ПРИЕМОПЕРЕДАТЧИК И СПОСОБ ПРЕОДОЛЕНИЯ ЗАМИРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК H04L7/04 

Изобретение относится к приемопередатчикам, в частности к приемопередатчикам, способным преодолевать замирания.

Описание предшествующего уровня
Приемопередатчик 110, такой как мобильный приемопередатчик, осуществляет связь с удаленной станцией 210. Когда мобильный приемопередатчик 110 изменяет свое положение относительно удаленной станции 210, на передачу радиосигнала между удаленной станцией 210 и приемопередатчиком оказывают воздействие такие препятствия, как здания 310, 320, деревья 330, а также другие препятствия, например холмы. Эти препятствия 310, 320 и 330 могут вызывать искажение сигнала, передаваемого между удаленной станцией 210 и приемопередатчиком 110. Такие искажения передачи между удаленной станцией 210 и приемопередатчиком 110 могут быть очень кратковременными и вызывать замирание продолжительностью менее 10 миллисекунд, или же они могут быть более продолжительными, порядка одной или нескольких секунд, и вызывать длительное замирание или затенение.

В то время как кратковременные замирания влияют на качество передачи, более длительные замирания и затенения могут вызвать постоянный разрыв связи и потерю вызова.

Информация, связанная с попытками адресовать эти проблемы, может быть найдена в патенте US 4768032.

Однако техническое решение, известное из указанного патента, имеет много недостатков. Заявленное изобретение может сохранять синхронизацию в условиях замирания. Эти преимущества достигаются в заявленном изобретении благодаря наличию цифрового связного приемопередатчика, который принимает пакеты канала трафика. Если пакет является обнаруживаемым, приемопередатчик сохраняет параметры синхронизации, содержащиеся в нем, в памяти. Если пакет не обнаруживается, приемопередатчик определяет период времени после последнего обнаруженного пакета. Если этот период времени не превышает заранее установленный короткий интервал времени (например, 1,8 секунды), пакет передается на основе параметров синхронизации, сохраненных в памяти. Кроме того, если этот период времени больше заранее установленного короткого интервала времени, но меньше заранее установленного продолжительного интервала времени (например, 8 секунд), приемопередатчик продолжает проверку при приеме обнаруживаемого пакета на канале трафика. Если этот период длиннее заранее установленного продолжительного интервала времени, приемник пытается принять пакет по вещательному каналу для восстановления параметров синхронизации в памяти.

Устройство для осуществления такого способа содержит синхронизатор пакетов, который извлекает параметры синхронизации из обнаруживаемого принятого пакета, сохраняет параметры синхронизации в памяти и возвращает счетчик в исходное положение, если пакет обнаружен и параметры сохранены.

Краткое описание чертежей
Изобретение, позволяющее решить перечисленные выше и другие проблемы, описывается ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает рабочие условия, имеющие место при осуществлении связи между приемопередатчиком и удаленной станцией,
фиг.2 иллюстрирует частотный спектр в примерном варианте системы,
фиг.3 - кадр трафика в примерном варианте системы,
фиг. 4 - вещательный кадр в примерном варианте системы,
фиг. 5 - структурная схема приемопередатчика для преодоления условий замирания,
фиг.5 - алгоритм преодоления условий замирания.

Описание предпочтительных вариантов
Цифровые системы связи или системы связи с квантованием времени, например системы, в которых используются кадры, образованные за счет множественного доступа с уплотнением (МДВУ), чувствительны к дрейфу точности времени прихода кадров между приемопередатчиком 110 и удаленной станцией 210 и соответствующих частот приемопередатчика 110 и приемопередатчика на удаленной станции 210. Система множественного доступа с кодовым уплотнением (МДКУ) в условиях расширенного спектра с квантованием времени является одной из форм системы множественного доступа с временным уплотнением (МДВУ), чувствительной к времени прихода кадра и к другим параметрам времени. В указанных системах приемопередатчику 110 и приемопередатчику на удаленной станции 210 может время от времени потребоваться связь друг с другом, чтобы восстановить параметры синхронизации, такие как тактирование и частота.

В системе, в которой приемопередатчики 110 быстро перемещаются относительно удаленной станции 210, например приемопередатчики, установленные на быстро движущихся транспортных средствах, летательных аппаратах или спутниках, изменения времени и частоты происходят гораздо быстрее, чем в системах, где относительное перемещение между приемопередатчиком 110 и удаленной станцией 210 происходит не так быстро. В системах, в которых приемопередатчики движутся с большой скоростью, во время продолжительного замирания или затенения приемопередатчик 110 и приемопередатчик удаленной станции 210 не могут осуществлять связь друг с другом, чтобы скорректировать параметры синхронизации, и после определенного интервала времени удаленная станция 210 системы может потерять приемопередатчик 110 и разорвать связь.

