СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СИСТЕМАХ С АФАР
СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СИСТЕМАХ С АФАР
Научная статья
Широченко Д.С.¹, Широченко Р.С.²
1, 2 Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск, Россия
Аннотация
Получение алгоритма поддержания связи в телекоммуникационных системах с АФАР, который будет работать когда и принимающая и передающая станции передвигаются с конечной скоростью.
Ключевые слова: алгоритм, АФАР, диаграмма направленности, станция
Key words: algorithm, AFAR, radiation pattern, station
В данной статье рассматривается алгоритм поддержания связи для телекоммуникационных систем использующих активные фазированные антенные решетки (АФАР).
К достоинствам таких систем можно отнести возможность формирования и управления диаграммой направленности (ДН) антенны электронным способом, высокую энергетическую эффективность, более высокие скорости передачи данных, большую дальность функционирования системы и большее число абонентов, которых одновременно может обслуживать базовая станция [1]. Антенны такого типа широко используются в радиолокационных системах, но до недавнего времени практически не использовались в системах связи.
Схема формирования ДН может быть выполнена как в аналоговом виде, так и в цифровом. При формировании ДН в цифровом виде имеется возможность использовать антенную решетку в качестве фазового пеленгатора, т.е. измерять пеленг абонентских станций. Сложность таких систем при разработке, производстве и настройке гораздо выше, чем в системах с аналоговым формирование ДН. При аналоговом формировании ДН единственным средством для оценки положения абонента является информация о принимаемой от него энергии. Рассматриваемый алгоритм предназначен для использования в системах связи с аналоговым формированием ДН.
В состав системы входят базовая станция (M) и несколько абонентских станций (S) (Рисунок 1).
Рис.1. Структурная схема системы связи
На каждой станции установлено одинаковое оборудование, состоящее из блока обработки сигналов и антенной решетки.
Каждая станция имеет широкий рабочий сектор, в пределах которого она устанавливает узкий луч диаграммы направленности для проведения связи.
В задачи алгоритма входит совместное управление диаграммами направленности станций S и M для поддержания и оптимизации связи. Каждая станция S образует со станцией M пару, в пределах которой происходит управление. Примем в качестве исходных данных, что станции синхронизированы по времени и частоте, и каждая станция знает два рабочих положения луча, при которых принимаемая мощность сигнала максимальна. Эти лучи смежные и перекрывающиеся. Излучаемый сигнал можно представить в виде:
где i - номер станции, Ami – амплитуда сигнала, ω – угловая частота сигнала, φi – начальная фаза сигнала i-ой станции.
Принимаемый сигнал можно представить в виде:
где k – номер приемной станции, Sпр,k(t)– сигнал, принимаемый станцией k, Fi(θ) – усиление диаграммы направленности станции i, Fi0(θ) – оконная функция правильного направления станции i на станцию k, Fk(θ) – усиление диаграммы направленности станции k, Fk0(θ) – оконная функция правильного направления станции k на станцию i.
В качестве информации об относительном положении приемной станции используются данные о разности энергий в рабочих лучах.
Принимаемая энергия рассчитывается как:
где Ek – энергия, принимаемая станцией k, N – количество временных отсчетов в сигнале.
На основании измерения энергий в рабочих лучах вычисляется разность энергий:
где ∆Ek – разность энергий, в рабочих лучах станции k, E1 – энергия измеренная при первом рабочем положении луча, E2 – энергия измеренная при втором рабочем положении луча.
Полученное значение разности энергий ∆Ek используется для оценки положения станции S. Для этого полученное значение сравнивается с пороговым Eпорог. Если порог превышен, то пара рабочих лучей изменяется (Рисунок 2).. Новая пара рабочих лучей выбирается следующим образом: из прежней пары остается луч с наибольшей мощностью, а в качестве второго луча выбирается смежный с ним луч.
Для выбора порогового значения энергии, при котором происходит изменение пары лучей, необходимо учитывать характеристики канала распространения радиоволн и форму ДН. Исследование канала позволит получить информацию о таких параметрах как глубина замираний мощности сигнала, время когерентности канала. Зная форму ДН и то, как пересекаются ДН в смежных положениях, можно сказать при какой разности мощностей в рабочих лучах следует изменить эту пару.
Предложенный алгоритм позволяет поддерживать бесперебойное соединение между станциями S и M при высоком отношении сигнал/шум, с учетом характеристик реальных трасс распространения.
Список литературы / References
1. Активные фазированные антенные решетки / Под. Ред. Д.И. Воскресенского и А.И. Капащенкова. – М.: Радиотехника, 2004. -488 с.