СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИГОДНОСТИ ПРИНИМАЕМЫХ СИГНАЛОВ В СИСТЕМЕ СВЯЗИ Российский патент 2000 года по МПК H04B1/10 

Область техники
Изобретение относится в общем случае к системам связи, и в частности к системам связи с географическим многократным использованием средств связи.

Предшествующий уровень техники
Известны системы связи, в которых географически многократно используются средства связи. В этих системах заранее установленный набор средств связи размещают в одной географической области и многократно используют тот же набор средств связи в одной или более других географических областях. Этот технический прием многократного использования повышает пропускную способность системы связи посредством минимизирования количества средств связи, необходимых для обеспечения службы связи в большой географической области, включающей в себя несколько меньших географических областей. Как известно, средством связи может быть несущая частота, пара несущих частот, временной интервал во временной системе отсчета временного уплотнения каналов (ВУК) или любая среда передачи радиочастоты (РЧ).

Двумя наиболее традиционными системами связи со средствами связи географически многократного использования являются системы связи с сотовой структурой зоны обслуживания и системы связи между дальними подвижными объектами. В обеих системах связи распределение средств связи начинается, когда аппарат связи запрашивает службу связи. На основании наличия средств связи и используемости сигнала устройство управления средствами связи назначает средство связи аппарату связи. Такая связь, как радиопереговоры или факсимильная передача, происходит в средстве связи между аппаратом связи и другим аппаратом связи или между аппаратом связи и абонентом с телефонной сетью общего пользования. Связь продолжается до завершения или пока не произойдет прерывание обслуживания. После завершения сеанса связи устройство управления средством связи возвращает средство связи в исходное состояние, делая таким образом средство связи пригодным для другой связи.

Важным параметром в идентифицировании приемлемого средства связи является используемость сигнала. В системах радиосвязи средства связи обычно представляют собой радиочастотные каналы, которые занимают предопределенные полосы частот. Когда информационные сигналы передаются по РЧ-каналам, нежелательные каналы вызывают замирание сигнала и помехи, изменения информационных сигналов во время передачи. Таким образом, информационные сигналы, принимаемые приемником в аппарате связи или центральной станции, могут искажаться (разрушаться) воздействием нежелательных каналов. Устанавливая индикацию разрушения пригодных средств связи, можно выбрать для связи наименее искаженный ресурс связи. Эта индикация искажения известна как пригодность или используемость сигнала.

В системах связи географического многократного использования пригодность (используемость) сигнала обычно ограничивается величиной внутриканальной помехи, имеющейся в радиочастотном канале. Внутриканальная радиопомеха возникает, когда приемники принимают нежелательные информационные сигналы от соседних аппаратов связи или центральных станций, передающих по тому же каналу, что и искомый радиочастотный канал. Таким образом, при увеличении внутриканальной радиопомехи снижается используемость сигнала.

Индикация интенсивности принимаемого сигнала (ИИПС) и коэффициент ошибок в битах (КОБ) представляют собой два обычных способа оценки пригодности сигнала. При оценке ИИПС приемник измеряет уровень принимаемого сигнала в требуемом РЧ-канале. Это измерение обеспечивает суммирование уровней сигнала (т. е. С + П + Ш), включающее требуемый информационный сигнал (С), внутриканальную помеху (П) и шум (Ш) в требуемом радиочастотном канале. Хотя данный способ позволяет производить точную оценку принимаемого сигнала, с его помощью нельзя устанавливать различие между полезным информационным сигналом и сигналами, обусловленными внутриканальной радиопомехой. Таким образом, измерение ИИПС может выявить непригодность сигнала, обусловленную высоким уровнем внутриканальной радиопомехи. В качестве альтернативы измерения КОБ обеспечивают точные оценки пригодности сигнала, но в географических областях, где частоты появления ошибок низкие, могут потребоваться многочисленные измерения и избыточные периоды времени усреднения для получения точных оценок. Для получения точных данных КОБ могут оказаться необходимы периоды измерений от десяти до пятидесяти секунд.

