operating in the leading mode;

2 - аппарат передачи данных, работающий в ведомом режиме;2 - data transmission apparatus operating in slave mode;

3 - антенна с переключаемым лучом;3 - antenna with switchable beam;

4 - направленная антенна;4 - directional antenna;

5 - процессор;5 - processor;

6 - модем OFDM;6 - OFDM modem;

7 - радиомодуль;7 - radio module;

8 - усилитель мощности;8 - power amplifier;

9 - коммутатор TDD;9 - TDD switch;

10 - коммутатор антенны с переключаемым лучом;10 - switch antenna with a switchable beam;

11 - излучатель антенны с переключаемым лучом;11 - emitter antenna with a switched beam;

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем. Между ПДУ и мобильным объектом установлен радиоканал, а АПД мобильного объекта постоянно анализирует качество связи через каждый излучатель АПЛ (последовательно) и использует излучатель, через который обеспечивается наилучшее качество связи.The essence of the claimed invention is as follows. A radio channel is installed between the remote control and the mobile object, and the ADF of the mobile object constantly analyzes the quality of communication through each submarine emitter (sequentially) and uses a radiator through which the best communication quality is ensured.

Рассмотрим подробнее функционирование заявленных аппарата и системы передачи данных с мобильного объекта (фиг. 1-5).Let us consider in more detail the functioning of the claimed apparatus and system for transmitting data from a mobile object (Fig. 1-5).

Процессор 5 осуществляет управление модемом OFDM 6 и радиомодулем 7, передачу данных в модем OFDM 6 и считывание принятых данных из модема OFDM 6, прием и передачу информационных данных из/в сеть Ethernet.The processor 5 controls the OFDM 6 modem and the radio module 7, transfers data to the OFDM 6 modem and reads the received data from the OFDM 6 modem, receives and transmits information data from / to the Ethernet network.

Модем OFDM 6 осуществляет формирование OFDM сигнала в режиме передачи и обработку OFDM сигнала в режиме приема, а также управление коммутатором TDD 9.An OFDM 6 modem generates an OFDM signal in transmission mode and processes an OFDM signal in reception mode, as well as controls a TDD 9 switch.

Радиомодуль 7 в режиме передачи осуществляет перенос сформированного OFDM модемом 6 сигнала промежуточной частоты (ПЧ) на высокую частоту (ВЧ) для последующей передачи на усилитель мощности 8; в режиме приема осуществляет усиление и перенос высокочастотного сигнала с АПЛ через коммутатор TDD 9 на промежуточную частоту для последующей передачи в OFDM модем 6.The radio module 7 in the transmission mode transfers the intermediate frequency (IF) signal generated by the OFDM modem 6 to a high frequency (HF) for subsequent transmission to the power amplifier 8; in reception mode, it amplifies and transfers the high-frequency signal from the nuclear submarine through the TDD 9 switch to an intermediate frequency for subsequent transmission to the OFDM modem 6.

Усилитель мощности 8 осуществляет усиление мощности высокочастотного сигнала, получаемого с радиомодуля 7, для последующей передачи через коммутатор TDD 9 на АПЛ 3.The power amplifier 8 amplifies the power of the high-frequency signal received from the radio module 7 for subsequent transmission through the TDD 9 switch to the nuclear submarine 3.

Коммутатор TDD 9 под управлением модема OFDM 6 осуществляет переключение режимов передачи и приема, в режиме передачи выдавая на АПЛ 3 сигнал с усилителя мощности 8, в режиме приема выдавая сигнал с АПЛ 3 на вход радиомодуля 7.The TDD 9 switch under the control of the OFDM 6 modem switches the transmission and reception modes, in the transmission mode it gives out a signal from the power amplifier 8 to the submarine 3, and in the reception mode it gives out a signal from the submarine 3 to the input of the radio module 7.

АПЛ 3 в режиме передачи принимает от усилителя мощности 8 через коммутатор TDD 9 и излучает высокочастотный сигнал в эфир (через один из излучателей 11 АПЛ), а в режиме приема принимает из эфира высокочастотный сигнал (через тот же излучатель 11 АПЛ) и передает его через коммутатор TDD 9 на радиомодуль 7.The submarine 3 in transmission mode receives from the power amplifier 8 through the TDD 9 switch and radiates a high-frequency signal to the air (through one of the 11 submarine emitters), and in the reception mode it receives a high-frequency signal from the air (via the same submarine emitter 11) and transmits it through TDD 9 switch to radio module 7.

