УСТРОЙСТВО СВЯЗИ Российский патент 2001 года по МПК H04B7/204 H04B7/212 

Настоящее изобретение относится к устройству связи с множественным доступом с временным уплотнением (МДВУ), в частности к устройству связи для демодуляции и обработки сигнала МДВУ с изменяющимися временными интервалами.

Описание предшествующего уровня
Устройства радиосвязи с множественным доступом с временным уплотнением (МДВУ) обычно используют конкретный временной интервал, выделенный для связи с определенным удаленным устройством радиосвязи. Это устройство радиосвязи декодирует данный конкретный временной интервал во время цикла, чтобы получить принятую информацию для абонента. Различия синхронизации между сигналами МДВУ, передаваемыми между удаленным устройством радиосвязи и центральной радиостанцией, приводят к ухудшению рабочих характеристик.

Проблема различий в синхронизации между сигналами МДВУ, передаваемыми на удаленное абонентское устройство радиосвязи, и потребность в получении восстановленных данных, таких как речевая информация, для абонента до настоящего времени традиционно решалась с помощью буфера. Например, в патенте США 5268933 (Averbuch) используется буфер для регулировки времени обработки с целью получения восстановленных речевых данных для абонента. Буфер вызывает задержку речевого сигнала на долю секунды, но такая задержка не ощутима в большинстве систем связи, отличающихся малыми задержками речевого сигнала. Проблемы для абонентов возникают в системах связи с длительными задержками речевого сигнала, превосходящими долю секунды. В спутниковой системе связи с большими расстояниями или временем распространения задержки, вызванные расстоянием распространения сигнала между спутником на орбите и удаленным абонентским устройством радиосвязи на Земле, создают еще более ощутимую проблему. Задержки на дополнительные доли секунды, добавленные таким буфером в описанных выше ситуациях, делают связь в реальном масштабе времени неудобной или невозможной для абонента.

На чертежах:
фиг. 1 изображает временную диаграмму, иллюстрирующую циклы и временные интервалы принятого сигнала МДВУ;
фиг. 2 - структурная схема устройства радиосвязи согласно изобретению;
фиг. 3 - структурная схема блока назначения временного интервала и блока управления синхронизацией в реальном масштабе времени.

Подробное описание предпочтительных вариантов
На фиг. 1 изображена временная диаграмма принятого сигнала МДВУ 10. Принятый сигнал МДВУ 10 состоит из цикла 1, цикла 2, цикла 3 и цикла 4, каждый из которых имеет нормальную длительность около 90 миллисекунд (мс) в предпочтительном варианте. Каждому циклу в предпочтительном варианте соответственно назначено пять временных интервалов TS1, TS2, TS3, TS4, TS5 с пятью периодами времени. В альтернативном примере в каждом цикле временному интервалу может быть назначено более одного периода времени. В сигнале МДВУ 10 согласно изобретению устройство радиосвязи обрабатывает один временной интервал в каждом цикле. В данной системе этот один временной интервал, заштрихованный на фиг. 1, называется управляемым сигналом МДВУ. Например, временной интервал TS2 назначен для цикла 2. В следующем цикле временной интервал TS4 переназначается для цикла 2. В цикле 3 временной интервал TS4 сохраняется и поэтому не переназначается. В цикле 4 временной интервал переназначается на временной интервал TS2, как проиллюстрировано в примере. Такое переназначение циклов иногда называют скачкообразным назначением временных интервалов.

При использовании буфера в прототипе принятый временной интервал можно удерживать для обработки декодером данных устройства радиосвязи с одновременным использованием буфера для осуществления сдвига во времени и обеспечения соответствующих друг другу моментов декодирования. В нетерпимой к задержкам системе буферизации следует избегать, так как она добавляет слишком большие задержки. Поэтому в данном изобретении предусмотрено альтернативное декодирование назначенного временного интервала для получения восстановленных данных в реальном масштабе времени без применения буферизации, вместо этого, чтобы адаптироваться к переназначению временного интервала, только в следующем цикле изменяется длительность, в течение которой предоставляются восстановленные данные.

В представленном примере переназначения временного интервала TS2 в цикле 1 на временной интервал TS4 в цикле 2 длительность восстановленных данных увеличивается по сравнению с номинальной длительностью, как показано на фиг. 1. При переназначении временного интервала TS4 в цикле 3 на временной интервал TS2 в цикле 4 длительность восстановленных данных меньше номинальной длительности, как показано на фиг. 1. Но такое изменение длительности восстановленных данных отличается от номинальной длительности только в одном следующем временном интервале после переназначения. Последующие циклы после переназначения имеют длительности восстановленных данных, равные номинальной длительности. Следовательно, изобретение вносит минимальные изменения в качество восстановленных данных одного следующего цикла после переназначения временного интервала, не вызывая дополнительной задержки. Кроме того, измененная длительность восстановленных данных в среднем в половине переназначений требует, чтобы декодер данных растянул время, когда длительность восстановленных данных больше номинальной, а в другой половине переназначений сжал время, чтобы адаптировать длительность восстановленных данных, отличную от номинальной длительности.