Как было кратко упомянуто выше, дополнительным влиянием нежелательного канала является замирание, которое может изменять передаваемый информационный сигнал. Замирание возникает из-за многократных отражений искомого информационного сигнала во время передачи по радиочастотному каналу. Такие отражения обычно вызываются непредусмотренным отражением передаваемого информационного сигнала от препятствий на его пути, таких как здания и горы, и могут вызывать многократное тиражирование измененных копий передаваемого информационного сигнала, каждая из которых вносит различные амплитудные и фазовые изменения в первоначальный сигнал на каждой новой траектории сигнала. Все копии передаваемого информационного сигнала формируют составной информационный сигнал на входе приемника. Пригодность составного сигнала зависит от типа замирания.

Два обычно встречающихся типа замирания представляют собой амплитудное замирание и частотно-избирательное замирание. При передаче цифровой информации амплитудное замирание происходит, когда максимальная дифференциальная временная задержка между каждым новым трактом сигнала значительно меньше, чем период символа. Как известно, существуют способы оценки амплитудного замирания радиочастотного канала, они используются для минимизирования ухудшения пригодности сигнала, вызываемого амплитудным замиранием. Частотно-избирательное замирание происходит, когда максимальная дифференциальная временная задержка между каждым новым трактом сигнала сопоставима или больше периода символа. Частотно-избирательное замирание может также ухудшить пригодность сигнала. Современная технология дает возможность оценивать качество сигнала при наличии частотноизбирательного затирания. Подробное описание способа измерения качества сигнала, при котором рассчитывают частотноизбирательное замирание, приведено в патенте Соединенных Штатов N 5.170.413 под названием "Стратегия управления распределением и передачей системы многократного использования", принадлежащем фирме "Моторола, Инк". Хотя эта технология обеспечивает много преимуществ, она не касается технологического вопроса оценки пригодности сигнала на основании измеряемой аппроксимации внутриканальной радиопомехи и шума.

Следовательно, существует необходимость в способе и устройстве, которые определяют пригодность сигнала на основе определения помехи радиочастотного канала.

Краткое описание чертежей
Фиг. 1 иллюстрирует изображения созвездий передаваемых и принимаемых измененных информационных символов согласно изобретению.

Фиг. 2 - блок-схему системы связи, включающей в себя приемник.

Фиг. 3 - блок-схему системы связи, включающей в себя приемник, согласно другому варианту изобретения.

Лучший вариант осуществления изобретения
Как известно, настоящее изобретение реализует способ и устройство для определения уровня используемости принимаемого сигнала. Принимаемый сигнал содержит в себе сумму искомой (полезной) и избыточной (паразитной) частей. Обычно полезная часть содержит в себе первоначальный передаваемый сигнал, видоизмененный по амплитуде и фазе, а избыточная часть включает в себя шум и помехи. В настоящем изобретении приемник выделяет представление полезной составляющей из принимаемого сигнала и использует его для получения представления паразитной составляющей принимаемого сигнала. Затем приемник рассчитывает среднюю мощность, содержащуюся в каждой составляющей, и формирует отношение указанных двух мощностей. Указанное отношение, которое обычно называют как отношение несущей к помехам плюс шум, или С/(П+Ш), является критерием пригодности принимаемого сигнала.

Настоящее изобретение можно описать более полно со ссылкой на фиг. 1-3. Фиг. 1 иллюстрирует модель передаваемых информационных символов 100 и модель принимаемых измененных информационных символов 101. Иллюстрируемые на фиг.1 двухмерные модели символов являются типичными в цифровой передающей системе, использующей 16-разрядную квадратурную амплитудную модуляцию (КАМ), однако в технике обычно используют также модели символов, соответствующие альтернативным схемам цифровой модуляции типа квадратурной фазовой манипуляции (КФМ) и дифференциальной КФМ.

