РАДИОТЕЛЕФОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ГРУПП УДАЛЕННЫХ АБОНЕНТОВ Российский патент 2005 года по МПК H04Q7/20 H04B7/26 H04J3/06 

Область изобретения

Изобретение относится к радиотелефонным системам для обслуживания множества станций удаленных абонентов, более конкретно к радиотелефонным системам, в которых некоторые из этих абонентских станций расположены в непосредственной близости, т.е. группами.

Предшествующий уровень техники

Радиотелефонная система, содержащая базовую станцию для обслуживания удаленных абонентских станций, описана в патенте США №5119375. В этой системе каждая абонентская станция оборудована радиостанцией, которая получает от базовой станции команды для настройки на конкретный канал и использования конкретного временного интервала в течение продолжительности ведения разговора. Передача по радиоканалу с временным уплотнением использовалась для линий связи от базовой станции к абонентским станциям, а передача с многостанционным доступом с временным разделением (МДВР) каналов - для линий связи от индивидуальных абонентских станций к базовой станции. Временное разделение каждого радиоканала на временные интервалы и компрессия речевых сигналов позволяли каждому радиочастотному каналу поддерживать число речевых каналов равным числу временных интервалов. Аналоговые речевые сигналы, поступающие в коммутационную телефонную сеть общего пользования и от нее, сначала преобразовывались в компандированные по М-закону цифровые выборки импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) со скоростью передачи 64 кб/сек. Перед передачей по радиоканалу цифровые выборки подвергались речевой компрессии для уменьшения скорости и передачи речевой информации с 64 кб/сек до 14,6 кб/сек с использованием остаточно возбуждаемого кодирования с линейным предсказанием. Требовалось, чтобы речевой кодек и модем были специализированными для конкретной частоты и временного интервала во время длительности вызова.

В то время как вышеупомянутая система действовала достаточно удовлетворительно, позволяя осуществлять телефонное обслуживание, в частности, в областях, где нет проводных линий связи, непредвиденный рост такой телефонной службы привел к ситуациям, в которых абонентские станции оказываются в непосредственной близости друг от друга. Первоначальные усилия для снижения стоимости на одну линию при обслуживании группы таких близко расположенных абонентских станций были нацелены на объединение стоимостей установки и обслуживания индивидуальных абонентских станций за счет совместного использования общего оборудования, такого как корпус, источник питания, РЧ усилитель мощности и антенна. Таким образом, в группе близко расположенных абонентских станций, каждая из которых могла бы иметь доступ к РЧ каналу, единственный широкополосный РЧ усилитель мощности мог быть использован для обслуживания этой группы. Однако при этом все еще требовалось, чтобы каждая абонентская линия имела свой собственный модем и приемопередатчик радиосвязи. Выходные сигналы индивидуальных приемопередатчиков подавались на общий РЧ усилитель мощности, который должен был обеспечивать управление максимальной мощностью, равной сумме мощностей всех приемопередатчиков в группе смежных абонентских станций, которые могли быть одновременно активными на одном и том же интервале времени. Очевидно, что было бы желательно дальнейшее повышение эффективности по сравнению с результатом, обеспечиваемым патентом 5119375, уменьшение максимальной и средней требуемой мощности особенно в отдаленных областях, требующих обслуживания с использованием мощностей солнечных элементов.

Сущность изобретение

Согласно принципам изобретения затраты на линию связи уменьшают для физически компактной группы абонентских линий путем обеспечения для линий внутри такой группы не только общего источника энергии и РЧ усилителя мощности, но и общего модема, синхронизации, промежуточной частоты (ПЧ), функций преобразования с повышением и понижением частоты и контроллера, так что достигается значительная концентрация ресурсов. В такой системе предусмотрено небольшое число модемов для обслуживания многочисленных абонентов в физически близкой группе, называемой далее кластером или более конкретно модульным кластером. В иллюстративном варианте абонентские цепи и модемы представляют собой модульные печатные платы, которые вставляют в коммутационный щит, применяющий объединительную плату для распределения информации о временных характеристиках и данных среди блоков. Любой из модемов может быть занят для управления вызовами для нескольких абонентов на последовательных временных интервалах.

