Изобретение относится, в основном, к системам дальней связи и, в частности, к устройству и способу установления и полдержания канала связи в беспроводных системах связи.
В беспроводной системе связи используются передатчики и приемники в конфигурации сети для посылки и приема информации с помощью радиочастотных сигналов. Эти передатчики и приемники могут подвергаться воздействию помех от других передатчиков и приемников, работающих в единой радиосети. Такие помехи могут создаваться каждым передатчиком, работающим при различных уровнях мощности. Регулирование излучаемой мощности передатчиков осуществляется на каждом передатчике, а не с центрального пункта управления. Кроме того, передаваемую мощность передатчика системы беспроводной связи трудно регулировать по отношению к мощностям остальных передатчиков системы. Следовательно, желательно организовать эффективное регулирование мощности, излучаемой каждым передатчиком, в пределах всей системы связи.
Кроме того, для беспроводных систем связи требуются установить радиоканалы между соответствующими передатчиками и приемниками для того, чтобы обеспечить беспроводную передачу сообщений. При установлении любого радиоканала возникают помехи и задержки в передаче таких сообщений. Нецелесообразно организовывать радиоканал каждый раз при инициализации вызова. Проблемы с помехами возникают также, если радиоканал поддерживается в режиме ожидания, независимо от того поступает вызов или нет, поскольку питание линии связи постоянно включено. Поэтому желательно избежать установления радиоканала для каждого вызова и избежать ввода помех в беспроводную систему связи из-за непрерывного поддержания радиоканала в рабочем состоянии.
Помимо этого передатчики, как правило, передают сигналы в одной фазе, а приемники принимают эти сигналы в другой фазе. Эта разность фаз, используемых передатчиками и приемниками системы, может вызвать проблемы с распознаванием информации от многочисленных пар передатчиков и приемников. Кроме того, приемник, имеющий одну фазу, требует значительной аппаратной и программной поддержки для распознавания информации от соответствующего передатчика, работающего в другой фазе. Следует также отметить, что на разницу фаз между передатчиком и приемником также влияют изменения на трассе прохождения сигнала между передатчиком и приемником. Следовательно, желательно регулировать фазу передатчиков и приемников в беспроводной системе связи для улучшения условий передачи радиосигнала.
Передатчики входящих или исходящих станций могут посылать информацию в одной фазе, а получать ее в противоположной фазе. В такой ситуации приемники не знают, с какой части потока данных начался процесс приема. Информация разделена на кадры и для адекватной обработки такой информации необходимо распознавание начала каждого кадра. Обычные технологии передачи информации цикловой синхронизации являются очень сложными, медленно идентифицируют сигналы и могут потерять кадры информации. Следовательно, было бы желательно легко и быстро идентифицировать начало каждого кадра информации для соответствующей ее обработки.
В заявке WO-A-93/14588 описывается сотовая система связи с многопостанционным доступом с кодовым разделением каналов с функцией одностороннего ограничения (CDMA), которая обеспечивает максимум гибкости в рамках предопределенной структуры, в которой связь между передвижной и стационарной станциями можно охарактеризовать, как канал доступа или трафик, через который могут передаваться различные комбинации нагрузки пользователя и/или сигнальных посылок.
В патенте US-A-5,161,168 описана беспроводная система связи между центральным терминалом и множеством абонентских терминалов, в которых количество сигналов, связанных с абонентским терминалом, расширено, расширенные сигналы складываются и итоговый сигнал передается передатчиком.
В патенте US-A-5,103,459 описывается система связи с расширенным спектром, через которую мобильные станции синхронизируются, используя информацию о сдвиге фаз, содержащуюся в пилот-сигнале.
В патенте US-A-5,383,219 описывается система связи с многопостанционным доступом и кодовым разделением каналов с функцией одностороннего ограничения (CDMA), в которой бит регулирования мощности уплотняется на месте другого бита в передаваемом кадре перед передачей этого кадра на мобильную установку, в которой этот бит регулирования мощности используется для принятия решения об увеличении или уменьшении уровня мощности передатчика на заранее установленную величину.
Целью настоящего изобретения является способ регулирования передаваемой мощности в абонентском терминале беспроводной системы связи, который устраняет или существенно сокращает недостатки и проблемы, связанные с обычными беспроводными системами связи.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения обеспечивается абонентский терминал, который дает возможность связи с центральным терминалом, размещенным на фиксированном расстоянии из абонента. Абонентский терминал содержит расширитель спектра, предназначенный для приема информационного сигнала, указанный расширитель спектра также предназначен для объединения информационного сигнала с сигналом кодовой последовательности для генерирования сигнала с расширенным спектром, который передается в качестве восходящего сигнала к центральному терминалу; приемник, предназначенный для приема сигнала регулирования мощности, содержащегося в служебном канале, входящего в нисходящий сигнал, передаваемый из центрального терминала, используя беспроводную линию; сигнал регулирования мощности, имеющей величину, определяемую как результат сравнения на центральном терминале мощности восходящего сигнала с желательным пороговым диапазоном; передатчик, соединенный с расширителем спектра и принимающий сигнал с расширенным спектром, указанный передатчик служит для усиления сигнала с расширенным спектром в ответ на сигнал регулирования мощности, причем сигнал регулирования мощности определяет величину регулирования мощности сигнала с расширенным спектром.
В соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения предлагается способ регулирования передаваемой мощности абонентского терминала беспроводной системы связи, включающий установление нисходящей линии от передатчика центрального терминала к приемнику абонентского терминала. Нисходящий сигнал, передаваемый от передатчика центрального терминала и получаемый на абонентском терминале, включает сигнал регулирования мощности, который используется для регулирования передаваемой мощности передатчика. Абонентский терминал служит для установления восходящей линии связи между передатчиком абонентского терминала и приемником центрального терминала.
Одно из технических преимуществ этого варианта заключается во внешнем регулировании передаваемой мощности передатчика абонентского терминала. Другое техническое преимущество заключается в регулировании передаваемой мощности через служебный канал нисходящего от центрального терминала к абонентскому терминалу. Еще одним техническим преимуществом является обеспечение увеличения и уменьшение шага дискретной регулировки передаваемой мощности передатчика абонентского терминала. Следующее техническое преимущество заключается в регулировании передаваемой мощности так, чтобы она соответствовала передаваемой мощности других абонентских терминалов, обслуживаемых центральным терминалом.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагаются устройство и способ синхронизации передатчика абонентского терминала беспроводной системы связи, которые устраняют или существенно уменьшают недостатки и проблемы, связанные с обычными способами беспроводной связи.
При рассмотрении еще одного аспекта настоящего изобретения предусматривается абонентский терминал для связи с центральным терминалом, расположенным на фиксированном расстоянии от абонентского терминала, причем указанный абонентский терминал содержит приемник, предназначенный для установления нисходящего канала связи от центрального терминала к абонентскому терминалу; передатчик для передачи восходящего сигнала на центральный терминал; расширитель спектра, предназначенный для приема информационного сигнала и для последующего объединения информационного сигнала с сигналом кодовой последовательности для генерирования сигнала с расширенным спектром для последующей передачи; приемник, предназначенный для приема сигнала кодовой синхронизации из центрального терминала, используя беспроводную линию связи; сигнал кодовой синхронизации, имеющий величину, определяемую в результате сравнения на центральном терминале фазы восходящего сигнала с фазой приемника на центральном терминале; генератор кода, соединенный с расширителем спектра, указанный генератор кода, предназначенный для генерирования сигнала кодовой последовательности в ответ на сигнал кодовой синхронизации, причем сигнал кодовой синхронизации определяет метод регулирование фазы для сигнала кодовой последовательности.
Согласно еще одному варианту настоящего изобретения предлагается способ синхронизации передатчика абонентского терминала беспроводной системы связи, включающий установление нисходящей линии от центрального терминала к абонентскому терминалу. Нисходящий сигнал передается от передатчика центрального терминала и принимается приемником абонентского терминала. Приемник абонентского терминала выделяет сигнал кодовой синхронизации из нисходящего сигнала. Сигнал кодовой синхронизации используется для регулировки фазы восходящего сигнала, передаваемого передатчиком абонентского терминала. Приемник центрального терминала контролирует фазу восходящего сигнала и изменяет сигнал кодовой синхронизации для того, чтобы обеспечить согласование фазы восходящего сигнала с фазой приемника центрального терминала.
