СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СИСТЕМЕ С МНОЖЕСТВОМ НЕСУЩИХ ЧАСТОТ Российский патент 2003 года по МПК H04J11/00 

I. Область изобретения
Настоящее изобретение относится к способу и аппаратуре для передачи данных в системе с множеством несущих частот. Настоящее изобретение может быть использовано для максимизации пропускной способности системы и увеличения разнесения сигнала путем динамического мультиплексирования сигналов на множество несущих частот в системе связи с передачей сигнала в широком спектре.

II. Описание родственной техники
Желательно иметь возможность передавать данные со скоростями, которые выше, чем максимальная скорость передачи данных единичного канала CDMA. Обычный канал CDMA (как установлено стандартом для сотовой связи в Соединенных Штатах) способен передавать цифровые данные на максимальной скорости передачи 9,6 кбит/с, используя 64-битовую функцию расширения Уолша на 1,2288 МГц.

Предлагалось много решений этой проблемы. Одно решение состоит в распределении пользователям множества каналов и в разрешении этим пользователям передавать и принимать данные параллельно на множестве каналов, доступных им. Два способа для предоставления множества каналов CDMA для использования одним пользователем описаны в одновременно рассматриваемой заявке на патент США серийный номер 08/431.180, озаглавленной "Способ и устройство для обеспечения переменной скорости передачи данных в системе связи с использованием статистического мультиплексирования", зарегистрированной 28 апреля 1997 г., и заявке на патент США серийный номер 08/838.240, озаглавленной "Способ и устройство для обеспечения переменной скорости передачи данных в системе связи с использованием неортогональных каналов переполнения", зарегистрированной 16 апреля 1997 г., обе из которых переданы правопреемнику настоящего изобретения и включены сюда в виде ссылок. Дополнительно, может быть получено разнесение частоты путем передачи данных на множестве каналов с широким спектром, которые разделены друг от друга по частоте. Способ и устройство для избыточной передачи данных на множестве каналов CDMA описаны в патенте США номер 5.166.951, озаглавленном "Канал с широким спектром высокой пропускной способности", который включен сюда в виде ссылки.

Использование техники модуляции многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) есть одна из нескольких технологий для содействия связи, в которой присутствует большое количество системных пользователей. В технике известны другие технологии систем связи множественного доступа, такие как многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA), многостанционный доступ с частотным разделением каналов (FDMA) и схемы модуляции AM (амплитудной модуляции), такие как расширение/сжатие амплитуды с одной боковой полосой (ACSSB). Однако техника модуляции CDMA с передачей сигнала в расширенном спектре имеет значительные преимущества перед этими другими технологиями модуляции для систем связи множественного доступа.

Использование техники CDMA в системе связи множественного доступа описано в патенте США номер 4.901.307, озаглавленном "Система связи множественного доступа с передачей сигнала в широком спектре с использованием спутниковых или наземных ретрансляторов", переданном правоприемнику настоящего изобретения и включенном сюда в виде ссылки. Использование техники CDMA в системе связи множественного доступа дополнительно описано в патенте США номер 5.103.459, озаглавленном "Система и способ для генерации форм волн сигналов в системе сотовой телефонной связи CDMA", переданном правопреемнику настоящего изобретения и включенном сюда в виде ссылки. Системы связи многостанционного доступа с кодовым разделением каналов были стандартизованы в Соединенных Штатах во временном стандарте Ассоциации промышленности связи IS-95, озаглавленном "Стандарт совместимости станций на основе подвижных станций для двухрежимной широкополосной сотовой системы с передачей сигнала в широком спектре", который включен сюда в виде ссылки.

Форма сигнала CDMA, являющаяся по присущей ей природе широкополосным сигналом, предлагает некоторую форму частотного разнесения путем распределения энергии сигнала по широкой полосе частот. Поэтому избирательное по частоте замирание (фединг) воздействует только на небольшую часть полосы частот сигнала CDMA. Пространственное разнесение или разнесение по трактам передачи на прямом/обратном канале получается путем обеспечения множества трактов сигнала через одновременно передаваемые каналы к подвижному пользователю или от него через две или более антенны, сотовые секторы или сотовые узлы. Более того, разнесение трактов может быть получено путем использования многоканальной среды путем обработки широкого спектра, позволяя отдельно принимать и обрабатывать сигналы, поступающие с различными задержками распространения. Примеры использования разнесения трактов передачи показаны в одновременно рассматриваемом патенте США номер 5.101.501, озаглавленном "Мягкая эстафетная передача в сотовой телефонной системе CDMA", и в патенте США номер 5.109.390, озаглавленном "Приемник разнесения в сотовой телефонной системе CDMA", оба из которых переданы правопреемнику настоящего изобретения и включены сюда в виде ссылки.

Фиг. 1 иллюстрирует схему передачи для системы многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA) с множеством несущих частот, в которой каждая несущая частота передает фиксированную часть передаваемых данных. Кадры битов информации с переменной скоростью передачи подаются к шифратору 2, который кодирует биты в соответствии с форматом сверточного кодирования. Закодированные символы подаются к средству повторения символов 4. Средство повторения символов 4 повторяет закодированные символы так, чтобы обеспечить фиксированную скорость передачи символов, выдаваемых из средства повторения символов 4, независимо от скорости передачи бит информации.