Особенностью изобретения является то, что выбор из общего пула модемов с быстрой перестройкой частоты модема для управления вызовом регулируется для экономии потребляемой мощности двумя способами. Во-первых, новый модем предпочтительно не занимается для использования в обработке вызова до тех пор, пока все временные интервалы на активных модемах не будут заняты вызовами, что позволяет всем еще не выбранным модемам оставаться в энергосберегающем "сниженном по мощности" состоянии.

Во-вторых, число вызовов, использующих один и тот же временной интервал (на разных частотах), регулируется для уменьшения максимальной потребляемой мощности на РЧ усилителе мощности.

Следующей особенностью изобретения является исключение задержки синхронизации при необходимости занятия находящегося в состоянии пониженной мощности модема для применения его на вызове. Как только синхронизация временного интервала с базовой станции устанавливается для первого модема этого пула при данном кластере (группе), информация о синхронизации становится доступной остальным модемам, преимущественно через объединительную плату, под контролем кластерного контроллера на основе микропроцессора. Поэтому все модемы с пониженной мощностью сразу же предоставляются в распоряжение без какой-либо задержки для получения синхронизации с циклом временного разделения базовой станции.

Следующей особенностью изобретения является классификация состояний синхронизации модемов в соответствии с несколькими параметрами классификации и получение доверительного уровня (доверительной вероятности) для каждого активного модема, отражающего надежность параметров синхронизации, и распределение информации о синхронизации из модема, имеющего наилучший доверительный уровень.

Краткое описание чертежей

Предшествующие и другие цели и особенности изобретения будут более очевидными из нижеследующего описания, иллюстрируемого чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 - блок-схема модульного кластера, имеющего общий пул модемов с быстрой перестройкой частоты для обработки группы абонентских пунктов;

фиг.2А - иллюстрация соединения абонентских линейных цепей и модемов в аппаратуре обмена временных интервалов;

фиг.2В - РЧ цикл многостанционного доступа с временным разделением (МДВР) каналов, выделенный для временных интервалов 16-позиционной фазовой манипуляции;

фиг.2C - РЧ цикл МДВР, выделенный для временных интервалов квадратурной фазовой манипуляции;

фиг.2D - распределение задач между временными интервалами МДВР и ИКМ буферами;

фиг.3 - элементы принципиальной схемы модуля модемов с быстрой перестройкой частоты;

фиг.4 - блок промежуточной частоты (ПЧ) модема с быстрой перестройкой частоты;

фиг.5 - блок-схема синтезатора блока преобразователя повышения/понижения частоты;

фиг.6 - синтезатор частот и формирователь шума для приемной части модема;

фиг.7 - схема синтеза частот, модуляции и формирователя шума на промежуточной частоте для передающей части модема;

фиг.8 - схема генерирования синхроимпульсов для модульного кластера.

Описание примеров осуществления изобретения

На фиг.1 представлена блок-схема модульного абонентского кластера, удаленного от базовой станции (не показана). Абонентский кластер назван "модульным", поскольку линейные цепи 100 и модемы 400 состоят из сменных блоков. Поэтому число сменных абонентских линейных цепей 100 будет зависеть от числа абонентов в данном районе, а число сменных модемов 400 может быть выбрано с учетом обеспечения обработки рабочей нагрузки, ожидаемой от этого числа линейных цепей 100. Линейные цепи 100 содержатся на счетверенных линейных модульных печатных платах 101-108, каждая из которых обслуживает четыре абонентские линии. Восемь таких счетверенных линейных модулей обеспечивают функции замкнутой системы автоматического управления группе из 32 абонентских линий, причем цепи 100 могут содержать множество линейных групп.

