ПРИЕМНАЯ АППАРАТУРА БАЗОВОЙ СТАНЦИИ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК H04B7/00 

Предлагаемое изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в асинхронно-адресных системах связи с широкополосными сигналами.

Известна приемная аппаратура центральной станции (ЦС) асинхронно-адресной системы связи (ААСС) "Колос", описанная в монографии "Системы подвижной радиосвязи" И.М.Пышкина и др., М.: Радио и связь, 1986 г., с.101, содержащая n приемных устройств, подключенных к антенне через мостовые блоки и антенные распределители. Недостатком этой системы связи является низкая устойчивость к структурным помехам.

Известна система связи с множественным доступом и кодовым разделением каналов, спроектированная фирмой Qualcomm, приведенная в "Обосновании применимости систем множественного доступа с кодовым разделением (СДМА) применительно к цифровым сотовым система и персональным сотовым сетям"(USA, Qualcomm, May, 1992).

В этой системе ЦС содержит n приемников, каждый из которых принимает сигналы от своей подвижной абонентской станции (АС).

Уровень взаимных структурных помех на ЦС в этой системе снижается за счет использования адаптивной регулировки мощности сигналов АС.

Недостатком такой системы является снижение пропускной способности за счет необходимости обмена служебными командами между ЦС и АС в процессе регулировки мощности АС, а также жесткие требования к точности установки мощности.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является приемная аппаратура ЦС ААСС "Брелок-1", приведенная в описании "Комплекс аппаратуры связи "Брелок-1". Техническое описание". г. Воронеж, 1979.

Структурная схема прототипа изображена на фиг.1, где обозначено: I₁...I_n - приемное устройство (ПРМ); 2 - согласующее устройство (СУ); 3 - анализатор уровня сигналов.

Приемная аппаратура содержит согласующее устройство 2, вход которого является входам всего устройства, а n выходов соединены с соответствующими входами ПРМ (I₁...I_n), информационные выходы которых являются выходами аппаратуры.

Другие выходы ПРМ соединены с соответствующими входами анализатора уровня сигналов 3.

Прототип работает следующим образом.

Входная смесь через СУ2 подается на входы n приемников. В каждом ПРМ осуществляется обработка сигнала одной из абононтских станций (АС). Сигналы с n приемников подаются на входы анализатора уровня сигналов 3, где осуществляется измерение уровней принимаемых сигналов и принятие решения о том, какие из принимаемых сигналов оказывают недопустимое мешающее влияние на прием более слабых сигналов от удаленных АС. Эта информация подается на передатчик ЦС, который доводит ее до соответствующих АС. В АС по этим командам осуществляется снижение мощности передатчиков.

Недостатком устройства-прототипа является низкая пропускная способность системы, обусловленная необходимостью передачи служебных сигналов, инерционность системы, жесткие требования к точности регулировки мощности сигналов АС, а также наличие ограничений на минимально допустимые расстояния между АС и ЦС, обусловленные конечным числом градаций мощности передатчиков АС.

Указанные недостатки устраняются за счет того, что в приемную аппаратуру, содержащую согласующее устройство (СУ), n приемных устройств (ПРМ), выходы которых соединены с соответствующими входами анализатора уровня сигналов (АУС), а другие выходы и ПРМ являются выходами всего устройства, введены последовательно соединенные блок режекции мощных широкополосных сигналов (БР), дополнительное СУ, коммутатор, n выходов которого соединены с соответствующими входами n ПРМ, выходы которых соединены с соответствующими входами БР, другие выходы и ПРМ соединены с соответствующими входами блока управления (БУ), выходы которого соединены с одним на входов коммутатора и БР, а один на входов БУ соединен с выходом АУС. При этом соответствующие выходы СУ соединены с входом БР и с n входами коммутатора.

Структурная схема заявляемой аппаратуры представлена на фиг.2, где обозначено: I₁. ..I_n - приемные устройства (ПРМ); 2, 4 - первое и второе согласующее устройство (СУ), 3 - блок режекции мощных широкополосных сигналов (БР), 5 - коммутатор, 6 - блок управления (БУ), 7 - анализатор уровня сигналов (АУС).