Когда приемник в приемопередатчике с квантованием времени принимает обнаруживаемые пакеты, параметры синронизации извлекаются из этого пакета и используются для последующих передач. Предложенный в данном изобретении приемопередатчик отслеживает количество времени, истекшее после обнаружения последнего пакета, и таким образом знает, сколько времени прошло со времени получения параметров синхронизации. Приемопередатчик 110 и приемопередатчик удаленной станции 210 ожидают новой связи друг с другом для установки новых параметров синхронизации. Но если связь между приемопередатчиком 110 и удаленной станцией 210 прервана длительным замиранием или затемнением, подвижный приемопередатчик 110 и удаленная станция 210 не смогут установить канал связи во время этого замирания или затемнения. Если при этом пакет не обнаруживается в течение времени, не превышающего заранее установленный короткий интервал времени, характеризующий отрезок времени, за который недопустимые изменения вызовут потерю синхронизма с передатчиком удаленной станции 210, то мобильный приемопередатчик 110 сможет передать пакет передачи на удаленную станцию 210, допуская, что параметры синхронизации не претерпели чрезмерного смещения. Этот заранее установленный короткий интервал времени в предпочтительном варианте составляет приблизительно 1,8 секунд для низкоорбитальной спутниковой системы МДВУ для речевой связи. Если же пакет не обнаруживается в течение времени, превосходящего заранее установленный короткий интервал времени, характеризующий отрезок времени, за который изменения в параметрах синхронизации вызовут потерю синхронизма с удаленной станции 210, тогда передатчик 690 прекращает передачу. В примерном варианте системы связи ограничения применительно к приемнику могут быть выбраны в зависиимости от конструкции системы связи равными, более или менее терпимыми к дрейфу параметров синхронизации, чем для передатчика 690. Если выбран приемник 610, менее терпимый к дрейфу параметров синхронизации, передатчик 690 может продолжать отслеживание обнаруживаемых пакетов после истечения заранее установленного короткого интервала времени.

После того как истечет заранее установленный продолжительный интервал времени после обнаружения последнего пакета, за который недопустимый уровень изменения параметров синхронизации, таких как частота и время прихода кадра, вызовет потерю синхронизма с передатчиком удаленной станции 210, приемник 610 и синхронизатор 620 пакетов находят вещательный кадр на вещательном канале. Этот заранее определенный продолжительный интервал времени в предпочтительном варианте составляет приблизительно 8 секунд для низкоорбитальной спутниковой системы речевой связи МДВУ. Но обращение к вещательному кадру на вещательном канале вызывает существенный перерыв в передаче данных трафика или речи, и поэтому его следует считать крайней мерой. Пока не истечет заранее установленный продолжительный интервал времени, подвижный приемопередатчик 110 осуществляет постоянный контроль, чтобы принять обнаруживаемый пакет.

На фиг. 2 показан частотный спектр в примерном варанте системы связи МДВУ, имеющей множество каналов трафика, например 410, 420, 430, 440 и 450, и вещательный канал 460. Каждый из каналов трафика, например канал 410 времени, содержит множество кадров трафика. Вещательный канал 460 также делится во времени и содержит множество вещательных кадров. Между вещательным каналом 460 и смежными каналами, такими как каналы трафика 440 и 450, предусмотрены широкие защитные частотные интервалы 470 и 480. Эти широкие защитные частотные интервалы 470 и 480 уменьшают помехи от соседних каналов в приемнике вещательно, чтобы обеспечить более легкое обнаружение пакета в вещательном канале за счет уменьшения помех от соседних каналов.

