Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системам и сетям с расширенным спектром и множественным доступом. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устранению (начальной) неопределенности синхронизации в передачах, принимаемых по каналам доступа в системе связи с расширенным спектром.
Уровень техники
Разработано множество различных систем и методов множественного доступа для передачи информации между большим количеством системных пользователей. Однако методы модуляции с расширенным спектром, к примеру, используемые в системах связи с множественным доступом и кодовым разделением каналов (МДКР), дают существенные преимущества по сравнению с другими системами модуляции, особенно при предоставлении услуг большому количеству пользователей системы связи. Такие методы раскрыты в патенте США №4901307, выданном 13 февраля 1990, "Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite or Terrestrial Repeaters" и патенте США №5691974, выданном 25 ноября 1997, "Method And Apparatus For Using Full Spectrum Transmitted Power In A Spread Spectrum Communication System For Tracking Individual Recipient Phase Time And Energy", права на которые принадлежат обладателю прав на настоящее изобретение.
В вышеупомянутых патентах раскрыты системы связи с множественным доступом, в которых каждый из большого числа обычно мобильных или удаленных системных пользователей использует по меньшей мере один приемопередатчик для связи с другими пользователями данной системы или пользователями других подсоединенных к ней систем, таких как телефонная коммутируемая сеть общего пользования. Приемопередатчики осуществляют связь через шлюзы и спутники или наземные базовые станции (которые иногда также называют сотовыми участками или сотами).
Базовые станции обеспечивают обслуживание в сотах, в то время как спутники обеспечивают обслуживание в зонах обслуживания или участках на поверхности земли. В любой системе повышение пропускной способности может быть достигнуто путем разбиения обслуживаемых географических регионов на секторы. Соты могут быть разделены на "секторы" путем использования направленных антенн на базовой станции. Подобным же образом зона спутника может быть географически разделена по "лучам" посредством применения системы антенн, формирующих такие лучи. Эти методы разделения региона обслуживания можно трактовать как создание обособленных зон путем использования взаимоувязанной направленности антенн или пространственного мультиплексирования. Кроме того, при наличии доступной полосы частот каждому из этих элементов разбиения, либо секторов, либо лучей, может быть присвоено множество каналов МДКР посредством использования частотного мультиплексирования (ЧМП). В спутниковых системах каждый канал МДКР определяется термином "сублуч", поскольку на один "луч" может приходиться несколько таких сублучей.
В системах связи, где используется МДКР, для передачи сигналов связи на шлюз или базовую станцию или от шлюза или базовой станции используются отдельные линии связи. Прямая линия связи относится к линии связи "базовая станция (шлюз) - терминал пользователя", при этом сигналы формируются в шлюзе или базовой станции и передаются системному пользователю или пользователям. Обратная линия связи относится к линии связи "терминал пользователя - базовая станция (шлюз)", причем сигналы формируются в терминале пользователя и передаются на шлюз или базовую станцию.
Обратная линия связи состоит, по меньшей мере, из двух отдельных каналов: канала доступа и обратного канала трафика. Канал доступа используется одним или несколькими терминалами пользователя с разделением времени для инициирования сообщения или ответа на сообщение от шлюза или базовой станции. Этот процесс обмена информацией определяется как передача доступа или "зонд доступа". Обратный канал трафика используется для передачи информации пользователя и сигналов от терминала пользователя на один или несколько шлюзов или базовых станций во время "вызова" или установки вызова. Структура или протокол для каналов доступа, сообщений и вызовов раскрыты в Стандарте IS-95 Ассоциации промышленности средств электросвязи (TIA) "Mobil Station - Base - Station Compatibility Standard For Dual - Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System".
В обычной системе связи с расширенным спектром для модуляции, или "расширения" информационных сигналов пользователя на заранее определенной спектральной полосе перед модуляцией несущей для передачи в виде сигналов связи используются одна или несколько предварительно выбранных псевдошумовых (ПШ) кодовых последовательностей. ПШ расширение является методом передачи с расширенным спектром, хорошо известным специалистам в данной области техники, при котором создается сигнал для передачи с шириной полосы частот, намного большей, чем у сигнала данных. В прямой линии связи для различения сигналов, передаваемых различными базовыми станциями, или передаваемых по различным лучам, а также многолучевых сигналов, используются ПШ расширяющие коды или двоичные последовательности. Эти коды обычно используются совместно всеми сигналами связи в данной соте, луче или сублуче.
В некоторых системах связи тот же набор ПШ расширяющих кодов прямой линии связи используется также и в обратной линии связи, как для канала трафика, так и для канала доступа обратной линии связи. В других предложенных системах связи для прямой линии связи и обратной линии связи используются разные наборы ПШ расширяющих кодов. В некоторых других системах связи предложено использовать разные наборы ШП расширяющих кодов в канале трафика и канале доступа обратной линии связи.
ПШ расширение выполняется с использованием пары псевдошумовых (ПШ) кодовых последовательностей, или ПШ кодовой пары, для модуляции или "расширения" информационных сигналов. Обычно одна ПШ кодовая последовательность используется для модуляции синфазного (I) канала, в то время как другая ПШ кодовая последовательность используется для модуляции квадратурного (Q) канала. Эта ПШ модуляция или кодирование выполняется перед модуляцией информационных сигналов сигналом несущей и передачей шлюзом или базовой станцией в виде сигналов связи по прямой линии связи. Иногда ПШ расширяющие коды называют также короткими ПШ кодами или последовательностями, поскольку они относительно "коротки" по сравнению с другими ПШ кодами или кодовыми последовательностями, используемыми системой связи.
В конкретной системе связи могут быть использованы короткие ПШ кодовые последовательности с разной длиной в зависимости от того, используются ли каналы прямой линии связи или обратной линии связи. Для прямой линии связи короткие ПШ последовательности обычно имеют длину от 210 до 215 кодовых элементов. Эти короткие ПШ коды используются для различения сигналов, передаваемых разными спутниками или шлюзами и базовыми станциями. Кроме того, для распознавания лучей конкретного спутника, или сот, используются сдвиги синхронизации данного короткого ПШ кода.
Для обратной линии связи в спутниковой системе короткие ПШ коды имеют длину последовательности порядка 28 кодовых элементов. Эти короткие ПШ последовательности используются для того, чтобы дать возможность приемнику шлюза быстро обнаружить терминалы пользователей, которые пытаются получить доступ в систему связи, обходя при этом сложности, связанные с использованием "более длинных" коротких ПШ кодов, применяемых в прямой линии связи. В данном контексте термин "короткие ПШ коды" относится к коротким ПШ кодовым последовательностям (28 кодовых элементов), используемым в обратной линии связи.
Еще одна ПШ кодовая последовательность, относящаяся к коду формирования каналов, используется для различения сигналов связи, передаваемых различными терминалами пользователей в соте или сублуче. ПШ коды формирования каналов также относят к длинным кодам, поскольку они относительно "длиннее", по сравнению с другими ПШ кодами, используемыми в системе связи. Длинный ПШ код, как правило, имеет длину порядка 245 кодовых элементов. Обычно сообщение доступа модулируется длинным ПШ кодом или конкретной "маскированной" версией такого кода до модуляции его коротким ШП кодом и последовательной передачи в виде зонда доступа на шлюз или базовую станцию. Однако короткий ПШ код и длинный ПШ код можно также объединить до модуляции сообщения доступа.
Когда приемник в шлюзе или базовой станции принимает зонд доступа, он должен свернуть этот зонд доступа, чтобы получить сообщение доступа. Это выполняется путем формирования гипотез, или предположений, относительно того, какими длинными ПШ кодами и какими короткими ПШ кодовыми парами модулировано принимаемое сообщение доступа. Для определения того, какая из гипотез является наилучшей оценкой для данного зонда доступа, вычисляется корреляция между данной гипотезой и зондом доступа. Выбирается та гипотеза, которая дает наибольшую корреляцию, обычно по отношению к заранее заданному пороговому значению. Как только подходящая гипотеза определена, зонд доступа свертывается с использованием выбранной гипотезы для получения сообщения доступа.
Неопределенность синхронизации представляет проблему для систем связи с расширенным спектром. Эта неопределенность синхронизации соответствует неопределенности начала ПШ кодовых последовательностей, то есть начальной точки или синхронизации кода. С возрастанием неопределенности синхронизации требуется формулирование большего числа гипотез для определения начала ПШ кодовых последовательностей. Правильная демодуляция сигналов в таких системах связи зависит от "знания" (наличия информации) того, где различные ПШ кодовые последовательности имеют свое начало в принимаемом сигнале. Сбой распознавания начала ПШ кодовых последовательностей, или правильной их синхронизации в соответствующие моменты времени, делает невозможной демодуляцию принимаемого сигнала.