Повторенные символы подаются к блочному перемежителю 6, который изменяет последовательность, с которой должны передаваться символы. Процесс перемежения, объединенный с упреждающей коррекцией ошибок, обеспечивает разнесение по времени, которое способствует приему и исправлению ошибок передаваемого сигнала в случае пакетных ошибок. Перемеженные символы подаются к шифратору данных 12. Шифратор данных 12 умножает каждый перемеженный символ на +1 или -1, согласно псевдошумовой (ПШ, PN) последовательности. Псевдошумовая последовательность получается путем пропускания длинной ПШ последовательности, сгенерированной генератором длинного кода 8, со скоростью передачи элементарных посылок, через дециматор 10, который избирательно выдает поднабор элементарных посылок последовательности длинного кода на скорости передачи потока перемеженных символов.

Данные от шифратора данных 12 подаются к демультиплексору (DEMUX) 14. Демультиплексор 14 разделяет поток данных на три равных составляющих потока. Первая составляющая потока подается к подсистеме передачи 15а, вторая составляющая потока - к подсистеме передачи 15b, и третья составляющая потока - к подсистеме передачи 15с. Субкадры подаются к преобразователям из последовательного кода в параллельный (из двоичной системы в четверичную) 16а-16с. Выходы преобразователей последовательного кода в параллельный 16а-16с есть четверичные символы (2 бита/символ), которые должны быть переданы в формате модуляции QPSK.

Сигналы от последовательно-параллельных преобразователей 16а-16с подаются к шифраторам Уолша 18а-18с. В шифраторах Уолша 18а-18с сигналы от каждого преобразователя 16а-16с умножаются на последовательность Уолша, состоящую из величин +1. Кодированные по системе Уолша данные подаются к устройствам расширения QPSK 20a-20с, которые расширяют данные в соответствии с двумя короткими ПШ последовательностями. Сигналы, расширенные короткими ПШ последовательностями, подаются к усилителям 22а-22b, которые усиливают сигналы в соответствии с коэффициентом усиления.

Система, описанная выше, страдает множеством недостатков. Во-первых, поскольку данные должны подаваться в равных составляющих потока на каждой из несущих частот, доступное числовое значение ограничивается кадрами с количеством символов кода, которое нацело разделится на три. Таблица 1, приведенная ниже в конце описания, иллюстрирует ограниченное количество возможных наборов соотношений, которые доступны при использовании системы передачи, показанной на фиг.1.

Как показано в таблице 1, поскольку символы равномерно распределены на три несущие частоты, общая скорость передачи данных ограничена несущей частотой с наименьшей доступной мощностью или требующей наивысшего ОСШ (отношения сигнал-шум, SNR). То есть, общая скорость передачи данных равна троекратной скорости передачи данных "наихудшего" канала (здесь наихудший означает канал, требующий наивысшего ОСШ или имеющий наименьшую доступную мощность). Это уменьшает пропускную способность системы, потому что скорость передачи наихудшего канала всегда выбирается как общая скорость передачи для всех трех несущих частот, что приводит к снижению использования ресурса каналов на двух лучших каналах.

Во-вторых, зависящее от частоты замирание может сильно воздействовать на одну из частот, в то же время мало влияя на остальные частоты. Это исполнение не обеспечивает гибкость и не позволяет обеспечить передачу кадра способом, который снижает действие плохих каналов. В-третьих, благодаря зависимому от частоты замиранию замирание будет обычно всегда воздействовать на одни и те же группы символов каждого кадра. В-четвертых, если бы это исполнение было наложено на систему передачи речи, не было бы хорошего способа сбалансировать нагрузки, переносимые на различных частотах на основе от кадра к кадру при различной громкости речи в каждом кадре. Это приводит к потере в общей пропускной способности системы. И в-пятых, для системы с только тремя частотными каналами, с исполнением, описанным выше, нет способа разделения речи и данных, так чтобы обеспечить данные на одной частоте или наборе частот, а речь на другой частоте или наборе частот. Это приводит к потере пропускной способности системы, как упоминалось выше.

Поэтому ощущается потребность в усовершенствованной системе связи СОМА с множеством несущих, которая предлагает большую гибкость в количественном составе и выравнивании нагрузки, большее разрешение в поддерживаемых скоростях передачи данных и которая дает отличную характеристику в случае зависимого от частоты замирания и неравномерной нагрузки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает передатчик для передачи данных на скорости передачи данных во множестве каналов, каждый из которых имеет пропускную способность, меньшую, чем скорость передачи данных, причем передатчик содержит контроллер для определения пропускной способности каждого из множества каналов и выбора скорости передачи данных для каждого канала в зависимости от определенной пропускной способности; множество подсистем передачи, чувствительных к контроллеру, причем каждая из них связана с соответствующим каналом из множества каналов для шифрации закодированных данных кодами, уникальными для канала, для передачи в канале; и переменный демультиплексор, чувствительный к контроллеру, для демультиплексирования закодированных данных во множество подсистем передачи на скорости демультиплексирования, полученной из скоростей передачи данных, выбранных для каналов контроллером.