Речевые кодеры и декодеры, способные обрабатывать циклы переменных размеров известны, например, из патента США 5141796 (Jacobs et a1.) и патента США 6184347 (Farwell et ai.). В последнем из названных патентов дрейф генератора в приемнике компенсируется посредством добавления или удаления нескольких бит во время коррекции дрейфа генератора, обычно 25 раз в час, в зависимости от качества генератора. При этом от битового потока отсекается несколько бит (±1%) для компенсации дрейфа. Но в этом патенте не решается задача обработки больших временных различий, вызванных переназначением временных интервалов.

Кроме того, в патенте на имя Jacobs et a1. не решается проблема больших временных различий, вызванных переназначениями временных интервалов, так как предложенный вокодер с переменной скоростью применяется в системах с множественным доступом с кодовым уплотнением (МДКУ), в которых не используются временные интервалы или их переназначения. Скорость циклов, обрабатываемых кодером с переменной скоростью в этом патенте, изменяется в зависимости от количества подлежащих передаче данных, чтобы уменьшить внутриканальные помехи в системе МДКУ с расширенным спектром. Но в этом патенте не решается проблема синхронизации, обусловленная переназначением временных интервалов, которую решает настоящее изобретение.

На фиг. 2 изображена структурная схема устройства радиосвязи, выполненного согласно изобретению. Антенна 110 принимает радиосигнал, который демодулируется демодулятором 120 через циркулятор 130. Циркулятор 130 соединяет усилитель 140 мощности на тракте передачи с антенной 110. Демодулятор 120 демодулирует принятый сигнал МДВУ. Схема 150 формирования циклов последовательно делит демодулированный сигнал демодулятора 120 на циклы номинальной длительности. Схема управления МДВУ 160 извлекает управляющую информацию МДВУ из принятого сигнала. Управляющая информация МДВУ обеспечивает управление системой, включая частично информацию, указывающую конкретный временной интервал в каждом цикле, предназначенный для обработки данным устройством радиосвязи. Схема 170 назначения временного интервала назначает временной интервал на основании временного интервала, указанного в управляющей информации МДВУ. Схема 170 назначения временного интервала также осуществляет переназначение временного интервала в следующем цикле, если в управляющей информации МДВУ указано, что следует использовать другой временной интервал для обработки устройством радиосвязи. Схема 170 назначения временного интервала дополнительно обеспечивает системную координацию в устройство радиосвязи. Например, демодулятор 120, схема 150 формирования циклов и другие части устройства радиосвязи, такие как декодер, снижают мощность и работают в режиме энергосбережения во время тех частей цикла, которые не требуются. Системная координация определяет, когда эти части устройства радиосвязи должны возвратиться в рабочий режим для приема информации из цикла. Схема 180 управления синхронизацией в реальном масштабе времени определяет длительность восстановленных данных в момент их представления абоненту.

Схема 180 управления синхронизацией в реальном масштабе времени определяет длительность восстановленных данных как разность между временем текущего временного интервала и временем следующего временного интервала. Декодер 190 данных декодирует соответствующий временной интервал цикла из схемы 150 формирования циклов.

Декодер данных 190 выполняет сжатие или растяжение во времени, если длительность восстановленных данных, указанная схемой 180 управления синхронизацией в реальном масштабе времени, отличается от номинальной длительности, во время цикла следующего переназначенного интервала времени. Например, декодер 190 данных выполняет растяжение времени путем интерполяции и сжатие времени путем прореживания. Но методы интерполяции и прореживания могут быть заменены другими методами растяжения и сжатия времени. Декодер 190 данных может быть выполнен как речевой декодер 193 и/или декодер 197 видеоданных. Восстановленные данные, полученные декодером 190 данных, можно воспроизводить на громкоговорителе 210 через цифроаналоговый преобразователь 220 или на дисплее, таком как видеодисплей 230.

Изобретение может найти применение в нетерпимых к задержкам системах, в которых пользователю требуется передача данных а реальном масштабе времени. Восстановленные данные сжимаются или растягиваются во времени декодером 190 данных, чтобы согласовать их с переменной длительностью восстановленных данных, указанной схемой 180 управления синхронизацией в реальном масштабе времени.