Однако в системах спутниковой связи зонд доступа обнаружить особенно трудно из-за изменения расстояния между терминалом пользователя и ретранслятором спутника. Когда спутник вращается по орбите вокруг Земли, расстояние между терминалом пользователя и спутником значительно изменяется. Максимальное расстояние имеет место тогда, когда спутник расположен у линии горизонта по отношению к терминалу пользователя. Минимальное расстояние имеет место тогда, когда спутник расположен непосредственно "над головой" терминала пользователя. Эта разница в расстоянии создает неопределенность при "односторонней" (то есть, от терминала пользователя к шлюзу) синхронизации зонда доступа, оцениваемой величиной до 20 миллисекунд (мс). В зависимости от конкретной системы эта неопределенность может быть гораздо большей.
Для устранения неопределенности синхронизации приемнику шлюза возможно потребуется проанализировать десятки тысяч гипотез. Такой анализ может занять несколько секунд, в результате чего при установлении линии связи возникнет задержка, неприемлемая для пользователя. Кроме того, из-за ограниченного количества каналов в системе связи конкретный пользователь может фактически потерять возможность доступа в систему связи в течение нескольких минут, поскольку один или несколько пользователей могут установить связь, или вызов, до него.
Подобная ситуация возникает в системах связи, где используется протокол или методика сигнала доступа ALOHA с разделением на временные интервалы (слоты). Согласно этой методике канал доступа делится на ряд кадров фиксированной длины, или временных интервалов (слотов), используемых для приема сигналов. Сигналы доступа обычно имеют "пакетную" структуру, причем пакеты состоят из преамбулы и части для сообщения и должны поступать в начале обнаруженного временного интервала (слота). Отсутствие обнаружения зонда доступа в течение периода конкретного кадра приводит к тому, что передатчик, добивающийся доступа, должен будет вновь послать зонд доступа, чтобы дать возможность приемнику снова обнаружить этот зонд во время следующего кадра. Множество сигналов доступа, поступающих вместе, "вступают друг с другом в конфликт" и их обнаружения не происходит, что требует их повторной посылки. В любом случае синхронизация последовательных передач доступа при неудачном обнаружении с первой попытки основывается на временной задержке, равной случайному числу временных интервалов (слотов) или кадров. Величина задержки при обнаружении зонда возрастает на задержку, связанную с установкой схем обнаружения в приемнике в исходное состояние, для просмотра различных гипотез и задержку, связанную с другими зондами, обнаруженными первыми, как упоминалось выше. В конечном счете, если не устранить неопределенность синхронизации, зонд доступа может быть вообще никогда не обнаружен, по меньшей мере в течение практически допустимого времени.
Таким образом, при наличии предполагаемых неопределенностей синхронизации необходимо иметь систему и способ для быстрого обнаружения зонда доступа в системах связи с расширенным спектром.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение представляет собой новую и улучшенную систему и способ быстрого обнаружения и синхронизации зонда доступа от терминала пользователя, ведущего передачу в системе связи с расширенным спектром. Предпочтительно сначала не расширять зонд доступа короткой псевдошумовой (ПШ) кодовой парой и длинным ПШ кодом, а выполнить расширение зонда доступа ступенями. Во время первой ступени преамбула зонда доступа, содержащая пустые данные, сначала расширяется только короткой ШП кодовой парой. Во время второй ступени преамбула зонда доступа расширяется как короткой ПШ кодовой парой, так и длинным ПШ кодом.
Целью расширения зонда доступа по ступеням является уменьшение общего количества гипотез, которые потребуются приемнику для устранения неопределенности синхронизации в зонде доступа. Во время первой ступени зонда доступа в приемнике используется функция или операция грубого поиска для определения короткой ПШ кодовой пары, которой модулированы пустые данные преамбулы, что может быть обеспечено посредством блока грубого поиска. Определение короткой ПШ кодовой пары частично устраняет неопределенность синхронизации в функции длины короткой ПШ кодовой пары. Во время второй ступени зонда доступа после того, как приемник определил используемую короткую ПШ кодовую пару, в приемнике используется функция или операция точного поиска для определения длинного ПШ кода, которым модулированы пустые данные преамбулы, которые также расширяются как короткой ПШ кодовой парой, так и длинным ПШ кодом, что может быть обеспечено блоком точного поиска. Определение длинного ПШ кода окончательно устраняет неопределенность синхронизации зонда доступа.
Признаком настоящего изобретения является уменьшение общего числа гипотез, необходимых приемнику при обнаружении сигнала или зонда доступа. Уменьшение количества гипотез приводит к уменьшению интервала времени, необходимого для захвата зонда доступа. Таким образом, терминал пользователя испытывает значительно меньшую задержку при доступе в систему связи по сравнению с системами, где используются известные методы. Уменьшение количества гипотез увеличивает также вероятность установления соединения между терминалом пользователя и шлюзом.
Перечень фигур
Цели, признаки и преимущества настоящего изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, приводимого вместе с сопроводительными чертежами, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают на всех чертежах одинаковые элементы и на которых:
Фиг.1 - пример системы беспроводной связи, построенной и функционирующей согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 - пример реализации линий связи, используемых между шлюзом и терминалом пользователя в системе связи;
Фиг.3 - более подробное представление канала доступа;
Фиг.4 - известный протокол для передачи зонда доступа в обычной системе связи МДКР;
Фиг.5 - протокол для передачи зонда доступа согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.6 - структурная схема передатчика канала доступа согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.7 - структурная схема, более подробно иллюстрирующая переключатель ступеней преамбулы в передатчике канала доступа на фиг.6;
Фиг.8 - структурная схема, более подробно иллюстрирующая другой вариант переключателя ступеней преамбулы в передатчике канала доступа на фиг.6;
Фиг.9 - структурная схема приемника канала доступа согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения
и
Фиг.10 - диаграмма состояний, иллюстрирующая функционирование приемника канала доступа согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Настоящее изобретение направлено на создание системы и способа для быстрого обнаружения зонда доступа в системе связи с расширенным спектром. В одном варианте настоящего изобретения обнаруживаемый зонд доступа передается терминалом пользователя или мобильной станцией на шлюз или базовую станцию.
В обычной системе с МДКР базовая станция в заранее определенном географическом районе, или соте, использует несколько модемов с расширенным спектром или передающих или приемных модулей для обработки сигналов связи для системных пользователей в зоне обслуживания базовой станции. В каждом приемном модуле обычно используется цифровой приемник данных с расширенным спектром и по меньшей мере один поисковый приемник, а также соответствующие демодуляторы и т.п.
Во время обычных операций пользователю терминала для обеспечения передачи сигналов связи между базовой станцией и терминалом пользователя присваиваются конкретный передающий модуль и конкретный приемный модуль, или модем, на базовой станции. В некоторых случаях для обеспечения обработки сигналов с разнесением может быть использовано множество приемных модулей.
Для систем связи, где используются спутники, передающие и приемные модули обычно размещают на базовых станциях, называемых шлюзами или концентраторами, которые обеспечивают связь с системными пользователями путем передачи сигналов связи через спутники. Кроме того, могут быть предусмотрены и другие центры управления, которые осуществляют связь со спутниками или шлюзами для поддержания управления всем системным трафиком и синхронизации сигналов.
I. Общий обзор системы
На фиг.1 представлен пример беспроводной линии связи, построенной и функционирующей согласно настоящему изобретению. В системе 100 связи при связи с терминалами пользователей (показанными в виде терминалов 126 и 128), имеющими беспроводные терминалы данных и телефоны, используются методы модуляции с расширенным спектром. В наземных системах система 100 связи осуществляет связь с терминалами 126 и 128 пользователей через системные базовые станции (показанные в виде базовых станций 114 и 116). Системы типа сотовых телефонных систем в крупных столичных регионах могут иметь сотни базовых станций 114 и 116, которые обслуживают тысячи терминалов 126 и 128 пользователей, используя наземные ретрансляторы.