Техническое преимущество этого варианта заключается в возможности дистанционного регулирования фазы передатчика абонентского терминала. Еще одно техническое преимущество заключается в возможности согласования фазы передаваемого сигнала передатчика абонентского терминала с приемником центрального терминала. Следующее техническое преимущество заключается в возможности загрузки сигнала кодовой синхронизации в нисходящий сигнал, передаваемый от центрального терминала, и пошаговое регулирование фазы передаваемого сигнала передатчика в абонентском терминале. Еще одно техническое преимущество состоит в непрерывном контроле фазы передаваемого сигнала передатчика абонентского терминала для согласования с фазой приемника в центральном терминале.
В соответствии с еще одной целью настоящего изобретения предлагаются устройство и/или способ передачи приема информации в беспроводных системах связи, которые устраняют или значительно сокращают недостатки и проблемы, связанные с обычными беспроводными системами связи.
При рассмотрении еще одного аспекта настоящего изобретения мы видим, что предлагается абонентский терминал, размещенный на фиксированном расстоянии от центрального терминала и включающий расширитель спектра, предназначенный для приема нагрузки пользователя и управляющей информации, причем указанный расширитель спектра работает в режиме поиска при установлении восходящей линии связи для служит для генерирования первого сигнала, включающего управляющую информацию и передаваемого с первой скорость; по завершении режима поиска, расширитель спектра, служит для работы в режиме нагрузки для генерирования второго сигнала, представляющего управляющую информацию и нагрузку пользователя и передаваемого со второй скоростью передачи, большей, чем первая скорость, или он используется в режиме ожидания при отсутствии передаваемой нагрузки для генерирования третьего сигнала с указанной первой скоростью передачи; преобразователь, соединенный с расширителем спектра; указанный преобразователь преобразует первый, второй или третий сигналы в сигнал сообщения, передаваемого на центральный терминал, причем третий сигнал передается при более низкой мощности передачи, чем первый или второй сигналы.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения предлагается способ передачи информации в беспроводной системе связи, который включает передачу нисходящего сигнала с первой передаваемой мощностью и с первой скоростью передачи для работы в режиме поиска для установления нисходящей линии связи. Нисходящий сигнал передается со второй передаваемой мощностью и с первой скоростью передачи в режиме ожидания после установления нисходящей линии связи. Нисходящий сигнал передается с первой передаваемой мощностью и со второй скоростью передачи по запросу на беспроводный телефонный вызов.
Техническое преимущество этого варианта заключается в обеспечении многочисленных рабочих режимов, характеризующихся различной передаваемой мощностью и различными скоростями передачи. Другое техническое преимущество заключается в обеспечении низкой передаваемой мощности при низкой скорости передачи во время простоя системы. Еще одно техническое преимущество заключается в эффективном изменении передаваемой мощности и различных скоростей передачи.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается устройство и/или способ установления нисходящего канала связи в беспроводной системе связи, которые устраняют или существенно уменьшают недостатки и проблемы, связанные с обычными беспроводными способами связи.
Согласно еще одному варианту настоящего изобретения предлагается способ установления нисходящей линии связи в беспроводной системе связи, который включает передачу нисходящего сигнала, имеющего главную кодовую последовательность, от передатчика в центральном терминале. Нисходящий сигнал принимается приемником абонентского терминала, имеющего подчиненную кодовую последовательность. Приемник абонентского терминала сравнивает свою подчиненную кодовую последовательность с главной кодовой последовательностью нисходящего сигнала с целью согласования кода и фазы нисходящего сигнала. Приемник регулирует фазу своей подчиненной кодовой последовательности для соответствия фазе главной кодовой последовательности, определяя задержку на трассе прохождения от передатчика в центральном терминале к приемнику абонентского терминала.
Техническое преимущество этого варианта заключается в согласовании подчиненной кодовой последовательности приемника с главной кодовой последовательностью нисходящего сигнала. Другое техническое преимущество заключается в возможности регулировки фазы подчиненной кодовой последовательности приемника для согласования с фазой главной кодовой последовательности нисходящего сигнала. Еще одно техническое преимущество заключается в обеспечении точной и грубой пошаговой регулировки фазы подчиненной кодовой последовательности приемника. Еще одно техническое преимущество заключается в измерении суммарного уровня мощности главной кодовой последовательности и подчиненной кодовой последовательности для согласования этих кодов.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагаются устройство и/или способ информации цикловой синхронизации в беспроводной системе связи, который устраняет или существенно сокращает недостатки и проблемы, связанные с обычными способами цикловой синхронизации.
Согласно одному из вариантов настоящего изобретения способ информации цикловой синхронизации в беспроводной системе связи включает прием приемником абонентского терминала нисходящего сигнала, несущего информацию, передаваемую передатчиком центрального терминала. Начало позиции кадра информации распознается из нисходящего сигнала. Для обеспечения точного расположения кадров или цикловой синхронизации распознается последующее начало позиции следующего кадра информации. После успешного распознавания двух последовательных начал позиций кадра устанавливается нисходящая линия связи от передатчика центрального терминала к приемнику абонентского терминала.
Одним из технических преимуществ данного варианта изобретения является точное распознавание начала позиции кадра информации. Другое техническое преимущество заключается в дискретной пошаговой регулировке через позиции битов нисходящего сигнала для распознавания начала позиции кадра. Еще одним техническим преимуществом является декодирование слова цикловой синхронизации, представляющего начало позиции кадра в служебном канале нисходящего сигнала. Другим техническим преимуществом является непрерывный контроль начала позиции кадра для последующих кадров информации.
Далее описывается один из вариантов изобретения со ссылкой на соответствующие чертежи, в которых приведены цифровые обозначения узлов и на которых:
фиг. 1 представляет собой схематический вид примера беспроводной системы связи, в которую включен пример настоящего изобретения;
фиг. 2 представляет собой схематическую иллюстрацию примера абонентского терминала системы связи, показанной на фиг. 1;
фиг. 3 представляет собой схематическую иллюстрацию примера центрального терминала системы связи, представленной на фиг. 1;
фиг. 3A представляет собой схематическую иллюстрацию модемной полки центрального терминала системы связи, представленной на фиг.1;
фиг. 4 представляет собой иллюстрацию примера частотного плана для системы связи, представленной на фиг. 1;
фиг. 5A и 5B - принципиальные схемы, иллюстрирующие возможные конфигурации ячеек системы связи, представленной на фиг. 1;
фиг. 6 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую различные аспекты системы уплотнения с кодовым разделением для системы связи, представленной на фиг. 1;
фиг. 7 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую стадии обработки передаваемого сигнала для системы связи, представленной на фиг. 1;
фиг. 8 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую стадии обработки принимаемого сигнала для системы связи, представленной на фиг. 1;
фиг. 9 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую нисходящий и восходящий каналы связи для беспроводной системы связи;
фиг. 10 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую состав нисходящего сигнала, передаваемого центральным терминалом;
фиг. 11 представляет собой графическую иллюстрацию регулировки фазы подчиненной кодовой последовательности абонентского терминала;
фиг. 12 представляет собой графическую иллюстрацию оценки качества сигнала, выполняемой приемником абонентского терминала;
фиг. 13 представляет собой графическую иллюстрацию содержания информационного сигнала кадра в составе нисходящего сигнала;
фиг. 14 - табличное представление служебной вставки в поток данных нисходящего сигнала;
фиг. 15 - табличное представление сигнала регулировки мощности в служебном канале нисходящего сигнала;
фиг. 16 - табличное представление сигнала кодовой синхронизации в служебном канале нисходящего сигнала;
фиг. 17 представляет собой графическое представление передаваемой мощности и скорости передачи для каждого режима работы беспроводной системы связи;
фиг. 18 - принципиальная схема работы передатчика и приемника абонентского терминала.
На фиг. 1 показана общая схема одного из вариантов осуществления беспроводной системы связи. Беспроводная система связи включает одну или несколько зон обслуживания 12, 14 или 16, каждая из которых обслуживается соответствующим центральным терминалом (на чертежах обозначен как СТ) 10, который устанавливает радиосвязь с абонентскими терминалами (ST) 20 в пределах указанной зоны. Площадь зоны, обслуживаемой центральным терминалом 10, может быть различной. Например, в сельской местности с небольшим количеством абонентов площадь обслуживания 12 может представлять собой участок радиусом 15-20 км. Зона обслуживания городского района с высокой плотностью абонентских терминалов 20 может составлять район радиусом порядка 100 м. В пригородах со средней плотностью абонентских терминалов зона обслуживания 16 может покрывать площадь около 1 км. Следует отметить, что площадь, покрываемая конкретным центральным терминалом, может быть выбрана исходя из фактических или ожидаемых потребностей абонентов этого района, местных географических условий и т.д. и не ограничивается размерами, показанными на фиг. 1. Кроме того, обслуживаемая зона не обязательно должна быть круговой и обычно таковой не бывает по условиям размещения антенн, географических факторов, наличия зданий и т.д., которые влияют на распространение радиоволн.