В цифровой системе передачи передатчик излучает поток информационных символов, в котором каждый информационный символ представляет собой конкретное значение, выбранное из дискретного набора возможных значений, содержащихся в модели передаваемых информационных символов 100. Например, во время передачи конкретного символа передатчик может передавать информационный символ 103, показанный на модели передаваемых информационных символов 100. Передаваемый поток информационных символов распространяется от передатчика к приемнику по средству связи типа радиочастотного канала передачи. Поток информационных символов, принимаемый приемником, обычно изменен под влиянием нежелательных воздействий, встречающихся во время передачи по каналу передачи.

Передаваемый информационный символ 103 изменяется двумя способами. Во-первых, средство связи изменяет символ по амплитуде и фазе, фактически поворачивая и масштабируя модель передаваемых информационных символов 100 для производства модели принимаемых измененных информационных символов 101. Точная величина вращения и масштабирования, вносимая средством связи, обычно изменяется произвольным образом в функции времени вследствие эффекта Релеевского, или амплитудного замирания. Во-вторых, средство связи добавляет шум и помехи к передаваемому информационному символу 103, так что принимаемый информационный символ заменяется некоторой произвольной величиной. В многомерной системе связи, в которой используется географическое многократное использование ее средств, помехи возникают от использования средства связи другими передатчиками в системе. Шум появляется от различных источников типа теплового шума и шума окружающей среды. Систему связи, элементы которой размещены в нескольких местах, обычно конструируют таким образом, чтобы гарантировать, что вносимые каналом передачи шум и помехи остаются небольшими по сравнению с передаваемым информационным символом 103, таким образом, при нормальных условиях работы принимаемый информационный символ находится с большой вероятностью в области 102 около соответствующего ему передаваемого информационного символа.

В результате изменений, вносимых средствами связи, поток принимаемых информационных символов содержит в себе полезную и паразитную составляющие. Полезный сигнал, включающий в себя поток информационных символов, первоначально передаваемых передатчиком, представляет собой составляющую, которая вращается и масштабируется вследствие замирания. Паразитный сигнал представляет собой помехи и шум, добавляемые к потоку информационных символов средством связи.

Фиг. 2 иллюстрирует систему связи 200, которая включает в себя передатчик 201, радиочастотный канал 202, приемник 203 и шум и помехи 204. Передатчик 201 может входить в состав центральной станции или аппарата (узла) связи типа приемопередающей радиостанции или радиотелефона. Подобно этому приемник 203 также может входить в состав аппарата связи или центральной станции. Как известно, узлы связи обеспечивают обмен информацией через радиочастотный канал 202 или средство связи с центральной станцией. Способ, которым осуществляется такая связь, известен и не подлежит комментарию в настоящей заявке.

Сигналы типа потока информационных символов передаются передатчиком 201 по радиочастотному каналу 202 или средству связи, где встречаются с шумом и помехами 204, и принимаются приемником 203. Принимаемые сигналы, которые включают в себя представление передаваемых сигналов, суммируемое с шумом и помехами 204, поступают в устройство 210 внутри приемника 203, которое содержит в себе схему определения (определитель) полезной составляющей 205, схему определения паразитной составляющей 206 и определитель пригодности сигнала 209. Определитель полезной составляющей 205 принимает сигналы и определяет из них нужную часть, В этом варианте осуществления изобретения полезная составляющая содержит оценку представления передаваемых символов и получается путем преобразования принимаемого сигнала из аналоговой в цифровую форму и применения обработки цифрового сигнала. Определитель паразитного сигнала 206 в действующем режиме подсоединен к определителю полезного сигнала 205 и принимает весь принимаемый сигнал и его полезную составляющую, в результате чего определяет паразитную составляющую (ненужную часть) принимаемых сигналов. Определитель 206 паразитного сигнала может содержать схему вычитания, которая вычитает полезную из принимаемых сигналов для определения паразитной составляющей. Определитель пригодности сигнала 209 принимает полезную и паразитную составляющие с блоков 205 и 206, соответственно, и на их основании определяет признаки пригодности принимаемых сигналов. Как кратко упоминалось выше, параметры пригодности главным образом включают в себя оценку отношения полезной составляющей к паразитной.

