АРХИТЕКТУРА КОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПРИЕМНИКАМИ С МНОГИМИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯМИ Российский патент 2000 года по МПК H04B7/26 

Настоящее изобретение относится к коммуникационным системам с многостанционным доступом, например радио- или телефонным системам и коммуникационным системам, с расширенным спектром типа спутникового ретранслятора. Более конкретно, изобретение относится к архитектуре коммуникационной системы, в согласно которой демодуляция цифрового сигнала выполняется с использованием множества цифровых приемных модулей, подсоединенных к каждому из нескольких аналоговых приемников, для снижения требований к передаче данных. Кроме того, в изобретении раскрыт способ перераспределения некоторых функций демодуляции сигнала в коммуникационной системе с расширенным спектром с множественным доступом с разделением кодов для уменьшения скорости передачи данных, требуемой для получения сигналов данных одного пользователя.

Предшествующий уровень техники
Для передачи информации для большого количества пользователей системы разработано множество коммуникационных систем с множественным доступом. Способы, используемые такими коммуникационными системами с многостанционным доступом, включают в себя многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA), многостанционный доступ с разделением по частоте (FDMA) и схемы амплитудной модуляции AM, например схема с компандированной по амплитуде одной боковой полосой (ACSSB), основы которых хорошо известны. Однако способы модуляции с расширенным спектром, например способы расширенного спектра в системах CDMA, обеспечивают значительные преимущества перед другими схемами модуляции, особенно при обслуживании большого количества пользователей коммуникационной системы. Применение способов CDMA в коммуникационной системе с множественным доступом раскрыто в описании патента США N 4901307 от 13 февраля 1990 под названием "Коммуникационная система с множественным доступом, использующая спутниковые или наземные ретрансляторы".

Патент 4901307 раскрывает способ реализации системы связи с многостанционным доступом, согласно которому каждый из большого количества обычно мобильных или удаленных пользователей системы использует приемопередатчик для связи с другими пользователями системы или желаемыми адресатами сигнала, например через общественную телефонную переключательную сеть. Приемопередатчики связываются через спутниковые ретрансляторы и станции сопряжения или наземные базовые станции (иногда называемые также ячейками или сотами), используя коммуникационные сигналы многостанционного доступа с кодовым делением каналов с расширенным спектром. Такие системы допускают передачу различных типов данных и голосовых коммуникационных сигналов между системными пользователями и другими абонентами, подключенными к коммуникационной системе.

Коммуникационные системы, использующие сигналы и способы модуляции с расширенным спектром, например раскрытые в патенте США N 4901307, обеспечивают увеличенную пропускную способность пользователя системы перед другими способами за счет того, что частотный спектр используется "повторно" многократно в различных регионах, обслуживаемых системой, а также среди пользователей системы внутри региона. Использование CDMA приводит к более высокой эффективности использования заданного частотного спектра, чем та, которая достигается при использовании других способов многостанционного доступа. К тому же использование широкополосных CDMA способов позволяет решить такие задачи, как многолучевое замирание, которое легче преодолевается особенно для наземных ретрансляторов.

Способы псевдошумовой (PN) модуляции, используемые в широкополосных CDMA коммуникационных обменах, обеспечивают относительно высокое усиление сигнала, которое позволяет легче различать спектрально аналогичные коммуникационные каналы или сигналы. Это позволяет легко различать сигналы, передаваемые по различным путям распространения, при условии, что любое различие в длине пути вызывает относительные задержки распространения в сверх продолжительности элемента сигнала PN, т. е. инверсию полосы пропускания. Если частота элемента сигнала PN составляет приблизительно, например, 1 МГц, то полный выигрыш в отношении сигнал/шум при обработке сигналов расширенного спектра, равный отношению расширенной полосы частот к частоте данных системы, может быть использован для различения путей сигнала, отличающихся более чем на одну микросекунду на пути распространения или времени поступления.

Возможность различения многолучевых сигналов значительно сокращает опасность многолучевого замирания, что, однако, не гарантирует полного исключения такого замирания ввиду случайного характера различий задержки распространения, которые меньше, чем продолжительность элемента PN сигнала. Наличие путей с малыми задержками является более верным для спутниковых ретрансляторов или прямых коммуникационных связей, т.к. многолучевые отражения от зданий и других наземных поверхностей значительно уменьшаются, а общий путь является таким большим. Поэтому желательно создать некоторую форму разнесения сигнала в качестве одного подхода к снижению вредных эффектов замирания и дополнительных проблем, связанных с относительным движением пользователя или спутникового ретранслятора.

Как правило, в коммуникационных системах с расширенным спектром используют или получают три типа разнесения: временное, частотное и пространственное разнесение. Временное разнесение достигается при повторении и временном чередовании компонентов сигнала. Частотное разнесение получается посредством распространения энергии сигнала по широкой полосе частот. Поэтому частотное селективное замирание воздействует только на малую часть полосы сигнала CDMA. Пространственное разнесение получается при использовании множества путей распространения сигнала, обычно через различные антенны или лучи.

Лучи, применяемые в спутниковых коммуникационных системах, обычно распределяются так, чтобы охватить большие географические регионы, и поэтому потенциально адресуются к большему количеству пользователей в любое заданное время, чем наземные системы ретрансляции. Каждый спутник обычно использует множество лучей, порядка одиннадцати - шестнадцати, для достижения нескольких соприкасающихся географических регионов одновременно и обеспечения разнесения. Относительное число охваченных связью абонентов в каждом луче обычно больше даже там, где областная плотность абонентов мала. То есть, хотя области обслуживания могут охватывать области земли с низкой плотностью населения, общий размер каждой области подразумевает, что существует значительно большее количество абонентов в заданной спутниковой диаграмме направленности луча. К тому же спутники используются в некоторых географических регионах для преодоления разрывов наземных телефонных систем, и такие регионы могут иметь относительно высокие плотности населения.

Предоставление сервиса большему количеству абонентов с использованием спутников приводит и к более эффективному использованию передатчиков или антенн на один ретранслятор, до 16 лучей на спутник, и к большему количеству коммуникационных каналов на луч спутника. Обычно количество коммуникационных каналов или схем, приходящихся на один луч в спутнике, увеличивается до 128 каналов вместо 64 обычно имеющихся у наземных ретрансляторов. Эти факторы значительно увеличивают количество данных и эффективность обработки сигнала, которые должны быть согласованы в системной станции сопряжения в противоположность наземным станциям.

Наземные базовые станции обычно используют не более 6 антенн, изменяясь везде от одной на целую ячейку до двух на каждые три сектора в подразделяемой ячейке, причем каждая принимает коммуникационные сигналы на одной несущей частоте. Спутниковые станции сопряжения, с другой стороны, управляют коммуникационными сигналами, используя сеть приемников, порядка 32 или более, с одной или возможно, при желании, большим количеством антенн для согласования 16 или более лучей или участков на различных частотах несущей. Станции сопряжения обычно предоставляют обслуживание для многих спутников, которые находятся в зоне "видимости", обычно порядка четырех в любое заданное время. В одной экспериментальной системе использовалось порядка шести спутников в каждой из восьми орбитальных плоскостей и для некоторых систем наблюдалось даже большее количество спутников.

Большее количество коммуникационных сигналов, имеющихся в системе ретранслятора спутникового типа, приводит к большему количеству данных, которые могут быть переданы и обработаны на каждой станции сопряжения. Когда сигналы, принятые каждой антенной, преобразуются с понижением частоты в соответствующий частотный диапазон, а несущая удаляется для получения цифровых выборок, скорость данных составляет порядка 80 мегабит/сек (Мбит/сек) на частотный носитель (луч). Сигналы от каждого аналогового приемника передаются на сеть модемов в станции сопряжения, которая предназначена для обработки коммуникационных сообщений для отдельных абонентов. Это означает, что данные от каждого приемника должны быть переданы по общим шинам, подсоединенным ко всем модемам для того, чтобы каждый из них мог детектировать и обрабатывать многолучевые сигналы. Для современных скоростей передачи данных в коммуникационных системах шины станций сопряжения, передающие сигналы между аналоговыми приемниками и модемными секциями станций сопряжения, должны выполнять операции со скоростью порядка нескольких гигабит/сек (Гбит/сек) или более. Управление, переключение, синхронизация и т.п. для такого большого количества данных находятся за пределами систем станций сопряжения с реальной стоимостью. С учетом реальной стоимости и надежности указанные шинные структуры с напряженным трафиком находятся за пределами современной технологии. К тому же требования к промежуточным кабельным соединениям для передачи такого объема данных через различные схемы обработки также становятся предельно сложными.

Поэтому желательно сократить количество данных, которые должны быть переданы от одного функционального элемента или каскада к другому внутри архитектуры станции сопряжения. Желательно также сделать более эффективным использование модульных компонентов более низкой стоимости, которые обеспечивают легкое расширение систем, когда увеличивается емкость или требуется обновление (усовершенствование).

Раскрытие изобретения
С учетом вышеуказанных и других имеющихся задач относительно обрабатывающихся коммуникационных сигналов в станциях сопряжения и базовых станциях в коммуникационных системах с расширенным спектром задачей настоящего изобретения является распределение требований обработки коммуникационных сообщений для демодулирующихся ортогональных каналов в принимаемых сигналах в станции сопряжения.

Кроме того, изобретение призвано обеспечить снижение общего объема данных в единицу времени, которые должны быть переданы по общим сигнальным проводникам между аналоговыми и цифровыми элементами обработки сигнала данных в части станции сопряжения коммуникационной системы с расширенным спектром.

Целесообразно также разработать способ, который допускает более эффективное по стоимости распределение обрабатывающих ресурсов для каждого аналогового приемника в станции сопряжения.

Одно из преимуществ изобретения заключается в том, что оно использует широкий спектр и другие цифровые модули обработки сигнала, отличающиеся повышенной надежностью, технологичностью и приемлемой стоимостью для распределения на параллельные сети при использовании в аналоговых приемниках станции сопряжения.

Другие преимущества включают в себя снижение скоростей передачи данных на схемных объединительных платах и количества требуемых кабелей и проводников вместе с сокращением объема обрабатывающего оборудования.

Эти и другие цели, задачи и преимущества реализуются в архитектуре обработки сигнала для использования в базовой станции типа станции сопряжения в коммуникационной системе множественного доступа с расширенным спектром, например в коммуникационных радио и телефонных/информационных системах с множественным доступом и кодовым разделением каналов (CDMA). В таких системах пользователи или абоненты системы обмениваются через базовые станции или спутниковые ретрансляторы и станции сопряжения, используя различные кодированные коммуникационные сигнальные каналы с заданными частотами несущей. Множество коммуникационных сигналов с расширенным спектром принимаются по одному или более путям передачи с разнесением от множества системных абонентов, используя аналоговые приемники, каждый из которых сконфигурирован для приема сигналов по меньшей мере на одной несущей частоте. Аналоговые приемники преобразуют коммуникационные сигналы в цифровые коммуникационные сигналы с заданной частотой дискретизации. Цифровые коммуникационные сигналы подаются на соответствующий набор или последовательность демодулирующих модулей, соединенных с выходами каждого аналогового приемника. Количество модулей, подсоединенных к каждому аналоговому приемнику, является таким, чтобы по меньшей мере один модуль мог быть доступен для каждого коммуникационного пути с разнесением, по которому желательно принять информацию для каждого абонента через данный соответствующий аналоговый приемник.