Мобильные станции, или терминалы пользователя, 126 и 128 имеют или содержат каждый блок беспроводной связи, такой как (но не обязательно именно это) сотовый телефон, приемопередатчик данных или блок пересылки данных (к примеру, компьютеры, персональные электронные помощники, факсимильные аппараты) или приемник для пейджинговой связи или определения местоположения. Обычно подобные блоки являются либо переносными, либо установленными на автомобиле, в зависимости от необходимости. Хотя здесь подразумевается, что указанные терминалы пользователей являются мобильными, очевидно, что концепция изобретения применима и к стационарным блокам либо другим типам терминалов, где требуется дистанционные беспроводные услуги связи. Последний тип услуг особенно подходит при использовании спутников для установления линий связи во многих удаленных регионах мира.
Примеры терминалов пользователей раскрыты в патенте США №5691974, на который делались ссылки выше, и в заявке №08/627830 на выдачу патента США на изобретение "Pilot Signal Strength Control For A Low Earth Orbiting Satellite Communication System", и в заявке №08/723725 на выдачу патента США на изобретение "Unambiguous Position Determination Using Two Low-Earth Orbit Satellite".
Если речь идет о спутниковых системах, то в системе 100 связи используются спутники (показанные в виде спутников 118 и 120) и системные шлюзы (показанные в виде шлюзов 122 и 124) для связи с терминалами 126 и 128 пользователей. Шлюзы 122 и 124 посылают сигналы связи на терминалы 126 и 128 пользователей через спутники 118 и 120. В спутниковых системах для обслуживания большего количества пользователей в более крупном географическом регионе обычно используется небольшое количество спутников.
В этом примере предполагается, что спутники обеспечивают множество лучей, направленных так, что они обычно охватывают не перекрывающиеся географические регионы. Множество лучей с различными частотами, которые также называют каналами МДКР, "сублучами" или сигналами ЧМП, частотными интервалами (слотами) или частотными каналами, могут быть направлены так, чтобы перекрывать один и тот же регион. Однако очевидно, что области покрытия или обслуживания луча для разных спутников, или диаграммы направленности антенн для наземных сотовых участков, могут полностью или частично перекрываться в данном регионе в зависимости от инженерных решений, заложенных в систему связи, и типа предоставляемых услуг. Между любыми из упомянутых регионов или блоков могут быть обеспечены разнесение и переключения каналов связи передачи обслуживания. Например, каждый блок может предоставлять услуги для различных наборов пользователей с различными особенностями на разных частотах, либо данный мобильный блок может использовать множество частот и/или множество поставщиков услуг, перекрывая при этом каждый географическую область обслуживания.
Как показано на фиг.1, в системе 100 связи используются системный контроллер и коммутатор 112, называемый также центром коммутации мобильной связи (ЦКМС) в наземных системах и (наземным) командным центром управления для спутниковых систем. Такие контроллеры обычно содержат схемы интерфейса и обработки для обеспечения общесистемного управления для базовых станций 114 и 116 или шлюзов 122 и 124. Контроллер 112 обычно имеет также центральный пульт управления для маршрутизации телефонных вызовов между коммутируемой телефонной сетью общего пользования (КТСОП), базовыми станциями 114 и 116 или шлюзами 122 и 124 и мобильными блоками 126 и 128. Однако для непосредственного подсоединения к указанным сетям или линиям связи интерфейс КТСОП является обычно составной частью каждого шлюза. Линия связи, которая связывает контроллер 112 с различными базовыми станциями 114 и 116 системы или шлюзами 122 и 124, может быть установлена с использованием известных методов, таких как (но не только) выделенных телефонных линий, оптоволоконных линий или микроволновых или выделенных спутниковых линий связи.
На фиг.1 в виде линий 130, 132, 134 и 136 показаны некоторые из возможных путей прохождения сигналов для линий связи между базовыми станциями 114 и 116 и терминалами 126 и 128 пользователей. Стрелки на этих линиях показывают примерные направления сигналов для линии связи, являющейся либо прямой, либо обратной линией связи, которые показаны здесь лишь для определенности и которые не следует рассматривать как ограничение на действительную диаграмму направленности сигнала.
Подобным же образом, в виде линий 146, 148, 150 и 152 для линий связи "шлюз-спутник" и в виде линий 140, 142 и 144 для линий связи "спутник-пользователь" показаны пути распространения сигналов для линий связи между шлюзами 122 и 124, спутниками 118 и 120 и терминалами 126 и 128 пользователей. В некоторых конфигурациях также возможно и желательно установление непосредственных линий связи "спутник-спутник", показанных в качестве примера линией 154.
Как очевидно специалистам в данной области техники, настоящее изобретение применимо для наземных систем или спутниковых систем. Таким образом, далее в описании шлюзы 122 и 124 и базовые станции 114 и 116 будут все вместе называться для определенности шлюзом 122. Аналогично, спутники 118 и 120 будут вместе называться спутником 118, а терминалы 126 и 128 пользователей будут вместе называться терминалом 126 пользователя. Кроме того, хотя здесь подразумевается, что терминал 126 пользователя является мобильным, очевидно, что изобретение применимо и к стационарным блокам, для которых требуются дистанционные беспроводные услуги связи. Хотя на фиг.1 показано только два спутника, в системе связи обычно используется множество спутников, вращающихся в различных орбитальных плоскостях. Предложено множество различных мультиспутниковых систем связи, например система, в которой используется порядка 48 или более спутников, движущихся в восьми различных орбитальных плоскостях на низкой околоземной орбите (НОО), обслуживания большого количества терминалов пользователей. Однако для специалистов в данной области техники очевидной является возможность применения настоящего изобретения к разнообразным конфигурациям спутниковых систем и шлюзов, включая другие орбитальные расстояния и наборы спутников.
Термины "базовая станция" и "шлюз" иногда используются как взаимозаменяемые, причем шлюзы рассматриваются как специализированные базовые станции, которые направляют сообщения через спутники и имеют дополнительные функции с соответствующим оборудованием для поддержания указанных линий связи через движущиеся ретрансляторы, в то время как в базовых станциях используются наземные антенны для направления сообщений в пределах окружающего географического региона. Центры управления также обычно выполняют дополнительные функции, реализуемые при взаимодействии со шлюзами и спутниками. В некоторых системах связи терминалы пользователей иногда также называют абонентскими блоками, мобильными блоками, мобильными станциями или просто "пользователями", "мобильными объектами" или "абонентами" в зависимости от предпочтения.
II. Линии связи
На фиг.2 представлен пример реализации линий связи, которые используются между шлюзом 122 и терминалом 126 пользователя в системе 100 связи. Для облегчения передачи сигналов связи между шлюзом 122 и терминалом 126 пользователя в системе 100 связи используются, по меньшей мере, и как правило, две линии связи. Эти линии связи называются прямой линией 210 связи и обратной линией 220 связи. Прямая линия 210 связи обрабатывает сигналы 215 передачи, которые поступают от шлюза 122 (или базовых станций) на терминал 126 пользователя. Обратная линия 220 связи обрабатывает сигналы 225 передачи, которые передаются от терминала 126 пользователя на шлюз 122 (или базовую станцию).
Прямая линия 210 связи включает в себя передатчик 212 прямой линии связи и приемник 218 прямой линии связи. В одном варианте осуществления изобретения передатчик 212 прямой линии связи реализован в шлюзе 122 (базовая станция) в соответствии с известными методами связи с МДКР, раскрытыми в патентах, на которые сделаны ссылки выше. В еще одном варианте осуществления изобретения приемник 218 прямой линии связи реализован в терминале 126 пользователя в соответствии с известными методами связи с МДКР, раскрытыми в патентах, на которые сделаны ссылки выше.
Обратная линия 220 связи включает в себя передатчик 222 обратной линии связи и приемник 228 обратной линии связи. В одном варианте осуществления изобретения передатчик 222 обратной линии связи реализован в терминале 126 пользователя. В еще одном варианте осуществления изобретения приемник 228 обратной линии связи реализован в шлюзе 122 (базовой станции).
Обратная линия 220 связи содержит, по меньшей мере, два канала: один или несколько каналов доступа и один или несколько обратных каналов трафика. Эти каналы могут быть реализованы с разными приемниками или с одним и тем же приемником, работающим в разных режимах. Как было раскрыто выше, канал доступа используется терминалами 126 пользователей инициирования сообщения или ответа на сообщения с помощью шлюза 122. В любой конкретный момент времени для каждого активного пользователя требуется отдельный канал доступа. В частности, каналы доступа совместно используются во времени несколькими терминалами 126 пользователей, причем передачи от каждого активного пользователя разделены во времени друг от друга. В системах может быть использован один или несколько каналов доступа в зависимости от таких известных факторов, как желаемый уровень сложности шлюза и синхронизация доступа. В предлагаемых вариантах используется от 1 до 8 каналов доступа на одну частоту. Далее канал доступа раскрыт более подробно.