Устройство 210 может включать в себя схему усреднения (усреднитель) паразитной составляющей 207 и усреднитель полезной составляющей 208, которые принимают полезную и избыточную составляющие, соответственно, и получают из них соответствующие усредненные значения. Для определения параметра пригодности в определителе пригодности сигнала 209 используются средние значения, образованные усреднителем паразитной составляющей 207 и усреднителем полезной составляющей 208. Обычно средние значения, выработанные усреднителями 207 и 208, представляют собой средние интенсивности сигнала, определяемые путем усреднения возведенной в квадрат величины совокупности полезной и паразитной составляющих, соответственно; таким образом, параметры пригодности, обеспечиваемые определителем пригодности сигнала 209, приблизительно равняются вышеупомянутому отношению несущей к сумме помех и шума. Устройство 210 в приемнике 203 может представлять собой блок цифровой обработки сигналов (ЦОС), который включает в себя программы системы программного обеспечения, функционирующие как определители полезной и паразитной составляющих 205 и 206, усреднители паразитной и полезной составляющих 207 и 208 и определитель пригодности сигнала 209.

Фиг. 3 иллюстрирует систему связи 300, которая включает в себя передатчик 201, радиочастотный канал 202 и приемник 301. Передатчик 201 передает поток неизмененных информационных символов по радиочастотному каналу 202 к приемнику 301. В РЧ-канале 202 поток неизмененных информационных символов встречается с увеличивающимися эффектами замирания и дополнительными действиями шума и помех 204, дающими на входе приемника 301 поток измененных информационных символов. Например, каждый информационный символ потока неизменных информационных символов можно представить дискретным значением Д. Воздействия замирания в радиочастотном канале моделируются путем умножения каждого неизмененного информационного символа на сигнал замирания h, а действия шума и помех 204 представлены добавлением сигнала помех П к каждому подверженному замиранию информационному символу. При завершении их передачи по РЧ-каналу 202 составной поток информационных символов, поступающий на выход приемника, образует измененный поток информационных символов. Каждый символ измененного потока можно математически представить выражением Dh+П. Следовательно, каждый символ измененного потока содержит сумму полезной и паразитной составляющих, соответственно обозначенных Dh и П.

Приемник 301, включающий приемник сигнала 303, определитель символов 304, определитель сигнала замирания 305, определитель полезной составляющей 306, определитель паразитной составляющей 206 и определитель пригодности сигнала 209, используется для обработки измененного потока и обеспечения определения пригодности измененного потока. Измененный поток информационных символов поступает в приемник 301 через антенну и распространяется на вход приемника сигнала 303. Приемник сигнала 303 усиливает, фильтрует и преобразует измененный поток из аналоговой в цифровую форму. Цифровое представление измененного потока подается на входы определителя символов 304 и определителя сигнала замирания 305, где определяются представление каждого неизменного информационного символа D и представление сигнала замирания h, соответственно. Подробное рассмотрение способа определения представлений сигнала замирания и каждого неизменного информационного символа приведено в находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявке на патент Соединенных Штатов с порядковым номером 07/783,289 под названием "Сигнал связи, имеющий составляющую контрольного сигнала временной области", принадлежащей фирме "Моторола, Инк".

Представление каждого неизмененного информационного символа D и представление сигнала затухания h подаются в определитель полезной составляющей 306, где на основании этих двух входных представлений определяется полезная составляющая измененного потока. Например, определитель полезной составляющей 306 может быть цифровым умножителем, который обеспечивает выходной сигнал Dh. Определитель паразитной составляющей 206 принимает входные сигналы с определителя полезной составляющей 306 и приемника сигнала 303 и манипулирует ими для выделения паразитной составляющей измененного потока.