Предлагаемая аппаратура содержит последовательно соединенные первое СУ 2, БР 3, второе СУ 4, n выходов которого соединены с соответствующими входами коммутатора 5, выходы которого соединены с входами соответствующих ПРМ I₁. . .I_n. Один из выходов каждого ПРМ соединен с соответствующим входом АУС 7, а другие выходы каждого ПРМ I₁...I_n являются выходами всего устройства.

Другие выходы ПРМ I₁...I_n соединены с соответствующими входами БР З. Еще одни выходы каждого ПРМ I₁...I_n соединены с соответствующими входами блока управления (БУ) 6, один на входов которого подсоединен к выходу АУС 7, а соответствующие выходы - к входам коммутатора 5 и БР З.

Заявляемая аппаратура работает следующим образом.

В ААСС все абонентские станции используют широкополосные фазоманипулированные сигналы (ШПС), занимающие общую полосу частот и работающие на одной несущей частоте. Адресным признаком АС является структура ПСП.

В исходном режиме работы, когда ни один из приемников ЦС не вошел в синхронизм с передатчиком АС, входная смесь, содержащая ШПС от n АС через СУ 2 поступает на соответствующие входы коммутатора 5, который подает их на входы соответствующих ПРМ I₁...I_n.

Каждый из ПРМ I₁...I_n формирует сигнал синхронизации (СС), свидетельствующий о вхождении его в синхронизм со своей АС, который подается на блок управления (БУ) 6.

Сигнал с каждого ПРМ подается на соответствующий вход АУС 7, где осуществляется принятие решения о том, насколько сильным является мешающее влияние сигнала, принимаемого данным ПРМ, на прием сигналов от других АС.

В том случае, если уровень принятого от ближней АС сигналы настолько велик, что не обеспечивает возможного вхождения в синхронизм приемников с другими удаленными АС, в аппаратуре ЦС осуществляется режекция обнаруженного мощного мешающего сигнала на входах других ПРМ. В БУ 6 поступают сигналы синхронизации (СС) от ПРМ, а также информация об уровнях сигналов в ПРМ с выхода АУС 7. БУ 6 осуществляет управление коммутатором 5.

Алгоритм управления, реализуемый блоком 6, заключается в следующем.

При превышении измеренного уровня сигнала допустимого значения хотя бы в одном ПРМ, вошедшем в синхронизм, входы всех других приемников с помощью коммутатора 5 подключаются через СУ 4 к выходу БР З. При этом на ПРМ, подключенные к выходам СУ 4, будет поступать входная смесь, из которой исключены мощные мешающие сигналы от близко расположенных АС.

Мощные сигналы от близко расположенных АС поступают на соответствующие приемники с выходов СУ И через коммутатор 5. Режекция мощных ШПС в БР З осуществляется с применением опорных сигналов, поступающих от соответствующих ПРМ, использование которых обеспечивает "свертку" мощных ШПС в узкополосные сигналы на общей несущей или промежуточной частоте с последующей фильтрацией их в режекторном фильтре. При этом в БР 3 обеспечивается прохождение ШПС от более удаленных АС.

Т. о. в аппаратуре обеспечивается прохождение мощных ШПС к соответствующим ПРМ через СУ 2, БР З и коммутатор 5, а более слабые ШПС поступают на входы соответствующих ПРМ через СУ 2, БР 3 и коммутатор 5.

За счет использования БР З обеспечивается ослабление влияния мощных сигналов от близко расположенных АС на работу ПРМ, принимающих сигналы от более удаленных АС.

Аппаратурная реализация введенных блоков следующая.

Структурная схема коммутатора и представлена на фиг.5, где обозначено: 5₁...5_1n - коммутаторы размерностью 1х2
Блок 5 содержит n коммутаторов размерностью 1х2, 2n сильных входов и n управляющих входов, причем n правых входов (n_п) соединены с n выходами СУ 2, n левых входов (n_л) с n выходами СУ 4, а n управляющих входов - с выходами БУ 6.

Каждый из коммутаторов 51 соединен с одним левым и одним правым сигнальными входами и одним управляющим входом.

Коммутатор 51 работает следующим образом.

При наличии на управляющем входе блока 51 команды "0" его выход подключается к его правому входу. При появлении команды "1" по управляющему входу выход блока 51 переключается на его левый вход.