III. Канал доступа
На фиг.3 канал 300 доступа представлен более подробно. Канал 300 доступа включает в себя передатчик 310 канала доступа, приемник 320 канала доступа и зонд 330 доступа. Передатчик 310 канала доступа входит в состав передатчика 222 обратной линии связи, раскрытого выше. Приемник 320 канала доступа входит в состав приемника 228 обратной линии связи, раскрытого выше.
Канал 300 доступа используется для обменов короткими сигнальными сообщениями, включая формирование вызова, ответы на вызовы пейджинговой (поисковой) связи и регистрации, исходящие от терминала 126 пользователя и предназначенные для шлюза 122. Для того чтобы терминал 126 пользователя инициировал сообщения или реагировал на сообщения с помощью шлюза 122 (или базовых станций), по каналу 300 доступа посылается сигнал, называемый сигналом доступа или зондом 330 доступа.
Обычно канал доступа ассоциирован с одним или несколькими специальными пейджинговыми каналами, используемыми в системе связи. Это позволяет более эффективно реагировать на пейджинговые сообщения (сообщения поискового вызова) с учетом того, что система имеет информацию о том, где искать передачи доступа терминала пользователя в ответ на пейджинговые сигналы (сигналы поискового вызова). Эта ассоциация или соответствие может быть известно исходя из инженерных решений, заложенных при проектировании системы, или может быть указана терминалам пользователей в структуре пейджинговых сообщений. Как известно, при использовании подхода, основанного на каналах доступа с временными интервалами (слотами), канал доступа делится на ряд кадров фиксированной длины, или временных интервалов (слотов), в течение которых от терминалов пользователей могут приниматься передачи или зонды доступа.
IV. Неопределенность синхронизации в зонде доступа
Неопределенность при синхронизации зонда 330 доступа возникает из-за изменения расстояния или длины пути распространения сигнала между терминалом 126 пользователя и ретранслятором спутника 118, как результат вращения спутника 118 вокруг Земли. Эта неопределенность синхронизации находится в границах, определяемых минимальной и максимальной задержками распространения сигнала. Минимальная задержка распространения Dmin представляет собой интервал времени прохождения сигнала от терминала 126 пользователя к спутнику 118, когда спутник 118 находится непосредственно над терминалом 126 пользователя. Максимальная задержка распространения Dmax представляет собой интервал времени прохождения сигнала от терминала 126 пользователя к спутнику 118, когда спутник 118 расположен у заранее определенной удобной линии горизонта терминала 126 пользователя. Подобным образом некоторая неопределенность синхронизации может возникнуть в связи с относительным перемещением терминала пользователя и базовой станции 114, хотя обычно эта дополнительная неопределенность имеет меньшую величину.
Устранение неопределенности синхронизации необходимо для того, чтобы правильно обнаружить зонд 330 доступа. В частности, для того, чтобы свернуть зонд 330 доступа или содержание его сообщения с использованием длинного и короткого ПШ кодов, должна быть определена синхронизация (то есть, момент начала ПШ кодов). Это достигается посредством корреляции сигнала доступа, образующего зонд 330 доступа, с различными гипотезами синхронизации для определения той гипотезы синхронизации, которая дает наилучшую оценку для принятия решения по зонду 330 доступа. Гипотезы синхронизации сдвинуты во времени друг относительно друга и представляют собой различные оценки синхронизации зонда 330 доступа или ПШ кодов, используемых для формирования зонда. Гипотеза, которая формирует максимальную корреляцию с зондом 330 доступа, обычно та, которая превышает заранее определенное пороговое значение и является гипотезой с наиболее вероятной оценкой (считающейся "правильной") синхронизации для данного конкретного зонда 330 доступа. Как только указанным способом устранена неопределенность синхронизации, зонд 330 доступа может быть свернут с использованием данной оценки синхронизации и длинного и короткого ПШ кода в соответствии с известными способами.
V. Известный протокол для передачи зонда доступа
На фиг.4 представлена известная структура или протокол 400 для передачи известного сигнала 410 доступа, называемого также зондом доступа, по каналу доступа, используемому в известной системе связи с МДКР. Когда терминал 126 пользователя желает получить доступ в систему 100 связи, то есть инициировать сообщения или ответить на сообщения, терминал 126 пользователя передает известный сигнал или зонд 410 доступа на шлюз 122 в соответствии с известным протоколом 400. Известный зонд 410 доступа включает в себя преамбулу 420 зонда доступа (преамбулу) и сообщение 430 зонда доступа (сообщение доступа). Известный зонд 410 доступа передается передатчиком 310 канала доступа, находящимся в терминале 126 пользователя, на приемник 320 канала доступа, находящийся в шлюзе 122.
В известной системе с расширенным спектром как преамбула 420, так и сообщение 430 доступа подвергают квадратурному расширению с помощью пары коротких псевдошумовых кодовых последовательностей (короткая ПШ кодовая пара) 440, и для них формируют канал с помощью длинной псевдошумовой кодовой последовательности (длинного ПШ кода). Сначала, для того чтобы дать возможность приемнику 320 канала доступа обнаружить зонд 410 доступа до того, как будет послано сообщение 430 доступа, передается преамбула 420, обычно содержащая пустые данные (то есть, все "1" или все "0", либо заранее выбранная комбинация из "1" и "0").
Короткая ПШ кодовая пара 440 используется для модуляции или "расширения" информационных сигналов. Псевдошумовая модуляция или кодирование выполняется до того, как информационные сигналы модулируются сигналом несущей и передаются на шлюз 122. Короткая ПШ кодовая пара 440 используется для различения сигналов связи, передаваемых по отдельным каналам МДКР. В одном варианте осуществления настоящего изобретения короткая ПШ кодовая пара 440 используется для различения сигналов канала доступа и других сигналов связи, используемых в обратной линии 220 связи. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения в каждом шлюзе 122 используется своя собственная короткая ПШ кодовая пара 440. В других вариантах осуществления настоящего изобретения для каждой частотной полосы в шлюзе 122 на основе обеспечиваемого объема трафика связи используется отличная от других короткая ПШ кодовая пара 440. В этих вариантах предполагается использование до восьми коротких ПШ кодовых пар 440 на шлюз. Однако для этой функции может быть использовано и другое количество ПШ кодовых пар, большее или меньшее.
Для различения сигналов связи, передаваемых разными терминалами 126 пользователя в пределах одной соты или луча, используется длинный ПШ код 450. Обычно в известных системах преамбула 420 и сообщение 430 доступа модулируют или кодируют длинным ПШ кодом 450 до их расширения короткой ПШ кодовой парой 440. Однако в других известных системах короткий ПШ код 440 и длинный ПШ код 450 могут быть объединены, а затем использованы для модуляции преамбулы 420 и сообщения 430 доступа.
Когда приемник 320 канала доступа принимает преамбулу 420, этот приемник 320 канала доступа должен свернуть преамбулу 420, используя короткую ПШ кодовую пару 440 и длинный ПШ код 450. Это выполняется путем формулирования гипотез, или предположений относительно того, какие длинные ПШ коды 450 и какая короткая ПШ кодовая пара 440 модулировали пустые данные, содержащиеся в преамбуле 420. Устанавливается корреляция данной гипотезы и преамбулы 420. Результаты коррелирования преамбулы 420 с каждой из гипотез сравнивают. Выбирают ту конкретную гипотезу, которая дает максимальную корреляцию с точки зрения уровня или энергии (сигнала). Конкретный длинный ПШ код 450 и конкретный короткий ПШ код 440, которые относятся к этой гипотезе, используют для демодуляции зонда 410 доступа. Возможно, что для обеспечения обнаружения зонда 410 доступа его передачу придется повторить.
Как только приемник 320 канала доступа определит короткую ПШ кодовую пару 440 и длинный ПШ код 450, известный зонд 410 доступа считается обнаруженным. После передачи в течение заранее определенного интервала времени преамбулы 420 передатчик 310 канала доступа передает сообщение 430 доступа. Как было раскрыто выше, сообщение 430 доступа расширяют с использованием той же короткой ПШ кодовой пары 440 и того же длинного ПШ кода 450, которые использовались для расширения преамбулы 420 в соответствии с известным протоколом или структурой 400 сигнала доступа.