Центральные терминалы 10 для соответствующих зон обслуживания 12, 14, 16 могут быть соединены друг с другом линиями связи 13, 15 и 17, которые в свою очередь могут быть подключены к автоматическим телефонными станциями общего пользования (АТС) 18. Линии связи могут включать обычные телекоммуникационные устройства с использованием медных проводов, оптических волокон, спутников связи и т.д.
Беспроводная система связи, показанная на фиг. 1, основана на использовании микроволновых линий связи между абонентскими терминалами 20, являющимися стационарными станциями в пределах зоны обслуживания (например, 12, 14, 16) и центральным терминалом 10, обслуживающим данный район. В предпочтенном варианте изобретения каждый абонентский терминал 20 обеспечен линией связи с постоянным фиксированным доступом к своему центральному терминалу 10. Однако в альтернативных вариантах можно обеспечить доступ по требованию, так что число обслуживаемых абонентов может превышать количество действующих линий связи.
На фиг. 2 представлен пример конфигурации абонентского терминала 20 для системы связи, показанной на фиг. 1. Фиг. 2 включает схему общего расположения оборудования в помещении заказчика 22. Приемопередатчик заказчика (CRU) 24 монтируется в этом помещении. Приемопередатчик 24 включает плоскую или иную антенну 23. Приемопередатчик заказчика монтируется либо непосредственно в помещении заказчика, либо на мачте, и т.д. При этом антенна 23 приемопередатчика 24 заказчика ориентируется в направлении 26 центрального терминала 10 для обслуживаемой зоны, в которой размещен приемопередатчик 24 заказчика.
Приемопередатчик пользователя 24 соединен через промежуточную линию 28 с источником питания 30 в помещении заказчика. Источник питания (PSU) подключен к местной сети энергоснабжения для подачи питания на приемопередатчик 24 заказчика и к сетевому терминалу (NTU) 32. Приемопередатчик 24 через источник питания 30 также соединен с сетевым терминалом 32, который в свою очередь подключен к оборудованию связи в помещении заказчика, например к одному или нескольким телефонам 34, факсимильным аппаратам 36 и компьютерам 38. Оборудование связи показано на чертеже в пределах одного помещения заказчика. Однако это не обязательно должно быть сделано именно так, поскольку абонентский терминал 20 может поддерживать одиночную или двойную линию, так что две абонентские линии могут обслуживаться одним абонентским терминалом 20. Абонентский терминал 20 может также поддерживать аналоговые и цифровые линии связи, например, передавать аналоговые сообщения со скоростью 16, 32 или 64 кбит/с или цифровые сообщения в соответствии со стандартом BRA ISDN (объединенной цифровой вычислительной сети).
На фиг. 3 показана схема центрального терминала системы связи, показанной на фиг. 1. Общая стойка оборудования 40 содержит ряд полок оборудования 42, 44, 46, включая полку высокочастотного сумматора, полку усилителя мощности (RFC) 42б, полку энергоснабжения (PS) 44 и ряд полок модемов (в этом примере 4) 46. Полка высокочастотного сумматора 42 позволяет четырем модемным полкам (MS) работать параллельно. Она объединяет и усиливает мощность четырех передаваемых сигналов, каждый из которых поступает с одной модемной полки, и усиливает и разделяет принимаемые сигналы на четыре ствола, так что отдельные сигналы могут быть поданы на соответствующие модемные полки. Полка источника питания 44 обеспечивает подключение к местной сети питания через распределительный щит для питания различных узлов на общей стойке оборудования 40. Обеспечивается двустороннее соединение между полкой высокочастотного сумматора 42 и основной антенной центрального терминала 52, как правило, всенаправленной антенной, смонтированной на центральной мачте 50 терминала.
В этом примере центральный терминал 10 подключен через двухпунктовую микроволновую линию связи к точке подключения к АТС 18, показанной на фиг. 1. Как упомянуто выше, могут быть использованы другие типы соединений (например, медные провода или оптические волокна) центрального терминала 10 с автоматической телефонной станцией 18. В данном примере модемные полки подключены к микроволновому терминалу (MT) 48 через линию 47. Микроволновая линия 49 проходит от микроволнового терминала 48 по двухпунктовой линии связи к микроволновой антенне 54, смонтированной на мачте 50 для соединения с АТС 18.
Рабочая станция, персональный компьютер или иное подобное устройство могут быть использованы как местный контроллер (SC) 56 для поддержки центрального терминала 10. Местный контроллер 56 может быть подключен к каждой модемной полке центрального терминала 10, например, через серийный интерфейс 55 типа RS232. В этом случае местный контроллер может выполнять функции поддержки, например локализации неисправностей, аварийной сигнализации и отображения статуса и конфигурации центрального терминала 10. Местный контроллер 56 обычно поддерживает единственный центральный терминал 10, хотя к сети могут быть подключены несколько местных контроллеров для поддержки нескольких центральных терминалов 10.
В качестве альтернативы серийному интерфейсу RS232 55, который подключается к местному контроллеру 56, можно использовать порты данных, например, протокола X. 25 линий 57 (показаны пунктиром на фиг. 3) от промежуточного коммутатора 228 до коммутатора 60 центра управления (EM) 58. Центр управления 58 может поддерживать ряд распределенных центральных терминалов 10, подключенных через соответствующие соединительные линии к коммутатору 60. Центр управления 58 дает возможность интеграции в сеть управления потенциально большому числу (например, до 1000 или более) центральных терминалов 10. Центр управления 58 выполнен на базе высокопроизводительной рабочей станции 62 и может включать ряд компьютерных терминалов 64 для обслуживающего персонала и операторов сети.
На фиг. 3A показаны различные части модемной полки 46. Радиочастотный приемопередатчик (RFU) (например, выполненный в виде вставной платы модемной полки) 66 генерирует модулированные сигналы радиочастоты при средних уровнях мощности и выделяет и усиливает ВЧ-сигналы группового спектра для терминалов абонентов. Высокочастотный узел 66 подключен к аналоговой плате (AN) 68, которая осуществляет аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразования, фильтрацию по спектру сигналов и векторное суммирование 15 передаваемых сигналов, поступающих с модемных плат (MC) 70. Аналоговый узел 68 подключен к ряду (обычно 1-8) модемных плат 70. Модемные платы выполняют обработку спектра передаваемых и принимаемых сигналов абонентских терминалов 20. Этот процесс включает сверточное кодирование с коэффициентом 1/2 и расширение х 16 передаваемых сигналов при многопостанционном доступе в системах с кодовым разделением каналов (CDMA), восстановление синхронизации, сужение спектра и исправление ошибок принимаемых сигналов. Каждая модемная плата 70 в настоящем примере имеет два модема; каждый модем поддерживает одну абонентскую линию (или две линии) к абонентскому терминалу 20. Таким образом, с двумя модемами на плате и восемью модемами на модемную полку каждая модемная полка может поддерживать 16 возможных абонентских линий. Однако для того, чтобы обеспечить резервирование так, чтобы модем в абонентской линии в случае сбоя мог бы быть заменен другим модемом, желательно поддерживать одной модемной полкой 46 только до 15 абонентских линий. В этом случае шестнадцатый модем используется как запасной, который может быть включен в работу в случае выхода из строя любого из оставшихся 15 модемов. Модемные платы 70 подключены к схеме разветвления (TU) 74, которая заканчивает соединение с базовой АТС 18 (например, через одну из соединительных линий 47) и передает телефонные вызовы, например, на 15 абонентских терминалов (через соответствующий модем из одного из 15 работающих модемов из общего количества 16).
Беспроводные линии связи между центральным терминалом 10 и абонентскими терминалами 20 могут работать на различных частотах. Фиг. 4 показывает один из возможных вариантов использования частот. В настоящем примере беспроводная система связи предназначена для работы в диапазоне 1.5-2.5 ГГц. В частности, устройство по настоящему варианту изобретения предназначено для работы на частоте, определенной ITU-R ITU-R (МККР), рекомендации F.701 (2025-2110 МГц, 2200-2290 МГц). Фиг. 4 показывает частоты, используемые для восходящего канала связи из абонентских терминалов 20 к центральному терминалу 10 и для нисходящего канала из центрального терминала 10 к абонентскому терминалу 20. Следует отметить, что предусмотренные двенадцать восходящих и нисходящих каналов, каждый с полосой 3.5 МГц, имеют несущую частоту 2155 МГц. Интервал между приемным и передающим каналами превышает требуемый минимальный разнос в 70 Мгц.