Команда "1" соответствует случаю синхронизации одного или более приемников с мощными сигналами, уровни которых превышают допустимое значение, от ближних АС при условии наличия на ЦС других незасинхронизированных приемников.

В этом случае входы незасинхронизированных приемников подключаются к левым входам коммутатора, а входы ПРМ, вошедших в синхронизм и имеющих большой уровень входного сигнала, подключаются к правым входам коммутатора
Структурная схема БУ 6 приведена на фиг.6, где обозначено: 61₁...61_n - ключи, 62 - схема ИЛИ, 63₁...63_n - сумматоры по модулю 2.

Блок 6 содержит n ключей 61₁...61_n, выходы которых соединены с соответствующими входами схемы ИЛИ 62 и одновременно - с соответствующими входами сумматоров 63₁...63_n. Выход схемы ИЛИ 62 соединен с соответствующими входами сумматоров 63₁...63_n, выходы которых соединены с соответствующими входами коммутатора 5.

БУ 6 работает следующим образом.

На каждый ключ 61₁...61_n подается команда "ПП" с выхода АУС 7 о превышении "1" или непревышении "0" уровнем принимаемого сигнала установленного порога и команда "СС" (сигнал синхронизации), свидетельствующая о вхождении данного приемника в синхронизм с соответствующим ему сигналом АС.

Команда "СС" является управляющей в том случае, если "СС" имеет значение "1", ключ 61 пропускает команду "ПП" на свой выход, в противном случае команда "ПП" не проходит, т.е. на выходе ключа 61 присутствует "0".

Команды "0" или "1" с выходов ключа 61 подаются одновременно на первые входы сумматора 63 и на вход схемы "ИЛИ" 62.

Для пояснения принципа работы БУ 6 рассмотрим несколько возможных ситуаций.

Допустим, что все команды "ПП" и "СС" принимают значение "0", что соответствует случаю отсутствия синхронизации и превышения порога в n приемниках ЦС. В этом случае на выходе ключей 61₁...61_n формируется "0", на выходе схемы ИЛИ 62 и на выходе сумматоров 63₁...63_n также формируется "0".

Сигналы с выходов сумматоров 63₁...63_nподаются на входы коммутатора 5 и являются командами управления коммутатором (КУК). При этом, если КУК принимает значение "0" выходы коммутатора подключаются к его правым входам (т.е. к СУ 2), если КУК принимает значение "1", выходы коммутатора подключаются к его левым входам (т.е. к СУ 4). Т.о. в рассмотренном случае все приемники подключены к СУ 2.

Рассмотрим другую ситуацию, когда появляются "1" на двух входах ключей 61, тогда на их выходах формируется "1", на выходах схем ИЛИ 62 также "1", а на выходе сумматоров "по модулю 2" формируется "0".

Т. о. и в этом случае ПРМ остаются подключенными к правым входам коммутатора 5, т.е. к СУ 2.

Т. е. , если ПРМ 1 вошел в синхронизм и уровень его измеренного сигнала превышает порог, то он остается подключенным к правым входам коммутатора 5, т.е. к СУ 2.

Если на выходе хотя бы одного из блоков 61 формируется "1", а на выходе других блоков 61 присутствует "0", то на выходе соответствующих сумматоров 63 формируется "1", которая обеспечивает подключение входов соответствующих ПРМ к левым входам коммутатора 5, т.е. к выходам СУ 4.

В этом случае сигнал на вход соответствующих ПРМ будет подаваться через блоки 3 и 4, при этом в БР З будет осуществляться режекция мощного сигнала.

Таким образом, приемники, у которых "СС" - "1", и "ПП" - "1" подключаются к СУ 2. ПРМ, у которых "СС" - "0" и "ПП" - "0" при условии наличия "СС" - "1" и "ПП" - 1 хотя бы у одного ПРМ, подключаются к СУ 4.