На фиг.3 и 4 соответственно проиллюстрированы кадр трафика и вещательный кадр в примерном варианте системы связи МДВУ. Кадр трафика имеет небольшую часть 510 преамбулы и большую часть 520 данных, в то время как вещательный кадр имеет большую часть 530 преамбулы и небольшую часть 540 данных. Часть 510 преамбулы в кадре трафика служит для установления новых параметров синхронизации, если старые параметры синхронизации были соответственно установлены во время передачи больших объемов данных 520 трафика. Что касается большой преамбулы 530 в вещательном кадре, она обеспечивает вхождение в синхронизм и установление параметров синхронизации до того, как начнется передача данных трафика. Большая преамбула вещательного кадра на фиг.3 способствует более легкому обнаружению пакета, содержащего вещательный кадр, благодаря большей части 530 преамбулы. Поскольку в примерной системе связи, например в большинстве систем МДВУ, кадры имееют одинаковую номинальную длину, часть 540 данных в вещательном кадре намного меньше части 530 преамбулы. Часть 540 данных в вещательном кадре может передать последующие назначения каналов трафика абонентскому приемопередатчику с приемопередатчика удаленной станции. Поскольку вещательные кадры в вещательном канале 460 передают меньше данных и потребляют больше спектра, чем кадры трафика в каналах 410 трафика, из-за требуемых защитных частотных интервалов 470 и 480, передача данных трафика в кадрах трафика предпочтительна, чтобы максимизировать информационную пропускную способность при экономном использовании частотного спектра. При этом обращение к вещательному кадру после первоначального установления параметров синхронизации нежелательно. Если же обращение к вещательному кадру после первоначального установления параметров синхронизации необходимо, то могут иметь место нежелательные заметные разрывы в данных трафика, например в передаче речи, или даже полное прекращение связи или потеря вызова. Согласно изобретению квитирование синхронизированной связи между абонентским приемопередатчиком и приемопередатчиком удаленной станции продолжается даже в периоды длительного замирания или затенения с использованием кадров трафика, не прибегая к вещательному кадру. К вещательному кадру прибегают только в том случае, если истек продолжительный интервал времени после приема параметров синхронизации из обнаруживаемого пакета, но достаточно быстро, чтобы можно было все же избежать потери вызова.

На фиг. 5 представлена структурная схема приемопередатчика, предназначенного для связи с приемопередатчиком на базовой станции или спутнике. Приемник 610 подключен через циркулятор 625 к антенне 635 для приема пакетов на вещательном канале и канале трафика. Синхронизатор 620 пакетов сравнивает преамбулу в принятом пакете с требуемым пакетом, используя, например, фильтры с импульсной характеристикой конечной длительности (КИХ-фильтры), чтобы определить, является ли пакет обнаруживаемым. Если пакет обнаруживаемый, синхронизатор 620 пакетов извлекает параметры синхронизации из этого пакета и сохраняет их в памяти 630. Дополнительно, когда синхронизатор 620 пакетов обнаруживает пакет, счетчик 640 времени возвращается в исходное положение. После этого счетчик времени ведет отсчет от начала обнаружения пакета, чтобы определить количество времени или периодов повторения синхроимпульсов, истекших после обнаружения последнего пакета. Таким образом, счетчик 640 считает либо время в секундах, либо какие-либо события, например периоды повторения синхроимпульсов. В результате счетчик 640 представляет истекшее время относительно времени системы или времени на часах, например, в секундах. Но при этом синхронизатор 620 пакетов продолжает периодически проверять наличие обнаруживаемых пакетов на канале трафика.

При первоначальном включении питания в приемопередатчике для связи с приемопередатчиком на базовой станции или спутнике синхронизатор 620 пакетов стремится обнаружить пакет на вещательном канале. После обнаружения пакета на вещательном канале параметры синхронизации сохраняются в памяти 630 и счетчик 640 времени устанавливается в исходное положение. После этого, когда на канале трафика обнаруживаются кадры трафика, синхронизатор пакетов корректирует параметры синхронизации в памяти 630, возвращает в исходное состояние счетчик 640 времени и посылает данные трафика в процессор вызовов и системный контроллер 650 для речевой связи с пользователем через динамик 660 и микрофон 670 посредством озвучения данных трафика. Если данные трафика представляют собой неречевые данные, например изображения, данные электронной почты и т. п. , тогда процессор вызовов и системный контроллер 650 использует внешний интерфейс, например шинный соединитель 680.

Приемопередатчик на базовой станции или спутнике и абонентский приемопередатчик периодически нуждаются в установлении связи друг с другом, чтобы установить параметры синхронизации и подтвердить, что синхронизм достигнут. Поэтому в системах связи с квантованием времени требуется, чтобы передатчик, такой как передатчик 690 на фиг.5, передавал пакет на канале трафика по меньшей мере один раз после определенного интервала бездействия, содержащий речевые данные, или по меньшей мере пакет передачи для служебных целей. В условиях замирания или затенения приемопередатчик на фиг. 5 будет все равно пытаться передать пакеты передачи на основании предыдущих параметров синхронизации, сохраненных в памяти 630, пока время на счетчике 640 не достигнет заранее установленного короткого временного интервала, после которого недопустимый уровень изменения параметров синхронизации, таких как частота и время прихода кадра, вызовет потерю синхронизма передатчика в приемопередатчике с приемником удаленной станции, такой как спутник или базовая станция. В процессе передачи пакетов передатчиком 690 параметры синхронизации в памяти 630 будут корректироваться каждый раз, когда синхронизатор 620 пакетов успешно обнаружит пакет. После этого передатчик 690 обращается к счетчику 640 времени для проверки, находятся ли данные параметры синхронизации в памяти 630 меньше заранее установленного короткого интервала времени и поэтому еще могут считаться приемлемыми для передачи.