Преамбула 420 должна быть достаточно длинной, с тем чтобы приемник 320 канала доступа имел время для обработки гипотез и обнаружения известного зонда 410 доступа до передачи сообщения 430 доступа. В противном случае приемник 320 канала доступа будет продолжать попытки обнаружить известный зонд 410 доступа в то время, когда будет передаваться сообщение 430 доступа. В этом случае сообщение 430 доступа будет принято неправильно. Время, необходимое для обнаружения зонда 410 доступа, называемое временем обнаружения, зависит от того, сколько приемников используется параллельно для обработки гипотез, какова длина различных кодовых последовательностей, каков диапазон неопределенности синхронизации при передачах сигналов и так далее. Каждый из этих факторов влияет на количество гипотез, которые должны быть сформированы, и на время, необходимое для обнаружения известного зонда 410 доступа. Дополнительно к факторам, влияющим на время обнаружения, для минимизации конфликтных ситуаций, возникающих между зондами 410 доступа, передаваемыми различными терминалами 126 пользователя, выбирают длину и частоту повторения преамбулы 420. Очевидно, что при определении длины преамбулы 420 каждый из этих факторов рассматривается с учетом соображений, положенных в основу инженерных решений, принятых при проектировании системы.
В настоящем изобретении используется структура или протокол сигнала доступа для передачи зонда доступа, требующий формирования гораздо меньшего количества гипотез, чем это требуется для известного зонда 410 доступа. Такой зонд доступа подробно раскрыт ниже.
VI. Протокол для передачи зонда доступа согласно настоящему изобретению
На фиг.5 представлена структура или протокол 500 сигнала для передачи зонда 510 доступа согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Зонд 510 доступа включает в себя преамбулу 520 зонда доступа (преамбулу) и сообщение 530 зонда доступа (сообщение доступа). Одно фундаментальное отличие протокола 500 от известного протокола 400 состоит в том, что преамбула 520 вначале расширяется, или модулируется, только короткой ШП кодовой парой 440, а затем модулируется как ПШ парой 440, так и длинным ПШ кодом 450. Это позволяет приемнику 320 канала доступа устранить неопределенность синхронизации путем использования только короткой ПШ кодовой пары 440. В отличие от этого, согласно известному протоколу 400 для устранения неопределенности синхронизации требуется использовать как короткую ПШ кодовую пару 440, так и длинный ПШ код 450.
Ступенчатая модуляция преамбулы 520, то есть сначала только с помощью короткой ПШ кодовой пары 440, а затем с помощью как короткой ПШ кодовой пары 440, так и длинного ПШ кода 450, существенно уменьшает количество гипотез, необходимых приемнику 320 канала доступа для обнаружения зонда 510 доступа. Благодаря уменьшению количества гипотез соответствующим образом уменьшается и время, необходимое приемнику 320 канала доступа для обнаружения зонда 510 доступа (то есть, время обнаружения).
Согласно настоящему изобретению преамбула 520 передается в две ступени: преамбула 560 первой ступени и преамбула 570 второй ступени. В преамбуле 560 первой ступени преамбула 520 модулируется короткой ШП кодовой парой 440 в течение временного интервала, достаточного по длине, чтобы приемник 320 канала доступа имел возможность определить синхронизацию короткой ПШ кодовой пары 440.
В преамбуле 570 второй ступени преамбула 520 модулируется как короткой ПШ кодовой парой 440, так и длинным ПШ кодом 450. Преамбула 570 второй ступени передается передатчиком 310 канала доступа в течение интервала времени, достаточного по длине, чтобы дать возможность приемнику 320 канала доступа определить синхронизацию длинного ПШ кода 450. К концу преамбулы 570 второй ступени приемник 320 канала доступа должен обнаружить зонд 510 доступа.
После преамбулы 570 второй ступени передатчиком 310 канала доступа передается ступень 580 сообщения. При передаче ступени 580 сообщения сообщение 530 модулируется как короткой ПШ кодовой парой 440, так и длинным ПШ кодом 450.
Благодаря передаче преамбулы 520 ступенями уменьшается количество гипотез, необходимых для устранения неопределенности синхронизации и обнаружения зонда 510 доступа. В системе, где используется известный протокол 400, требуемое количество гипотез определяется путем умножения неопределенности синхронизации на частоту кодовых элементов, поскольку для каждого потенциального момента начала кода (начало кадра) известного кода доступа на протяжении неопределенности синхронизации требуется одна гипотеза. Другими словами, на протяжении неопределенности должна быть оценена синхронизация каждого потенциального ПШ кода (то есть, момент начала зонда доступа).
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения приемник 320 канала доступа частично устраняет неопределенность синхронизации посредством первого свертывания преамбулы 560 первой ступени, используя заранее известную короткую ПШ кодовую пару 440. Поскольку ожидается, что короткая ПШ кодовая пара 440 гораздо короче, чем неопределенность синхронизации, количество гипотез, необходимых для обнаружения короткой ПШ кодовой пары 440, равно количеству точек начала кодов, или моментов времени, возможных для короткой ПШ кодовой пары 440. Таким образом, для короткой ПШ кодовой пары 440 длиной 256 количество гипотез, необходимых для обнаружения короткой ПШ кодовой пары 440, составит 256.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения приемник 320 канала доступа полностью устраняет неопределенность синхронизации путем свертывания преамбулы 570 второй ступени, используя как заранее известную короткую ПШ кодовую пару 440, так и заранее известный длинный ПШ код 450. После обнаружения короткой ПШ кодовой пары 440 в синхронизации зонда 510 доступа остается неоднозначность, касающаяся того, сколько раз повторялась длина короткой ПШ кодовой пары 440. Другими словами, в течение интервала неопределенности синхронизации короткая ПШ кодовая пара 440 повторяется целое число раз. Количество повторений равно количеству гипотез, которые необходимо сформировать в течение передачи преамбулы 570 второй ступени. Это число определяется путем деления интервала неопределенности синхронизации на период короткой ПШ кодовой пары 440.
Общее количество гипотез, которое требуется в настоящем изобретении для устранения неопределенности синхронизации, определяется как сумма гипотез, необходимых для преамбулы 560 первой ступени и преамбулы 570 второй ступени. Сравнение количества гипотез, необходимых для устранения неопределенности синхронизации, показано в Таблице I. В Таблице I сравнивается количество гипотез, необходимых для системы, где используется известный зонд 410 доступа, с системой, где используется зонд 510 доступа с короткими ПШ кодами различной длины (L) согласно настоящему изобретению. Таблица I составлена в качестве примера для системы связи с МДКР с частотой кодовых элементов 1,2288 миллионов элементов в секунду и неопределенностью синхронизации, составляющей 10 миллисекунд. В приведенном примере сравнения гипотезы с половинными кодовыми элементами игнорируются.
Уменьшение количества гипотез будет более значительным, если учитывать неопределенность значения частоты. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения неопределенность значения частоты устраняется во время передачи преамбулы 560 первой ступени, в то время как неопределенность синхронизации полностью устраняется во время передачи преамбулы 570 второй ступени. В этом варианте количество гипотез, необходимое для преамбулы 560 первой ступени, возрастает на количество проверяемых гипотез для частоты (например, N), в то время как количество гипотез, необходимых для преамбулы 570 второй ступени, остается неизменным. Количество гипотез для частоты N зависит от факторов, хорошо известных специалистам в данной области техники, а именно: ожидаемого значения эффектов Доплера и других частотных сдвигов, а также размера и количества элементов дискретизации частоты, используемых для разделения общего исследуемого частотного пространства. Количество гипотез, необходимых для принятия решения как по синхронизации, так и по частоте для тех же систем, что указаны выше в Таблице I, сравниваются в Таблице II.
VII. Передатчик канала доступа
На фиг.6 представлена структурная схема передатчика 310 канала доступа согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Передатчик 310 канала доступа включает в себя препроцессор 610 данных передачи, генератор 635 длинных кодов, переключатель 640 ступеней преамбулы и постпроцессор 690 данных передачи.
