RU75898U1

RU75898U1 - MULTIPLE ACCESS DEVICE WITH SPATIAL DIVISION OF USERS

Info

Publication number: RU75898U1
Application number: RU2008112569/22U
Authority: RU
Inventors: Виктор Васильевич Чистюхин; Константин Сергеевич Лялин; Василий Юрьевич Кочетков; Жанна Владимировна Чиркунова; Виталий Иванович Орешкин
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2008-08-27

Abstract

Техническое решение (полезная модель) относится к технике связи, в частности, к антенным системам, предназначенным для работы в составе систем беспроводной передачи данных.The technical solution (utility model) relates to communication technology, in particular, to antenna systems designed to work as part of wireless data transmission systems.

Сущность заявленного технического решения заключается в том, что антенная решетка с заданным количеством лучей N собирается из (N+1)/4 независимых 4-хканальных приемных модулей, содержащих антенные излучатели и фидерные тракты, в которые введено модульное устройство цифрового формирования диаграммы направленности решетки, отличающееся тем, что конструктивно разделение сигналов разных лучей производится в программируемом логическом устройстве созданием копий входных сигналов в одном канале после оцифровки в количестве, соответствующем общему числу лучей в решетке, без потери уровня сигнала в каждом луче в N раз, дальнейшим умножением полученных копий на рассчитанные весовые коэффициенты и суммированием по всей решетке.The essence of the claimed technical solution lies in the fact that the antenna array with a given number of beams N is assembled from (N + 1) / 4 independent 4-channel receiving modules containing antenna emitters and feeder paths, into which a modular device for digital formation of the array radiation pattern is introduced, characterized in that structurally the separation of signals of different beams is carried out in a programmable logic device by creating copies of the input signals in one channel after digitization in an amount corresponding to the total number of rays in the grating, without losing the signal level in each beam by N times, by further multiplying the obtained copies by the calculated weight coefficients and summing over the entire grating.

Description

Известна частично адаптивная антенная решетка (Российский патент на полезную модель №4900886/09, H04Q 7/30, опубл. 30.08.1994 г.). Подавление помехи осуществляется посредством создания дополнительной диаграммы направленности, с использованием последовательного линейного изменения фазового распределения в симметрично расположенных относительно центра и равномерно распределенных по длине решетки элементах решетки, и вычитанием ее из основной диаграммы. Недостатком такого метода является снижение энергетики основного луча диаграммы направленности за счет перераспределения энергии, особенно в случае наличия нескольких помех.Known partially adaptive antenna array (Russian patent for utility model No. 4900886/09, H04Q 7/30, publ. 30.08.1994). The suppression of interference is carried out by creating an additional radiation pattern using a sequential linear change in the phase distribution in the elements of the grating symmetrically located relative to the center and uniformly distributed along the length of the grating, and subtracting it from the main diagram. The disadvantage of this method is the reduction in the energy of the main beam of the radiation pattern due to the redistribution of energy, especially in the case of multiple interference.

Другими аналогами предлагаемого решения является двухлучевая активная фазированная антенная решетка (АФАР) по патенту США №4638317 опубл. в 1987 г.и 4-х лучевая ФАР по патенту США №4989011 H.A.Rosen et a1. от 29.01.91 г., обладающие общим недостатком - уменьшением коэффициента усиления входного сигнала в каждом луче в N раз, N - количество лучей, по сравнению с однолучевой системой.Other analogs of the proposed solution is a two-beam active phased antenna array (AFAR) according to US patent No. 4638317 publ. in 1987 and a 4-beam PAR according to US patent No. 4989011 H.A. Rosen et a1. from 01.29.91, with a common drawback - a decrease in the gain of the input signal in each beam by N times, N is the number of rays, compared with a single-beam system.