Заявленный АПД функционирует следующим образом (фиг. 1-5). Процессор 5 АПД 2 мобильного объекта конфигурируется в режим работы «ведомый». Процессор 5 АПД 1 ПДУ конфигурируется в режим работы «ведущий». На АПД 2, работающем в ведомом режиме, первоначально производится сканирование модемом OFDM 6 сигнала АПД 1, работающего в ведущем режиме, и, при обнаружении и синхронизации с сигналом АПД 1, работающего в ведущем режиме, процессор 5 АПД 2, работающего в ведомом режиме, принимает служебную информацию от процессора 5 АПД 1, работающего в ведущем режиме, при этом, запускает счетчик фрейма и синхронизирует его по времени (с учетом времени начала приема модемом OFDM 6 на выходе АПЛ 3 АПД 2, работающего в ведомом режиме, сигнала АПД 1, работающего в ведущем режиме, и с учетом времени задержки распространения сигнала из служебной информации ведущего АПД 1) и по номеру (из служебной информации ведущего АПД 1).The claimed ADF operates as follows (Fig. 1-5). The processor 5 APD 2 of the mobile object is configured in the "slave" mode. The processor 5 APD 1 remote control is configured in the mode of operation "master". On the ADF 2 operating in the slave mode, the OFDM 6 modem initially scans the ADF 1 signal operating in the master mode, and, upon detection and synchronization with the ADF signal 1 operating in the master mode, the APD 2 processor 5 operating in the slave mode, receives service information from the processor 5 of the ADF 1, operating in the leading mode, at the same time, starts the frame counter and synchronizes it in time (taking into account the time when the OFDM 6 modem received at the output of the submarine 3 of the APD 2 operating in the slave mode, the APD 1 signal, working in leading IME, and considering the time delay of signal propagation from the service information leading ADF 1) and by number (from the service information leading ADF 1).

Коммутатор 9 АПЛ 3 выполнен на пин-диодах (изделие, известное из уровня техники), и время коммутации его входа на любой из выходов составляет не более 1 мкс.Switch 9 submarine 3 is made on pin diodes (a product known from the prior art), and the switching time of its input to any of the outputs is not more than 1 μs.

Работа АПД 1, работающего в ведущем режиме, (АПД ПДУ) устроена таким образом, что через каждые N фреймов он передает М тестовых фреймов, не содержащих полезной информации (где М - количество излучателей АПЛ мобильного объекта). Содержимое тестового фрейма заранее известно, что позволяет АПД 2, работающего в ведомом режиме, на мобильном объекте оценить на его основе отношение сигнал/шум (ОСШ, который характеризует качество принятого сигнала).The operation of the ADF 1 operating in the leading mode (ADF of the remote control) is arranged in such a way that every N frames it transmits M test frames that do not contain useful information (where M is the number of submarine emitters of the mobile object). The contents of the test frame are known in advance, which allows the ADF 2 operating in slave mode to evaluate the signal-to-noise ratio (SNR, which characterizes the quality of the received signal) on a mobile object based on it.

Через каждые N принятых фреймов коммутатор АПЛ 10 последовательно переключает АПЛ 3 на каждый из М излучателей 11, и принимает через каждый из М излучателей 11 тестовый фрейм, на основании которого вычисляется отношение сигнал/шум (показатель качества принятого через данный излучатель 11 сигнала (всего М значений)) при приеме через каждый из М излучателей 11, и заносится в память процессора 5. После окончания этого цикла, в памяти процессора 5 хранится М значений ОСШ, из которых процессором 5 выбирается наибольшее значение. На основании сделанного выбора в процессоре 5 формируется управляющий сигнал, который подается на коммутатор АПЛ 10 для переключения на излучатель 11, которому соответствует наибольшее ОСШ. Последующие N фреймов принимаются и передаются через этот излучатель 11. После чего процедура повторяется.After every N received frames, the submarine switch 10 sequentially switches the submarine 3 to each of the M emitters 11, and receives a test frame through each of the M emitters 11, based on which the signal-to-noise ratio is calculated (the quality indicator of the signal received through this emitter 11 (total M values)) when received through each of the M emitters 11, and is recorded in the memory of processor 5. After the end of this cycle, M SNR values are stored in the memory of processor 5, from which the highest value is selected by processor 5. Based on the choice made, a control signal is generated in the processor 5, which is fed to the nuclear submarine switch 10 to switch to the emitter 11, which corresponds to the highest SNR. Subsequent N frames are received and transmitted through this emitter 11. After which the procedure is repeated.