Демодулирующие модули сжимают каждый из цифровых коммуникационных сигналов, используя синфазные (I) и квадратурные (Q) фазовые кодовые последовательности типа псевдослучайного шума (PN) для конкретной коммуникационной системы со смещениями или сдвигами во времени в качестве согласования для получения кодированных символов данных. Эти предварительно выбранные псевдошумовые (PN) последовательности используются также для модуляции синфазных и квадратурных составляющих цифровых сигналов данных перед передачей к заданному получателю информации.

Модули также обычно накапливают закодированные символы данных в заданные группы символов и подают по меньшей мере предварительно выбранное количество их в преобразователь ортогональной функции, где они отображаются или преобразуются в символьные энергетические метрики для символьных данных. Энергетические метрики указывают значения энергии, связанные с гипотетическими значениями кодированных данных для канала, работающего через соответствующий аналоговый приемник.

Каждый демодулирующий модуль содержит каскад сжатия или схему в одной части модуля для генерирования кодированных символов данных для каждого пути с разнесением для каждого абонента, и ортогональный кодовый преобразователь или схему преобразования в другой части для приема и выполнения ортогональных преобразований или отображений над закодированными символами данных для генерации символьных энергетических метрик. Экспериментальными преобразователями являются быстрые преобразователи Адамара, имеющие порядок, соответствующий размеру группы входных символов. Поэтому выходной сигнал каждого преобразователя представляет собой метрики для одного канала, работающего через один соответствующий приемник.

Демодулирующие модули могут быть изготовлены в качестве входных каскадов демодулятора (DFE) и выходных каскадов демодулятора (DBE) с общей шиной передачи, подключенной между ними. Это допускает широкий спектр конструкции модулей и высокую степень схемной интеграции для целей надежности и снижения стоимости. Обычно количество каскадов преобразователя, DBE, соответствует числу каскадов сжатия, DFE, хотя некоторая степень временного разделения или селекции сигнала может допускать при желании неравное количество каскадов.

Данные метрики, сформированные в каждом из демодулирующих модулей, или DBE, передаются по меньшей мере к одной последовательности приемников данных метрики, каждый из которых является предварительно назначенным абоненту. Каждый из приемников метрики соответствует единственному каналу кодированного сигнала, который должен быть обработан, а каждый выходной сигнал схемы преобразования соответствует одному приемнику метрики канала.

Каждый из множества приемников данных метрики подключается для приема энергетических сигналов метрики от одного или более демодулирующих модулей, связанных с каждым аналоговым приемником. Изобретение может дополнительно использовать суммирующий элемент на входах каждого из приемников метрики для суммирования метрик энергии символа, принятых от множества модулей или преобразователей для генерации одной канальной метрики энергии символа для получающихся канальных данных.

Согласно дополнительному аспекту изобретения отслеживается относительная временная разность между принятыми коммуникационными сигналами и фазой PN последовательностей и выдается сигнал регулирования синхронизации для указания знака и амплитуд любой разности. Цифровые сигналы также прореживаются после сужения с точкой прореживания также регулируемой в соответствии с изменениями величины синхронизирующего управляющего сигнала.

Настоящее изобретение очень полезно для уменьшения сложности схем передачи сигнала в базовых станциях типа станции сопряжения, которые связываются по меньшей мере с одним спутниковым ретранслятором для передачи коммуникационных канальных сигналов от устройств абонента в коммуникационной системе к аналоговым приемникам. Оно особенно полезно в случае, по меньшей мере, двух спутников в коммуникационной связи со станцией сопряжения в любое заданное время.

Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется наилучшими вариантами его воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых одинаковые обозначения соответствуют одинаковым элементам и на которых:
фиг. 1 схематически изображает общий вид образца радиокоммуникационной системы,
фиг. 2 изображает блок-схему экспериментального устройства модуляции/демодуляции станции сопряжения для радиокоммуникационной системы, изображенной на фиг. 1,
фиг. 3 изображает аналоговую схему для формирования аналоговых приемников, изображенных на фиг. 2,
фиг. 4 изображает блок-схему архитектуры демодуляции со множеством пальцев для модемной секции станции сопряжения, изображенной на фиг. 2, использующей большое количество приемников,
фиг. 5 изображает возможный вариант схемы демодуляции для цифровых приемников данных, изображенных на фиг. 2,
фиг. 6 изображает второй возможный вариант схемы демодуляции для цифровых приемников данных, изображенных на фиг. 2,
фиг. 7 изображает новую архитектуру станции сопряжения, использующей множество распределенных приемников данных, согласно изобретению,
фиг. 8 изображает входную часть образца модуля FHT (быстрого преобразователя Адамара) для использования в архитектуре станции сопряжения, изображенной на фиг. 7, согласно изобретению,
фиг. 9 изображает выходную часть образца модуля FHT для использования в архитектуре станции сопряжения, изображенной на фиг. 8, согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Настоящее изобретение раскрывает новую архитектуру обработки сигнала для базовых станций и станций сопряжения, используемую в коммуникационных системах множественного доступа с расширенным спектром. Применяются новый цифровой приемник и схема демодуляции, которые делают более эффективным использование доступной пропускной способности сигнальной шины согласно способу и устройству по настоящему изобретению, преобразуют коммуникационные сигналы, принятые каждым приемников из последовательности, в цифровую форму, а затем демодулируют каждый из сигналов для удаления внешних PN кодов и вычисления энергетических метрик данных сигнала для данных, передаваемых всем пользователям системы на каждой из нескольких частот. Метрики данных для каждого назначенного пользователя в каждом принятом сигнале затем передаются в декодеры сигнала и объединители с разнесением, назначенные для отдельной коммуникационной схемы или получателя сигнала.

Начальные слои этой архитектуры системы включают в себя обработку аналогового сигнала и сжатие цифровых коммуникационных сигналов и могут быть эффективно согласованы по стоимости, используя последовательности схемных модулей, сконструированных как "FHT модули". Данные выдаются из FHT модулей с сокращенной битовой частотой, которая может быть легче согласована или изменена с использованием современной технологии. Данные метрики энергии, полученные на этом уровне, легче передаются на последовательность декодеров пользователя с более низкими частотами данных, чем традиционные A/D (аналого/цифровые) выборки данных для большого количества принятых сигналов. Это особенно актуально для спутниковых ретрансляционных систем. В современных конструкциях для CDMA коммуникационных систем, например радиоинформационных или телефонных систем, каждая базовая станция в заданных географических регионах, или ячейках, использует несколько устройств модуляции/демодуляции или модемов с расширенным спектром для обработки коммуникационных сигналов для пользователей системы. Каждый модем с расширенным спектром обычно использует цифровой модулятор передачи с расширенным спектром, по меньшей мере один цифровой демодулятор с расширенным спектром и по меньшей мере один приемник искателя. Во время типовых операций модем на базовой станции приписывается каждому удаленному или мобильному устройству пользователя, что необходимо для согласования передачи сигналов коммуникационных сообщений к приписанному устройству пользователя. Для коммуникационных систем, использующих спутниковые ретрансляторы, эти модемы размещаются обычно на базовых станциях, называемых станциями сопряжения или "хабами" (концентраторами), которые связываются с пользователями посредством передающихся сигналов через спутники, используя специализированные антенны и схемы управления. Могут быть и другие связанные центры управления, которые обмениваются со спутниками или станциями сопряжения для поддержания системного управления широким трафиком и синхронизации сигнала.

Экспериментальная радиокоммуникационная система, сконструированная и работающая согласно принципам настоящего изобретения, изображена на фиг. 1 в общем виде. Коммуникационная система 10, изображенная на фиг. 1, использует способ модуляции с расширенным спектром в коммуникационных сообщениях между удаленными или мобильными устройствами абонента, имеющими радиотерминалы (оконечные станции) данных или телефоны, и базовыми станциями системы. Системы сотового телефонного типа в больших столичных областях могут иметь сотни таких наземных базовых станций, обслуживающих тысячи мобильных пользователей. Коммуникационные системы, использующие спутниковые ретрансляторы, обычно используют меньшее количество ретрансляторов для обслуживания большего количества пользователей на один ретранслятор, но распределенных на больших географических регионах.

Как видно на фиг. 1, коммуникационная система 10 использует системный контроллер и переключатель 12, называемый также мобильным телефонным переключательным офисом (MTSO), который обычно включает в себя интерфейс и схему обработки для обеспечения широкосистемного управления для базовых станций или станций сопряжения. Контроллер 12 также управляет маршрутизацией телефонных вызовов от общественной переключающей телефонной сети (PSTN) к соответствующей базовой станции или станции сопряжения для передачи желаемым или назначенным устройствам абонента, так же как и маршрутизацией вызовов, принятых от устройств абонента через одну или более базовых станций в PSTN. Контроллер 12 обычно устанавливает связь устройств абонента друг с другом посредством соединяющих вызовов между пользователями через соответствующие базовые станции и PSTN, так как устройства абонента в большинстве коммуникационных систем обычно не сконфигурированы для связи друг с другом напрямую. Коммуникационная связь, подсоединяющая контроллер 12 к различным личным базовым станциям системы, может быть установлена с использованием известных устройств, например, специализированными телефонными линиями, оптоволоконными или микроволновыми или специализированными спутниковыми коммуникационными линиями связи.

На части коммуникационной системы, изображенной на фиг. 1, две экспериментальные базовые станции 14 и 16 изображены для наземных ретрансляторов коммуникационных сообщений, вместе с двумя спутниковыми ретрансляторами 18 и 20, и двумя связанными станциями сопряжения или хабами 22 и 24. Эти элементы используются для осуществления связи с двумя или более удаленными устройствами пользователя 26 и 28, каждый из которых имеет радиокоммуникационное устройство, например сотовый телефон. Хотя указанные устройства абонента описываются как мобильные, представляется очевидным, что заявленный способ применим и к стационарным устройствам, где желательно удаленное радиообслуживание. Этот последний тип обслуживания является особенно актуальным в случае использования спутниковых ретрансляторов при установлении коммуникационных связей во многих удаленных областях мира.

Устройства абонента иногда также называются "пользовательскими терминалами" или просто "пользователями" в некоторых коммуникационных системах в зависимости от выбора. К тому же типовая коммуникационная система может использовать большее количество спутников, чем два изображенных на фиг. 1, порядка 48 или более, движущихся по нескольким различным орбитальным плоскостям на низкой околоземной орбите (LEO), и большее количество устройств абонента. Однако для специалиста представляется очевидным, каким образом способ по настоящему изобретению может быть применен к множеству конфигураций спутниковой системы и станций сопряжения.