Если счет в счетчике 640 времени превышает заранее установленный короткий интервал времени, передатчик 690 прекращает передачу пакетов до тех пор, пока счетчик времени не будет установлен в исходное положение после обнаружения другого пакета, определения и сохранения новых параметров синхронизации в памяти 630. Как только счетчик времени 640 будет установлен в исходное положение, передатчик 690 незамедлительно передаст свой следующий собранный пакет на основании новых параметров синхронизации в памяти 630. При этом предполагается, что в течение периода между коротким интервалом времени и продолжительным интервалом времени все еще существует вероятность приема пакета на канале трафика для корректировки параметров синхронизации.

Если время на счетчике 640 достигло заранее установленного продолжительного интервала времени, характеризующего период, когда недопустимый уровень изменения параметров синхронизации, таких как частота и время прихода кадра, вызовет потерю синхронизма с передатчиком удаленной станции, приемник 610 принимает пакет на вещательном канале, заново устанавливает параметры синхронизации, сохраняет их в памяти 630 и устанавливает счетчик 640 времени в исходное положение. После этого передатчик 690 может передать следующий собранный пакет в зависимости от того, когда счетчик времени был установлен в исходное положение, на основании новых параметров синхронизации. На фиг. 6 показан алгоритм. На этапе 710 приемник приводится в действие для приема пакета на канале трафика. Если пакет обнаруживаемый, процесс переходит к этапу 720, на котором корректируются параметры частоты и времени на основании обнаруженного пакета на этапе 730, и после этого на этапе 740 пакет передачи или служебный пакет передается с использованием этих установленных параметров. Если же на этапе 720 принятый пакет не обнаруживаемый, тогда на этапе 750 определяется отрезок времени (Т) в счетчике, истекший со времени последнего обнаруживаемого пакета в канале трафика. Если отрезок времени (Т), истекший со времени последнего обнаруживаемого пакета на канале трафика, меньше 1,8 секунд, на этапе 760 предполагается, что старые параметры времени и частоты действительны и могут быть использованы передатчиком для передачи пакета на этапе 740. Если же на этапе 750 определено, что отрезок времени (Т), истекший со времени последнего обнаруживаемого пакета, больше 1,8 секунды, но меньше 8 секунд, приемник пытается принять дополнительные пакеты, возвратившись к этапу 710. В течение этого времени передатчик не ведет передачу, так как параметры синхронизации, такие как частота и время, могут привести к частоте и времени передачи, выходящим за допустимые пределы приемника базовой станции или спутника. Тем не менее, приемник в приемопередатчике более терпим к частоте и времени, чем приемник на базовой станции или спутнике. Поэтому передатчик в приемопередатчике нуждается в более точных параметрах синхронизации, чем приемник в приемопередатчике. Передатчику в предпочтительном варианте требуются вдвое более точные параметры синхронизации, чем параметры синхронизации передатчика.

Если после последнего обнаруживаемого пакета истек отрезок времени (Т) продолжительностью больше 8 секунд, приемник на этапе 770 принимает вещательный кадр на вещательном канале для повторной инициализации параметров синхронизации, таких как параметры частоты и времени, после чего передатчик 740 может вести передачу на этапе 740.

Специалистам будет понятно, что в описанное и проиллюстрированное выше изобретение можно внести многочисленные модификации и изменения, не входящие за пределы существа и объема изобретения. Несмотря на то, что изобретение в основном предназначено для приемопередатчиков на высокоскоростных воздушных транспортных средствах и для связи со спутниками, оно может также найти применение в условиях с меньшими скоростями, например в обычных наземных сотовых, пейджинговых и подвижных системах радиотелефонной связи.