Изобретение основано на том, что способность человеческого мозга распознавать растянутые или сжатые во времени восстановленные данные будет компенсирована за счет удовлетворения другой потребности пользователя в поддержании связи в реальном масштабе времени в чувствительной к задержкам среде. Например, в радиосистеме для речевой связи, в частности в радиотелефоне, полностью дуплексную связь обеспечивают тракты приема и передачи. При полностью дуплексной связи пользователь радиотелефона должен иметь возможность одновременно говорить и слышать собеседника. Такая полностью дуплексная система, в которой абонент может говорить и слушать одновременно, нетерпима к большим задержкам, в частности к задержкам, имеющим место в спутниковых системах, где большие задержки в обработке добавляются к продолжительному времени распространения.

Длительность восстановленных данных предпочтительно может изменяться приблизительно на 64% и 136% относительно номинальной длительности в системе, имеющей намного больше пяти временных интервалов, показанных на фиг. 1. В предпочтительном варианте номинальная длительность составляет около 90 мс, и каждый цикл имеет восемь временных интервалов после одной части заголовка длительностью приблизительно 22,5 мс. Следовательно, номинальная длительность может колебаться между 58 мс и приблизительно 122 мс.

На фиг. 2 также показан тракт передачи, содержащий кодер 240 данных для комплектации временных интервалов на основе ввода данных в реальном масштабе времени, например, из микрофона 250 через аналого-цифровой преобразователь 260 или из видеокамеры 270. Кодер 240 данных выполнен аналогично декодеру 190 данных с возможностью растяжения или сжатия во времени в зависимости от длительности восстановленных данных, полученных из схемы 180 управления синхронизацией в реальном масштабе времени. Кодер 240 данных может также содержать речевой кодер 243 и/или кодер 247 видеосигналов. Речевой кодер 243 и речевой кодер 193 вместе образуют элемент, называемый иногда вокодером.

Схема 280 форматирования на тракте передачи форматирует скомплектованные временные интервалы из кодера данных 240 в циклы на основании системной синхронизации. Модулятор 290 модулирует циклы с помощью схемы 280 форматирования и передает их через усилитель 140 мощности с антенны 110. Антенна 110, циркулятор 130 и усилитель 140 мощности альтернативно могут быть заменены проводной сетью, такой как телефонная, компьютерная или волоконно-оптическая сеть. Кроме того, антенна 110 может быть реализована в кабельной ВЧ-сети. Хотя тракты передачи и приема, изображенные на фиг. 2, выполнены в одном приемопередатчике, любой из них может быть реализован отдельно, например, в устройстве, работающем только на прием или только на передачу. Кроме того, тракты передачи или приема могут существовать независимо в системе, в которой только одно направление, например нисходящая линия, использует переназначение временных интервалов, а другое направление, т.е. восходящая линия, его не использует.

На фиг. 3 подробно изображены схема 170 назначения временного интервала и схема 180 управления синхронизацией в реальном масштабе времени, выполненные согласно предпочтительному варианту. Схема 370 назначения временного интервала принимает управляющую информацию МДВУ и циклы и определяет время текущего временного интервала с помощью схемы 310 принятия решения и время следующего временного интервала с помощью схемы 320 принятия решения. Схема 380 управления синхронизацией в реальном масштабе времени содержит блок 330 вычитания для вычитания времени текущего временного интервала из времени следующего временного интервала и определения длительности восстановленных данных для использования декодером или кодером. Данные для схемы 380 управления синхронизацией в реальном масштабе времени альтернативно могут содержаться в управляющей информации МДВУ или извлекаться из нее.

Технологии обработки сигналов, описанные со ссылками на прилагаемые чертежи, предпочтительно реализуются в одном или нескольких цифровых процессорах сигналов (ЦПС) или других микропроцессорах. Тем не менее, эти технологии можно также реализовать полностью или частично в отдельных элементах.

Несмотря на то, что изобретение было описано и проиллюстрировано в описании и на чертежах, понятно, что это сделано только для примера и что возможны многочисленные изменения и модификации, не выходящие за рамки изобретательского замысла. Хотя изобретение обеспечивает существенные преимущества в чувствительных к задержкам системах, оно может быть использовано и в других системах, независимо от их чувствительности к задержкам, в частности в пейджинговых, сотовых или других спутниковых системах. Кроме того, могут использоваться и другие данные, помимо видеосигналов или речевой информации, для разных применений и сред.