В другом аспекте изобретение обеспечивает приемник, содержащий схему приема для приема сигналов одновременно во множестве каналов, причем каждый из этих сигналов определяет зашифрованные кодированные символы, которые вместе представляют данные от общего источника; контроллер для определения скорости передачи символов для сигналов в каждом канале; множество подсистем приема, чувствительных к контроллеру, причем каждая из них связана с соответствующим каналом из множества каналов для дешифрации закодированных символов кодом, уникальным для канала, чтобы разрешить извлечение данных из него; и переменный мультиплексор, чувствительный к контроллеру для мультиплексирования данных из множества подсистем приема на скорости мультиплексирования, полученной из скоростей передачи символов, определенных контроллером для каналов на выходе.

В дополнительном аспекте изобретение обеспечивает радиопередатчик, содержащий шифратор для приема набора бит информации и кодирования упомянутых бит информации, чтобы обеспечить набор символов кода; и подсистему передачи для приема упомянутых символов кода и для подачи поднабора упомянутых символов кода на первую несущую частоту и остальных символов на, по меньшей мере, одну дополнительную несущую частоту.

Изобретение также обеспечивает способ передачи данных на скорости передачи данных на множестве каналов, каждый из которых имеет пропускную способность, меньшую, чем скорость передачи данных, причем этот способ заключается в том, что определяют пропускную способность каждого из множества каналов и выбирают скорость передачи данных для каждого канала в зависимости от определенной пропускной способности; обеспечивают шифрование кодированных данных кодами, уникальными к каналам для передачи в канале; и демультиплексируют закодированные данные во множество каналов на скорости демультиплексирования, полученной из скоростей передачи данных, выбранных для каналов контроллером.

Изобретение дополнительно обеспечивает способ приема данных, заключающийся в том, что принимают сигналы одновременно на множестве каналов, каждый из которых определяет шифрованные закодированные символы, которые вместе представляют собой данные от общего источника; определяют скорость передачи символов для сигналов в каждом канале; обеспечивают дешифрацию закодированных символов в каждом канале кодами, уникальными для канала, чтобы разрешить извлечение данных из него; и мультиплексируют дешифрованные данные из множества каналов на скорости мультиплексирования, полученной из скоростей передачи символов, определенных для каналов.

Чтобы лучше использовать ресурс канала, необходимо иметь возможность передавать различные скорости передачи на каждой несущей частоте согласно условиям канала и доступной мощности на каждом канале. Один способ достижения этого состоит в изменении отношения обратного мультиплексирования на каждой из несущих частот. Вместо распределения символов в отношении 1:1:1 может быть использовано более произвольное отношение вместе с разными схемами повторения, пока полученная скорость передачи символов на каждой несущей частоте является показателем некоторой скорости функции Уолша. Скорость функции Уолша может быть 1228800, 614400, 307200,..., 75 для длины функции Уолша от 1 до 16384.

При данной длине функции Уолша, если скорость передачи символов ниже, чем скорость функции Уолша, повторение символов используется, чтобы "соответствовать" этой скорости. Коэффициент повторения может быть любым числом, целым или дробным. Опытному специалисту будет понятно, что когда повторение присутствует, общая мощность передачи может быть пропорционально уменьшена, чтобы сохранить энергию символа кода постоянной. Длина функции Уолша может быть, а может не быть одинаковой на трех несущих частотах, в зависимости от того, нужно ли нам сохранить каналы кода. Например, если поддерживаемая скорость передачи символа кода на трех каналах равна 153600 сим/с, 30720 сим/с и 102400 сим/с (для степени кодирования 1/2 это соответствует скоростям передачи данных 76/8 кбит/с, 15,36 кбит/с и 51.2 кбит/с, соответственно - общая скорость передачи данных 143,36 кбит/с), тогда отношение обратного мультиплексирования будет 15:3:10.

Если функция Уолша длиной 8 используется для всех трех каналов (предполагая модуляцию QPSK со скоростью передачи символов QPSK 153,6 Ксим/с), то каждый символ кода передается дважды, 10 раз и три раза на трех каналах соответственно. Дополнительное разнесение по времени может быть получено, если повторенные символы будут дополнительно перемежены. В альтернативном воплощении используются функции Уолша разной длины. Например, в вышеприведенном примере для трех каналов могут быть использованы длины 16, 16 и 8 соответственно, причем каждый символ кода передается один раз на первом канале, пять раз на втором и три раза на третьем.

Вышеприведенный подход не влияет на шифратор, поскольку он должен быть способен обрабатывать самые высокие скорости передачи данных, во всяком случае. Единственно, что изменяется, так это количество октетов данных (байт) на входе шифратора. Однако этот подход влияет на исполнение перемежителя, потому что перемежитель будет иметь много возможных размеров (в смысле количества символов), если позволены все комбинации скоростей передачи данных на трех каналах. Одна альтернатива вышеупомянутому подходу, которая смягчает эту проблему, это обратно мультиплексировать символы кода из шифратора к трем несущим частотам непосредственно и выполнить перемежение повторяемых символов кода на каждом канале отдельно. Это упрощает подбор чисел и уменьшает количество возможных размеров перемежителя на каждом канале.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Дополнительные особенности, цели и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из подробного описания ниже приведенных воплощений этого изобретения, взятого совместно с чертежами, на которых одинаковые ссылочные символы соответственно указаны по всем чертежам и на которых
фиг. 1 - блок-схема, иллюстрирующая многочастотную систему связи CDMA с фиксированными скоростями передачи и несущими частотами;
фиг. 2 - блок-схема, иллюстрирующая систему передачи, реализующую настоящее изобретение;
фиг.3 - блок-схема, иллюстрирующая систему приема, воплощающую настоящее изобретение; и
фиг. 4 - таблица символов кода Уолша канала в обычной системе связи CDMA IS-95.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВОПЛОЩЕНИЙ
Ссылаясь на фиг.2, которая является блок-схемой, иллюстрирующей систему передачи, воплощающую настоящее изобретение, первая операция, которая должна быть выполнена, это определение количества данных, которое может поддерживаться на каждой несущей частоте. На фиг.2 показаны три таких несущих частоты, хотя специалисту будет понятно, что настоящее изобретение может быть легко распространено на любое количество несущих частот. Управляющий процессор 50 на основании ряда факторов, таких как нагрузка на каждой из несущих частот, количество данных, поставленных в очередь для передачи к подвижной станции, и приоритет информации, которая должна быть передана к подвижной станции, определяет скорость передачи данных на каждой из несущих частот.