Поскольку оценка ОСШ производится по тестовым фреймам (в которых не содержится полезной информации), полезная информация, передаваемая от АПД 1 ПДУ на АПД 2 мобильного объекта (и обратно) не теряется во время оценки ОСШ при приеме через каждый излучатель 11 АПЛ 3.Since the SNR assessment is carried out using test frames (which do not contain useful information), the useful information transmitted from the ADF 1 of the remote control to the ADF 2 of the mobile object (and vice versa) is not lost during the assessment of the SNR when receiving 11 submarines 3 through each emitter.

Величина N определяет время, в течение которого прием и передача данных ведется через излучатель 11, выбранный в качестве наилучшего по критерию ОСШ. В зависимости от степени мобильности объекта и скорости изменения характеристик канала распространения, величина N может меняться, ее значение не влияет на суть изобретения.The value of N determines the time during which the reception and transmission of data is carried out through the emitter 11, selected as the best criterion for SNR. Depending on the degree of mobility of the object and the rate of change of the characteristics of the propagation channel, the value of N may vary, its value does not affect the essence of the invention.

Заявленный аппарат передачи данных может работать с более сложными АПЛ 3, состоящими из большего количества излучателей, каждый из которых может обладать разной эффективностью и электрическими характеристиками.The claimed data transmission apparatus can work with more complex nuclear submarines 3, consisting of a larger number of emitters, each of which may have different efficiency and electrical characteristics.

Хотя описанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.Although the above-described embodiment of the invention has been set forth to illustrate the present invention, it is clear to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible without departing from the scope and meaning of the present invention disclosed in the attached claims.

Claims

1. An apparatus for transmitting data from a mobile facility, comprising a processor connected to an OFDM modem and a radio module that is connected to a power amplifier that is connected to a TDD switch that is connected to a radio module and an OFDM modem, the data apparatus being configured to operate in master mode while installing on the remote control point and connecting the TDD switch with a directional external antenna, it is also configured to work in slave mode, while installing on a mobile site and connecting comm TDD with an external antenna with a switchable beam, and the data transmission devices operating in the master and slave mode are capable of connecting and transmitting data to each other via a radio channel through a directional external antenna and an external antenna with a switchable beam, while

- the processor is configured to control the OFDM modem and the radio module, with the ability to transmit data to the OFDM modem and read received data from the OFDM modem, as well as with the ability to exchange information data with an external source;

- the OFDM modem is configured to generate an OFDM signal in a transmission mode and process an OFDM signal in a data reception mode, as well as with the ability to control a TDD switch;

- the radio module in transmission mode is configured to transfer the intermediate frequency (IF) signal generated by the OFDM modem to a high frequency (HF) for subsequent transmission to a power amplifier; in the reception mode, it is configured to amplify and transfer the high-frequency signal from the nuclear submarine through the TDD switch to an intermediate frequency for subsequent transmission to the OFDM modem;

- the power amplifier is configured to amplify the power of the high-frequency signal received from the radio module for subsequent transmission through the TDD switch to a switched beam antenna;

- the TDD switch under the control of the OFDM modem is configured to switch the transmission and reception modes, while in the transmission mode with the possibility of transmitting a signal from a power amplifier to an antenna with a switched beam, and in the reception mode with the possibility of transmitting a signal from a switched beam antenna to the input of a radio module ; - the antenna with the switched beam in the transmission mode is configured to receive a high-frequency signal from the power amplifier through the TDD switch through the air through one of the radiators of the antenna with the switched beam, and in the reception mode with the ability to receive a high-frequency signal from the ether through the same emitter and transmission it through the TDD switch to the radio module;

- the OFDM modem of the slave data transmission apparatus is configured to scan, detect and synchronize with the signal of the master data transmission apparatus;

- the processor of the data transmission apparatus in the leading mode is configured to receive service information from the processor of the data transmission apparatus in the slave mode, while starting the frame counter and synchronizing it in time and number;

- the data transmission apparatus operating in the leading mode is configured to transmit M test frames that do not contain useful information, where M is the number of emitters of the antenna with the switched beam, the contents of the test frame specified in advance, and the data transmission apparatus in the slave mode is configured to estimating the signal-to-noise ratio based on the test frame, in this case, every N received frames, the TDD switch connected to an external antenna with a switched beam is configured to be switched sequentially I have an antenna with a switched beam to each of its M emitters, with the possibility of receiving a test frame through each of its M emitters, with the ability to calculate the signal-to-noise ratio based on the test frame and with the possibility of transmitting the signal-to-noise ratio to the processor memory, which is made with the possibility of storing M signal-to-noise ratios after the end of each data transfer cycle, the processor is configured to determine the highest signal-to-noise ratio, while forming a control signal ala and supplying it to the TDD switch coupled to an external antenna with a switchable beam that is arranged to switch the antenna at the transmitter, which corresponds to the largest value of the signal / noise ratio.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the external source is made in the form of an Ethernet network.