В настоящем примере, как упомянуто выше, каждая модемная полка поддерживает один частотный канал (т.е. одна восходящая частота плюс соответствующая нисходящая частота). Один частотный канал может поддерживать до пятнадцати абонентских линий, как будет описано ниже. Таким образом, в настоящем варианте каждый центральный терминал 10 может обслуживать 60 или 120 линий.
Как правило, радиосигналы от конкретного центрального терминала 10 достигают области, перекрываемой соседним центральным терминалом 10. Чтобы избежать или по меньшей мере снизить проблемы взаимных помех на любом центральном терминале 10 используется только ограниченное число имеющихся в распоряжении частот.
На фиг. 5A показана сотовая структура распределения частот для устранения проблемы помех, возникающих между соседними центральными терминалами 10. В структуре, показанной на фиг. 5A, штрихпунктиром 76 обозначена установка частот (FS) для ячеек. Путем выбора трех комплектов частот (например, FS1 = F1, F4, F7, F10; FS2 = F2, F5, F8, F11; FS3 = F3, F6, F9, F12) и организации системы таким образом, что в смежных ячейках не используется одна и та же частота (например, как это сделано в системе, показанной на фиг. 5A), можно обеспечить ряд фиксированных всенаправленных ячеек, где отсутствуют помехи между близлежащими ячейками. Мощность передатчика каждого центрального терминала 10 выбрана таким образом, что передача не распространяется до ближайшей ячейки, в которой используется такая же частота. Таким образом, каждый центральный терминал 10 может использовать четыре пары частот (для восходящих и нисходящих сигналов соответственно) в пределах своей ячейки, причем каждая модемная полка в центральном терминале 10 связана с соответствующим высокочастотным каналом (частотная пара канала).
При наличии модемной полки, поддерживающей один частотный канал (с 15-ю абонентскими линиями на одной рабочей частоте канала) и четырех модемных полках, каждый центральный терминал 10 поддерживает 60 абонентских комплектов (т. е. , 120 линий связи). Следовательно, система из 10 ячеек, показанная на фиг. 5A, может поддерживать до 600 линий интегральной цифровой сети связи (ISDN) или, например, 1200 аналоговых линий. На фиг. 5B показана сотовая структура с использованием ячеек, размещенных по секторам для подавления помех от соседних центральных терминалов 10. Как и на фиг. 5A, различными видами штриховки на фиг. 5B показаны различные наборы частот. Как и на фиг. 5A, на фиг. 5B показаны три группы частот (например, FS1 = F1, F4, F7, F10; FS2 = F2, F5, F8, F11; FS3 = F3, F6, F9, F12). Однако ячейки, показанные на фиг. 5B, разбиты на секторы, путем использования разбитого на секторы центрального терминала 13, который включает три центральных терминала 10, по одному для каждого сектора S1, S2 и S3, с передачей на каждый из трех центральных терминалов 10, направленный на соответствующий сектор среди S1, S2 и S3. Это дает возможность увеличить число абонентов на ячейку в три раза, обеспечивая в то же время постоянный доступ к каждому абонентскому терминалу 20.
Система с семью повторяющимися ячейками используется таким образом, что при ячейке, работающей на данной частоте, все 6 смежных ячеек могут работать на той же частоте, используя уникальные псевдослучайные коды. Это предотвращает неумышленное декодирование данных соседними ячейками.
Как упоминалось выше, каждая частота канала может поддерживать 15 абонентских линий. В данном примере это достигается посредством способа уплотнения с кодовым разделением каналов (CDMA). На фиг. 6 представлена общая схема кодирования и декодирования системы CDMA.
Для того, чтобы закодировать сигнал CDMA, групповые сигналы, например, сигналы пользователя каждой соответствующей абонентской линии, кодируются при 80-80N в групповой сигнал 160.000 знаков/с, где каждый знак состоит из двух битов данных (см. , например сигнал, показанный позицией 81). Этот сигнал затем расширяется с коэффициентом 16, используя соответствующую функцию Уолша для кода распространения псевдослучайного шума 82-82N, при эффективной скорости передачи элементов сигнала 2,5 мегазнаков в секунду на частоте 3,5 МГц. Сигналы для соответствующих абонентских линий объединяются и преобразуются в радиочастоту, чтобы обеспечить передачу сигналов многих пользователей этого канала (например 85) от передающей антенны 86.
Во время передачи передаваемый сигнал будет подвергаться воздействию помех от источника 88, включая внешние помехи 89 и помехи от других каналов 90. Соответственно, ко времени приема сигнала CDMA на антенну 91, сигналы канала коллективного пользования могут быть искажены, как показано на 93.
Для того, чтобы декодировать сигналы для данной абонентской линии, полученные из канала, используемого многими пользователями, в корреляторе Уолша 94-95N используется тот же самый код псевдослучайного шума (PN), который использовался для кодирования каждой абонентской линии при извлечения сигнала (например, как показано на 95) для соответствующего полученного группового сигнала 96-96N. Следует отметить, что полученный сигнал содержит некоторый остаточный шум. Однако этот нежелательный шум может быть удален, используя фильтр нижних частот и соответствующую обработку сигнала.
Ключевой особенностью системы CDMA является применение ортогональных кодов, которые позволяют передавать и принимать сигналы коллективного пользователя на одной и той же частоте в то же самое время. Как только поток битов ортогонально отделен, используя коды Уолша, сигналы соответствующих абонентских линий не создают помех друг другу.
Коды Уолша представляют собой математический набор последовательностей, обладающих функцией "ортонормированности". Иными словами, если любой код Уолша умножен на любой другой код Уолша, результатом будет ноль.
Фиг. 7 представляет собой схему, показывающую передаваемый сигнал на стадии обработки, как это осуществляется в абонентском терминале 20 в системе связи в конфигурации, представленной на фиг. 1. Центральный терминал также сконфигурирован для такой же обработки передаваемого сигнала. На фиг. 7 аналоговый сигнал от одного из двух телефонов проходит через двухпроводный интерфейс 102 к гибриду аудиообрабатывающей цепи 104, а затем проходит через кодек 106 для выработки цифрового сигнала, в который на стадии 108 вводится служебный сигнал, включая управляющую информацию 108. Итоговый сигнал обрабатывается сверточным кодером 110, прежде чем он поступит в расширитель спектра 116, в который вводятся код Радемахера-Уолша и псевдослучайный код от генератора Радемахера-Уолша 112 и генератора случайных сигналов 114 соответственно. Итоговые сигналы проходят через цифроаналоговый преобразователь 118. Цифроаналоговый преобразователь 118 формирует цифровые выборки в виде волны и обеспечивает управление мощностью группового сигнала. Затем сигналы поступают на фильтр нижних частот 120 и модулируются в модуляторе 122. Модулированный сигнал из модулятора 122 смешивается с сигналом от генератора 126, управляемого напряжением, который реагирует на синтезатор 160. Выход смесителя 128 затем усиливается в малошумящем усилителе 130, прежде чем он поступит на полосовой фильтр 132. Выход полосового фильтра 132 усиливается в дополнительном малошумящем усилителе 134, прежде чем он поступит на схему регулирования мощности 136. Выходной сигнал схемы регулирования мощности усиливается в еще одном малошумящем усилителе 138, прежде чем он поступит в следующий полосовой фильтр 140 и излучается передающей антенной 142.
Фиг. 8 представляет собой схему, показывающую стадии обработки принимаемого сигнала в абонентском терминале 20 в системе связи, показанной на фиг. 1. Конфигурация центрального терминала также позволяет вести соответствующую обработку принимаемого сигнала. Как показано на фиг. 8, сигналы, принятые приемной антенной 150, проходят через полосовой фильтр 152 и усиливаются в малошумящем усилителе 154. Выходной сигнал усилителя 154 затем поступает на следующий полосовой фильтр 156, прежде чем он будет введен в следующий малошумящий усилитель 158. Выходной сигнал усилителя 158 поступает в смеситель 164, где он смешивается с сигналом, генерируемым генератором 162, управляемый напряжением, который реагирует на сигнал синтезатора 160. Выходной сигнал смесителя 164 затем поступает на демодулятор 166 и фильтр нижних частот 168, прежде чем он поступит в аналого-цифровой преобразователь 170. Цифровой выход аналого-цифрового преобразователя 170 подается на вход коррелятора, на который также подаются код Радемахера-Уолша от генератора Радемахера-Уолша (соответствующего генератору 112) и псевдослучайный код от генератора случайных сигналов 174 (соответствующего генератору случайных сигналов 114). Выходной сигнал коррелятора подается на декодер Витерби 180. Выход декодера Витерби 180 поступает на служебный выделитель 182 для извлечения информации служебного канала. Выход служебного выделителя 182 проходит через кодек 184 и гибридную цепь 188 к двум проводным интерфейсам 190, где итоговые аналоговые сигналы поступают на выбранный телефон 192.