Как описывалось выше в связи с фиг. 2, определитель паразитной составляющей 206 может содержать схему вычитания, которая вычитает полезную составляющую Dh из каждого символа измененного потока Dh+П с целью нахождения паразитной составляющей Dh+П+Dh. Обеспеченные представления каждого неизменного информационного символа D и сигнала замирания h являются точными, паразитная составляющая приблизительно соответствует сигналу помехи П. Выходные сигналы определителя сигнала замирания 305 и определителя паразитной составляющей 206 поступают на определитель пригодности сигнала 209 для определения параметра пригодности измененного потока. Параметры пригодности определяются посредством оценки отношения представления сигнала замирания к паразитной составляющей, то есть h/П.

Приемник 301 может включать в себя также усреднитель паразитной составляющей 207 и усреднитель полезной составляющей 208, на которые поступают паразитная составляющая и представление сигнала замирания, соответственно, вырабатывающие усредненные значения соответственных входных сигналов. Произведенное усреднителем 208 полезной составляющей усреднение может включать в себя масштабирование усреднения сигнала замирания с помощью заранее установленного усреднения каждого информационного символа. Усредненные выходные сигналы усреднителя паразитной составляющей 207 и усреднителя 208 полезной составляющей поступают на определитель пригодности сигнала 209 для определения пригодности принимаемого сигнала. Как описывалось выше со ссылкой на фиг. 2, производимые усреднителями 208 полезной и 207 паразитной составляющих усреднения обычно представляют средние значения интенсивности сигналов; таким образом, параметры пригодности, обеспечиваемые определителем пригодности сигнала 209, соответствуют примерно отношению несущей к сумме помех и шума. При таком способе признаки пригодности сигнала (С/(П+Ш)) можно определять в течение пяти секунд.

Настоящее изобретение раскрывает способ и устройство для определения признака пригодности принимаемого сигнала. С помощью настоящего изобретения приемник в системе связи с многократным использованием частоты, размещенной во множестве позиций, может быстро и точно проводить оценку пригодности принимаемого сигнала, что является важной для реализации системой функций, таких как назначение и перераспределение канала связи. Соответствующий настоящему изобретению способ обеспечивает значительно лучшую индикацию пригодности принимаемого сигнала по сравнению с измерением интенсивности принимаемого сигнала, поскольку он обеспечивает различение полезной и паразитной составляющих принимаемого сигнала, тогда как при измерении интенсивности принимаемого сигнала такое различение не производится. Кроме того, соответствующий настоящему изобретению способ обеспечивает более быструю, но в равной степени точную индикацию пригодности принимаемого сигнала по сравнению с измерением частоты появления ошибок в битах, особенно в географических областях с низкими частотами появления ошибок, что приводит к улучшенной работе системы связи, размещенной во множестве мест.