Термины "лучи" (участки) и "ячейки", или сектора, используются равнозначно повсеместно, так как они могут называться таким образом в технике и обслуживаемые географические регионы являются аналогичными по природе, различаясь только физическими характеристиками типа используемой платформы ретранслятора и своими местоположениями. Хотя некоторые характеристики путей передачи и ограничения по частоте и повторного использования канала различаются между этими платформами. Ячейка определяется посредством эффективного "достижения" сигналов базовой станции, в то время как луч является "пятном", накрываемым посредством проецирования спутникового коммуникационного сигнала на поверхность Земли. К тому же сектора обычно охватывают различные географические регионы в ячейке, в то время как спутниковые лучи на различных частотах, иногда называемые FDMA сигналами, могут охватывать общий географический регион.

Термины "базовая станция" и "станция сопряжения" используются как взаимозаменяемые, "станции сопряжения" понимаются как специализированные базовые станции, которые обмениваются напрямую через спутниковые ретрансляторы и имеют более "административные задачи" со связанным оборудованием для выполнения поддержки таких коммуникационных связей через движущиеся ретрансляторы, в то время как базовые станции используют наземные антенны для прямых связей в окружающем географическом регионе. Центральные управляющие центры обычно будут иметь также больше функций для работы при взаимодействии с станциями сопряжения и движущимися спутниками.

В данном примере каждая из базовых станций 14 и 16 обслуживает отдельные географические регионы или "ячейки", охватываемые диаграммами направленности передачи от их соответствующих антенн, в то время как лучи от спутников 18 и 20 направлены для охвата других соответствующих географических регионов. Однако ясно, что площади охвата лучом или обслуживания для спутников и диаграммы направленности антенн могут перекрываться полностью или частично в заданном регионе в зависимости от конструкции коммуникационной системы и типа предоставляемой услуги. Соответственно в различных точках в процессе обмена может быть осуществлен перенос вызова из одной зоны обслуживания в другую или перераспределение канала связи между базовыми станциями или станциями сопряжения, обслуживающими различные регионы или ячейки, и может быть достигнуто разнесение между любыми из этих коммуникационных регионов или устройств.

Усиление сигнала, возможное с помощью CDMA способов модуляции, допускает "мягкий" перенос вызова, когда устройство абонента изменяет положение, достаточное для того, чтобы перейти в регион, обслуживаемый новой базовой станцией, станцией сопряжения или спутниковой диаграммой направленности луча. Коммуникационная связь может поддерживаться с помощью двух модемов одновременно в соответствии с величиной принятого сигнала и доступностью частоты. В этом случае устройство абонента использует множество модемов станции сопряжения в процессе переноса вызова, также увеличивающего количество данных, подлежащих передаче для обработки внутри станции сопряжения.

На фиг. 1 некоторые из возможных путей сигнала для коммуникационных связей или "схем" между базовой станцией 14 и устройствами 26 и 28 абонента изображены линиями 30 и 32 соответственно. Стрелки на этих линиях указывают примерные (образцовые) направления сигнала для связей в качестве прямой или обратной связи, но только с целью ясности, а не для ограничения действительных направлений сигнала или требуемых коммуникационных путей. Аналогично возможные коммуникационные связи между базовой станцией 16 и устройствами 26 и 28 пользователя изображены линиями 34 и 36 соответственно.

Дополнительные возможные сигнальные пути изображены для коммуникационных сообщений, установленных через спутники 18 и 20 между одной или более станциями сопряжения или централизованными хабами 22 и 24 и устройствами 26 и 28 абонента. Часть этих коммуникационных связей, использующих спутник, изображены линиями 40, 42 и 44, а часть, использующая станцию сопряжения - линиями 46, 48, 50 и 52. В некоторых конфигурациях возможно установить прямые коммуникации спутник - спутник, например по линии, обозначенной 54. Для ясности спутник 20 не показан обменивающимся с устройством 26 абонента, хотя это иногда возможно в зависимости от специфической конфигурации системы и распределения диаграммы направленности луча спутника.

В современных CDMA радиосистемах или сотовых телефонных системах каждая базовая станция или станция сопряжения передает также "пилотный (контрольный) несущий" сигнал, не содержащий модуляции данных, по своему охватываемому региону. Вообще, каждый из секторов имеет свои отличные от других пилотные сигналы. Этот пилотный сигнал используется устройствами абонента для получения начальной синхронизации системы и временного, частотного и фазового отслеживания переданных сигналов. Для спутниковых систем этот сигнал передается в каждом луче спутника и имеет начало координат в специфической станции сопряжения, использующей спутник. Обычно для каждой станции сопряжения или базовой станции передается единственный пилотный сигнал для каждой частоты, совместно используемой всеми пользователями, принимающими сигнал от этого источника. Другие сигналы используются для передачи модулированной информации с расширенным спектром, например, идентификационная информация станции сопряжения, сигнал синхронизации системы, страничная информация пользователя и различные другие управляющие сигналы.

Каждая станция сопряжения использует уникальный пилотный сигнал (который применяется для широкого повторного использования системой), сформированный с использованием одинакового PN кода при различных фазовых сдвигах кода. Это позволяет PN кодам, которые могут быть легко различимы друг от друга, также различаться между базовыми станциями и станциями сопряжения с общим началом координат, в то же время предоставляя упрощенные захват и слежение. Использование одной пилотной сигнальной кодовой последовательности во всей коммуникационной системе позволяет устройствам абонента находить временную синхронизацию системы с помощью однократного поиска по всем фазам пилотного сигнального кода, используя способ корреляции для каждой кодовой фазы.

С другой стороны, последовательности PN кодов используются в коммуникационной системе с различными PN кодами, используемыми для каждой станции сопряжения, и возможно для каждой спутниковой плоскости. Очевидно, что для идентификации специфических источников сигнала или ретрансляторов в коммуникационной системе может быть назначено столько PN кодов, сколько необходимо. То есть коды могут использоваться для различения каждого ретранслятора или начала координат сигнала в системе по желанию, применения к общему количеству возможных коммуникационных каналов и для максимизации количества адресуемых пользователей в системе.

Другой сигнал, называемым сигналом системы поискового вызова или каналом, также может быть использован коммуникационной системой для передачи сообщений к устройствам абонента, указывающие, что "вызов" или некоторый вид коммуникационной информации "принят" или присутствует в станции сопряжения и сохраняется для него. Сигнал системы поискового вызова обычно присваивает каналы, когда пользователь инициирует коммуникационную связь и запрашивает ответ от назначенного устройства абонента.

Географические области, обслуживаемые базовыми станциями, выбирают с конфигурацией, исключающей их пересечение и перекрещивание, а устройство абонента обычно располагают ближе к одной базовой станции, чем к другой, или внутри одного сектора ячейки, где ячейка дополнительно подразделяется. Это в основном справедливо также и для спутниковых коммуникационных связей, хотя решающим фактором здесь является присутствие в зоне видимости конкретной диаграммы направленности луча спутника устройства абонента и уровень его сигнала, а не относительная близость к спутнику. К тому же лучи могут перекрываться в заданном регионе, но быть различаемы с использованием некоторых характеристик передачи, например частоты. На фиг. 1 устройство пользователя 28 может рассматриваться как ближайшее к базовой станции 16 для наземных целей обслуживания, но внутри области охвата спутников 18 или 20 для целей обслуживания станции сопряжения.

При инициировании вызова устройство 28 абонента передает управляющие сообщения к ближайшей базовой станции или соответствующей спутниковой станции сопряжения, в данном случае 16 или 22. При приеме сообщения запроса вызова базовая станция 16 передает вызванный номер на системный контроллер 12, который затем адресует вызов через PSTN назначенному получателю информации. В противном случае коммуникационная связь устанавливается со станцией сопряжения 22 через спутник 18, который принимает и передает сообщение запроса вызова на системный контроллер 12 для обработки так же, как и раньше.

Когда вызов или запрос связи сообщения для устройства абонента возникает в PSTN или с другим устройством абонента, контроллер 12 обычно передает информацию вызова всем базовым станциям или станциям сопряжения в заданной области, где назначенное устройство или должно быть на основании предыдущего информационного сообщения, или предполагается, что должно быть, например, в "домашнем" регионе. Станции сопряжения и базовые станции, в свою очередь, передают сообщения в своих соответствующих охваченных областях для назначенного получающего информацию пользователя. При детектировании сигнала поискового вызова устройство абонента отвечает управляющим сообщением на ближайшую базовую станцию или через соответствующий спутник на станцию сопряжения. Это управляющее сообщение информирует контроллер 12 системы, что конкретная станция сопряжения, спутник или базовая станция находятся на связи с устройством абонента. Контроллер 12 затем маршрутизирует входящее сообщение или вызов через указанный канал связи станции сопряжения с устройством абонента. Если устройство абонента, в данном случае 28, уходит из охватываемой области изначально выбранного спутника 18 или станции сопряжения 22 или 24, то делается попытка продолжить коммуникационную связь через другие спутники до тех пор, пока или не будут использованы другая станция сопряжения или базовая станция. Снова линии, поддерживающие дополнительные коммуникационные связи, и каналы поиска для данного типа коммуникаций вносят в процесс обработки дополнительные сигналы.

Пространственное разнесение или разнесение маршрута получаются посредством предоставления множества сигнальных путей через одновременные связи с мобильным пользователем через две или более базовые станции для наземных систем ретрансляции, или через два или более спутниковых луча или отдельных спутника для космических систем ретрансляции. То есть в спутниковом коммуникационном окружении или для внутренних радиокоммуникационных систем разнесение пути может быть достигнуто посредством намеренной передачи или приема коммуникационного сообщения для одного абонента, используя множество коммуникационных путей или антенн. Более того, разнесение пути может быть получено с помощью применения многопутевой среды для того, чтобы каждый сигнал, приходящий по различным путям с различной задержкой распространения, был принят и обработан отдельно для каждого маршрута. Если два или более пути являются доступными с достаточной разностью задержки, скажем более 1 микросекунды, то два или более приемников могут использоваться для раздельного приема этих сигналов. Так как эти сигналы обычно обнаруживают независимое замирание и другие характеристики распространения, то эти сигналы могут быть раздельно обработаны приемниками, а выходные сигналы объединены с помощью объединителя с разнесением для получения конечной выходной информации или данных и преодоления проблем, существующих в противоположном случае с единственным маршрутом.

Примеры использования разнесения в коммуникационных системах множественного доступа приводятся в патенте США N 5101501 и патенте США N 5109390.

Хотя используются преимущественно наземные базовые ретрансляторы и базовые станции, будущие системы будут уделять большее внимание применению спутниковых ретрансляторов для более широкого географического охвата, которые достигают большего количества "удаленных" пользователей и для достижения реального "глобального" коммуникационного сервиса. Однако превращение коммуникационных систем в сеть глобального по структуре типа и расширенное использование спутниковых ретрансляторов создает дополнительные проблемы для центральных станций и станций сопряжения, обрабатывающих большое количество коммуникационных связей.