На абонентском терминале 20 цепь промежуточной частоты содержит ступень автоматической регулировки усиления. Управляющий сигнал извлекается из цифровой части приемника CDMA, использующего выходной сигнал цепи оценки качества сигнала, описываемой ниже.
Фиг. 9 представляет собой блок-схему нисходящей и восходящей линий связи между центральным терминалом 10 и абонентским терминалом 20. Нисходящий канал связи установлен от передатчика 200 центрального терминала 10 к приемнику 202 абонентского терминала 20. Восходящий канал связи установлен от передатчика 204 в абонентском терминале 20 к приемнику 206 в центральном терминале 10. Как только в системе связи 1 организованы нисходящий и восходящий каналы, может быть установлена телефонная связь между первым пользователем 208 или вторым пользователем 210 абонентского терминала 20 и пользователем, обслуживаемым через центральный терминал 10 через нисходящий канал 212 и восходящий канал 214. Нисходящий сигнал 212 передается передатчиком 200 центрального терминала 10 и принимается приемником 202 абонентского терминала 20. Восходящий сигнал 214 передается передатчиком 204 абонентского терминала 20 и принимается приемником 206 центрального терминала 10. Нисходящие сигналы 212 и восходящие сигналы 214 передаются как сигналы расширенного спектра CDMA.
Приемник 206 и передатчик 200 центрального терминала 10 синхронизированы относительно друг друга по времени и фазе и настроены на границы информации. Для того, чтобы установить нисходящий канал связи, приемник 202 в абонентском терминале 20 должен быть синхронизирован по передатчику 200 в центральном терминале 10. Синхронизация происходит путем обнаружения и слежения сигнала 212 на нисходящих линиях связи. На начальной стадии передатчик 200 центрального терминала 10 передает сигнал 212 нисходящей линии связи. Фиг. 10 показывает содержание сигнала 212. Нисходящий сигнал 212 включает сигнал кодовой последовательности 216 для центрального терминала 10 в сочетании с кадром информационного сигнала 218. Сигнал кодовой последовательности 216 получен из комбинации кодового сигнала псевдослучайного шума 220 и кодового сигнала функции Радемахера-Уолша. Хотя фиг. 10 относится к конкретному способу формирования нисходящего сигнала, сигнал на восходящей линии связи имеет ту же структуру.
Каждый приемник 202 каждого абонентского терминала 20, обслуживаемого одним центральным терминалом 10, срабатывает от того же псевдослучайного кодированного шумового сигнала, что и центральный терминал 10. Каждая модемная полка 46 в центральном терминале 10 поддерживает один радиочастотный канал и пятнадцать абонентских терминалов 20, причем каждый абонентский терминал имеет первого пользователя 208 и второго пользователя 210. Каждая модемная полка 46 выбирает шестнадцать кодовых сигналов 222 Радемахера-Уолша, причем каждый кодовый сигнал Радемахера-Уолша 222 соответствует уникальному абонентскому терминалу 20. Таким образом, конкретный абонентский терминал 20 будет иметь тождественный сигнал кодовой последовательности 218, как и нисходящий сигнал 212, передаваемый центральным терминалом 10 и предназначенный для конкретного абонентского терминала 20.
Нисходящий сигнал 212 принимается приемником 202 абонентского терминала 20. Приемник 202 сравнивает свою фазу и кодовую последовательность с фазой и кодовой последовательностью в рамках сигнала 216 кодовой последовательности нисходящего сигнала 212. Центральный терминал 10 имеет главную кодовую последовательность, а абонентский терминал 20 имеет подчиненную кодовую последовательность. Приемник 202 регулирует фазу своей подчиненной кодовой последовательности дискретными шагами так, чтобы согласовать ее с главной кодовой последовательностью и установить приемник 202 абонентского терминала 20 в фазе с передатчиком 200 центрального терминала 10. Подчиненная кодовая последовательность приемника 202 первоначально не синхронизирована с главной кодовой последовательностью передатчика 200 и центрального терминала 10 из-за задержки на трассе прохождения сигнала между центральным терминалом 10 и абонентским терминалом 20. Эта задержка на трассе распространения вызвана географическим разделением абонентского терминала 20 и центрального терминала 10 и другими экологическими и техническими факторами, влияющими на передачу радиосигналов.
Фиг. 11 показывает, как приемник 202 абонентского терминала 20 регулирует свою подчиненную кодовую последовательность на соответствие с главной кодовой последовательностью передатчика 200 на центральном терминале 10. Приемник 202 дискретно сдвигает фазу подчиненной кодовой последовательности по всей длине главной кодовой последовательности в пределах нисходящего сигнала 212 и осуществляет оценку качества сигнала, выполняя измерение суммарной мощности подчиненной кодовой последовательности и главной кодовой последовательности для каждого дискретно-шагового изменения в фазе подчиненной кодовой последовательности. Длина кода главной кодовой последовательности приблизительно 100 мкс исходя из частотного цикла микросхемы порядка 2,56 мегагерц. Фаза подчиненной кодовой последовательности регулируется на половину цикла приращения частоты следования элементарных посылок сигнала для каждого дискретно-шагового интервала в стадии захвата частоты. Приемник 202 завершает первый проход захвата, когда он идентифицирует корреляционный пик, на котором комбинированная мощность достигает максимального значения. Приемник 202 выполняет второй проход захвата по всей длине кодовой последовательности для проверки идентификации максимальной величины суммарной мощности на корреляционном пике. Приблизительная задержка на трассе прохождения сигнала между абонентским терминалом 20 и центральным терминалом 10 определяется, когда корреляционный пик находится в режиме поиска и захвата сигнала.
После захвата нисходящего сигнала 212 приемником 202 осуществляется точная регулировка фазы подчиненной кодовой последовательности для того, чтобы поддерживать согласование по фазе подчиненной кодовой последовательности с главной кодовой последовательностью в режиме слежения. Точное регулирование осуществляется шагами в одну шестнадцатую периода шагового изменения фазы подчиненной кодовой последовательности. Точная регулировка может быть выполнена либо в прямом (положительном), либо обратном (отрицательном) направлении в зависимости от измерений суммарной мощности, выполненных приемником 202. Приемник 202 непрерывно контролирует главную кодовую последовательность, чтобы обеспечить синхронизацию абонентского терминала 20 с центральным терминалом 10 для нисходящего канала связи.
На фиг. 12 представлен график кривой комбинированной мощности, измеренной приемником 202 в режиме захвата и слежения. Максимальное значение комбинированной мощности отложено в корреляционном пике 219 кривой мощности. Необходимо отметить, что пик 219 может быть определен не так четко, как на фиг. 12, и может быть сглажен при вершине в виде плато. Это плато является точкой, где подчиненная кодовая последовательность приемника 202 находится в фазе с главной кодовой последовательностью передатчика 200 и соответствует ей. Если измерения показывают, что величины мощности находятся за пределами корреляционного типа 219, требуется пошаговая регулировка подчиненной кодовой последовательности. Устанавливается регулировочное "окно" между ранней корреляционной точкой 221 и поздней корреляционной точкой 223. Выполняется среднее измерение мощности в ранней корреляционной точке 221 и в поздней корреляционной точке 223. Поскольку предыдущая 221 и последующая корреляционная 223 точки разнесены на один период цикла, возникает сигнал ошибки при расчете разницы между средней мощностью ранней точки корреляции 221 и поздней точки корреляции 223. Эта разность используется для точной регулировки фазы подчиненной кодовой последовательности.