3. The apparatus according to claim 1, characterized in that the processor of the data transmission apparatus operating in the slave mode is configured to receive service information from the processor of the data transmission apparatus operating in the leading mode, while starting the frame counter and synchronizing it in time, taking into account the start time of the reception of the OFDM modem at the antenna output of the data transmission device operating in the slave mode, the signal of the data transmission device operating in the master mode, and taking into account the propagation delay signal of the service information tion of the data transmission apparatus operating in the leading mode, and by the number from the service information of the data transmission apparatus operating in the leading mode.

4. The apparatus according to claim 1, characterized in that the TDD switch connected to an external antenna with a switched beam is made on pin diodes and the switching time of its input to any of the outputs is not more than 1 μs.

5. The apparatus according to claim 1, characterized in that the antenna with a switched beam contains emitters connected to a switch, a high-frequency input-output of which is connected to a TDD switch, and a control input with a control output of the processor.

6. A system for transmitting data from a mobile object, which includes a data transmission device operating in the master mode, installed on the remote control point and connected to a directional external antenna, as well as a data transmission device operating in the slave mode, installed on the mobile object and connected with an external antenna with a switched beam, and the data transmission devices operating in the master and slave mode are made with the possibility of connecting and transmitting data to each other over the air through a directional channel an external antenna and an external antenna with a switched beam, while the data transmission apparatus operating in the leading mode includes a processor connected to an OFDM modem and a radio module, which is connected to a power amplifier, which is connected to a TDD switch, which is connected to a radio module, an OFDM modem, and a directional external antenna, and the slave-mode data transmission apparatus includes a processor connected to an OFDM modem and a radio module that is connected to a power amplifier that is connected to a TDD switch that is connected with a radio module, an OFDM modem and an external antenna with a switchable beam, while

- the TDD switch under the control of the OFDM modem is configured to switch the transmission and reception modes, while in the transmission mode with the possibility of transmitting a signal from a power amplifier to an antenna with a switched beam, and in the reception mode with the possibility of transmitting a signal from a switched beam antenna to the input of a radio module ;

- the antenna with the switched beam in the transmission mode is configured to receive a high-frequency signal from the power amplifier through the TDD switch through the air through one of the radiators of the antenna with the switched beam, and in the reception mode with the ability to receive a high-frequency signal from the ether through the same emitter and transmission it through the TDD switch to the radio module;

- the OFDM modem of the data transmission apparatus operating in the slave mode is configured to scan, detect and synchronize with the signal of the data transmission apparatus operating in the master mode;

- the processor of the data transmission apparatus operating in the leading mode is configured to receive service information from the processor of the data transmission apparatus operating in the slave mode, while starting the frame counter and synchronizing it in time and number;

- the data transmission apparatus operating in the leading mode is configured to transmit M test frames that do not contain useful information, where M is the number of emitters of the antenna with the switched beam, the contents of the test frame specified in advance, and the data transmission apparatus operating in the slave mode is made with the possibility of evaluating the signal-to-noise ratio based on the test frame, and after every N received frames, the TDD switch connected to an external antenna with a switched beam is configured to be sequential switching an antenna with a switchable beam to each of its M emitters, with the possibility of receiving a test frame through each of its M emitters, with the possibility of calculating the signal-to-noise ratio based on the test frame and with the possibility of transmitting the signal-to-noise ratio to the processor memory, which is made with the possibility of storing M values of signal-to-noise ratios after the end of each data transmission cycle, the processor is configured to determine the highest value of the signal-to-noise ratio, while forming signal and feed it to the TDD switch connected to an external antenna with a switched beam, which is configured to switch the antenna to the emitter, which corresponds to the highest signal-to-noise ratio.

7. The system according to p. 6, characterized in that the external source is made in the form of an Ethernet network.

8. The system of claim 6, wherein the processor of the data transmission apparatus operating in the slave mode is configured to receive service information from the processor of the data transmission apparatus operating in the lead mode, while starting the frame counter and synchronizing it in time, taking into account the start time of the reception of the OFDM modem at the antenna output of the data transmission device operating in the slave mode, the signal of the data transmission device operating in the master mode, and taking into account the propagation delay time of the signal AI data device operating in master mode, and the number of overhead data transmission device operating in master mode.

9. The system according to claim 6, characterized in that the TDD switch connected to an external antenna with a switched beam is made on pin diodes and the switching time of its input to any of the outputs is not more than 1 μs.

10. The system of claim 6, wherein the switchable beam antenna comprises emitters connected to a switch, a high-frequency input-output of which is connected to a TDD switch, and a control input with a control output of the processor.