Препроцессор 610 данных передачи выполняет предварительную обработку информации, передаваемой в соответствии с различными методами обработки сигналов, используемыми в системах связи с МДКР. В приведенном в качестве примера варианте осуществления настоящего изобретения процессор 610 данных передачи содержит кодер 615, повторитель 620 символов, перемежитель 625 и М-ичный ортогональный модулятор 630. Препроцессор 610 данных передачи может содержать эти элементы, а также другие элементы предварительной обработки при условии, если это не выходит за объем настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники знакомы различные виды обработки сигналов и соответствующие элементы, которые используются для подготовки информационных сигналов.
Далее раскрыт примерный вариант реализации препроцессора 610 данных передачи. В этом варианте кодер 615 представляет собой известный кодер, который кодирует данные, используя функции генератора, хорошо известные специалистам в данной области техники. Кодер 615 получает данные, поступающие на его вход, в виде бит и выдает данные в виде кодовых символов. Повторитель 620 символов повторяет кодовые символы, получаемые от кодера 615, так чтобы поддерживать общее количество кодовых символов на кадр при различных скоростях передачи данных. Перемежитель 625, обычно представляющий собой блочный перемежитель, выполняет перемежение кодовых символов в соответствии с хорошо известными методами. М-ичный ортогональный модулятор 630 модулирует перемежающиеся кодовые символы, используя процесс модуляции М-ичного ортогонального кода. Эти М-ичные ортогональные коды могут представлять собой функции или коды Уолша, которые, как известно, обычно используются в системах связи с МДКР.
Каждая группа кодовых символов log2M отображается в один из М взаимоисключающих ортогональных символов модуляции, которые можно назвать символами Уолша, когда для ортогональных кодов используются коды Уолша. В данном варианте осуществления настоящего изобретения используется 64-ричный ортогональный модулятор. Таким образом, в этом варианте каждый символ Уолша состоит из 64 элементов Уолша, а 6 кодовых символов отображаются в один символ или ортогональную функцию Уолша. Как очевидно специалистам в данной области техники, можно использовать коды другой длины с другими наборами или количеством кодовых символов.
Переключатель 640 ступеней преамбулы получает данные от препроцессора 610 данных передачи, а длинный ПШ код 450 от генератора 635 длинных кодов. Переключатель 640 ступеней преамбулы выводит данные на постпроцессор 690 данных передачи. Переключатель 640 ступеней преамбулы более подробно раскрыт ниже.
Постпроцессор 690 данных передачи осуществляет постобработку информации из переключателя 640 ступеней преамбулы до ее передачи. В приведенном в качестве примера варианте осуществления изобретения постпроцессор 690 данных передачи содержит модулятор 645 I-канала, генератор 648 короткого кода I-канала, модулятор 650 Q-канала, генератор 649 короткого кода Q-канала, задержку или элемент 655 задержки, полосовой фильтр 660 модулирующих сигналов I-канала, полосовой фильтр 665 модулирующих сигналов Q-канала, модулятор 670 сигнала несущей I-канала, модулятор 675 сигнала несущей Q-канала и объединитель 680 сигналов. Постпроцессор 690 данных передачи может содержать эти элементы, а также другие элементы для постобработки при условии, если это не выходит за объем настоящего изобретения. Например, передаваемый сигнал может не содержать синфазную и квадратурную составляющие, как было раскрыто выше. Другими словами, в системе 100 связи может не использоваться фазовая манипуляция. В этом примере может быть использован только один путь прохождения сигналов в постпроцессоре 690 данных передачи. Таким образом, очевидно, что в этом примере используются только один из генераторов 648, 649 коротких кодов, один из полосовых фильтров 660, 665 модулирующих сигналов и один из модуляторов 670, 675 сигнала несущей. В любом случае постпроцессор 690 данных передачи выполняет различные операции фильтрации и модуляции в соответствии с методами, известными в системах связи с МДКР.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения выходной сигнал из переключателя 640 ступеней преамбулы подвергается квадратурному расширению с использованием короткой ПШ кодовой пары 440 от генераторов 648, 649 коротких кодов через модуляторы 645 и 650. Короткая ПШ кодовая пара 440 содержит последовательности, которые иногда называют ПШ последовательностью пилот-сигнала Q и ПШ последовательностью пилот-сигнала I. Такая терминология предпочтительна для вариантов, в которых короткая кодовая пара 440 выбирается для согласования с короткими ПШ кодами прямой линии связи как в наземных сотовых, так и в некоторых спутниковых системах связи. В иных случаях термин пилот-сигнал нет необходимости использовать для обозначения кодов, применяемых только для обратной линии связи, где пилот-сигнал не используется, или только для канала доступа. Генератор 648 короткого кода генерирует ПШ последовательность I (PNI). Генератор 649 короткого кода генерирует ПШ последовательность Q(PNQ). I и Q последовательности могут быть совершенно различными либо одинаковыми последовательностями, причем одна последовательность сдвинута относительно другой последовательности с некоторой задержкой.
В альтернативном варианте осуществления изобретения (не показан) генераторы 648, 649 коротких кодов заменяются одним генератором 648 короткого кода и задержкой. В этом альтернативном варианте выходной сигнал генератора короткого кода подается непосредственно на модулятор 645, а затем на модулятор 650 после задержки. Модуляторы 645, 650 могут быть реализованы с использованием объединителей, умножителей, сумматоров по модулю 2 либо другими очевидными методами.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения после модуляции с помощью генератора 649 короткого кода последовательность PNQ задерживается относительно последовательности PNI на половину временного интервала ПШ кодового элемента посредством задержки 655. В этом варианте осуществления настоящего изобретения задержка на половину кодового элемента обеспечивает сдвиг для фазовой манипуляции и улучшает огибающую мощности для последующей полосовой фильтрации модулирующих частот.
После операций расширения выходные сигналы подаются в фильтры 660, 665 модулирующих частот и модулируются сигналом несущей посредством модуляторов 670, 675 соответственно. Результирующие модулированные сигналы комбинируются с использованием объединителя 680 и передаются в соответствии с известными методами связи.
VIII. Переключатель ступеней преамбулы
На фиг.7 более подробно показан пример реализации переключателя 640 ступеней преамбулы. Переключатель 640 ступеней преамбулы содержит первый переключатель 710, второй переключатель 720, два генератора 730 пустых кодов и модулятор (или расширяющий элемент) 740. Первый переключатель 710 имеет два крайних положения, причем первое крайнее положение обозначено символами А, В, а второе крайнее положение обозначено символом С. Второй переключатель 720 имеет два крайних положения, причем первое крайнее положение обозначено символом А, а второе крайнее положение обозначено символами В, С. "А" идентифицирует крайнее положение первого переключателя 710 и второго переключателя 720 во время генерации или передачи преамбулы 560 первой ступени. "В" идентифицирует крайнее положение первого переключателя 710 и второго переключателя 720 во время генерации или передачи преамбулы 570 второй ступени. "С" идентифицирует крайнее положение первого переключателя 710 и второго переключателя 720 во время генерации ступени 580 сообщения. Далее со ссылками на фиг.5 и 7 раскрыта работа переключателя ступеней преамбулы. Во время преамбулы 560 первой ступени зонда 510 доступа как первый переключатель 710, так и второй переключатель 720 расположены в соответствующих крайних положениях, обозначенных символом А. В этом положении первый переключатель 710 пропускает пустые данные в модулятор 740, и в то же время второй переключатель 720 также пропускает пустые данные в модулятор 740. Во время преамбулы 560 первой ступени выходной сигнал 642 состоит из пустых данных. Эти пустые данные модулируются короткой ПШ кодовой парой 440, как было раскрыто выше. Таким образом, во время преамбулы 560 первой ступени пустые данные модулируются короткой ПШ кодовой парой 440, но не модулируются длинным ПШ кодом 450.
Пустые данные относятся к данным с постоянными или известными значениями, например либо все "0", либо все "1", либо их известная комбинация, например чередование "1" и "0" и т.п. Пустые данные представляют собой фиксированную комбинацию, которая известна приемнику и служит для обнаружения зонда 510 доступа. Пустые данные не содержат какое-либо сообщение. В данном варианте осуществления настоящего изобретения пустые данные представляют собой все "1".
После того, как приемник, к примеру приемник 320 канала доступа, получил достаточно времени для определения короткой ПШ кодовой пары 440 из преамбулы 560 первой ступени, передается преамбула 570 второй ступени. Во время генерации или передачи преамбулы 570 второй ступени первый переключатель 710 и второй переключатель 720 располагаются в соответствующих крайних положениях, обозначенных символом В. В этом положении первый переключатель 710 продолжает пропускать пустые данные в модулятор 740, в то время как второй переключатель 720 пропускает в модулятор 740 длинный ШП код 450. Во время генерации или передачи преамбулы 570 второй ступени выходной сигнал 642 состоит из пустых данных, модулируемых длинным ПШ кодом 450. Выходной сигнал 642 модулируется вслед за этим короткой ПШ кодовой парой 440, как было раскрыто выше. Таким образом, во время преамбулы 570 второй ступени пустые данные модулируются как длинным ПШ кодом 450, так и короткой ПШ кодовой парой 440.