Изобретение относится к устройству связи с множественным доступом с временным уплотнением (МДВУ), в частности к устройству связи для демодуляций и обработки сигнала МДВУ с изменяющимися временными интервалами. Техническим результатом является то, что сигнал МДВУ, состоящий из циклов номинальной длительности и имеющий временные интервалы, подвергается демодуляции, а схема назначения временного интервала назначает и переназначает временные интервалы в текущем и следующем цикле на основании управляющей информации МДВУ. Это достигается тем, что схема управления синхронизацией в реальном масштабе времени определяет длительность восстановленных данных для формирования восстановленных данных декодером данных. Декодер данных формирует восстановленные данные в течение длительности принятых данных за счет сжатия или растяжения времени в следующем цикле, если схема назначения временного интервала переназначила другой временной интервал. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство связи для приема принимаемого сигнала с разделением времени, состоящего из циклов номинальной длительности, имеющих временные интервалы, отличающееся тем, что содержит демодулятор (120) для демодуляции принимаемого сигнала с разделением времени для получения демодулированного сигнала, схему (150) формирования циклов, подсоединенную к демодулятору (120), для последовательного деления демодулированного сигнала на циклы номинальной длительности, схему (160) управления разделением времени, подсоединенную к схеме (150) формирования циклов, для извлечения из циклов информации управления разделением времени, указывающей определенный временной интервал для обработки устройством связи в реальном масштабе времени, схему (170) назначения временных интервалов, подсоединенную к схеме (150) формирования циклов и схеме (160) управления разделением времени, для динамического назначения на основании временного интервала, указанного в информации управления разделением времени, текущего временного интервала для обработки устройством связи в реальном масштабе времени, и для динамического переназначения на основании другого интервала времени, указанного в информации управления разделением времени, следующего временного интервала для обработки устройством связи в реальном масштабе времени, схему (180) управления синхронизацией в реальном масштабе времени, подсоединенную к схеме (170) назначения временного интервала, для определения длительности восстановленных данных с целью получения восстановленных данных, причем длительность восстановленных данных будет отличаться от номинальной длительности во время следующего временного интервала, переназначенного схемой (170) назначения временного интервала, и декодер (190) данных, подсоединенный к схеме (150) формирования циклов и схеме (180) управления синхронизацией в реальном масштабе времени, для декодирования текущего временного интервала цикла и получения восстановленных данных в реальном масштабе времени в течение длительности восстановленных данных, причем, если схема (180) управления синхронизацией в реальном масштабе времени изменяет длительность восстановленных данных по сравнению с номинальной длительностью для следующего временного интервала после переназначения, декодер (190) данных выполняет растяжение или сжатие времени для получения восстановленных данных. 2. Устройство связи по п.1, отличающееся тем, что схема (180) управления синхронизацией в реальном масштабе времени определяет длительность восстановленных данных как длительность между временем текущего временного интервала и временем следующего временного интервала, если следующий временной интервал переназначен схемой (170) назначения временного интервала. 3. Устройство связи по п.1 или 2, отличающееся тем, что схема (180) управления синхронизацией в реальном масштабе времени увеличивает длительность восстановленных данных, если следующий временной интервал появляется в следующем цикле позже, чем текущий временной интервал появился в текущем цикле, и схема (180) управления синхронизацией в реальном масштабе времени уменьшает длительность восстановленных данных, если следующий временной интервал появляется в следующем цикле раньше, чем текущий временной интервал появился в текущем цикле. 4. Устройство связи по п.1, или 2, или 3, отличающееся тем, что декодер данных (190) содержит речевой декодер, работающий в реальном масштабе времени, для получения речевых данных в реальном масштабе времени. 5. Устройство связи по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что каждый временной интервал имеет одну и ту же длительность. 6. Устройство связи по любому из пп.1 - 5, отличающееся тем, что длительность восстановленных данных может достигать удвоенной номинальной длительности. 7. Устройство связи по любому из пп.1 - 6, отличающееся тем, что длительность восстановленных данных может колебаться в пределах приблизительно от 64 до 136% номинальной длительности. 8. Устройство связи по пп.6 или 7, отличающееся тем, что номинальная длительность может колебаться в пределах приблизительно от 58 до 122 мс. 9. Устройство связи по любому из предыдущих пп.1 - 8, отличающееся тем, что содержит кодер (240) данных для приема в реальном масштабе времени входных данных в течение длительности восстановленных данных и для кодирования входных данных в реальном масштабе времени во временной интервал, схему (280) форматирования, подсоединенную к кодеру (240) данных, для форматирования этого временного интервала в форматированные циклы номинальной длительности, и модулятор (290), подсоединенный к схеме форматирования, для модуляции сформатированных циклов с целью получения модулированного сигнала для передачи устройством связи. 10. Устройство связи по любому из пп.1 - 9, отличающееся тем, что оно является устройством радиосвязи и содержит антенну (110), подсоединенную к демодулятору (120), и громкоговоритель (210), подключенный к декодеру (190) данных.