После захвата и начала слежения главной кодовой последовательности 216 в нисходящем сигнале 212 на центральном терминале 10 приемник 202 входит в режим цикловой синхронизации для того, чтобы установить нисходяший канал связи. Приемник 202 анализирует кадр информации в кадре информационного сигнала 218 в нисходящем сигнале 212, чтобы определить начало позиции кадра нисходящего сигнала 212. Поскольку приемник 202 не знает на какой точке в потоке данных нисходящего сигнала 212 он получил информацию, приемник 202 должен искать начало позиции кадра для того, чтобы иметь возможность обработки информации, полученной от передатчика 200 центрального терминала 10. Как только приемник 202 определит начало позиции кадра, устанавливается нисходящий канал связи от передатчика 200 центрального терминала 10 к приемнику 202 абонентского терминала 20.
Фиг. 13 показывает общее содержание кадра информационного сигнала 218. Информационный сигнал 218 включает служебный канал 224, первый канал пользователя 226, второй канал пользователя 228 и канал сигнализации 230 для каждого кадра информации, переданной нисходящим сигналом 212. Служебный канал 224 служит для передачи управляющей информации, используемой для установления и поддержки нисходящей и восходящей связей. Первый канал пользователя 226 используется для передачи информационной нагрузки первому пользователю канала 208. Второй канал пользователя 228 используется для передачи информационной нагрузки ко второму пользователю 210. Канал сигнализации 230 служит для передачи сигнальной информации оператору абонентского терминала 20, выполняющему функции телефонной связи. Служебный канал 224 занимает 16 килобит в секунду кадра информации, первый канал пользователя 226 занимает 64 килобита в секунду кадра информации, второй канал пользователя 228 занимает 64 килобита в секунду кадра информации и канал сигнализации 230 занимает 16 килобит в секунду кадра информации.
На фиг. 14 показано, как служебный канал 224 вводится в поток данных нисходящего сигнала 212. Поток данных нисходящего сигнала 212 разбит на субкадры, каждый из которых состоит из 20 битов. Каждой из 20-битовых субкадров имеет две секции по десять битов. Первые десять битов секции включает служебный бит, сигнальный бит и восемь битов первого пользователя. Вторая секция из десяти битов включает служебный бит, сигнальный бит и восемь битов второго пользователя. Этот формат 20-битового субкадра повторен по всему кадру информации длительностью 4 миллисекунды. Таким образом, служебный бит занимает каждую десятую разряда кадра информации в потоке данных нисходящего сигнала 212.
Служебный канал 224 включает восемь байтовых полей: слово цикловой синхронизации 232, сигнал кодовой синхронизации 234, сигнал регулировки мощности 236, сигнал работы и обслуживания канала 238 и четыре зарезервированных поля 242. Слово цикловой синхронизации 232 идентифицирует начало позиции соответствующего кадра информации. Сигнал кодовой синхронизации 234 обеспечивает информацию для управления синхронизацией передатчика 204 в абонентском терминале 20 по отношению к приемнику 206 в центральном терминале 10. Сигнал регулирования мощности 236 обеспечивает информацию для регулирования выходной мощности передатчика 204 в абонентском терминале 20. Сигнал работы и обслуживания 238 обеспечивает текущую информацию по нисходящим каналам связи и по восходящим линиям связи от центрального терминала к абонентскому терминалу, на который распространяется протокол связи, действующий в модемах между контроллером и платами модемов.
Для того, чтобы идентифицировать два последующих начала позиций кадра, приемник 202 абонентского терминала 20 ведет поиск через десять возможных двоичных разрядов в потоке данных нисходящего сигнала 212 для служебного канала 224 и слова цикловой синхронизации 232. Приемник 202 первоначально извлекает первый двоичный разряд каждой десятибитовой секции кадра информации с целью определить - найден ли служебный канал 224. Если слово цикловой синхронизации 232, извлеченное из первого двоичного разряда, не было опознано в течение установленного периода времени, приемник 202 будет повторять эту процедуру для второго двоичного разряда каждой десятибитовой секции и последующих разрядов, пока слово цикловой синхронизации 232 не будет опознано. В качестве примера слова цикловой синхронизации 232, которое искал бы приемник 202, можно привести двоичное число 00010111. Как только правильный двоичный разряд выдает слово цикловой синхронизации 232, приемник 202 пытается идентифицировать два последующих начала позиций кадра. Нисходящий канал связи устанавливается после успешной идентификации двух последующих начальных позиций кадра в ответ на распознавание двух последующих слов цикловой синхронизации 232 в потоке данных нисходящего сигнала 212.
Приемник 202 продолжает контролировать соответствующие двоичные разряды для того, чтобы найти следующее слово цикловой синхронизации для последующих кадров информации. Если приемник 202 будет не в состоянии распознать слово цикловой синхронизации 232 для трех последовательных кадров, то приемник 202 возвратится к процессу поиска и будет периодически проводить весь процесс поиска по каждому двоичному разряду десятибитовой секции до тех пор, пока не будут опознаны два последовательных начала позиций кадра через распознавание двух последовательных слов цикловой синхронизации 232 и восстановление цикловой синхронизации. Неудачная попытка идентифицировать три последовательных слова цикловой синхронизации 232 может оказаться результатом изменения в задержке сигнала на трассе прохождения между центральным терминалом 10 и абонентским терминалом 20. Приемник 202 также возвратится к процессу поиска в случае перерыва связи по нисходящему каналу от передатчика 200 в центральном терминале 10 к приемнику 202 в абонентском терминале 20.
Установление нисходящего канала связи может быть проверено, чтобы убедиться в том, что абонентский терминал 20 синхронизирован с соответствующей частью модемной платы 70. Может возникнуть ситуация, когда модемная плата конкретного абонентского терминала 20 по какой-либо причине вышла из строя. Конкретный абонентский терминал 20 может продолжать поиски сигнала через другие модемные платы 70 центрального терминала 10. Хотя конкретный абонентский терминал 20 не сможет считывать сигналы с других модемных плат 70, данный конкретный абонентский терминал по-прежнему заблокирован на другую модемную плату 70 и не может быть захвачен соответствующей модемной платой, когда она выйдет из строя. Следовательно, используется методика проверки захвата, чтобы убедиться, что конкретный абонентский терминал не блокируется неподходящей модемной платой 70 в центральном терминале 10.
При проверке захвата используются резервные байтовые поля 242 в служебном канале 224. Поле идентификатора канала занимает одно из байтовых полей 242. Поле идентификатора канала включает восемь битов - инверсный бит, три бита идентификатора кода псевдослучайного шума и четыре бита идентификатора кода Радемахера-Уолша в виде 
. Три бита идентификатора кода псевдослучайного шума соответствуют последовательности, связанной с центральным терминалом 10 и связанным с ним абонентским терминалом 20. Четыре бита идентификатора кода Радемахера-Уолша соответствуют конкретному коду, связанному с одним из пятнадцати абонентских терминалов 20. Поле идентификатора канала предотвращает возможность соединения абонентского терминала 20 с неправильным центральным терминалом 10 и также предотвращает установление связи между абонентским терминалом 20 с неправильной модемной платой 70 в правильном центральном терминале 10.
Приемник 202 устанавливает нисходящий канал связи через идентификацию двух последовательных слов цикловой синхронизации 232 и контролирует поле идентификатора канала через служебный канал 224. Хотя может иметь место цикловая синхронизация, нисходящая линия связи не будет установлена, пока не будет достигнуто соответствующее согласование в поле идентификатора канала. Поскольку идентификатор кода псевдослучайного шума и идентификатор кода Радемахера-Уолша являются постоянными для каждого абонентского терминала 20, приемник 202 не перепутает идентификатора поля канала со словом цикловой синхронизации. Состояние инверсного бита изменяется в каждом кадре информации вместе с первым и третьим битами идентификатора кода псевдослучайного шума и первым и третьим битами идентификатора кода Радемахера-Уолша в поле идентификатора канала, как показано выше курсивными латинскими буквами. Это предотвращает идентификацию поля идентификатора канала как слово цикловой синхронизации.
При установлении нисходящего канала связи от центрального терминала 10 к абонентскому терминалу 20 через соответствующую синхронизацию фазы кодовой последовательности и цикловой синхронизации беспроводная система связи 1 выполняет операции установления восходящего канала связи от передатчика 204 в абонентском терминале 20 к приемнику 206 в центральном терминале 10. Сначала передатчик 204 обесточен, пока не будет установлен нисходящий канал связи, чтобы устранить помехи от передатчика центрального терминала другим абонентским терминалам.
После установления нисходящего канала связи мощность передатчика 204 устанавливается на минимальном уровне по команде из центрального терминала через канал регулирования мощности 236 служебного канала 224. Сигнал регулирования мощности 236 управляет величиной выходной мощности передатчика 204 так, что центральный терминал 10 получает приблизительно тот же уровень передаваемой мощности из каждого абонентского терминала 20, обслуживаемого центральным терминалом 10.