Структурная схема блока режекции ШПС 3 приведена на фиг.3, где обозначено: 31 - перемножитель (фазовый модулятор), 32 - режекторный фильтр (РФ), 33 - перемножитель (фазовый ремодулятор), 34 - аттенюатор, 35 - полосовой фильтр (ПФ), настроенный на частоту несущей ШПС и имеющий полосу пропускания, равную полосе ШПС, 36 - коммутатор, 30, 37, 38 - элементы задержки, 39 - ключ, 391 - формирователь опорного сигнала.

БР З содержит n последовательно соединенных идентичных линеек. Выход СУ 2 соединен с одним из входов БР З, который соединен с первой линейкой, содержащей последовательно соединенные элемент задержки 30₁, перемножитель 31₁, РФ 32₁, перемножитель 33₁, аттенюатор 34₁, ПФ35₁, коммутатор 36₁, другой вход которого соединен с входом перемножителя 31₁.

Другой вход БР З через последовательно соединенные формирователь опорного сигнала 391₁ и ключ 39₁ соединен с одним из входов перемножителя 31₁ и через элемент задержки 38₁ - с другим входом перемножителя 33₁.

Элементы задержки 30₁, 37₁, 38₁ являются регулируемыми и используются при необходимости. Другие входы ключа 39₁ и коммутатора 36₁ объединены и являются еще одним входом БР З.

БР З работает следующим образом.

На каждую линейку 1. ..n БР З подается входная смесь и опорный сигнал (ОС) от одного из ПРМ (в каждую линейку свой, соответствующий ее номеру ОС). Кроме того, подается соответствующая этой линейке команда КВЛ (команда включения линейки), формируемая в БУ 6. В том случае, если КВЛ принимает значение "1" в i-ю линейку подается от ПРМ_i ОС_i и в ней осуществляется режекция из входной смеси ШПС_i, излучаемого АС_i (i=1...n). Если КВЛ_i принимает значения "0", то входная смесь проходит через линейку без изменения.

Рассмотрим работу, например, 1-й линейки.

От СУ 2 на один из входов БР 3 поступает входная смесь, которая подается на один из входов коммутатора 36₁ через элемент задержки 37₁, а на другой его вход - через последовательно соединенные блоки 30₁, 31₁, 32₁, 33₁, 34₁, 35₁.

На другой вход БР З подается опорный сигнал (ОС₁) от ПРМ1₁, который через ключ 39₁ подается на вход перемножителя 31₁ непосредственно, а на вход перемножителя 33₁ - через элемент задержки 38₁. Заметим, что поступившие на БР З ОС синхронны с соответствующими ШПС во входной смеси.

ОС₁, подаваемый на вход блока 31₁ обеспечивает "свертку" входного ШПС₁, излучаемого АС₁. ОС₁ представляет собой опорный сигнал ПРМ₁ - ШПС₁, который может быть сформирован на частоте гетеродина.

Свернутый сигнал от АС₁ режектируется в блоке 32₁ и, следовательно, не проходит на выход линейки. В то же время сигналы от других АС проходят на выход линейки, т.к. в блоке 31₁, на них накладывается дополнительная манипуляция по закону ОС₁, а в блоке 33₁ за счет перемножения с тем же ОС₁ она снимается.

Входная смесь, из которой исключен ШПС₁, от АС₁ через аттенюатор 34₁ и ПФ 35₁ (настроенный на несущую ШПС общую для всех АС с полосой пропускания, равной спектру ШПС) подается на второй вход коммутатора 36₁.

На управляющий вход коммутатора 36₁ подается команда включения линейки (КВЛ₁) от БУ 6, которая также подается на ключ 39₁.

В том случае, если КВЛ₁ принимает значение "1", к выходу коммутатора 36₁ подключается его второй вход, а ключ 39₁ открывается. Если КВЛ₁ имеет значение "0", к выходу коммутатора 36₁ подключается его первый вход, а ключ 39₁ закрывается, запрещая прохождение ОС₁.

Т. о. в зависимости от значения КВЛ ("0" или "1") входная смесь проходит через линейку без изменения или с исключением из состава ШПС₁.

Элементы задержки 37₁ и 38₁ используются при необходимости, они обеспечивают выравнивание сигналов по времени прохождения в тех случаях, когда задержка в элементах цепи достаточно велика и влияет на качество работы, что может иметь место при высоких тактовых частотах ПСП.