Коммуникационные системы с расширенным спектром, такая как изображена на фиг. 1, используют колебания, основанные на несущей с расширенным спектром с прямой псевдошумовой (PN) последовательностью. То есть сигнал группового спектра модулируется, используя псевдошумовую последовательность для достижения желаемого эффекта расширения. PN последовательность состоит из последовательности "элементов сигнала", которые имеют частоту намного выше, чем расширяемый коммуникационный сигнал группового спектра. Типовая частота элементов сигнала составляет порядка 1.2288 МГц и выбирается в соответствии с общей частотой, желательной или допускаемой наложением сигнала (помехой) и другим известным критерием, относящимся к величине сигнала и качеству, которые известны специалистам. Специалистам известно, как частота элемента сигнала модифицируется согласно распределенному спектру с точки зрения стоимостных ограничений и компромиссов качества коммуникационного сообщения.

В связи базовая станция - абонент или станция сопряжения - абонент двоичные последовательности, используемые для расширения спектра, образуются из двух различных типов последовательностей, имеющих каждая различные свойства и реализующие различные функции. "Внешний" код используется для различения сигналов, переданных различными базовыми станциями, и многолучевых сигналов. Этот внешний код совместно используется всеми сигналами в ячейке или луче и является обычно относительно короткой PN кодовой последовательностью. "Внутренний" код затем применяется для различения различных пользователей в регионе или сигналов пользователя, переданных одной базовой станцией, станцией сопряжения или спутниковым лучом на прямую связь. То есть каждое устройство абонента имеет свой собственный ортогональный канал, отводимый на прямую связь посредством использования уникальной защитной кодовой PN последовательности. На обратной связи сигналы пользователя являются не полностью ортогональными, но различимыми способом, в соответствии с которым эти кодовые символы модулированы.

Хорошо известно, что может быть построен набор из n ортогональных последовательностей длины n, где n является степенью 2. На это имеются ссылки в литературе, например в Digital Communications with Space Applications, S/W/ Golomb et. al., Prentice-Hall, Inc., 1964, стр. 45-64. Фактически набор ортогональных двоичных последовательностей известен для большинства последовательностей, имеющих длины, которые кратны четырем, но менее двух сотен. Один класс таких последовательностей, которые относительно легко формируются, называются функцией Уолша, известной также как матрицы Адамара.

Функция Уолша порядка n может быть определена рекурсивно как

где W^* обозначает логическое дополнение к W, a W(1)=0. Последовательность Уолша является просто одной из строк матрицы функции Уолша, а функция Уолша порядка n содержит n последовательностей, каждая длиной n бит.

Функция Уолша порядка n (так же как и другие ортогональные функции) имеет то свойство, что на интервале из n кодовых символов в строке символов кросскорреляция между всеми из различных последовательностей в наборе равна нулю, полученные последовательности являются выровненными во времени. Это легко понять с помощью наблюдения, что ровно половина битов в каждой последовательности отличается от другой половины битов в каждой другой последовательности. Другое полезное свойство заключается в том, что одна последовательность всегда состоит из одних нулей, в то время как все другие последовательности содержат половину единиц и половину нулей. Поэтому функции Уолша хорошо подходят для использования в качестве ортогональных кодов или кодовых последовательностей в коммуникационных системах.

Понятно также, что функции Уолша могут быть выражены в виде 1 и -1, действительная форма, где цифровые значения преобразованы в полезные переходы напряжения для обработки сигнала. В таком подходе все нулевые функции становятся всеми единичными функциями или состоящими из -1, а все другие последовательности состоят из половины единиц и половины отрицательных единиц.

Некоторые колебания несущей могут быть использованы в коммуникационной системе 10 с типовым воплощением, использующим синусоидальную несущую, которая имеет квадрофазу (четыре фазы), модулированные парой двоичных PN последовательностей. В данном подходе последовательности генерируются двумя различными PN генераторами с одинаковой длиной последовательности. Одна последовательность двойной фазы модулирует синфазный канал (I-канал) несущей, а другая последовательность двойной фазы модулирует квадратурную фазу (Q-канал) несущей. Полученные сигналы суммируются для образования составной четырехфазной несущей.

В типовой конфигурации все сигналы, переданные станцией сопряжения или базовой станцией, совместно используются одинаковыми внешними PN кодами и для I и для Q каналов, с одним кодом, сдвинутым на 90^o относительно другого. Сигналы также расширяются внутренним кодом, генерируемым с использованием функций Уолша, как отмечено выше. Используемый размер функции Уолша "n" составляет обычно порядка 64 или 128 для связи станция сопряжения - абонент, открывая до 128 различных ортогональных коммуникационных сигналов или прямых каналов связи для каждой частоты несущей. До трех из этих последовательностей могут быть специализированы на пилотную, синхронизирующую или вызывную канальную функции для одной единственной частоты в луче. Сигнал, адресованный конкретному
пользователю, умножается на внешние PN последовательности и на конкретную последовательность Уолша или последовательность элементов сигнала Уолша, присвоенных станцией сопряжения или контроллером коммуникационной системы для продолжительности этой прямой связи пользователя или передачи информации.

Соседние ячейки, сектора или другие заданные охваченные регионы могут повторно использовать внутренние функции Уолша, так как внешние PN коды, используемые в таких регионах, отличаются друг от друга. Различающиеся времена распространения для сигналов, достигающих конкретного положения абонента от двух или более лучей спутника (станций сопряжения), означают, что невозможно сохранить абсолютное временное выравнивание для сигналов, которое требуется для поддержания ортогональности функции Уолша для множества ячеек одновременно. Внешние PN коды преимущественно используют для различения сигналов, принятых от разных станций сопряжения. Однако все сигналы, переданные станцией сопряжения по единственному лучу спутника, являются ортогональными друг к другу и в основном не создают взаимных помех. Это устраняет большинство помех в большинстве положений, позволяя получить наивысшую пропускную способность.

В синхронизирующих, вызывных и голосовых канальных сигналах или канальных сигналах трафика входные данные, например, оцифрованная речь, обычно кодируются, снабжаются повторением, а затем перемежаются для обеспечения детектирования ошибок и функций коррекции. Это позволяет коммуникационной системе работать с низким отношением сигнал/шум и избирательностью. Процесс повторения предполагает, что данные передаются с предварительно выбранной скоростью. Например, 4800 бит/сек могут быть повторены один раз, а данные со скоростью 2400 бит/сек - четыре раза внутри фрейма данных для получения искомой скорости 9600 бит/сек. Способы кодирования, повторения и перемежения хорошо известны в технике. Символы в закодированном символьном потоке с коррекцией ошибок для каждого канала затем перемножаются на присвоенную кодовую последовательность Уолша, как обсуждалось выше, а затем умножаются на внешние PN коды. Полученные расширенные символьные потоки для каждого сигнала затем складываются вместе для образования составной формы сигнала.

Получившаяся составная форма сигнала затем модулируется на синусоидальный носитель, фильтруется полосовым фильтром, преобразуется в искомую рабочую частоту, усиливается и излучается антенной системой. Альтернативные воплощения могут менять порядок некоторых из этих операций для формирования передаваемого сигнала станции сопряжения. Например, может быть предпочтительным умножать каждый голосовой канальный сигнал на внешнюю PN кодированную форму сигнала и выполнять операции фильтрования перед суммированием всех канальных сигналов, которые должны быть переданы. Суммирование может быть выполнено в некоторых различных точках при обработке, например, на промежуточной частоте, или на частоте модулирующих сигналов или перед или после перемножения на PN последовательность. Хорошо известно, что порядок линейных операций может быть изменен для получения различных преимуществ реализации и различных конструкций.

Экспериментальная (образцовая) конструкция для базовой станции или станции сопряжения, используемая для реализации CDMA коммуникационной системы, более подробно изображается на фиг. 2. В типовой базовой станции используются по меньшей мере две приемных секции или системы, каждая имеет отдельный аналоговый приемник, обычно отдельную антенну для эффективного приема с пространственным разнесением. В станции сопряжения используются множество аналоговых приемников для достижения частотного разнесения, как обсуждалось ранее. То есть в станции сопряжения каждый аналоговый приемник принимает различные частотные сигналы от различных спутниковых лучей или подлучей. При желании и если позволяет стоимость, используются также отдельные антенны для приема некоторых из этих сигнала. В любом случае коммуникационные сигналы обрабатываются в основном одинаково в каждой из секций приемника, а затем подвергаются процессу объединения с разнесением. Элементы внутри пунктирных линий соответствуют элементам, используемым для управления коммуникационных обменов между одной базовой станцией или станцией сопряжения и одним устройством абонента. Выходной сигнал аналоговых приемников или секций приемников выдается также на другие элементы для использования в эффективных коммуникационных сообщениях с другими устройствами абонента.

Приемопередатчик или часть демодулятора/модулятора станции сопряжения, изображенные на фиг. 2, имеют первую секцию приемника, которая использует антенну 60 для приема коммуникационных сигналов, соединенную с аналоговым приемником 62, в котором сигналы преобразуются с понижением частоты, усиливаются и оцифровываются. Оцифрованные сигналы выдаются из аналогового приемника 62 по меньшей мере на один приемник искателя 64 и по меньшей мере один демодулятор 66_A цифровых данных. Каждый демодулятор образует один палец в приемнике сигнала гребешкового типа. Дополнительные демодуляторы 66_B - 66_N цифровых данных используются для получения разнесения сигнала для каждого поддерживаемого устройства абонента или коммуникационной схемы, которые могут быть необязательны для некоторых конструкций системы. Каждый палец или демодулятор предназначен для отслеживания и демодулирования коммуникационных сигналов абонента, проходящих по возможным чередующимся путям. Эти демодуляторы используют слабо различающуюся синхронизацию в процессе демодуляции с фазовой разностью по меньшей мере в один период PN элемента сигнала. Это обеспечивает режимы разнесения, которые являются чрезвычайно полезными в ситуациях, когда существует много возможностей существования многолучевых сигналов. К тому же это позволяет намеренное создание многолучевых сигналов с помощью коммуникационной системы, когда желательно улучшить коммуникационную связь.

Станция сопряжения обычно имеет дополнительные секции приемника для согласующихся коммуникационных сигналов на дополнительных частотах несущей или использующих другие параметры различения. Это показано на фиг. 2, где используется вторая такая секция, которая включает в себя вторую антенну 70, второй аналоговый приемник 72, второй приемник 74 искателя и второй набор демодуляторов 76_A - 76_N цифровых данных. Однако, много таких секций обычно используется в станциях сопряжения для согласования всех спутниковых лучей и сублучей, управляемых в любое заданное время. По меньшей мере один управляющий процессор 78 станции сопряжения подсоединен к демодуляторам 66_A - 66_N и 76_A - 76_N вместе с приемниками 64 и 74 искателей. Управляющий процессор 78 выдает командные и управляющие сигналы, так же как и некоторые маршруты данных для реализации таких неограничивающих изобретение функций, как обработка сигнала, генерирование сигнала синхронизации, управление питанием и передачей управления, разнесением, объединением разнесения и связью системы с MTSO. Другая основная задача управления, выполняемая процессором 78, является назначение последовательности Уолша, передатчика и демодулятора для коммуникационных сообщений абонента.