После того как выбрана скорость передачи данных, которые должны быть переданы на каждой из несущих частот, управляющий процессор 50 выбирает формат модуляции, с которым возможна передача данных на выбранной скорости передачи. В примерном воплощении используются последовательности Уолша разной длины, чтобы модулировать данные в зависимости от скорости передачи данных, которые должны быть переданы. Использование последовательностей Уолша разной длины, выбранных, чтобы модулировать данные в зависимости от скорости передачи данных, которые должны быть переданы, подробно описано в одновременно рассматриваемой заявке на патент США серийный номер 08/654.443, зарегистрированной 28 мая 1996 г., озаглавленной "Система радиосвязи с высокой скоростью передачи данных", которая передана правопреемнику настоящего изобретения и включена сюда в виде ссылки. В альтернативном воплощении высокая скорость передачи данных может поддерживаться путем объединения каналов СОМА в группы, как описано в вышеупомянутых заявках на патенты США серийные номера 08/431.180 и 08/838.240.

После того как скорости передачи, которые будут поддерживаться на каждой из несущих частот, выбраны, управляющий процессор 50 вычисляет соотношение (пропорцию) для обратного мультиплексирования, который определит количество раз каждой передачи, которое будет проведено на каждой несущей частоте. Например, если поддерживаемая скорость передачи символов кода на трех каналах равна 153600 сим/с, 30720 сим/с и 102400 сим/с (для скорости кодирования 1/2 это соответствует скоростям передачи данных 76,8 кбит/с, 15,36 кбит/с и 51,2 кбит/с, соответственно - общая скорость передачи данных равна 143,36 кбит/с), тогда соотношение (пропорция) для обратного мультиплексирования будет 15:3:10.

В иллюстрируемом воплощении кадры бит информации подаются к устройству 52 форматирования кадров. В иллюстрируемом воплощении устройство 52 форматирования генерирует и добавляет к кадру набор бит контроля циклическим избыточным кодом (CRC). Дополнительно, устройство 52 форматирования добавляет предопределенный набор бит хвостовика. Исполнение и конструкция устройств форматирования кадров хорошо известно в технике, пример типового устройства форматирования кадров подробно описан в патенте США номер 5.600,754, озаглавленном "Способ и система для расположения данных вокодера для маскирования ошибок, индуцированных каналом передачи", который передан правопреемнику настоящего изобретения и включен сюда в виде ссылки.

Форматированные данные подаются к кодеру 54. В иллюстрируемом воплощении кодер 54 является сверточным кодером, хотя настоящее изобретение может быть распространено на другие формы кодирования. Сигнал от управляющего процессора 50 указывает кодеру 54 количество бит, которые должны быть закодированы в цикле передачи. В иллюстрируемом воплощении шифратор 54 есть сверточный кодер со скоростью кодирования 1/4 с длиной ограничения 9. Следует отметить, что благодаря дополнительной гибкости, обеспечиваемой настоящим изобретением, по существу может быть использован любой формат кодирования.

Закодированные символы от кодера 54 подаются к демультиплексору 56 с переменным соотношением. Демультиплексор 56 с переменным соотношением подает закодированные символы к набору выходов на основании сигнала выдачи символов, поданного управляющим процессором 50. В иллюстрируемом воплощении имеется три несущих частоты и управляющий процессор 50 подает сигнал, указывающий количество закодированных символов, которые должны быть поданы на каждый из трех выходов. Как будет понятно опытному специалисту, настоящее изобретение может быть легко распространено на произвольное количество частот.