Аттенюатор 34₁ используется для выравнивания коэффициента передачи верхней и нижней ветвей линейки.

Использование блоков 37₁ и 34₁ позволяет обеспечивать одинаковый коэффициент передачи и время распространения в верхней и нижней ветвях каждой линейки БР З.

В качестве перемножителей 31₁ и 33₁ могут быть использованы различные типы балансных модуляторов (см. Г.И.Тузов Статистическая теория приема сложных сигналов, М.: Сов. радио, 1977, с.51).

Остальные линейки БР З работают аналогичным образом, при этом на i-тую линейку подается входная смесь, прошедшая через (i-1)-ю предыдущие линейки, в каждой из которых может быть отрежектирован или не отрежектирован сигнал от соответствующей АС в зависимости от ее уровня на входе БР З.

Выполнение формирователя опорного сигнала 39₁ зависит от структуры ПРМ. Так, если ПРМ принимает только один ШПС (работа без пилот-сигнала), опорный сигнал, подаваемый с выхода ПРМ на вход БР З, представляет собой опорную ПСП ПРМ. В данном случае формирователь опорного сигнала 39₁ вырождается в элемент задержки, используемый при необходимости для обеспечения синхронности режектируемого ШПС с опорной ПСП (с учетом задержки сигналов в трактах обработки).

В случае использования пилот-сигнала при передачи ШПС АС, блок 39₁ может быть выполнен, например, так, как выполнена передающая аппаратура в авт.св. N 300946 с тем отличием, что роль ФОПП и ГПП в ней выполняют ПСП приемника, представленного на фиг.4.

В этом случае на вход блока 39₁ подаются опорные ПСП с выходов блоков 43 и 45, которые при необходимости в блоке 39₁ могут быть задержаны с помощью регулируемых элементов задержки. Т.е. в этом случае блок 39₁ представляет собой формирователь четырехфазного ФМ ШПС, в котором в качестве опорных ПСП используются опорные ПСП приемника БС, вошедшего в синхронизм, уровень принимаемого сигнала которого превышает допустимое значение.

Аппаратурное решение такого технического решения приведена на фиг.7, где обозначено: 71 - генератор частоты гетеродина (ГЧГ), 72, 73- перемножитель (фазовый манипулятор), 74 - сумматор, 75, 76 - элементы задержки, 77 - фазовращатель на 90^o (ФВ).

Формирователь опорного сигнала 39₁ содержит элементы задержки 75 и 76, которые через соответствующие перемножители 72 и 73 соединены с соответствующими входами сумматора 74, выход которого является выходом формирователя опорного сигнала. Выход ГЧГ соединен с соответствующими входами перемножителя 72 и через ФВ 77 - перемножителя 73. Входы элементов задержки 75 и 76 являются входами формирователя опорного сигнала 39₁.

Элементы задержки 75 и 76 введены для обеспечения синхронности сформированных опорных сигналов с выходными ШПС с учетом возможных задержек сигналов в трактах аппаратуры.

Работает формирователь опорного сигнала следующим образом. На входы формирователя подаются две опорные ПСП синхро- и информационного каналов ПРМ, представленного на фиг.4 (выходы блоков 43 и 45).

В блоках 75 и 76 сигналы ГЧГ манипулируются по фазе, суммируются в блоке 74.

ПРМ 1 может быть выполнен, например, так, как описано в авт.св. N 300946, H 03 C 3/40.

Структурная схема такого ПРМ приведена на фиг.4, где обозначено: 41 - устройство синхронизации, 42, 46 - умножители, 43 - формирователь ортогональной ПСП (ФОПП), 44 - устройство формирования (УФ), 45 - генератор опорной ПСП (ГОПП), 47, 49 - полосовые фильтры (ПФ), 48 - фазовый детектор (ФД).

В этом случае сигнал синхронизации (СС) формируется в устройстве синхронизации 41. Выходом СС является выход блока 41, соединенный с входами блоков 43 и 45. Выход ПРМ, который соединяется с БР З, является выходами блоков 42 и 45, формирующих ПСП синхро- и информационных каналов.

Выходом ПРМ, соединенных с АУС 7, является выход ПФ 49, где выделяется "свернутый" ШПС.