Цифровой приемопередатчик передач сохраняет синхронизацию в условиях замирания посредством возврата счетчика в исходное положение каждый раз, когда новые параметры синхронизации сохраняются в памяти на основании пакетов, обнаруженных приемником и синхронизатором пакетов. Передатчик передает пакеты на основании параметров синхронизации в памяти, если счетчик времени не превышает заранее установленный интервал времени. Если же счетчик времени превышает другой более продолжительный, заранее установленный интервал времени, приемник восстанавливает параметры синхронизации в памяти, прежде чем вести передачу передатчиком. Технический результат: уменьшение влияния замирания на качество связи. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Цифровой связной приемопередатчик для сохранения синхронизации в условиях замирания в цифровой системе связи, отличающийся тем, что содержит приемник (610) для приема пакетов и проверки, являются ли принятые пакеты обнаруживаемыми, память (630) для сохранения параметров синхронизации, счетчик (640) для осуществления счета после обнаружения принятого пакета, синхронизатор (620) пакетов, функционально связанный с приемником, памятью и счетчиком, для извлечения параметров синхронизации из принятого пакета, сохранения параметров синхронизации в памяти и возврата счетчика в исходное положение, если принятый пакет обнаруживаемый, и передатчик (690), функционально связанный с синхронизатором пакетов, памятью и счетчиком, для передачи передаваемого пакета на удаленную станцию на основе сохраненных параметров синхронизации, если принятый пакет не обнаруживаемый, при условии, что счетчик не превышает заранее установленный короткий интервал времени и предыдущие параметры синхронизации сохранены в памяти. 2. Цифровой связной приемопередатчик по п.1, отличающийся тем, что заранее установленный короткий интервал времени является отрезком времени продолжительностью предпочтительно около 1,8 с, в течение которого недопустимый уровень изменения частоты и времени прихода кадров может вызвать потерю синхронизации в приемнике удаленной станции. 3. Цифровой связной приемопередатчик по п.1 или 2, отличающийся тем, что если пакет не обнаруживается в течение заранее установленного продолжительного интервала времени, приемник (610) принимает пакет приема с другого канала системы, имеющего кадры с более длинной синхронизирующей частью, чем на данном канале, синхронизатор (620) пакетов извлекает синхронизирующую информацию из обнаруживаемого пакета приема для восстановления параметров синхронизации, и передатчик (690) передает пакет передачи на удаленную станцию на основании восстановленных параметров синхронизации. 4. Цифровой связной приемопередатчик по п.3, отличающийся тем, что заранее установленный продолжительный интервал времени является отрезком времени продолжительностью предпочтительно около 8 с, в течение которого недопустимый уровень изменения времени прихода кадров и частоты может вызвать потерю синхронизации с передатчиком удаленной станции. 5. Цифровой связной приемопередатчик по п.3 или 4, отличающийся тем, что приемник в цифровом связном приемопередатчике более вынослив к дрейфу параметров синхронизации, чем передатчик в цифровом связном приемопередатчике. 6. Цифровой связной приемопередатчик по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что передатчик в цифровом связном приемопередатчике синхронизирован с приемником удаленной станции с помощью параметров синхронизации, принятых с удаленной станции цифровым связным приемопередатчиком. 7. Способ сохранения синхронизации в условиях замирания в цифровой системе связи, отличающийся тем, что периодически приводят в действие приемник в цифровом связном приемопередатчике для приема принятых пакетов, проверяют, являются ли принятые пакеты обнаруживаемыми, если один из принятых проверяемых пакетов является обнаруживаемым, извлекают из него параметры синхронизации, сохраняют параметры синхронизации в памяти и возвращают счетчик в исходное положение, если принятый пакет является обнаруживаемым, причем счетчик входит в состав цифрового связного приемопередатчика, если же принятый пакет не является обнаруживаемым, определяют, не превысил ли счетчик заранее установленный короткий интервал времени, и определяют, сохранены ли в памяти предыдущие параметры синхронизации, и в случае положительного результата обоих определений передают передатчиком в цифровом связном приемопередатчике на удаленную станцию пакет передачи на основании сохраненных параметров синхронизации. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что заранее установленный короткий интервал времени является отрезком времени продолжительностью предпочтительно около 1,8 с, в течение которого недопустимый уровень изменения частоты и времени прихода кадров может вызвать потерю синхронизации передатчика в цифровом связном приемопередатчике с приемником удаленной станции. 9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что если принятый пакет является необнаруживаемым в течение заранее установленного продолжительного интервала времени, приводят в действие приемник для приема принятого пакета с другого канала системы, имеющего кадры с более длинной синхронизирующей частью, чем на данном канале, извлекают синхронизирующую информацию из обнаруживаемого принятого пакета для восстановления параметров синхронизации и передают пакет передачи на удаленную станцию на основании восстановленных параметров синхронизации.