Выходные сигналы от демодуляторов 66_A - 66_N и 76_A - 76_N подаются на один или более объединителей с разнесением или декодеры 80, которые служат для логического объединения выходных сигналов посредством приемников, обслуживающих общее устройство абонента, и выдачи скомбинированного выходного сигнала на цифровой канал 82 связи. Цифровой канал 82 связи также подсоединен к управляющему процессору, модулятору 84 передачи и обычно - к цифровому переключателю MTSO или сети. Цифровая связь 82 служит для управления или направления передачи декодированных, некодированных и закодированных сигналов данных среди объединителя разнесения и декодеров 80, сети MTSO и одного или более модуляторов 84 передачи станции сопряжения, при желании все осуществляется под управлением управляющего процессора 78.

Аналоговый приемник 62 подробнее изображен на фиг. 3. Сигналы, принятые антенной 60 (фиг. 3), подключаются к ступени 100 понижающего преобразователя, где сигналы усиливаются на входной РЧ (радиочастоте) частоте, если это необходимо, в усилителе 102 РЧ, а затем смешиваются в смесителе 106 с выходным сигналом источника 104 сигнала опорной частоты для преобразования усиленного РЧ сигнала в желаемую ПЧ (промежуточную) частоту. Полученные сигналы ПЧ передаются через фильтр 108 низких частот (ФНЧ) на усилитель 112 ПЧ для дополнительного усиления в другой ступени 110 понижающего преобразователя. Понижающий преобразователь 110 преобразует усиленные сигналы ПЧ в желаемый диапазон частоты прежде, чем они передаются на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 122, где они оцифровываются на соответствующей частоте синхронизации. В настоящем примере частота синхронизации обычно использовалась равной 9,8304 МГц, которая в 8 раз больше частоты PN элемента сигнала. Понижающий преобразователь 110 использует источник 114 сигнала опорной частоты и смеситель 116, а затем - фильтр 118 низких частот (ФНЧ) и усилитель 120 ПЧ. Хотя АЦП 122 показан образующим часть приемника 62, он может находиться на любом другом участке схемы демодулятора, например, образуя близко подсоединяемую часть или к демодуляторам 66, 76 цифровых данных или приемникам 64, 74 искателя.

Оцифрованные АЦП 122 выходные сигналы поступают на демодуляторы и приемники 66 и 74 искателя и состоят из объединенных сигналов I и Q каналов в данном примере. Однако АЦП 122 может быть сконструирован так, чтобы обеспечивать канальное разделение на два отдельных пути АЦП перед оцифровыванием I и Q каналов вместо разделения оцифрованных I и Q каналов после преобразования. Это разделение просто изменяет характер шин данных, используемых для передачи данных к другим элементам приемника и количество входов, связанных с каждым приемником. В технике хорошо известны различные схемы для преобразования частот из РЧ в ПЧ, из ПЧ в полосу частот модулирующих сигналов и аналого-цифровое преобразование для I и Q канальных сигналов. Вторая секция приемника обрабатывает принятые коммуникационные сигналы способом, аналогичным описанному выше по отношению к первому каскаду приемника, изображенному на фиг.2.

Взвешенные символы выдаются из демодуляторов 66_A-N и 76_A-N и подаются в качестве входных сигналов на объединитель с разнесением и схему 80 декодера. Объединитель и декодер 80 включают в себя сумматор, который суммирует два набора взвешенных коэффициентов для символов от демодуляторов 66_A-N и 76_A-N. Соответствие определяется тем, какому пользователю направлены сигналы, или коммуникационной связью или схемой, для которой они представляют по меньшей мере один путь. Получившиеся объединенные коэффициенты проверяются или сравниваются один с другим для определения наибольшего значения коэффициента среди коэффициентов, которые используются для определения набора весов декодера и символов для использования декодера, реализованного в схеме 80. Например, эта информация может быть использована декодером по алгоритму Витерби для определения наиболее подходящей информационной последовательности битов.

Сигналы от MTSO в коммуникационной системе или от других объединителей подключаются к соответствующему модулятору передачи для передачи к получающему информацию абоненту, используя цифровой канал 82. Схема, используемая для построения цифрового канала 82, хорошо известна и обычно включает в себя различные известные цифровые переключатели данных и компоненты памяти. Расширенный спектр модулятора 84 передачи модулирует данные для передачи к назначенному устройству абонента - получателю информации - и выдает результирующий сигнал на контроллер 86 мощности передачи, который обеспечивает управление мощностью передачи, используемой для выходного сигнала. Дополнительные детали относительно структуры и работы экспериментальных модуляторов 84 передачи описаны в патенте США 5103459.

Выходной сигнал контроллера 86 мощности суммируется с выходным сигналом других управляющих схем модуляции/мощности передачи, чьи выходные сигналы адресуются другим устройствам абонента на той же частоте передачи в элементе суммирования или средстве 88. Выходной сигнал сумматора 88 подается на аналоговый передатчик 90 для дальнейшего усиления на желаемой частоте и выдается на антенну 92 для излучения к устройству абонента через спутниковые ретрансляторы. Управляющий процессор 78 также управляет генерированием и мощностью пилотного, синхронизирующего канала и сигналов канала системы поискового вызова и их подключением к контроллеру 86 мощности перед тем, как они суммируются с другими сигналами и выдаются на антенну 92.

Приемник 74 искателя используется в станции сопряжения для сканирования временной области около принятого излученного абонентом сигнала для гарантии, что связанные приемники 66 и 76 цифровых данных, если они используются, отслеживают и обрабатывают доступный сигнал наивысшего уровня во временной области. Приемники искателя обычно используются управляющим процессором для определения, какие демодуляторы должны быть назначены аналоговым выходам. Приемник 74 искателя выдает сигнал на управляющий процессор 78 станции сопряжения, который, в свою очередь, выдает управляющие сигналы на демодуляторы 66 и 76 цифровых данных для выбора подходящего принятого входного сигнала (синхронизации) для дальнейшей обработки. Каждый демодулятор затем является ответственным за отслеживание синхронизации принимающихся им сигналов с использованием одного из нескольких известных способов.

Одним из известных способов отслеживания является способ "ранний/поздний", когда принятый сигнал коррелируется с ранней и поздней локальными PN последовательностями. Разность между этими корреляциями при усреднении равна нулю, если нет временных ошибок. Наоборот, в присутствии временных ошибок эта разность указывает величину и знак таких ошибок, и синхронизация демодуляторов соответственно регулируется. Синхронизирующий контур "ранний/поздний" служит для захвата частоты или ее отслеживания и фазы сигнала носителя с помощью детектора захвата.

Обработка сигнала в приемниках станции сопряжения отличается в нескольких аспектах от обработки сигнала, выполняемую аналогичными элементами в устройстве абонента. Как описывалось выше, станция сопряжения обычно передает пилотный сигнал и использует сингулярные ортогональные кодовые последовательности для защиты символов данных, передаваемых к каждому устройству абонента. Устройство абонента, с другой стороны, обычно не передает отдельный пилотный сигнал, который может быть использован в качестве когерентного опорного сигнала при обработке сигнала в станции сопряжения, хотя стоимостные и технологические условия могут быть выполнены. Поэтому канал абонент - станция сопряжения или абонент - ячейка обычно характеризуется схемой некогерентной модуляции и демодуляции. В этой схеме устройство абонента кодирует символы данных, которые должны быть переданы, используя некоторые ортогональные функции для групп кодовых символов, в данном случае 64 кодовые последовательности Уолша на каждые 6 кодовых символов. То есть двоичные значения каждой группы из 6 кодовых символов используются для выбора одной из 64 функций Уолша или кодов, которые являются предварительно присвоенными индексными значениями для этих целей. На принимающей стороне каждый код Уолша детектируется и отображается в свою соответствующую символьную последовательность согласно предварительно выбранному индексному образцу для получения исходных 6 символов, которые, в свою очередь, дополнительно обрабатываются для получения данных.

Части приема коммуникационного сигнала станций 22 и 24 сопряжения, которые частично отображены на фиг. 2, представлены на фиг. 4. Как видно из фиг. 4, существует сеть из М аналоговых приемников 62, соединенных по меньшей мере с одной соответствующей антенной 60, которая использует соответствующие АЦП 122_M, не показанные на чертеже. При желании может быть применено множество антенн, особенно для обслуживания множества спутников или спутниковых "созвездий" (групп). Каждый АЦП выдает данные в цифровой форме или потоки символьных данных на шину 160 данных на последовательность устройств 66_MN демодуляции. Использование номера 76 для обозначения второго набора демодуляторов заменяется на нижний индекс М для указания, что существует до М аналоговых входных путей или аналоговых сигналов, получаемых станцией сопряжения в любой заданный момент времени с использованием сети антенн со связанными элементами обработки сигнала. Значение для М зависит от известных параметров конструкции специфической коммуникационной системы с экспериментальными (опытными) значениями порядка 32, но менее или равными 64 на один частотный канал, в соответствии с количеством приемников, как описывалось ранее. Снова количество используемых аналоговых приемников зависит большей частью от количества спутников и лучевых коммуникационных сигналов (частот и путей), которые должны быть согласованы станцией сопряжения.

Значение N зависит от количества коммуникационных каналов или сигналов устройства абонента, которые должны быть согласованы на каждом сигнале несущей, обработанного аналоговых приемником. Это количество обычно приближается к текущему пределу порядка 128 (длина кода Уолша n), так как может быть по меньшей мере 128 каналов информации для отслеживания 125 абонентов и пилотный, синхронизирующий сигналы и сигнал системы страничного вызова для каждого аналогового сигнального пути или входного сигнала. Если N меньше 128, т. е. N меньше n, то приемлемый уровень обработки разнесения возможен только во время среднего или низкого периодов доступа пользователя, но никакое разнесение невозможно, если система достигает полной пропускной способности, когда все N для каждого М используются для различных пользователей. То есть разнесение возможно для количества пользователей для каждого М-го аналогового пути, до тех пор пока оно существенно меньше, чем n активных пользователей для этого аналогового пути. Когда количество активных пользователей на М-й аналоговый приемный путь достигает или превышает N, то разнесение больше невозможно. Поэтому для систем, где ожидается высокий средний трафик, N должно иметь значения порядка 128 для гарантии разнесенного приема для каждого сигнала устройства абонента через все М аналоговых входных каналов. В то же время значение или произведение NM, общее количество каналов на общее количество аналоговых приемников, достигает 4096 или более демодуляторов в этом верхнем пределе. Такое чрезвычайно большое количество демодуляторов обычно бесполезно тратит ресурсы и делает систему очень сложной для конструирования и управления. Было обнаружено, что обеспечение только примерно от 4 до 6 демодуляторов на каждый из среднего количества ожидаемых пользователей на каждый из М аналоговых приемников, обеспечивает более чем достаточную пропускную способность системы. Поэтому NM должно быть обычно ограничено примерно 256 - 384 демодулирующими элементами для большинства систем.