В том случае, если формирование ШПС в АС осуществляется без использования синхросигнала (пилот-сигнала), ПРМ будет содержать один канал, при этом на вход БР З будет подаваться только одна ПСП.

В случае выполнения ПРМ соответственно фиг.4, АУС 7 может быть выполнен в виде n независимых линеек, каждая из которых связана с одним из приемников. Каждая линейка представляет собой последовательно соединенные детектор и схему сравнения с фиксированным порогом, уровень которого устанавливается в зависимости от структуры ААСС и динамического диапазона уровней сигналов в системе. Команда с выходов схемы сравнения ("0" или "1") подается на БУ 6.

СУ 2 и СУ 4 обеспечивают согласование антенно-фидерных устройств с входами приемников (n+1) и n соответственно и могут быть выполнены, например, с использованием развязывающих резисторов.

Т. о. заявляемаяй аппаратура обеспечивает исключение мешающего влияния мощных сигналов от близко расположенных к ЦС АС на работу приемников ЦС, принимающих сигналы от удаленных АС.

Это достигается за счет того, что на приемники, работающие с удаленными АС, входная смесь подается после режекции из нее мощных сигналов от ближних АС.

При использовании заявляемой аппаратуры либо снимается необходимость применения регулировки мощности передатчиков АС, при этом увеличивается пропускная способность системы за счет исключения из потока передаваемых сообщений служебных команд по регулировке мощности, либо снижаются требования к числу градаций и точности установления мощности передатчиков АС, что также приводит к упрощению аппаратурной реализации передатчиков и к увеличению пропускной способности.

В системе, использующей аппаратуру-прототип, всегда будут ограничения на минимально допустимые расстояния между ЦС и АС, обусловленные конечным числом градаций мощности передатчиков.

В заявляемой аппаратуре за счет исключения из состава входной смеси мощных мешающих сигналов такие ограничения отсутствуют, что повышает оперативно-тактические характеристики системы.

Режекция мощных ШПС от ближних АС снимает ограничения на минимально допустимые расстояния между ЦС и АС, имеющие место для прототипа.

Предлагаемое изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в асинхронно-адресных системах связи с широкополосными сигналами. Аппаратура базовой станции содержит последовательно соединенные согласующее устройство (СУ) 2, блок режекции мощных широкополосных сигналов (БР) 3, СУ 4, n входов которого соединены с соответствующими входами коммутатора 5, выходы которого соединены с сходами соответствующих n приемных устройств (ПРМ) I₁...I_n. Один из выходов каждого ПРМ I₁...ПРМ I_n соединен с соответствующим входом анализатора уровня сигналов (АУС) 7, а другие выходы ПРМ I₁.. . I_n являются выходами всего устройства. Другие выходы ПРМ I₁...I_n соединены с соответствующими входами БР 3. Еще одни выходы каждого ПРМ I₁...I_n соединены с соответствующими входами блока управления (БУ) 6, один из входов которого подсоединен к выходу АУС 7, а соответствующие выходы - к входам коммутатора 5 и БР 3. 7 ил.

Приемная аппаратура базовой станции системы радиосвязи с кодовым разделением каналов, содержащее первое согласующее устройство, анализатор уровня сигналов, n приемных устройств, информационные выходы которых являются информационными выходами аппаратуры, а сигнальные выходы соединены с соответствующими входами анализатора уровня сигналов, отличающаяся тем, что введены блок режекции мощных широкополосных сигналов, второе согласующее устройство, коммутатор, при этом n сигнальных выходов первого согласующего устройства соединены с сигнальными входами коммутатора, (n + 1)-й сигнальный выход первого согласующего устройства через последовательно соединенные блок режекции мощных широкополосных сигналов и второе согласующее устройство соединен с сигнальными входами коммутатора, n сигнальных выходов которого соединены с соответствующими сигнальными входами n приемников, опорные выходы которых соединены с опорными входами блока режекции мощных широкополосных сигналов, а управляющие выходы соединены с управляющими входами блока управления, (n + 1)-й управляющий вход которого соединен с управляющим выходом анализатора уровня сигналов, первый управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом коммутатора, а второй управляющий выход блока управления соединен с управляющим входом блока режекции мощных широкополосных сигналов.