Сигнал регулирования мощности 236 передается передатчиком 200 центрального терминала 10 по служебному каналу 224 в информационном сигнале 218 через нисходящий сигнал 212. Приемник 202 абонентского терминала 20 получает нисходящий сигнал 212 и извлекает из него сигнал регулирования мощности 236. Сигнал регулирования мощности 236 передается на передатчик 204 абонентского терминала 20 и ступенчато регулирует передаваемую мощность передатчика 204. Центральный терминал 10 продолжает пошаговую регулировку передаваемой мощности передатчика 204 до тех пор, пока передаваемая мощность не будет установлена в пределах желательного порогового диапазона, определенного приемником 206. Начальная регулировка передаваемой мощности осуществляется в процессе грубой наладки шагами в один децибел, пока передаваемая мощность не установиться в нужных пределах. При включении передатчика 204 передаваемая мощность повышается шагами постепенно, чтобы избежать помех от центрального терминала на другие абонентские терминалы.
На фиг. 15 приведен пример схемы декодирования сигнала регулирования мощности 236. После того, как передаваемая мощность передатчика 204 в абонентском терминале 20 установлена в нужном пороговом диапазоне, приемник 206 центрального терминала 10 продолжает контролировать величину передаваемой мощности передатчика 204 при любых изменениях, вытекающих из колебаний напряжения в сети и изменений в задержке прохождения сигнала между центральным терминалом 10 и абонентским терминалом 20 или по другим причинам. Если передаваемая мощность падает ниже или превышает установленное пороговое значение, центральный терминал 10 пошлет соответствующий управляющий сигнал 236, чтобы увеличить или уменьшить передаваемую мощность передатчика 204 на необходимую величину. Это регулирование мощности передатчика для возврата к желательному пороговому диапазону может быть выполнено шагами по 0,1 дБ. При перерыве сообщений по нисходящим или восходящим линиям связи центральный терминал 10 может выдать команду передатчику 204 на возврат к ранее установленному уровню мощности посредством восстановления параметров, хранящихся в памяти абонентского терминала 20 для того, чтобы ускорить восстановление соответствующего канала связи.
Для окончательного полного установления восходящего канала связи от абонентского терминала 20 до центрального терминала 10 передатчик 204 в абонентском терминале 20 должен быть синхронизирован с приемником 206 в центральном терминале 10. Центральный терминал 10 управляет синхронизацией передатчика 204 через сигнал кодовой синхронизации 234 в служебном канале 224 информационного сигнала 218. Сигнал кодовой синхронизации 204 шагами регулирует фазу подчиненной кодовой последовательности передатчика 204, чтобы она соответствовала фазе кодовой последовательности приемника 206. Синхронизация передатчика 204 выполняется, в основном, аналогично синхронизации приемника 202.
Сигнал кодовой синхронизации 234 передается на передатчик 204 в центральном терминале 10 по служебному каналу 224 информационного сигнала 218 вместе с нисходящим сигналом 212. Приемник 202 абонентского терминала 20 получает нисходящий сигнал 212 и извлекает из него сигнал кодовой синхронизации 234. Сигнал кодовой синхронизации 234 подается на передатчик 204 для шаговой регулировки фазы подчиненной кодовой последовательности передатчика 204. Центральный терминал 10 продолжает пошаговую настройку фазы подчиненной кодовой последовательности передатчика 204 до тех пор, пока приемник 206 не зафиксирует согласование кода и фазы подчиненной кодовой последовательности передатчика 204 и главной кодовой последовательности центрального терминала 10.
Приемник 206 выполняет ту же процедуру измерения мощности при определении согласования фазы и кода для синхронизации передатчика 204, что и при выполнении ее для синхронизации приемника 202. Регулировка по фазе подчиненной кодовой последовательности передатчика 204 первоначально осуществляется в режиме грубой настройки по половине шага приращения частоты следования элементарных посылок сигнала до тех пор, пока приемник 206 не идентифицирует максимальную величину комбинированной мощности главной кодовой последовательности и подчиненной кодовой последовательности передатчика 204.
На фиг. 16 показан вариант декодирования сигнала кодовой синхронизации 234. После распознавания и верификации согласования фазы и кода подчиненной кодовой последовательности по отношению к главной кодовой последовательности приемник 206 продолжает контролировать восходящий сигнал 214 на предмет изменений в фазе подчиненной кодовой последовательности передатчика 204 в результате изменений в задержке на трассы распространения между центральным терминалом 10 и абонентским терминалом 20. Если требуется дальнейшая регулировка фазы подчиненной кодовой последовательности передатчика 204, центральный терминал 10 пошлет соответствующие сигналы кодовой синхронизации 234 для требуемого увеличения или уменьшения фазы подчиненной кодовой последовательности передатчика 204. При этом регулировка фазы подчиненной кодовой последовательности передатчика 204 может быть осуществлена в режиме точной настройки по одной шестнадцатой шага приращения частоты следования элементарных посылок сигнала. При перерыве связи по нисходящему или восходящему каналу центральный терминал 10 может отдать команду передатчику 204 на возврат к предыдущему значению фазы подчиненной кодовой последовательности через восстановление параметров, хранящихся в памяти абонентского терминала 20, для того, чтобы облегчить восстановление соответствующего канала связи.
После достижения синхронизации передатчика 204 приемник 206 выполняет цикловую синхронизацию восходящего сигнала 214 аналогично цикловой синхронизации, выполняемой приемником 202 при установлении нисходящего канала связи. Как только приемник 206 опознает два последовательных слова цикловой синхронизации и обеспечит эту синхронизацию, восходящий канал будет установлен. После установления как нисходящего канала связи, так и восходящего канала, можно начать передачу информации от первого пользователя 208 или второго пользователя 210 абонентского терминала 20 к пользователям, подключенным к центральному терминалу 10.
Беспроводная система связи 1 способна регулировать уровень передаваемой мощности и скорость передачи по одной из двух уставок для каждого из трех различных режимов работы системы. Рабочие режимы системы: поиск, режим ожидания и нагрузка. Регулирование передаваемой мощности и скорости передачи позволяют уменьшить и свести к минимуму помехи других абонентских терминалов. Время установления связи также сокращается. Уровень передаваемой мощности декодируется в сигнале регулирования мощности 236, а скорость передачи декодируется в сигнале кодовой синхронизации 234.
Передаваемая мощность как для нисходящего канала 212, так и для восходящего канала 214 может быть установлена либо на номинальном уровне 0 дБ (высокий уровень), либо снижается до минимальной - порядка 12 дБ. Скорость передачи в нисходящей 212 и восходящей 214 линиях связи может быть низкой порядка 10 килобит в секунду или высокой - 160 килобит в секунду. При переключении на высокую скорость передачи 160 килобит в 1 с нагрузка пользователя и служебная информации распределены так, что один информационный знак означает посылку шестнадцати элементарных сигналов. Корреляция работает свыше шестнадцати элементарных сигналов с коэффициентом обработки 12 дБ. При переключении на низкий уровень 10 килобит в 1 с расширяется только служебная информация, так что один служебный символ приводит к передаче 256 элементарных сигналов. Корреляция работает при наличии свыше 256 элементарных сигналов, при коэффициенте обработки 24 дБ.
На фиг. 17 показаны передаваемая мощность и скорость передачи для каждого из трех рабочих режимов системы. При увеличении мощности или при потере нисходящего или восходящего канала связи беспроводная система дальней связи 1 входит в режим поиска. При работе в режиме поиска мощность передатчиков нисходящего и восходящего каналов выводится на максимум так же, как и скорость обработки сигналов коррелятором. Это увеличивает до максимума отношение сигнал-шум на выходе коррелятора, увеличивая амплитуду корреляционного пика 219 для облегчения распознавания и снижения риска ложного поиска. Поскольку при поиске требуется только служебная информация, скорость передачи устанавливается на низком уровне порядка 10 килобит в 1 с.
После установлении нисходящих и восходящих линий связи беспроводная система линии связи 1 входит в режим ожидания. В режиме ожидания мощность, передаваемая передатчиками нисходящих и восходящих линий связи, снижена на 12 дБ. Это снижение передаваемой мощности сводит к минимуму помехи другим абонентским терминалам при поддержании синхронизации. Скорость передачи остается на низком уровне, чтобы обеспечить обмен управляющей информацией между центральным терминалом 10 и абонентским терминалом 20 через служебный канал 224.