Закодированные символы, поданные на каждый из выходов демультиплексора 56 с переменным соотношением, подаются к соответствующим средствам повторения символов 58а-58с. Средства повторения символов 58а-58с генерируют повторяющиеся версии закодированных символов так, чтобы результирующая скорость передачи символов соответствовала скорости передачи данных, поддерживаемой на этой несущей частоте, и в частности, соответствовала скорости функции Уолша, используемой на этой несущей частоте. Исполнение генераторов повторения 58а-58с известно в технике, и пример такого генератора подробно описан в патенте США номер 5.629.955, озаглавленном "Фильтр с переменной характеристикой", который передан правопреемнику настоящего изобретения и включен сюда в виде ссылки. Управляющий процессор 50 подает отдельный сигнал к каждому генератору повторения 58а-58с, показывая скорость передачи символов на каждой несущей частоте, или альтернативно, количество повторений, которое должно быть обеспечено на каждой несущей частоте. В ответ на сигнал от управляющего процессора средства повторения 58а-58с генерируют требуемые количества повторяемых символов, чтобы обеспечить обозначенные скорости передачи символов. Следует отметить, что в предпочтительном воплощении количество повторений не ограничено целым числом, когда все символы повторяются одинаковое количество раз. Способ для обеспечения нецелочисленного количества повторений подробно описан в одновременно рассматриваемой заявке на патент США серийный номер 08/886.815, зарегистрированной 26 марта 1997 г., озаглавленной "Способ и устройство для передачи высокоскоростных данных в системе связи с передачей информации в широком спектре", которая передана правопреемнику настоящего изобретения и включена сюда в виде ссылки.

Символы от генераторов повторения 58а-58с подаются к соответствующим перемежителям 60а-60с, которые изменяют порядок следования повторяемых символов в соответствии с предопределенным форматом перемежения. Управляющий процессор 50 подает сигнал формата перемежения, который указывает один из предопределенных наборов форматов перемежения, к каждому из перемежителей 60а-60с. В иллюстрируемом воплощении формат перемежения выбран из предопределенного набора форматов реверсивного перемежения бит.

Символы с измененным порядком следования от перемежителей 60а-60с подаются на скремблеры данных 62а-62с. Каждый из скремблеров данных 62а-62с изменяет знак данных в соответствии с псевдошумовой (ПШ, PN) последовательностью. Каждая ПШ последовательность получается путем пропускания длинного ПШ кода, генерируемого генератором длинного кода или ПШ 82, со скоростью передачи элементарных посылок, через дециматоры (устройства прореживания) 84а-84с, которые избирательно подают некоторые из расширяющих символов, чтобы обеспечить ПШ последовательность со скоростью передачи не выше той, которая обеспечена ПШ генератором 82. Поскольку скорость передачи символов на каждой несущей частоте может отличаться одна от другой, степень децимации дециматоров 84а - 84с может быть различной. Дециматоры 84а-84с являются схемами выборки и блокировки, которые выбирают ПШ последовательность из ПШ генератора 82 и продолжают вывод этой величины в течение предопределенного периода. Исполнение ПШ генератора 82 и дециматоров 84а-84с хорошо известны в технике и подробно описаны в вышеупомянутом патенте США номер 5.103.459. Скремблеры данных 62а-62с выполняют операцию "исключающее ИЛИ" над двоичными символами от перемежителей 60а-60с и децимированными псевдошумовыми двоичными последовательностями от дециматоров 84а-84с.

Двоичные скремблированные последовательности символов подаются к преобразователям последовательного кода в параллельный (из двоичной системы в четверичную) 64а-64с. Два двоичных символа, подаваемых к преобразователям 64а-64с, преобразуются в четверичную группу с значениями (±1, ±1). Значения групп обеспечиваются на двух выходах от преобразователей 62а-62с. Потоки символов от преобразователей 64а-64с отдельно подаются к расширителям Уолша 66а-66с.

Имеется много способов обеспечения высокой скорости передачи данных в системе связи многостанционного доступа с кодовым разделением каналов. В предпочтительном воплощении длина последовательности Уолша изменяется в соответствии со скоростью передачи данных, которые должны быть модулированы. Более короткие последовательности Уолша используются для модуляции данных с более высокой скоростью, а более длинные последовательности Уолша используются для модуляции данных с меньшей скоростью передачи. Например, 64-битовая последовательность Уолша может быть использована для передачи данных на 19,2 кбит/с. Однако 32-битовая последовательность Уолша может быть использована для передачи данных на 19,2 кбит/с. Однако 32-битовая последовательность Уолша может быть использована для модуляции данных на 38,4 кбит/с.

Система, описывающая модуляцию последовательностью Уолша переменной длины, подробно описана в одновременно рассматриваемой заявке на патент США серийный номер 08/724.281, озаглавленной "Дополнительный канал с высокой скоростью передачи данных для системы связи CDMA", зарегистрированной 15 января 1997 г. и включенной сюда в виде ссылки. Длина последовательностей Уолша, используемых для модуляции данных, зависит от скорости передачи данных, которые должны быть переданы. Фиг.4 иллюстрирует функции Уолша в обычной системе CDMA IS-95.

В предпочтительном воплощении этого изобретения количество каналов Уолша, распределенных для высокоскоростных данных, может быть любой величиной 2^N, где N={2, 3, 4, 5, 6}. Коды Уолша, используемые шифраторами Уолша 66а-66с, имеют длину 64/2 символов, а не 64 символа, используемые с кодами Уолша IS-95. Для того чтобы высокоскоростной канал был ортогонален другим кодовым каналам с 64-символьными кодами Уолша, 2^N из возможных 64 квадратурно-фазных каналов с 64-символьными последовательностями Уолша исключаются из использования. Таблица 2 (см. в конце описания) дает список возможных кодов Уолша для каждого значения N и соответствующих наборов распределенных 64-символьных кодов Уолша.