Легко понять из количества используемых аналоговых приемников и демодуляторов, что количество данных, передаваемых между элементами внутренних шин 160 данных, является очень большим, а функции управления для таких шин являются очень сложными. Например, типичные скорости данных в коммуникационной системе 10 приблизительно равны 9600 бит/сек. Даже когда данные, такие как данные с низкой плотностью или голосовые данные изначально имеют низкую скорость, они обычно повторяются для обеспечения фреймов данных с фиксированной частотой синхронизации 9600 бит/сек, что является преимущественным для использования сигналов с фиксированной скоростью. Данные обычно кодируются и перемежаются для формирования 9600 кодированных символов/сек, которая, в свою очередь, модулируется расширяющими частотами для получения коммуникационных сигналов с частотой 1,2288 Мбит/сек.

Каждая антенна 60 или антенный вход и соответствующий аналоговый приемник или приемники 62_M выдают данные от принятых коммуникационных сигналов на шину 160 данных, когда данные приходят по каждому аналоговому сигнальному пути от каждого спутника, с которым осуществляется связь. Поэтому при 30 или более приемников, принимающих сигналы от каждого из 4 или более спутников в заданное время, скорость передачи данных достигает 5 или более гигабит/сек (Гбит/сек). Эта скорость определяется из системной скорости элемента сигнала PN кода, в данном случае 1.2288 Мбит/сек с использованием восьмикратной избыточной дискретизации (х8) принятых сигналов для обоих I и Q каналов (х2), а также 4-х битов на выборку (х4). Эти параметры приводят к скорости данных примерно 80 мегабит/сек (Мбит/сек) на одну несущую или луч спутника (как в случае 1.2288 х8х2х4= 78.64 Мбит/сек). При использовании, например, шестнадцати лучей на спутниковый ретранслятор (х16) и обмене с четырьмя спутниками в коммуникационной системе в любое время (х4), общая скорость данных для данных, передаваемых по шине 160 всеми М аналоговыми приемниками в одной станции сопряжения, достигает 5 Гбит/сек или более (78.64 х 16 х 4 = 5.033 Гбит/сек).

Более того, при большом количестве демодуляторов проводные и кабельные соединения, необходимые в станции сопряжения для реализации этой схемной конструкции, для переадресации сигналов ко всем возможным демодуляторам, применяемым для каждого аналогового приемника, становятся очень сложными. Это приводит к увеличенной стоимости конструкции и уменьшенной надежности. Оценено, что даже простая архитектура станции сопряжения будет использовать по меньшей мере 2000 - 3000 таких кабелей для передачи сигнала.

Для того чтобы декодировать сигналы с расширенным спектром, переданные на конкретный демодулятор станции сопряжения, через который связывается устройство абонента, должны быть сгенерированы и применены правильные PN последовательности. Существует несколько способов, которые могут быть использованы в каждом из демодуляторов 66_MN (66_N и 74_N), два из которых изображены на фиг. 5 и 6. Однако для специалистов представляется очевидным, что эти способы применяются только с целью иллюстрации сложности структуры данных на шине 160 при использовании современной конструкции архитектуры коммуникационной системы. Другие способы демодуляции могут быть использованы в способах согласно настоящему изобретению, и они не должны ограничивать в любом случае изобретение.

Как изображено в способе на фиг. 5, оцифрованные I и Q канальные сигналы или выборки данных от АЦП являются входными сигналами для коррелятора 124 PN QPSK вместе с соответствующими PN_I и PN_Q последовательностями, полученными в демодуляторе 66. QPSK коррелятор или устройство 124 сжатия сжимают составные выборки сигнала I и Q компонентов так, чтобы выделить переданные символы данных I и Q каналов. При таком подходе каждый демодулятор включает в себя два PN генератора 114 и 166, которые генерируют две последовательности PN_I и PN_Q соответственно в качестве синфазной (I) и квадратурной (Q) канальных PN последовательностей. Управляющий процессор 78 обеспечивает синхронизацию и сигналы управления последовательностью для этих генераторов. Эти две PN последовательности представляют собой короткие внешние PN кодовые последовательности, которые являются общими для модемов станции сопряжения и всех устройств абонента в схеме модуляции, описанной выше. Такая схема PN генератора раскрыта в патенте США N 5228054.

В устройстве на фиг. 5 демодуляторы 66_MN могут также включать в себя PN генератор 118 длинного кода, который генерирует длинную специфическую PN кодовую последовательность PN_U пользователя или абонента для применения в обмене с устройством абонента во время заданной коммуникационной связи. PN генератор 118 может быть сконструирован с использованием множества известных элементов, сконфигурированных для этой цели. Например, может быть использован генератор максимальной линейной последовательности, который генерирует очень длинный PN код, сдвинутый во времени в соответствии с дополнительным коэффициентом, например адресом устройства абонента или электронным идентификатором устройства. Специфический используемый PN код выбирается под управлением центрального процессора 78, обычно с использованием информации "установки", предоставляемой также станцией сопряжения, или MTSO 12 устройству абонента в сигнале синхронизации. Эта последовательность может быть динамически изменена при желании и может быть отсечена для получения желаемой длины. В альтернативном варианте выполнения вместо PN генератора 118 может быть применен нелинейный кодирующий генератор, например кодировщик, использующий стандарт кодирования данных (DES).

Последовательность кода Уолша от генератора 118 логически объединяется, например с применением перемножения, или в некоторых конструкциях - с использованием операции "исключающее ИЛИ", с последовательностями PN_I и PN_Q в парных логических элементах 120 и 122 соответственно для получения последовательностей PN_I и PN_Q. Последовательности PN_I и PN_Q, в свою очередь, передаются в PN QPSK коррелятор 124, который коррелирует I и Q канальные данные с этими последовательностями и выдают коррелированные выходные сигналы I и Q каналов на пару накопителей 126A и 126B соответственно. Затем (оцифрованные) коммуникационные сигналы, принятые станцией сопряжения от устройств абонента, демодулируются обеими пользовательскими специфическими PN кодовыми последовательностями пользователя и короткими кодовыми PN_I и PN_Q последовательностями.

Накопители 126A и 126B собирают и временно хранят символьные данные в течение заданного промежутка времени, например, один символ Уолша или период из 256 элементов сигнала. Согласно лучшему варианту выполнения это соответствует 1/4800 секунды, т.е. 4800 символов/сек, но могут быть использованы другие скорости. Существенно, что данные преобразуются накопителем из последовательного символьного потока в параллельный символьный набор. Выходные данные накопителей 126A и 126B являются соответствующими символьными данными для I и Q сигнальных компонентов или каналов, и являются входными сигналами со скоростью символов 4800 символов/сек для устройства 128 быстрого преобразования Адамара (FHT). Накопители 126A и 126B затем очищаются или сбрасывают последовательность на выход данных так, чтобы накапливать следующий набор выборок.

Устройство 128 FHT работает как преобразователь кода Уолша, который преобразует каждый набор или последовательность из 64 элементов сигнала Уолша в измерение или оценку вероятности, что энергия в принятом сигнале соответствует одной из 64 функций Уолша или кодовых последовательностей, которые представляют собой изначально закодированные данные от устройств абонента. Действительный выходной сигнал устройства 128 FHT содержит метрику относительно пересланного возможного кода, который должен быть далее обработан в схеме некогерентной демодуляции для определения содержания передачи. Получившиеся канальные данные выдаются из устройства 128 (FHT) на объединитель разнесения и декодер, где они объединяются с данными от других путей сигнала, де-перемежаются и декодируются.

Во втором подходе демодуляторы конфигурируются для приема сигналов по назначенным коммуникационным каналам, сжимают сигнал и преобразуют группы выборок сигнала в сгруппированные меры доверительной вероятности, что конкретные выборки соответствуют конкретным ортогональным кодам. Наибольшая мера доверительной вероятности и соответствующие индексные символьные данные затем используются для генерирования данных мягкого решения. Данные мягкого решения в каждом принятом фрейме данных затем деперемежаются и используются для генерирования метрики передачи мягкого решения, которая, в свою очередь, используется для генерирования битов данных оценки, используемой известными способами декодирования.

Образец структуры для реализации этих этапов изображен на фиг. 6, где генератор двойной максимальной метрики используется для формирования метрик передачи мягкого решения для способов декодирования максимальной вероятности. Эта структура также позволяет единственному генератору двойной максимальной метрики соединяться через множество демодуляторов. Этот способ описан более подробно в патентной заявке США N 08/063110.

Входной сигнал снова разделяется на отдельные I и Q компоненты с использованием разделителя 130 сигнала, а затем перемножается на PN_I и PN_Q кодовые последовательности от двух PN генераторов 132 и 134 на умножителях 136 и 138 соответственно. Результаты этих перемножений обычно накапливаются в накопителях 140 и 142 соответственно и последовательно выдаются на набор преобразователей 146 и 148 ортогонального кода, где определяются коды Уолша, представленные символами данных.

Заданное количество дискретных данных, например 64 выборки, независимо поступают в преобразователи 146 и 148 ортогонального кода, которые содержат быстрые преобразователи Адамара, которые генерируют множество выходных сигналов, 64 когда группы длиной 64 образца поступают на вход. Каждый выходной сигнал преобразователя соответствует мере доверительной вероятности, что конкретная группа дискретных сигналов соответствует конкретному ортогональному коду. К тому же каждый выходной сигнал преобразователя имеет связанный индексный символ данных, или явный или неявный, который указывает, какому конкретному ортогональному коду соответствует этот выходной сигнал преобразователя (группы длиной 64 выборки использует индекс длиной 6 бит).

Каждый выходной сигнал I и Q преобразователей возводится в квадрат с помощью умножения или механизмов 150 и 152 возведения в квадрат соответственно. Следовательно, генерируется группа значений решения, используя элемент суммирования или механизм 154 сложения, для суммирования пары возведенных в квадрат сигналов. То есть один возведенный в квадрат сигнал от каждого механизма возведения в квадрат сигнала объединяется в пару с другими возведенными в квадрат сигналами, которые имеют связанный индекс, указывающий соответствие одному и тому же ортогональному коду. Эта сумма производит уровень энергии, связанный с каждым конкретным ортогональным кодом.

Каждая группа значений решения от отдельных демодуляторов 66_N может быть передана на элемент суммирования 156, соединенный последовательно с каждым из их соответствующих выходных сигналов для образования составной суммы значений решения для нескольких каналов приемников разнесения согласно связанным символьным индексам. Объединенные значения решения являются входными сигналами для генератора 158 двух максимальных метрик, в котором производятся один набор агрегатных данных мягкого решения. Как и раньше, объединенные выходные данные и агрегатные данные мягкого решения также могут быть переданы или в последовательной или в параллельной форме. Агрегатные данные мягкого решения затем поступают на схему устройства де-перемежения и декодера, которое де-перемежает агрегатные данные мягкого решения в отдельный уровень данных. Работа устройства де-перемежения хорошо известна и далее не описывается. Де-перемеженные агрегатные данные мягкого решения являются входными данными декодера, который использует один из нескольких известных способов декодирования, например декодирование максимальной вероятности для генерации оценочных битов данных канала трафика для изначально переданного сигнала данных.