Способ определения пригодности принимаемых сигналов в системе связи, включающей множество узлов связи, ограниченное число средств связи, обеспечиваемых информацией посредством множества центральных станций, заключается в том, что осуществляют передачу передатчиком или первого узла связи, или первой центральной станции потока информационных символов, каждый из которых представляет собой информационный символ из заранее установленного ряда дискретных значений, производят прием по меньшей мере одним приемником либо второго узла связи, либо второй центральной станции потока измененных информационных символов, каждый из которых соответствует одному из информационных символов потока символов, умноженному на сигнал замирания и сложенному с сигналом помех, определяют сигнал замирания из измененного потока, информационные символы в потоке символов из измененного потока, определяют полезную и паразитную составляющие измененного потока, с учетом которых обеспечивают параметры пригодности измененных информационных символов. Устройство для определения пригодности принимаемых сигналов содержит приемник сигналов, определитель сигнала замирания, определитель символов, определитель полезной составляющей, определитель паразитной составляющей и определитель пригодности сигналов. Технический результат заключается в увеличении рассеяния генерируемого тепла в окружающую среду. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ определения пригодности принимаемых сигналов с системе связи, включающей множество узлов связи, ограниченное число средств связи, обеспечиваемых информацией посредством множества центральных станций, и множество местоположений, при котором распределяется и многократно используется ограниченное количество средств связи по всему множеству местоположений, причем каждый из множества узлов связи включает в себя приемник и передатчик и каждая из множества центральных станций включает в себя приемник и передатчик, отличающийся тем, что осуществляют передачу передатчиком или первого узла связи, или первой центральной станции потока информационных символов, предназначенного для формирования потока символов, причем каждый информационный символ из потока символов представляет собой информационный символ из заранее установленного ряда дискретных значений, производят прием по меньшей мере одним приемником либо второго узла связи, либо второй центральной станции, потока измененных информационных символов, предназначенного для формирования измененного потока, причем каждый измененный информационный символ измененного потока соответствует одному из информационных символов потока символов, умноженному на сигнал замирания и сложенному с сигналом помех, при этом определяют, по меньшей мере одним указанным приемником сигнал замирания из измененного потока для формирования определяемого сигнала замирания, определяют, по меньшей мере, одним указанным приемником информационные символы в потоке символов из измененного потока для формирования определяемых информационных символов, определяют, по меньшей мере, одним указанным приемником полезную составляющую измененного потока на основании определяемых информационных символов и определяемого сигнала замирания, определяют, по меньшей мере, одним указанным приемником паразитную составляющую измененного потока с учетом полезной составляющей измененного потока и измененного потока, и обеспечивают, по меньшей мере, одним указанным приемником параметры пригодности измененных информационных символов с учетом полезной и паразитной составляющих измененного потока. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при определении сигнала замирания осуществляют перемножение определяемого сигнала замирания с каждым определяемым информационным символом и получают полезную составляющую измененного потока. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при определении паразитной составляющей осуществляют вычитание полезной составляющей измененного потока из измененного потока и получают паразитную составляющую измененного потока. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что определяют параметры пригодности измененных информационных сигналов, содержащих усреднение образца полезной составляющей измененного потока и получают полезную среднюю величину, усредняют образец паразитной составляющей измененного потока и получают паразитную среднюю величину, определяют отношение полезной усредненной величины к паразитной усредненной величине. 5. Устройство для определения пригодности принимаемых сигналов, используемое либо в узле связи, либо в центральной станции в системах связи, отличающееся тем, что содержит приемник сигналов, принимающий поток измененных информационных символов, причем каждый измененный информационный символ в потоке измененных информационных символов представляет собой результат умножения неизмененного информационного символа на сигнал замирания и сложения с сигналом помехи; определитель сигнала замирания, оперативно подсоединенный к приемнику сигналов, причем определитель сигнала замирания выполнен с возможностью определения сигнала замирания для формирования определяемого сигнала замирания; определитель символов, оперативно подсоединенный к приемнику сигналов, и определяющий представление каждого из неизмененных информационных символов для формирования определяемых информационных символов; определитель полезной составляющей, оперативно подсоединенный к определителю сигнала замирания и к определителю символов и определяющий полезную составляющую потока измененных информационных символов с учетом определяемого сигнала замирания и определяемых информационных символов; определитель паразитной составляющей, оперативно подсоединенный к определителю полезной составляющей и к приемнику сигналов и определяющий паразитную составляющую потока измененных информационных символов на основании полезной составляющей потока измененных информационных символов и потока измененных информационных символов, и определитель пригодности сигналов, оперативно подсоединенный к определителю полезной составляющей и к определителю паразитной составляющей, определяющий признаки пригодности измененных информационных символов на основании полезной составляющей потока измененных информационных символов и паразитной составляющей потока измененных информационных символов. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что определитель паразитной составляющей содержит схему вычитания, выполненную с возможностью вычитания потока полезной составляющей измененных информационных символов из потока измененных информационных символов и определения паразитной составляющей потока измененных информационных символов. 7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что усреднитель полезной составляющей оперативно подсоединен к определителю полезной составляющей и к определителю пригодности сигналов, и усреднитель паразитной составляющей оперативно подсоединен к определителю паразитной составляющей и к определителю пригодности сигналов, причем определитель пригодности сигналов использует средние величины, обеспеченные усреднителем полезной составляющей и усреднителем паразитной составляющей, с возможностью формирования отношения полезной составляющей потока измененных информационных символов к паразитной составляющей потока измененных информационных символов для определения признаков пригодности измененных информационных символов.