Прототипом заявляемого изобретения является «Устройство пространственного подавления помех». Патент РФ на полезную модель №54262 от 11 января 2006 г., которое содержит устройство цифрового формирования диаграммы направленности решетки, отличающееся тем, что по определенным углам прихода помехи The prototype of the claimed invention is a "Device spatial interference suppression". RF patent for utility model No. 54262 of January 11, 2006, which contains a device for digitally generating a radiation pattern of a grating, characterized in that at certain angles of arrival of the interference

осуществляет прямое вычисление требуемых для подавления помех весовых коэффициентов посредством решения системы уравнений:performs direct calculation of the weight coefficients required to suppress interference by solving a system of equations:

Здесь J_i - комплексная амплитуда тока на каждом элементе;Here J _i is the complex amplitude of the current on each element;

Z_i=e^{jkdxsin(θnull} _i ⁾, где ^θnull _i - угловое направление нуля ДН, j -Z _i = e ^{jkdxsin (θnull} _i ⁾ , where ^θnull _i is the angular zero direction of the ^beam , j -

мнимая единица, - волновое число,imaginary unit is the wave number

dx - межэлементное расстояние, 1<i<N-2;dx is the interelement distance, 1 <i <N-2;

где θ_scan - угловое направление на главный максимум ДН; where θ _scan is the angular direction to the main maximum of the pattern;

Δ -допустимое уменьшение амплитуды главного лепестка ДН;Δ -admissible decrease in the amplitude of the main lobe of the beam;

N - количество элементов в решетке.N is the number of elements in the lattice.

Особенностью описанной решетки является возможность подавления N-2 помех с одновременной установкой главного луча в требуемом направлении, что позволяет разделить пространственно сигналы от N-1 пользователя.A feature of the described lattice is the ability to suppress N-2 interference with the simultaneous installation of the main beam in the desired direction, which allows you to spatially separate signals from N-1 user.

Целью технического решения является увеличение энергетики входных сигналов по каждому лучу до уровня однолучевой антенной решетки с возможностью подавления помех с минимальными потерями в энергетике главного луча, для обеспечения максимального отношения сигнал/(шум+помеха) на выходе системы.The purpose of the technical solution is to increase the energy of the input signals for each beam to the level of a single-beam antenna array with the possibility of suppressing interference with minimal losses in the energy of the main beam, to ensure maximum signal / (noise + interference) ratio at the system output.

Сущность заявленного технического решения заключается в том, что антенная решетка с заданным количеством лучей N собирается из (N+1)/4 независимых 4-хканальных приемных модулей, содержащих антенные излучатели и фидерные тракты, в которые введено модульное устройство цифрового формирования The essence of the claimed technical solution lies in the fact that the antenna array with a given number of rays N is assembled from (N + 1) / 4 independent 4-channel receiving modules containing antenna emitters and feeder paths into which a modular digital forming device is introduced

диаграммы направленности решетки, отличающееся тем, что конструктивно разделение сигналов разных лучей производится в программируемом логическом устройстве созданием копий входных сигналов в одном канале после оцифровки в количестве, соответствующем общему числу лучей в решетке, без потери уровня сигнала в каждом луче в N раз, дальнейшим умножением полученных копий на рассчитанные весовые коэффициенты и суммированием по всей решетке.beam pattern, characterized in that the structural separation of the signals of different rays is carried out in a programmable logic device by creating copies of the input signals in one channel after digitization in an amount corresponding to the total number of rays in the array, without losing the signal level in each beam by a factor of N, by further multiplication copies obtained for the calculated weights and summation over the entire lattice.

На фиг. изображена структурная схема системы. Устройство содержит антенные излучатели 1, 4-хканальные блоки преобразования частоты сигналов 2, модули цифровой обработки сигналов и формирования 3 лучей 3, высокоскоростной проводной интерфейс обмена данными 4, устройство цифрового формирования N независимых лучей 5.In FIG. shows the structural diagram of the system. The device contains antenna emitters 1, 4-channel signal frequency conversion blocks 2, digital signal processing and 3-beam generating modules 3, a high-speed wired data exchange interface 4, a digital device for generating N independent beams 5.