Символы + и - показывают положительную и отрицательную целую величину, где предпочтительная целая величина равна 1. Как должно быть ясно, количество символов Уолша в каждом коде Уолша изменяется с изменением N и во всех случаях оно меньше, чем количество символов в канальных кодах Уолша IS-95. Независимо от длины кода Уолша в описанном воплощении этого изобретения символы подаются на скорости 1,2288 Мегачипов (миллионов элементарных посылок) в секунду (Мчп/с). Таким образом, более короткие коды Уолша повторяются более часто. Управляющий процессор 50 подает сигнал к элементам кодирования Уолша 66а-66с, который указывает последовательность Уолша, которая должна быть использована для расширения данных.

Альтернативные способы для передачи высокоскоростных данных в системе связи CDMA также включает способы, в общем называемые техникой объединения каналов. Настоящее изобретение одинаково применимо к способам объединения каналов для обеспечения высокоскоростных данных в системе связи CDMA. Один способ подачи данных соединенных каналов состоит в предоставлении множества каналов Уолша для использования пользователем сигнала. Этот способ подробно описан в вышеупомянутой заявке на патент США серийный номер 08/739.482. Альтернативная техника объединения каналов состоит в обеспечении пользователю возможности использования одного канала кода Уолша, но с разделением сигналов друг от друга посредством различных сигналов шифрации, как подробно описано в одновременно рассматриваемой заявке на патент США серийный номер 08/838.240.

Расширенные кодом Уолша данные подаются к ПШ расширителям 68а-68с, которые применяют к выходным сигналам расширение короткой ПШ последовательностью. В иллюстрируемом воплощении ПШ расширение выполняется посредством умножения в комплексном виде, как подробно описано в вышеупомянутой одновременно рассматриваемой заявке на патент США серийный номер 08/784.281. Каналы данных D_i и D_Q умножаются в комплексном виде, как первые действительный и мнимый члены, соответственно, на коды расширения PN₁ и PN_q, как вторые действительный и мнимый члены, соответственно, давая синфазный (или действительный) член X₁ и квадратурно-фазовый (или мнимый) член X_Q. Коды расширения PN₁ и PN_Q генерируются генераторами кодов расширения 67 и 69. Коды расширения PN₁ и PN_Q применяются на 1,2288 Мчп/с. Уравнение (1) иллюстрирует выполненное умножение в комплексном виде.

(X₁+JX_Q)=(D₁+JD_Q) (PN₁+JPN_Q) (1)
Синфазный член X₁ затем пропускается через фильтр нижних частот к полосе частот 1,2288 МГц (не показано) и преобразуется с повышением частоты путем умножения на синфазную несущую частоту COS(ω_ct). Подобным образом, квадратурно-фазовый член X_Q пропускается через фильтр нижних частот к полосе частот 1/2288 МГц (не показано) и преобразуется с повышением частоты путем умножения на квадратурно-фазовую несущую частоту SIN(ω_ct). Преобразованные с повышением частоты члены X₁ и X_Q суммируются, давая сигнал прямого канала s(t). Умножение в комплексном виде позволяет набору квадратурно-фазовых каналов оставаться ортогональными к набору синфазных каналов и поэтому передаваться без добавления дополнительных помех к другим каналам, передаваемым на том же тракте, с совершенным восстановлением фазы приемника.

Расширенные ПШ данные затем подаются к фильтрам 70а-70с, которые спектрально формируют сигналы для передачи. Отфильтрованные сигналы подаются к усиливающим умножителям 72а - 72с, которые усиливают сигнал для каждой несущей частоты. Коэффициент усиления подается к элементам усиления 72а-72с управляющим процессором 50. В иллюстрируемом воплощении управляющий процессор 50 выбирает коэффициенты усиления для каждой несущей частоты в соответствии с условием канала и скоростью передачи данных информации, которые должны быть переданы на этой несущей частоте. Как известно опытному специалисту, данные, которые передаются с повторением, могут быть переданы с меньшей энергией символа, чем данные без повторения.

Усиленные сигналы подаются к необязательному переключателю 74. Переключатель 74 обеспечивает дополнительную гибкость пересылки каналом сигналов данных на разные несущие частоты. Обычно переключатель 74 используется только тогда, когда количество действительно используемых несущих частот для передачи сигналов меньше, чем общее количество возможных несущих частот (в настоящем примере).

Данные пропускаются переключателем 74 к модуляторам несущих частот 76а-76с. Каждый из модуляторов несущих частот 76а-76с преобразует с повышением частоты данные в различные предопределенные частоты. Преобразованные с повышением частоты сигналы подаются к передатчику 78, где они объединяются с другими обработанными подобным образом сигналами, отфильтрованными и усиленными для передачи через антенну 80. В иллюстрируемом воплощении усиленная частота, на которой передается каждый из сигналов, изменяется по времени. Это обеспечивает дополнительное разнесение по частоте для передаваемых сигналов. Например, сигнал, который в настоящее время передается через модулятор несущей частоты 76а, будет в предопределенный интервал времени переключен так, чтобы быть переданным на другой частоте через модуляторы несущих частот 76b или 76с. В соответствии с сигналом от управляющего процессора 50 переключатель 74 направляет усиленный входной сигнал от усиливающего умножителя 72а-72с к соответствующему модулятору несущей частоты 76а-76с.