После того как приемник (приемник 320 доступа) получил достаточно времени для определения длинного ПШ кода 450 из преамбулы 570 второй ступени, передается ступень 580 сообщения. Во время генерации или передачи ступени 580 сообщения первый переключатель 710 и второй переключатель 720 располагаются в соответствующих крайних положениях, обозначенных символом С. В этом положении первый переключатель 710 пропускает в модулятор 740 информацию 638 канала доступа, в то время как второй переключатель 720 продолжает пропускать в модулятор 740 длинный ПШ код 450. Во время ступени 580 сообщения выходной сигнал 642 содержит данные сообщения, модулированные длинным ПШ кодом 450. Вслед за этим выходной сигнал 642 модулируется короткой ПШ кодовой парой 440, как было раскрыто выше. Таким образом, во время ступени 580 сообщения данные сообщения модулируются как длинным ПШ кодом 450, так и короткой ПШ кодовой парой 440.
На фиг.8 более подробно представлен другой пример реализации переключателя ступеней преамбулы. В этом варианте переключатель 640 ступеней преамбулы содержит переключатель 810, генератор 820 пустого кода и модулятор (или расширяющий элемент) 830. Переключатель 810 имеет два крайних положения, где первое крайнее положение обозначено символом А, а второе крайнее положение - символами В, С. "А" идентифицирует крайнее положение переключателя 810 во время преамбулы 560 первой ступени. "В" идентифицирует крайнее положение переключателя 810 во время преамбулы 570 второй ступени. "С" идентифицирует крайнее положение переключателя 810 во время генерации или передачи ступени 580 сообщения.
Далее со ссылками на фиг.5 и 8 раскрыта работа переключателя 640 ступеней преамбулы в данном варианте осуществления изобретения. Во время преамбулы 560 первой ступени зонда 510 доступа переключатель 810 расположен в крайнем положении, обозначенном символом А. В этом положении переключатель 810 пропускает все "0" в модулятор 830 от генератора 820 пустых данных. В то же время информация канала доступа, подаваемая в передатчик 310 канала доступа, содержит пустые данные (например, либо "0", либо "1"). Эти данные формируются и подаются известными элементами передачи терминала пользователя с использованием методов, известных специалистам в данной области техники, под управлением контроллеров терминалов пользователя. Например, вводом данных в кодер 615 можно управлять таким образом, чтобы обеспечить конкретный требуемый выходной сигнал либо выходной сигнал модулятора 630, либо препроцессора 610 может быть подвергнут прерыванию, и входной сигнал для переключателя преамбулы 640 подсоединен к другому источнику, который генерирует пустые данные. Таким образом, информация 638 канала доступа содержит пустые данные, обработанные процессором 610 данных передачи. Информация 638 канала доступа подается непосредственно в модулятор 830.
Конкретное сочетание расширяющего элемента 830 и генератора 820 пустых данных, показанное на фиг.8, обеспечивает следующее: при модулировании выходным сигналом генератора 820 пустых данных информации 638 канала доступа результат будет идентичным информации 638 канала доступа, которая, как было раскрыто выше, состоит из пустых данных. Очевидно, что другие комбинации этих элементов подобным же образом обеспечивают наличие в выходном сигнале 642 информации 638 канала доступа. Затем выходной сигнал 642 модулируется короткой ПШ кодовой парой 440, как было раскрыто выше. Как и в ранее представленном варианте, во время преамбулы 560 первой ступени пустые данные выходного сигнала 642 модулируются короткой ПШ кодовой парой 440, но не модулируются длинным ПШ кодом 450.
После того, как приемник, к примеру приемник 320 канала доступа, получил достаточно времени для определения короткой ПШ кодовой пары 440 из преамбулы 560 первой ступени, передается преамбула 570 второй ступени. Во время передачи преамбулы 570 второй ступени переключатель 810 располагается в крайнем положении, обозначенном символом В. В этом положении переключатель 810 пропускает в модулятор 830 длинный ПШ код 450. В то же время информация канала доступа, подаваемая в передатчик канала доступа, продолжает содержать пустые данные. Во время преамбулы 570 второй ступени выходной сигнал 642 содержит пустые данные, модулированные длинным ПШ кодом 450. А затем выходной сигнал 642 модулируется короткой ПШ кодовой парой 440, как было раскрыто выше. Таким образом, во время преамбулы 570 второй ступени пустые данные модулируются как длинным ПШ кодом 450, так и короткой ПШ кодовой парой 440.
После того как приемник (приемник доступа 320) получил достаточно времени для определения длинного ПШ кода 450 из преамбулы 570 второй ступени, передается ступень 580 сообщения. Во время передачи ступени 580 сообщения переключатель 810 расположен в положении, обозначенном символом С. В этом положении переключатель 810 продолжает пропускать в модулятор 830 длинный ПШ код 450. В то же время информация канала доступа, подаваемая в передатчик канала доступа, становится данными сообщения, а не пустыми данными. Таким образом, информация 638 канала доступа представляет собой данные сообщения, обработанные препроцессором 610 данных передачи. Соответственно во время ступени 580 сообщения выходной сигнал 642 содержит данные сообщения, модулированные длинным ПШ кодом 450. Вслед за этим выходной сигнал 642 модулируется короткой ПШ кодовой парой 440, как было раскрыто выше. Таким образом, в течение ступени 580 сообщения данные сообщения модулируются как длинным ПШ кодом 450, так и короткой ПШ кодовой парой 440.
IХ. Приемник канала доступа
На фиг.9 представлена структурная схема приемника 320 канала доступа согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Приемник 320 канала доступа содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 910, вращатель 920, первую память 925, преобразователь 930 для быстрого преобразования Адамара (ПБПА), вторую память 935, задержку 940, сумматоры 945 и 950, когерентный накопитель 960, оператор 965 возведения в квадрат, сумматор 970 каналов и некогерентный накопитель 980.
АЦП 910 принимает сигналы I, Q каналов от антенны (не показана) и квантует принимаемые сигналы. Вращатель 920 подстраивает частоту принимаемых сигналов, для того чтобы устранить частотную неопределенность в принимаемых сигналах, являющуюся результатом воздействия эффекта Доплера и других известных эффектов.
Выходной сигнал вращателя 920 сохраняют в памяти 925. ПБПА 930 выполняет операцию быстрого преобразования Адамара (БПА) в соответствии с известными методами. Выходной сигнал из ПБПА 930 сохраняют в памяти 935. Память 925 и память 935 работают в соответствии с известным процессом, при котором данные переставляются до и после операции БПА. В ходе этого процесса быстро и эффективно определяется возможное количество сдвигов для короткой ПШ кодовой пары 440 с точки зрения возможной неопределенности синхронизации. Выходной сигнал памяти 925, ПБПА 930 и памяти 935 представляет собой периодическую автокорреляционную функцию короткой ПШ кодовой пары 440.
Остальные части приемника 320 канала доступа вычисляют энергию принятого сигнала в соответствии с хорошо известными методами связи. Задержка 940 и сумматоры 945 и 950 вычисляют оценки синфазной и квадратурной составляющей принятого сигнала. Когерентный накопитель 960 накапливает все синфазные и квадратурные составляющие в течение заранее выбранного периода. Обычно этот период соответствует периоду символа. Оператор 965 возведения в квадрат определяет модуль каждой из накопленных составляющих. Эти модули называют когерентными суммами. Сумматор 970 каналов объединяет две когерентные суммы из синфазного и квадратурного каналов. Некогерентный накопитель 980 накапливает объединенные когерентные суммы на интервале, начинающемся и заканчивающемся на границах кода Уолша, для получения некогерентной комбинации сумм 990. Некогерентная сумма 990 относится к полезной энергии сигнала связи, коррелированного или расширенного с помощью конкретного временного сдвига короткой ПШ кодовой пары 440. Некогерентная сумма 990 изменяет свое значение в зависимости от того, соответствует или нет сдвиг синхронизации короткой ПШ кодовой пары 440 синхронизации или сдвигу при синхронизации обнаруженного сигнала связи.