Устройство предназначено для работы в составе интеллектуальных антенн базовых и абонентских станций беспроводных сетей передачи данных, для обеспечения пространственного разделения пользователей, работающих в одно время и на одной частоте. В состав устройства входит ряд антенных излучателей 1. Конструкция каждого излучателя такова, что обеспечивает наилучший прием сигналов в заданном секторе обзора. Устройство преобразования частоты 2 осуществляет преобразование спектра принимаемого (передаваемого сигнала) в область видеочастот для цифровой обработки сигналов в устройстве цифрового диаграммобразования 3. Устройство 3 осуществляет разделение входных сигналов на N частей, вычисление весовых коэффициентов для каждой части, умножение полученных частей в каждом канале решетки на весовые коэффициенты, проводной интерфейс 4 осуществляет взаимодействие устройств 3 для формирования из отдельных модулей 3 единого устройства The device is designed to operate as part of intelligent antennas of base and subscriber stations of wireless data networks, to provide spatial separation of users working at the same time and at the same frequency. The structure of the device includes a number of antenna emitters 1. The design of each emitter is such that it provides the best signal reception in a given field of view. Frequency converting device 2 converts the spectrum of the received (transmitted signal) into the video frequency region for digital signal processing in the digital diagramming device 3. Device 3 performs the separation of the input signals into N parts, calculating the weight coefficients for each part, multiplying the received parts in each channel of the array by weights, wired interface 4 interacts with devices 3 to form a single device from separate modules 3

цифрового формирования N лучей 5. После чего сигнал поступает на выход, соответствующий заданному лучу.digital formation of N beams 5. After which the signal is fed to the output corresponding to a given beam.

В частности, для работы в качестве устройства сбора телеметрической информации по радиоканалу разработано устройство пространственного разделения пользователей, состоящее из 3 подрешеток, содержащих 4 печатных излучателя диапазона 2,45±0,05 ГГц, 4-х канальный модуль преобразования частоты и цифровой модуль расширения, осуществляющее формирование 10 независимо управляемых лучей для приема сигналов от 10 передатчиков, работающих на одной частоте в одно и то же время.In particular, to operate as a device for collecting telemetric information via a radio channel, a device for spatial separation of users consisting of 3 sublattices containing 4 printed emitters of the 2.45 ± 0.05 GHz band, a 4-channel frequency conversion module and a digital expansion module, generating 10 independently controlled beams for receiving signals from 10 transmitters operating at the same frequency at the same time.

Таким образом, получен высокоэффективный способ и разработано устройство пространственного разделения пользователей.Thus, a highly efficient method was obtained and a device for spatial separation of users was developed.

Claims

Антенная решетка с заданным количеством лучей N, собранная из (N+1)/4 независимых 4-канальных приемных модулей, содержащих антенные излучатели и фидерные тракты, в которые введено модульное устройство цифрового формирования диаграммы направленности решетки, отличающаяся тем, что конструктивно разделение сигналов разных лучей производится в программируемом логическом устройстве созданием копий входных сигналов в одном канале после оцифровки в количестве, соответствующем общему числу лучей в решетке, без потери уровня сигнала в каждом луче в N раз, дальнейшим умножением полученных копий на рассчитанные весовые коэффициенты и суммированием по всей решетке.

Antenna array with a given number of beams N, assembled from (N + 1) / 4 independent 4-channel receiving modules containing antenna emitters and feeder paths, into which a modular device for digital array beamforming is introduced, characterized in that it is structurally separating the signals of different rays is produced in a programmable logic device by creating copies of the input signals in one channel after digitization in the amount corresponding to the total number of rays in the array, without loss of signal level in each beam e N times, further multiplying the copies on the calculated weighting factors and summing over the entire lattice.