Обращаясь к фиг.3, на ней показана система приемника, воплощающая настоящее изобретение. Сигнал, принятый в антенне 100, пропускается к приемнику (RCVR) 102, который усиливает и отфильтровывает сигналы перед подачей их к переключателю 104. Данные подаются через переключатель 104 к соответствующему демодулятору несущих частот 106а-106с. Опытному специалисту будет понятно, что хотя структура приемника описана для приема сигнала, передаваемого на трех частотах, настоящее изобретение легко может быть распространено на произвольное количество частот, следующих одна за другой, или нет.

Когда несущие частоты, на которых передаются данные, циклически сдвигаются или перестраиваются скачкообразно, чтобы обеспечить дополнительное разнесение по частоте, переключатель 104 подает принятый сигнал к выбранному демодулятору несущей частоты 106а-106с в ответ на управляющий сигнал от управляющего процессора 125. Когда несущие частоты не перестраиваются скачкообразно и не сдвигаются циклически, тогда переключатель 104 не нужен. Каждый из демодуляторов несущей частоты 106а-106с демодулирует с помощью квадратично-фазовой манипуляции (QPSK) принятый сигнал в модулирующий сигнал, используя разное преобразование с понижением частоты, чтобы обеспечить отдельные I и Q модулирующие сигналы.

Преобразованные с понижением частоты сигналы от каждого из демодуляторов несущей частоты 106а-106с подаются к соответствующим устройствам ПШ сжатия 108а-108с, которые удаляют расширение коротким кодом из преобразованных с понижением частоты данных. Сигналы I и Q сжимаются путем умножения в комплексном виде на пару коротких ПШ кодов. ПШ сжатые данные подаются к демодуляторам Уолша 110а-110с, которые восстанавливают данные в соответствии с назначенными последовательностями кодового канала. В иллюстрируемом воплощении функции Уолша используются при генерации и приеме сигналов CDMA, но другие формы генерации кода канала равно применимы. Управляющий процессор 125 подает сигнал к демодуляторам Уолша 110а-110с, указывая последовательности Уолша, которые должны быть использованы для восстановления данных.

Сжатые по Уолшу символы подаются к преобразователям параллельного кода в последовательный (4-ичный в двоичный) 112а-112с, которые преобразуют двухмерный сигнал в одномерный сигнал. Символы затем подаются к дескремблерам 114а-114с. Дескремблеры 114а-114с дескремблируют данные в соответствии с децимированной последовательностью длинного кода, генерированной, как описано в связи с децимированными последовательностями длинного кода, используемыми при скремблировании данных на фиг.2.

Дескремблированные данные подаются к устройствам обращенного перемежения (DE-INT) 116а-116с. Устройства обращенного перемежения 116а-116с изменяют порядок следования символов в соответствии с выбранными форматами обращенного перемежения, которые подаются управляющим процессором 125. В иллюстрируемом воплощении управляющий процессор 125 подает сигнал, указывающий размер устройства обращенного перемежения и схему обращенного перемежения к каждому из устройств обращенного перемежения 116а-116с. В иллюстрируемом воплощении схема обращенного перемежения выбирается из предопределенного набора схем обращенного перемежения с реверсивным расположением бит.

Символы, подвергнутые обращенному перемежению, затем подаются к устройствам объединения символов 118а-118с, которые последовательно объединяют те повторно переданные символы. Объединенные символы (мягкие выборки) затем подаются к мультиплексору 120 с переменным соотношением, который заново собирает поток данных и подает этот заново собранный поток данных к декодеру 122. В иллюстрируемом воплощении декодер 122 является декодером по максимальной вероятности, реализация которого хорошо известна в технике. В иллюстрируемом исполнении декодер 122 содержит буфер (не показан), который ожидает, пока полный кадр данных не будет подан к нему, до начала процесса декодирования. Декодированный кадр подается к средству проверки CRC 124, которое определяет, соответствуют ли биты CRC, и если это так, то подает их к пользователю, в противном случае объявляется сбой.

Имея, таким образом, описанное изобретение в виде ссылки к предпочтительному воплощению, должно быть хорошо понятно, что обсуждаемое воплощение является только иллюстративным, и опытными специалистами, обладающими соответствующими знаниями и опытом, могут быть сделаны модификации и изменения, без отклонения от сущности и рамок изобретения, как это изложено в прилагаемых пунктах формулы изобретения и их эквивалентах.