При обнаружении входящего или исходящего вызова от посылающего терминала передается сообщение принимающему терминалу о том, что требуется нисходящий или восходящий канал связи для загрузки информации пользователя. При этом беспроводная система связи 1 входит в режим нагрузки. В режиме нагрузки передаваемая мощность нисходящего и восходящего каналов связи повышается до максимального уровня и скорость передачи увеличивается до уровня 160 килобит в секунду для облегчения передачи информации между передающим и приемным терминалами. По окончании вызова от конечного терминала пересылается сообщение о том, что нисходящий и восходящий каналы больше не требуются. При этом беспроводная система связи 1 переходит в ждущий режим. Кодовая синхронизация и слежение согласования кадров выполняются как в ждущем, так и в рабочем режиме.
На фиг. 18 представлена подробная блок-схема приемника 202 и передатчика 204 в абонентском терминале 20. Приемник 202 принимает нисходящий сигнал 212 на свой радиочастотный приемный интерфейс 250. Радиочастотный приемный интерфейс 250 разделяет сигнал расширенного спектра на составляющие I и Q. Составляющие сигнала I и Q поступают на полосовые фильтры для удаления частей приблизительно свыше половины полосы частот приемника 202 порядка 3,5 МГц. Полосовые фильтры радиочастотного приемного интерфейса отфильтровывают частоты зеркального канала составляющих I и Q для предотвращения наложения спектров. После этого составляющие I и Q преобразуются в цифровой формат аналого-цифровым преобразователем 252. Частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя 252 в четыре раза выше периода элементарных посылок, или 10,24 мегагерц при разрешении в восемь бит.
Частота цифровых составляющих I и Q сигнала уменьшается шагами до 5,12 МГц понижающим преобразователем 254. Генератор кода и узел сужения спектра 256 выполняет функции вхождения в синхронизм и слежения, как описано выше, для синхронизации фазы Радемахера-Уолша и псевдослучайного шума кодовой последовательности приемника 202 по отношению к сигналу нисходящий 212. Процессор цифрового сигнала 258 управляет фазой подчиненной кодовой последовательности через систему слежения кода 260 и систему слежения несущей 262. Система автоматической регулировки усиления 264 осуществляет автоматическую регулировку усиления радиочастотного приемного интерфейса 250. Генератор кода и узел сужения спектра 256 генерирует I и Q кадра информации со скоростью 160 килобит в секунду для дальнейшей синхронизации узловым интерфейсом синхронизации 266 под управлением логической схемы 268. Узловой интерфейс синхронизации 266 через логическую схему 268 определяет, следует ли поменять местами I и Q, так как они могут быть получены четырьмя различными путями.
Декодер Витерби 270 обеспечивает прямое исправление ошибки в каналах I и Q и генерирует сигнал данных исправленной ошибки 160 килобит в секунду с задержкой в 71 знак. Сигнал исправления ошибки обрабатывается согласователем и экстрактор 272 определяет цикловую синхронизацию и извлекает сигнал регулирования мощности 236, сигнал кодовой синхронизации 234 и сигнал работы и обслуживания канала 238. Устройство цикловой синхронизации и экстрактор 272 также выделяет первый канал пользователя 226 и второй канал пользователя 228 для передачи нагрузки по направлению к первому пользователю 208 и второму пользователю 210, а также канал сигнализации 230 для обработки данных высокого уровня контроллером 274 и микроконтроллером 276. Согласователь кадров и экстрактор 272 также обеспечивают аварийную сигнализацию и индикацию ошибки при обнаружении потери цикловой синхронизации. Энергонезависимая оперативная память 278 сохраняет информацию о параметрах системы для ее дальнейшего использования в случае потери связи с помощью арбитратора 280. Арбитратор 280 также обеспечивает связь между процессором цифрового сигнала 258 и микроконтроллером 276.
В направлении передачи датчик цикловых импульсов 282 получает нагрузку первого пользователя и нагрузку второго пользователя от первого пользователя 208 и второго пользователя 210, информацию канала сигнализации 230 от контроллера линии передачи данных высокого уровня 274 и информацию о работе канала 238 от микроконтроллера 276. Вставщик кадра генерирует сигнал кадровой информации 218 для восходящего сигнала 214 для обработки сверточным кодером 284. Сверточный кодер 284 удваивает скорость передачи данных сигнала кадровой информации 218, чтобы обеспечить прямое исправление ошибок. Расширитель спектра 286 расщепляет сигнал сверточного кодера 284 на две составляющие I и Q по 160 килобит в секунду, пропускает эти сигналы через ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ с последовательностью расширения, генерированной генератором кода 288, в ответ на тактовые импульсы системы, генерируемые тактовым генератором 290 в соответствии с сигналом кодовой синхронизации 234. Генератор кода 288 генерирует одну из 16 функций Радемахера-Уолша, проходящих через ИСКЛЮЧАЮЩИЕ ИЛИ с псевдослучайной последовательностью, имеющей длину комбинации 256 элементарных сигналов при частоте элементарных посылок 2,56 мегагерц. Псевдослучайная последовательность должна соответствовать аналогичному показателю центрального терминала 10, но она программно регулируется для обеспечения надежного ослабления сигналов от других частотных полос или других ячеек.
Расширитель спектра 286 передает сигналы I и Q на аналоговый передатчик 290. Аналоговый передатчик 290 выдает пульсирующие сигналы I и Q для передающего радиочастотного интерфейса 292. Передаваемая мощность сначала устанавливается регулирующим напряжением из цифроаналогового преобразователя в ответ на сигнал регулирования мощности 236, выделенный из служебного канала 224. Это регулирующее напряжение подается на входы регулирования мощности передатчика 290 и радиочастотного передающего интерфейса 292. Регулирование мощности в 35 дБ может быть осуществлено как в аналоговом передатчике 290, так и в передающем интерфейсе 292. Радиочастотный передающий интерфейс 292 включает шаговый аттенюатор, который обеспечивает затухание шагами по 2 дБ в пределах диапазона 30 дБ. Этот аттенюатор используется для переключения между высоким и низким уровнями мощности. При включении мощности выбирается максимальное затухание, чтобы получить минимальную передаваемую мощность передатчика 204.
Таким образом, очевидно, что в соответствии с настоящим изобретением предусмотрены устройство и способ синхронизации передатчика в абонентском терминале беспроводной системы связи, которые полностью удовлетворяют упомянутым требованиям и имеют указанные преимущества. Хотя детально описаны лишь предпочтительные варианты изобретения, ясно, что могут быть сделаны различные изменения, замены и модификации. Например, хотя описаны сигналы "нисходящий" и "восходящий" с конкретным форматом и скоростью передачи, могут быть внедрены другие форматы и скорости передачи, обеспечивая аналогичную передачу статуса, регулирования и информации. Таким образом, хотя здесь описан конкретный вариант изобретения, оно не ограничивается этим вариантом и могут быть выполнены многие модификации и добавления, не выходя из объема настоящего изобретения.
Беспроводная система связи включает центральный терминал для передачи и приема радиочастотных сигналов от абонентского терминала и к абонентскому терминалу. Беспроводная система связи работает в одном из трех рабочих режимов. В режиме поиска при установлении нисходящего канала связи нисходящий сигнал передается с высоким уровнем мощности и с низкой скоростью передачи, когда приемник принимает сигналы, передаваемые с низкой скоростью. В режиме ожидания после установления нисходящего канала связи нисходящий сигнал передается с низким уровнем мощности и низкой скоростью передачи сигналов, принимаемых приемником. В режиме нагрузки после получения запроса на установление беспроводной линии связи нисходящий сигнал передается с высоким уровнем мощности и высокой скоростью передачи и приемник настраивается на работу с высокой скоростью передачи данных. По завершении сеанса беспроводной связи беспроводная система связи возвращается в режим ожидания и приемник настраивается на работу с низкой скоростью передачи данных. Техническим результатом является регулирование передаваемой мощности в абонентском терминале беспроводной системы связи. 9 с. и 85 з.п. ф-лы, 18 ил.
| US 5103459 A, 07.04.92 | |||
| Домовый номерной фонарь, служащий одновременно для указания названия улицы и номера дома и для освещения прилежащего участка улицы | 1917 |
|
SU93A1 |
| US 5161168 A, 03.11.95 | |||
| US 5383219 A, 17.01.95 | |||
| Способ регулирования мощности излучения передатчика | 1987 |
|
SU1524188A1 |