Однако, как указано выше, использование этих или других современных подходов к демодулированию сигнала требует передачи слишком больших количеств данных по шине 160. Поэтому заявителем была разработана новая архитектура станции сопряжения, которая снижает количество данных, передаваемых ко множеству демодуляторов с целью обработки сигнала разнесения. С помощью перераспределения ресурсов и подачи некоторых ресурсов прямо на выход каждого аналогового приемника перед передачей данных по внутренним шинам данных или проводникам, скорость данных значительно снижается перед тем, как они будут объединены в каналах пользователя. В этой схеме шины передачи или проводники в станции сопряжения могут легко приспосабливаться к желаемым большим количествам данных и конечным скоростям передачи данных, используя современную технологию.

Это достигается с помощью использования последовательности АЦП, как и ранее, на выходе каждой аналоговой секции, а также подачей PN_I и PN_Q последовательностей через все принятые сигналы на каждый аналоговый приемник. То есть все сигналы, принятые и обработанные каждой аналоговой секцией, сжимаются, используя подходящие короткие PN последовательности перед передачей на другие канальные элементы для последующей обработки. Это означает, что сжатие выполняется до N раз параллельно для каждого из М аналоговых приемников. Каналы сжимаются в основном независимо друг от друга для согласования разностей в синхронизации, которые могут иметь место для различных сигналов по отношению к фиксированной синхронизирующей частоте станции сопряжения. Сжатие автоматически сокращает скорость данных для входных сигналов демодуляторов станции сопряжения. При использовании с другими этапами распределения ресурсов это приводит к более эффективной архитектуре обработки сигнала станции сопряжения.

Новая архитектура приема сигнала станции сопряжения, работающая согласно принципам настоящего изобретения, изображена в виде блок-схемы, начиная с фиг. 7. Одна или более антенн 60_M (фиг. 7) и аналоговых приемников 62_M используются так же, как изображено на фиг.4. Однако выходные сигналы АЦ преобразователей 122_M (не показанные на 62) направляются на последовательность соответствующих FHT модулей 164_MN, которые связаны с каждой секцией 62_M приема сигнала, а не просто на демодулятор 66_N. Здесь N используется для указания количества FHT модулей, используемых на один аналоговый приемник и соответствующих общему количеству n каналов, обрабатываемых станцией сопряжения через каждый аналоговый приемник. FHT модули 164_MN используются для генерирования метрик сигнала, которые затем передаются на последовательность из N приемников 166_N метрики, где N обычно равно порядка 6-8, но может быть равно "n" (длина функции Уолша), для дальнейшей обработки для генерирования выходных данных. Приемники 166_N метрики содержат схемы, аналогичные описанным выше приемникам двойных метрик для преобразования данных метрики энергии в соответствующую форму для декодирования, и могут быть изготовлены с использованием одного из нескольких известных в технике устройств.

Более подробный вид FHT модулей 164 мм представлен на фиг. 8 и 9. Часть схемы приема/сжатия, называемой также "входной каскад демодулятора" (DFE), изображена на фиг. 8, а часть схемы генерирования выходного сигнала/метрики, называемой также "выходной каскад демодулятора" (DBE), изображена на фиг. 9. Как изображено на фиг. 8, коммуникационные сигналы, принятые от антенн 60, обрабатываются в аналоговых приемниках 62, как описано выше, а оцифрованные сигналы I и Q каналов из АЦП разделяются на I и Q компоненты с использованием разделителя 170 сигнала. I и Q компоненты затем перемножаются на соответствующие PN₁ и PN_Q кодовые последовательности станции сопряжения от двух PN генераторов 172 и 174 на умножителях или логических элементах 176 и 178 соответственно. Полученные произведения обычно накапливаются в накопителях 184 и 186 соответственно, а затем поступают на набор преобразователей ортогонального кода, где определяются энергетические метрики для оценки вероятности кодов Уолша, представленные принятыми символами данных. Поэтому (оцифрованные) коммуникационные сигналы, принятые от устройств абонента каждым аналоговым приемником станции сопряжения от антенны, демодулируются или сжимаются, используя короткие PN_I и PN_Q кодовые последовательности перед дальнейшей обработкой или передачей сигнала.

Обычно два PN генератора 172 и 174 соответственно используются для генерирования двух PN_I и PN_Q кодовых последовательностей соответственно. Эти две PN последовательности представляют собой внешние PN кодовые последовательности, описанные выше, и могут быть сгенерированы приведенным выше способом. Управляющий процессор 78 выдает синхронизирующие и сигналы управления последовательностью на эти генераторы. К тому же схемы сдвига или обратного сдвига и другие элементы синхронизации, известные, но не изображенные здесь для ясности, могут быть использованы для воздействия на синхронизацию использования PN кодов от PN генераторов 172 и 174.

Накопители 184 и 186 собирают и временно хранят символьные данные, полученные умножителями или вентилями 176 и 178 соответственно в течение заданного временного интервала, например один (или более) символ или периодов в 128 элементов сигнала. Если накопители 184 и 186 хранят данные в течение относительно долгого промежутка времени, порядка многих символьных периодов, то элементы обработки последовательности имеют больше времени для сканирования этих сигналов для поиска возможных сигналов устройства абонента или каналов данных, принимаемых на несущей. Обычно набор прореживателей 184 и 186 соответственно подсоединяется последовательно, который устанавливает частоту выборки для данных, присутствующих на элементах обработки последовательности. Это также служит для сокращения количества данных, передаваемых через накопители, дополнительно снижая скорость данных, которая должна управляться приемниками метрик. Выходные сигналы от накопителей 184 и 186 передаются на последующие каскады обработки по шине 188 модуля.

Сжатые сигналы затем дополнительно обрабатываются для генерирования желаемых символьных энергетических метрик. Это обычно выполняется с применением FHT устройства для интерпретации значений данных или декодирования кода Уолша, используемого для обратной коммуникационной связи. Эта обработка не делает никаких предположений относительно того, к какому абоненту направлен сигнал, а просто отыскивает данные, внедренные в сигналы. Устройство для реализации части DBE модуля FHT или функции и реализующее выходной сигнал генерирования метрики изображен подробнее на фиг. 9. Один набор элементов, изображенный на фиг. 9, используется в связи с каждым набором элементов, изображенном на фиг. 8 (DFE) для укомплектования модуля FHT для каждого аналогового пальца. Однако при использовании некоторой формы временного разделения или гипотетического выбора может быть применено меньшее количество DBF элементов или устройств для обслуживания выходных сигналов для каждого набора DFE устройств во всем FHT модуле. То есть выбор только некоторых единиц из выходного сигнала DFE для дальнейшей обработки может быть выполнен на основании таких факторов, как минимальная вероятность или объединения некоторых данные перед обработкой.

На фиг. 9 символьные данные, хранимые в накопителях 184 и 186, передаются на накопитель элемента сигнала Уолша "времени включения" или буфер 190, а буферы элементов сигнала "раньше/позже" и "медленнее/быстрее" или накопитель 194 и 196 соответственно. Эти буферы содержат схемные элементы, хорошо известные и применяемые для хранения информации сигнала или битов, когда она передается в эту часть модулей FHT 164_MN. Для выполнения этой функции может быть использована последовательность буферов, регистров или заданных элементов памяти, работающих под управлением командных устройств или управляющего процессора 78. В зависимости от средней загрузки в станции сопряжения некоторые из этих элементов могут совместно использоваться обрабатывающими пальцами. Эти буферы принимают и накапливают символьные данные так, чтобы их можно было соответственно обработать.

Буфер 194 "раньше/позже" используется для добавления к данным, выходящими из буфера 190 "времени включения" одного периода элемента сигнала после и одного периода перед данными. Обычно это выполняется с помощью задержки выходного сигнала буфера 190 "времени включения" с помощью периода элемента сигнала так, чтобы не задержанные данные обеспечивали относительные данные "ранее" одного элемента сигнала, а затем задержки данных в буфере 194 другого периода элемента сигнала для получения "запоздавших" данных. Выходные данные буфера 194 "раньше/позже" являются входными для контура 198 отслеживания времени (TTL), где отслеживается синхронизация последовательности элементов сигналов для того, чтобы установить синхронизацию для PN последовательности сжатия и другой обработки в FHT модулях 164_MN. Один выходной сигнал контура 198 отслеживания времени передается или напрямую или по шине 188 на другие элементы, например PN генераторы 172 и 175, которые используют информацию синхронизации коммуникационного сигнала, доступного из этого элемента.

В то же время буфер 196 элемента "медленнее/быстрее" принимает и передает данные на контур 200 отслеживания частоты, на котором определяются частота и фаза несущего сигнала для принимаемых соответствующим аналоговым приемником 62_M данных. Эта информация используется другими элементами в станции сопряжения, например, аналоговыми приемниками 62_M и управляющим процессором 78 для согласования слежения аналоговых элементов обработки для правильного привязывания к принятым коммуникационным сигналам.

Данные, хранимые в буфере 190, передаются на устройство 192 быстрого преобразования Адамара (FHT), где определяются энергетические метрики символьных данных. Структура и работа таких FHT устройств представляется очевидной для специалистов, а также раскрыта в упомянутых выше патентах. Выходные сигналы устройства 192 (FHT) передаются на выходной управляющий вентиль или переключающий элемент 202 и детектор 204 максимального уровня энергии. Экспериментальный (образцовый) выходной управляющий элемент изображен на фиг. 9 в качестве двухвходового вентиля "И". Данные метрики подаются на вентиль 202 в качестве одного входного сигнала, а выходной управляющий сигнал от детектора 206 захвата сигнала подается в качестве второго и выходного управляющего входа. Устройство 192 FHT имеет общие свойства для всех сигналов, обрабатываемых для этой станции сопряжения или, конечно, в заданном луче/подлуче. Поэтому меньший набор FHT устройств может обслуживать при желании общее количество каналов и приемников с использованием аппаратного обеспечения с временным разделением и элементы памяти в соответствии с обслуживанием, необходимым для коммуникационной системе. К тому же программируемый FHT элемент может использоваться для динамического согласования для желаемых изменений в коммуникационной системе 10 или станции сопряжения.

Выходной сигнал детектора 204 максимального уровня энергии используется с помощью детектора 206 захвата для определения, когда FHT устройство 192 декодирует символьные данные верно. То есть детектор 206 захвата определяет, когда элементы слежения за частотой и синхронизацией в FHT модуле 164_MN являются правильно отслеживающими сигнал абонента, a FHT устройство 192 декодирует соответственно сгруппированные символьные данные, соответствующие переданным символьным данным. В данном случае детектор 206 захвата выдает выходной сигнал, который устанавливает контур отслеживания времени и контуры отслеживания частоты в их соответствующие текущие установки для продолжения слежения за частотой по меньшей мере в течение заданного периода времени, например 7 периодов символов, и разрешает выходной сигнал вентиля 202.

Как можно видеть, если каждый из этих элементов 170-206 удваиваются N раз на М приемниках, то существует большее количество используемых основных элементов схем, чем описано выше для типовой наземной базовой ретрансляционной станции. Однако эти схемные элементы хорошо известны и их количество может быть удвоено при небольшой стоимости с использованием современной технологии интегральных схем. Такие элементы занимают малое пространство и очень надежны и вносят свой вклад в архитектуру станции сопряжения с повышенной надежностью.