Изобретение относится к способу и аппаратуре для передачи данных в системе с множеством несущих частот. Технический результат заключается в максимилизации пропускной способности системы и увеличении разнесения сигнала путем динамического мультиплексирования сигналов на множество несущих частот в системе связи с передачей сигнала в широком спектре. Для этого осуществляют кодирование данных и разделение полученных кодированных символов для передачи на разных частотах. Передатчик содержит управляющий процессор для определения пропускной способности каждого из множества каналов и выбора скорости передачи данных для каждого канала в зависимости от определенной пропускной способности. Множество подсистем передачи управляются сигналами управляющего процессора. Каждая подсистема передачи связана с соответствующим каналом из множества каналов для шифрации кодированных данных кодами, уникальными для канала, для передачи в канале. Переменный демультиплексор под управлением управляющего процессора демультиплексирует кодированные данные во множество подсистем передачи на скорости демультиплексирования, полученной из скоростей передачи данных, выбранных для каналов контроллером. В одном воплощении подсистем передачи кодированные символы подаются к блоку повторения символов, который сохраняет фиксированной скорость передачи символов данных, которые должны быть переданы. В другом воплощении повторение символов не производится и используются последовательности Уолша разной длины для обработки изменений скорости передачи данных. 3 с. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Радиопередатчик, содержащий кодер для кодирования набора информационных битов для обеспечения набора символов кода со скоростью передачи данных; демультиплексор для подачи упомянутого набора символов кода в первом и втором поднаборах символов кода, имеющих различные скорости передачи символов кода, на первый и второй модуляторы, в котором упомянутая скорость передачи данных равна объединенным упомянутым различным скоростям передачи символов кода, причем упомянутые первый и второй модуляторы соответственно модулируют упомянутые первый и второй поднаборы символов кода в соответствии с первым и вторым форматами скорости передачи символов кода, соответственно, при этом упомянутые различные скорости передачи символов кода имеют соотношение, равное числу, отличное от единицы, для обеспечения модулированных первого поднабора символов кода и второго поднабора символов кода; подсистема передачи для упомянутых первого поднабора модулированных символов кода на первой несущей частоте и второго поднабора модулированных символов кода на второй несущей частоте. 2. Радиопередатчик по п. 1, отличающийся тем, что упомянутые первый и второй модуляторы повторяют символы кода в упомянутых первом и втором поднаборах символов кода соответственно в соответствии с упомянутой скоростью передачи символов кода. 3. Радиопередатчик по п. 2, отличающийся тем, что упомянутая подсистема передачи масштабирует соответствующую энергию упомянутых первого и второго поднаборов модулированных символов кода в соответствии с соответствующим количеством повторений символов кода. 4. Радиопередатчик по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый первый модулятор включает в себя первый перемежитель, имеющий первый формат перемежителя в зависимости от первой скорости передачи символов кода, а упомянутый второй модулятор включает в себя второй перемежитель, имеющий второй формат перемежителя в зависимости от второй скорости передачи символов кода. 5. Радиопередатчик по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый первый модулятор включает в себя первый псевдошумовой (ПШ) скремблер для скремблирования упомянутого первого поднабора символов кода в соответствии с первой скоростью передачи символов кода, а второй модулятор включает в себя второй ПШ скремблер для скремблирования упомянутого второго поднабора символов кода в соответствии со второй скоростью передачи символов кода. 6. Радиопередатчик по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая подсистема передачи включает в себя переключатель для селективной коммутации упомянутых первого и второго поднаборов модулированных символов кода, соответственно, на третью несущую частоту. 7. Схема для модуляции информационного сигнала, содержащая управляющий процессор; кодер для кодирования с исправлением ошибок упомянутого информационного сигнала в соответствии с форматом, определенным упомянутым управляющим процессором, для получения кодированных символов со скоростью передачи данных; демультиплексор с переменным соотношением для подачи упомянутых кодированных символов на множество модуляторов с различными скоростями передачи данных, причем упомянутая скорость передачи данных равна объединенной скорости передачи упомянутых различных скоростей передачи данных, и при этом соотношение упомянутых различных скоростей передачи равно числу, отличному от единицы, а упомянутое соотношение выбирается в ответ на управляющий сигнал от упомянутого управляющего процессора. 8. Схема по п. 7, отличающаяся тем, что по меньшей мере два из упомянутого множества модуляторов модулируют упомянутые кодированные символы в соответствии с различным форматом модуляции, определенным упомянутым управляющим процессором в ответ на скорость передачи символов упомянутых кодированных символов. 9. Схема по п. 8, отличающаяся тем, что каждый из упомянутых модуляторов дополнительно содержит повторитель символов для повторения упомянутых кодированных символов в соответствии с упомянутой скоростью передачи символов. 10. Схема по п. 9, отличающаяся тем, что каждый из упомянутых модуляторов дополнительно содержит перемежитель для перемежения упомянутых кодированных символов в соответствии с форматом перемежителя, определяемым упомянутым управляющим процессором. 11. Схема по п. 10, отличающаяся тем, что каждый из упомянутых модуляторов дополнительно содержит ПШ скремблер для изменения знака упомянутых кодированных символов в соответствии с ПШ последовательностью, определенной упомянутым управляющим процессором в ответ на упомянутую скорость передачи символов. 12. Способ модуляции информационного сигнала, содержащий: кодирование с исправлением ошибок упомянутого информационного сигнала для получения кодированных символов со скоростью передачи данных; подачи упомянутых кодированных символов на множество модуляторов с различными скоростями передачи данных, причем упомянутая скорость передачи данных равна объединенной скорости передачи упомянутых различных скоростей передачи данных, при этом соотношение упомянутых различных скоростей передачи данных равно числу, отличному от единицы; модуляция упомянутых кодированных символов в каждом из упомянутого множества модуляторов в соответствии с различным форматом модуляции в ответ на скорость передачи символов упомянутых кодированных символов. 13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что этап модуляции дополнительно содержит этап повторения упомянутых кодированных символов в соответствии с упомянутой скоростью передачи символов. 14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что этап модуляции дополнительно содержит этап перемежения упомянутых кодированных символов в соответствии с различным форматом перемежителя. 15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что этап модуляции дополнительно содержит этап изменения знака упомянутых кодированных символов в соответствии с ПШ последовательностью и в ответ на упомянутую скорость передачи символов.