Некогерентная сумма 990 сравнивается с одним или несколькими пороговыми значениями (не показано) для установления минимального уровня энергии для определения правильной корреляции сигнала и, следовательно, выравнивания синхронизации. Если некогерентная сумма 990 превышает одно либо несколько пороговых значений, сдвиг синхронизации короткой ПШ кодовой пары 440 представляет собой выбранный сдвиг синхронизации, который последовательно используется для слежения и демодуляции сигнала связи. Если некогерентная сумма 990 не превышает пороговое значение, то проверяется новый сдвиг синхронизации (то есть, еще одна гипотеза), и повторяются вышеупомянутые операции накопления и сравнения с пороговым значением.
На фиг.10 представлена диаграмма состояний, иллюстрирующая работу одного варианта осуществления приемника 320 канала доступа. Диаграмма состояний представляет состояние 1010 грубого поиска, состояние 1020 точного поиска и состояние 1030 демодуляции сообщения.
Приемник 320 канала доступа начинает работать в состоянии 1010 грубого поиска, выполняя поиск зонда 510 доступа. В состоянии 1010 грубого поиска приемник 320 канала доступа выполняет грубый поиск. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения грубый поиск включает в себя поиск по времени и поиск по частоте. При поиске по времени делается попытка зафиксировать короткую ПШ кодовую пару 440, используемую в зонде 510 доступа. В частности, во время этого поиска предпринимаются попытки определить сдвиг синхронизации для короткой ПШ кодовой пары 440 или самой этой пары. Во время поиска по частоте предпринимаются попытки устранить частотную неопределенность в зонде 510 доступа.
Поиск по времени и по частоте может выполняться либо последовательно, либо параллельно. Поскольку ожидается, что неопределенность синхронизации больше, чем неопределенность частоты, в одном варианте осуществления настоящего изобретения выполняется параллельный поиск во времени и последовательный поиск по частоте. Такой вариант особенно предпочтителен, когда в приемнике 320 канала доступа имеется ПБПА 930. В этом варианте осуществления изобретения вращатель 920 повышает частоту на заранее определенную величину на основе ожидаемого диапазона неопределенности частоты. При каждом приращении частоты ПБПА 930 выполняет параллельный поиск синхронизации короткой ПШ кодовой пары 440. Определенное приращение частоты и определенная синхронизация короткой ПШ кодовой пары 440 максимизирует выходной сигнал 990 некогерентного накопителя 980. Если максимальный выходной сигнал превышает заранее определенный порог, значит, при грубом поиске зонд 510 доступа обнаружен. Когда это случается, определенное приращение частоты устраняет частотную неопределенность, а синхронизация короткой ПШ кодовой пары 440 частично устраняет неопределенность синхронизации.
Если максимальный выходной сигнал 990 не превышает заранее определенное пороговое значение, значит, при грубом поиске зонд 510 доступа не обнаружен. В этом случае приемник 320 канала доступа остается в состоянии 1010 грубого поиска.
Обнаружив зонд 510 доступа, приемник 320 канала доступа переходит из состояния 1010 грубого поиска в состояние 1020 точного поиска. Выполнив переход из состояния 1010 грубого поиска в состояние 1020 точного поиска, приемник 320 канала доступа изменяет характеристики, для того чтобы обнаружить длинный ПШ код 450. В частности, как известно, функционирование памяти 925, памяти 935 и ПБПА 930 для длинного ПШ кода 450 отличается от случая короткой ПШ кодовой пары 440. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения память 925, память 935 и ПБПА 930 подвергаются реконфигурации для поиска длинного ПШ кода 450. В другом варианте используются отдельные специализированные приемники 320 канала доступа. Приемник 320 канала доступа для короткого кода используется для обнаружения короткой ПШ кодовой пары 440, а приемник 320 канала доступа для длинного кода используется для обнаружения длинного ПШ кода 450. В этом варианте осуществления изобретения память 925, память 935 и ПБПА 930 разработаны для обнаружения либо короткой ПШ кодовой пары 440, либо длинного ПШ кода 450 соответственно. В этом варианте приемник 320 канала доступа для короткого кода во время перехода из состояния 1010 грубого поиска в состояние 1020 точного поиска переключает синхронизацию короткой ПШ кодовой пары 440 на приемник 320 канала доступа для длинного ПШ кода.
В состоянии 1020 точного поиска приемник 320 канала доступа выполняет точный поиск. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения точный поиск выполняется только по времени. При выполнении точного поиска предпринимаются попытки зафиксировать длинный ПШ код 450, используемый в зонде 510 доступа. Во время точного поиска для полного устранения временной неопределенности в зонде 510 доступа используются определенное приращение частоты и синхронизация короткой ПШ кодовой пары 440, полученная в состоянии 1010 грубого поиска.
Процесс, подобный вышеописанному для грубого поиска, используется для обнаружения, или фиксации длинного ПШ кода 450. Отдельная синхронизация длинного ПШ кода 450 максимизирует выходной сигнал 990 некогерентного накопителя 980. Если максимальный выходной сигнал 990 превышает заранее определенное пороговое значение, значит, при точном поиске зонд 510 доступа был обнаружен. Когда это случается, отдельная синхронизация длинного ПШ кода 450 полностью устраняет неопределенность синхронизации.
Если максимальный выходной сигнал 990 не превышает заранее определенное пороговое значение, значит, при точном поиске зонд доступа не обнаружен. В этом случае приемник 320 канала доступа переходит из состояния 1020 точного поиска в состояние 1010 грубого поиска, чтобы попытаться обнаружить зонд 510 доступа.
Обнаружив зонд 510 доступа, приемник 320 канала доступа переходит из состояния 1020 точного поиска в состояние 1030 демодуляции сообщения. Находясь в состоянии 1030 демодуляции сообщения, приемник 320 канала доступа демодулирует сообщение 530, содержащееся в зонде 510 доступа, используя определенное приращение частоты и синхронизацию, полученные при нахождении в состоянии 1020 точного поиска.
Если в состоянии 1030 демодуляции сообщения выходной сигнал 990 оказывается ниже заранее определенного порогового значения, значит, приемник 320 канала доступа потерял зонд 510 доступа. Это может случиться при самых разных обстоятельствах, включая завершение передачи зонда 510 доступа или из-за какого-либо отказа. Независимо от причины, приемник 320 канала доступа переходит из состояния 1030 демодуляции сообщения в состояние 1010 грубого поиска, чтобы попытаться обнаружить зонд 510 доступа.
X. Заключение
Хотя данное изобретение было подробно описано на примере конкретных вариантов его осуществления, очевидным является, что возможны его самые различные модификации, не выходящие за объем изобретения. Например, изобретение равным образом подходит и для передач, отличных от передач по каналу доступа, которые подвергаются расширению множеством кодовых последовательностей.
Приведенное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения предложено для того, чтобы дать возможность специалистам в данной области техники выполнить либо использовать настоящее изобретение. Хотя изобретение было детально раскрыто со ссылками на предпочтительные варианты его осуществления, специалистам в данной области техники очевидно, что могут быть внесены различные изменения по форме и в конкретных деталях, не изменяющие сущности и объема изобретения.
Изобретение относится к системам и сетям с расширенным спектром и множественным доступом, более конкретно к устранению (начальной) неопределенности синхронизации в передачах, принимаемых по каналам доступа в системе связи с расширенным спектром. Технический результат - устранение неопределенности синхронизации. Система и способ для быстрого обнаружения синхронизации передачи доступа используют зонд доступа, который передается ступенями. Первая ступень преамбулы зонда доступа расширена короткой псевдошумовой (ПШ) кодовой парой. Вторая ступень преамбулы зонда доступа расширена как короткой ПШ кодовой парой, так и длинным ПШ кодом. Передача зонда доступа ступенями уменьшает количество гипотез и, следовательно, время, необходимое приемнику, предпринимающему попытки обнаружить зонд доступа. 7 с. и 26 з.п.ф-лы, 2 табл., 10 ил.
| US 5103459 А, 07.04.1992 | |||
| НЕМИРОВСКИЙ А.С | |||
| и др | |||
| Система связи и радиорелейные линии | |||
| - М.: Радио и связь, 1980, с.80-82 | |||
| US 4901307 А, 13.02.1990 | |||
| US 5691974 А, 25.11.1997 | |||
| US 5577022 А, 19.11.1996. |