Выходной сигнал вентиля 202 подается на приемники 166_N метрики, которые работают в качестве постпроцессоров для каждой коммуникационной схемы или канала устройства абонента в станции сопряжения. Выходной сигнал каждой части DBE каждого FHT модуля направляется на один канальный приемник метрики. То есть каждый FHT модуль направляет свой выходной сигнал на элемент обработки метрики, соответствующий одному каналу пользователей, что противоречит предыдущему подходу направления оцифрованного выходного сигнала приемника на каждый канальный приемник. Выходные сигналы FHT модулей, связанных с каждым аналоговым приемником 62_M, которые представляют собой сигналы, предназначенные для того же самого коммуникационного канала, но приходящие по различным аналоговым путям, направляются на соответствующие канальные приемники метрики, где сигналы от различных модулей также объединяются.

В данном случае скорость данных резко снижается до 4800 бит/сек для закодированных символьных данных. Приемники 166_N метрики каждый выполняет объединение разнесения и другие известные этапы обработки для объединения энергетических метрик в оценку принятых данных, которая описывалась выше, и дополнительные уточнения такой схемы не включены в данное описание. Выходные данные приемников 166_N метрики затем могут быть обработаны одним и тем же известным способом.

Описаны новые способ и устройство для демодулирования коммуникационных сигналов так, чтобы скорость данных, согласованная с последующими этапами обработки сигнала архитектуры станции сопряжения, сокращалась, и сложность межсоединений передачи сигнала также сокращалась. Вместо известных подач всех выходных сигналов аналоговых приемников ко всем демодуляторам для обработки по отношению к одному пользователю в каждом демодуляторе, каждый аналоговый сигнал демодулируется по отношению к множеству пользователей независимо от других аналоговых сигналов. Используя этот подход, получаются данные метрики, которые передаются с меньшей скоростью данных, а затем объединяются и декодируются с учетом пользователя или одного канала. Это обеспечивает и большую эффективность в обработке сигнала, и снижение стоимости и сложности при увеличенной надежности.

Предыдущее описание наилучших вариантов осуществления предоставляет возможность специалистам изготовить или использовать настоящее изобретение. Различные варианты осуществления будут очевидны для специалистов, например, количество и тип антенн и аналоговых приемников, принципы генерирования, определенные в нем, могут быть приложены к другим вариантам выполнения без использования изобретательской деятельности. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления, представленными в нем, но должно предоставлять самую широкую форму охраны в рамках принципов и новых признаков, раскрытых в нем.

Способ и устройство для приема сигналов в станциях сопряжения для коммуникационных систем с расширенным спектром с ретранслятором спутникового типа. Технический результат заключается в повышении эффективности использования пропускной способности данных и обработку с разнесением. Некоторые коммуникационные сигналы принимаются множеством аналоговых приемников и преобразуются в цифровой формат. Цифровые коммуникационные сигналы передаются от каждого аналогового приемника на последовательность модулей 164 FHT или демодуляции, в которых они сначала сжимаются в закодированные символы данных, используя заданные PN кодирующие последовательности, а затем отображаются в символьные энергетические метрики, используя ортогональные преобразователи, например преобразователи Адамара. Выходные сигналы преобразования для каждого коммуникационного канала от каждого аналогового приемника являются входными для единственного приемника метрики для канала данных или абонента, где они подвергаются обычной обработке сигнала метрики для восстановления данных. Набор специализированных модулей соединяется с каждым аналоговым приемником для управления каждого пути с разнесением или абонентского активного канала коммуникационной системы, передаваемого через этот приемник или аналоговый путь. Каждый модуль FHT или демодуляции содержит элементы сжатия и компоненты FHT, которые легко распределяются в сетях обработки в станции сопряжения. 2 с. и 20 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Способ для приема сигналов в коммуникационной системе с расширенным спектром, в которой обмен информацией осуществляют с помощью ортогонально кодированных каналов в коммуникационных сигналах, отличающийся тем, что производят прием коммуникационных сигналов по одному или более путям передачи с разнесением от одного или более абонентов системы с использованием одного или более аналоговых приемников и преобразование их в цифровые коммуникационные сигналы, подают указанные цифровые коммуникационные сигналы на соответствующие наборы демодулирующих моделей, соединенных с каждым аналоговым приемником, при этом, по меньшей мере, один модуль из ряда модулей является доступным для каждого коммуникационного пути с разнесением, по которому сигналы подлежат приему от каждого абонента, сжимают каждый указанный цифровой коммуникационный сигнал с использованием одной или более кодовых последовательностей предварительно выбранного псевдослучайного (РN) шума в одной части указанных демодулирующих модулей, преобразуют, по меньшей мере, предварительно выбранное количество указанных сжатых коммуникационных сигналов каждый в сигналы энергетической метрики, указывающей значения энергии, связанной с закодированными данными в другой части указанных демодулирующих модулей, передают каждый из указанных полученных сигналов энергетической метрики, соответствующих сигналам, предназначенным для абонента в качестве входного сигнала, по меньшей мере, одного из множества приемников метрики, предварительно назначенных указанному абоненту. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в результате сжатия сигнала получают закодированные символы данных, а на этапе преобразования сигналов передают указанные кодированные символы данных для каждого пути с разнесением на один из множества преобразователей ортогональной функции для генерирования метрик энергии символа, причем выходной сигнал каждого преобразователя представляет собой канальные метрики для канала, работающего через соответствующий аналоговый приемник. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительно производят суммирование метрик энергии символа, принятых на входы каждого из указанных приемников метрики от множества преобразователей для генерирования одной канальной метрики энергии символа для образующихся канальных данных. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанные преобразователи ортогональной функции содержат быстрые преобразователи Адамара. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждый из указанных приемников метрики соответствует единственному закодированному сигнальному каналу, который должен быть обработан. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные аналоговые приемники сконфигурированы для приема сигналов, по меньшей мере, одной несущей частоты и преобразования указанных сигналов в цифровые коммуникационные сигналы с заданными частотами выборки. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные аналоговые приемники, размещаемые на базовой станции типа станции сопряжения и, по меньшей мере, на одном ретрансляторе на искусственном спутнике Земли, работают для передачи указанных коммуникационных канальных сигналов от устройств абонента в указанной коммуникационной системе к указанным аналоговым приемникам. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что существует, по меньшей мере, два искусственных спутника Земли, находящихся на связи с указанной станцией сопряжения в любое заданное время. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанные предварительно выбранные псевдошумовые (РN) последовательности также используют для модуляции синфазного и квадратурного компонентов цифровых сигналов данных перед передачей к назначенным получателям информации. 10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что дополнительно отслеживают разность относительного времени между принятыми коммуникационными сигналами и фазой указанных РN последовательностей, используемых при сжатии сигнала, и формируют сигнал согласования синхронизации для указания знаков и амплитуд любой разности. 11. Устройство для приема сигналов в коммуникационной системе с расширенным спектром, предусматривающей передачу информации по ортогонально кодированным коммуникационным каналам коммуникационными сигналами, переданными системными абонентами, отличающееся тем, что содержит один или несколько аналоговых приемников, подсоединенных для приема коммуникационных сигналов с расширенным спектром, причем каждый приемник выполнен с возможностью приема сигналов по меньшей мере одной частоты носителя, и преобразования указанных сигналов в цифровые коммуникационные сигналы, подаваемые на выходы, множество средств демодулирования, подсоединенных к выходам каждого из указанных аналоговых приемников для сжатия каждого из указанных цифровых коммуникационных сигналов, использующих одну или более предварительно выбранных кодовых последовательностей псевдошумового (РN) типа для получения кодированных символов данных и для преобразования по меньшей мере заранее выбранного количества указанных сжатых коммуникационных сигналов в сигналы энергетической метрики, указывающие значения энергии, связанные с закодированными данными, при этом указанное средство демодулирования выполнено с возможностью согласования каждого коммуникационного пути с разнесением, по которому информация должна быть принята от каждого абонента через указанный соответствующий аналоговый приемник, и множество приемников данных метрики, каждый из которых предусмотрен для приема сигналов энергетической метрики от одного или более указанных демодулирующих модулей, связанных с каждым аналоговым приемником, который выдает метрики сигнала для предварительно назначенного одного кодированного коммуникационного канала. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что указанное демодулирующее средство содержит демодулирующие модули, образующие множество модулей, по меньшей мере, один модуль которого является доступным для каждого коммуникационного пути разнесения, по которому информация должна быть принята от каждого абонента через соответствующий аналоговый приемник, каждый из которых содержит средство сжатия для генерирования кодированных символов данных и средство преобразования для приема указанных кодированных символов данных и для выполнения преобразования ортогональных функций для генерирования метрик энергии символа, представляющих собой канальные метрики для канала, работающего через соответствующий аналоговый приемник. 13. Устройство по п. 12, отличающееся тем, что дополнительно содержит средство суммирования для суммирования метрик энергии символов, принятых на входы каждого из указанных приемников метрик от множества модулей для генерирования одной канальной символьной метрики энергии для образующихся данных канала. 14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что указанное средство преобразования включает в себя быстрые преобразователи Адамара. 15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что каждый из указанных приемников метрик является предварительно назначенным единственному закодированному сигнальному каналу, подлежащему обработке. 16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что указанные аналоговые приемники выполняют с возможностью приема сигналов, по меньшей мере, одной несущей частоты и преобразуют указанные сигналы в цифровые коммуникационные сигналы с заданными частотами выборки. 17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что указанные аналоговые приемники, предусмотренные на базовой станции типа станции сопряжения и, по меньшей мере, одном ретрансляторе на искусственном спутнике Земли, выполнены с возможностью передачи указанных коммуникационных канальных сигналов от устройств абонента в указанной коммуникационной системе к указанным аналоговым приемникам. 18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что предусмотрены, по меньшей мере, два искусственных спутника Земли, находящихся на связи с указанной станцией сопряжения в любое заданное время. 19. Устройство по п.11, отличающееся тем, что указанные предварительно выбранные псевдошумовые (РN) последовательности также используют для модуляции синфазного и квадратурного компонентов цифровых сигналов данных перед передачей информации назначенным получателям. 20. Устройство по п.11, отличающееся тем, что указанная коммуникационная система содержит коммуникационную радиотелефонную/информационную систему, в которой удаленные пользователи расположены в множестве ячеек с возможностью обмена информационными сигналами с, по меньшей мере, одной станцией сопряжения с использованием коммуникационных сигналов с расширенным спектром с множественным доступом с разделением кодов (CDМА). 21. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество указанных модулей равно произведению заданного максимального количества абонентов, которые должны быть обслужены приемником, на максимально ожидаемое количество сигнальных путей, по которым сигналы должны быть приняты для каждого абонента. 22. Устройство по п.11, отличающееся тем, что количество указанных демодулирующих средств равно произведению заданного максимального количества абонентов, которые должны быть обслужены приемником, на максимально ожидаемое количество сигнальных путей, по которым сигналы должны быть приняты для каждого абонента.