Каждая линейная цепь на каждом счетверенном линейном модуле 101-108 обуславливает появление специализированного временного интервала импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) в ИКМ тракте передачи речевого сигнала 200 и в тракте вызова (сигнализации) 201. Модули 101-108 включают в себя кодеки речевых сигналов (не показаны) для кодирования аналогового речевого сигнала абонентской цепи для передачи в тракте 200 ИКМ-данных. Информация сигнализации для абонентской цепи подается в тракт сигнализации 201 посредством схемы интерфейса абонентской линии. Может быть использовано кодирование по закону М-компандирования или по закону А-компандирования.

Соединение конкретного одного из модемов 400 для обработки вызова от одной конкретной цепи из линейных цепей или с одной конкретной цепью из линейных цепей с одним из счетверенных линейных модулей 101-108 производится через блоки обмена временных интервалов 310 и 320 по команде кластерного контроллера 300. Блок обмена 320 временных интервалов ИКМ данных передает речевые выборки между ИКМ трактом передачи речевого сигнала 200, обслуживающим линейные модули 101-108, и ИКМ трактом передачи речевого сигнала 220, обслуживающим пул модемов 400. Блок обмена 310 временных интервалов вызова передает информацию вызова между трактом вызова 201, обслуживающим модули 100, и трактом вызова 221, обслуживающим пул модемов 400.

Для телефонного разговора необходимы два РЧ канала, один для передачи от базовой станции к абоненту ("прямой" канал) и один от абонента к базовой станции ("обратный" канал). Частоты прямого и обратного каналов предоставляются ведомством телекоммуникаций и в типовом случае могут быть отделены одна от другой интервалом 5 МГц. Тракт распространения сигнала прямого канала, принимаемого в кластере от базовой станции, может быть прослежен от кластерной антенны 900 и антенного переключателя 800 до блока синтезатора и преобразователя повышения и понижения частоты 600. В блоке преобразователя 600 РЧ сигнал ограничивается, фильтруется в полосе частот, преобразуется с понижением частоты из полосы РЧ сигнала на частоте 450 МГц, 900 МГц или другой высокой или сверхвысокой частоты в сигнал промежуточной частоты (ПЧ) в диапазоне 26-28 МГц. Этот ПЧ сигнал подается к модемам 400, которые обрабатывают этот сигнал для подачи в абонентские линейные цепи через блоки обмена временных интервалов в кластерном контроллере 300.

Каждый из модемов включает в себя процессор цифрового сигнала полосы частот модулирующих сигналов (см.Фиг.3, DSР/ВВ) и процессор модема (см.Фиг.3, DSР/МDМ). В направлении передачи прямого канала процессор модема DSР/МDМ демодулирует ПЧ сигнал, полученный от блока преобразователя 600, и передает эти данные к процессору цифрового сигнала DSР/ВВ, который преобразует демодулированные данные в кодируемые по М-закону или А-закону компандирования сигналы для передачи через блок 320 обмена временных интервалов к линейным модулям. Процессор цифрового сигнала DSP/ВВ модема сопрягается с процессором модема DSP/МDМ через интерфейс прямого доступа к ЗУ (см.Фиг.3, DМА) и с трактами ИКМ через последовательный порт процессора. В направлении передачи в обратном канале процессор цифрового сигнала DSР/ВВ преобразует кодированную по М-закону или по А-закону компандирования ИКМ информацию, полученную из ИКМ тракта 500, в линейную форму, сжимает эти линейные данные при помощи остаточно возбуждаемого кодирования с линейным предсказанием (BELP) и передает при помощи DМА сжатые данные к процессору цифрового сигнала DSP/MDM, который модулирует этот сигнал для передачи во временном интервале радиоканала.

Как показано на Фиг.2А, каждый из модемов 400 и каждый из линейных модулей 100 имеет четыре специализированных вида временных интевалов в блоке обмена 320 временных интервалов ИКМ данных для неблокирующего доступа. Каждый модем предназначен для двух соседних ИКМ интервалов в ИКМ временных интервалах 0-15 и для двух соседних ИКМ временных интервалов в ИКМ временных интервалах 16-31. Например, для конкретного вызова обменник временных интервалов ТS1 320 соединяет линейную цепь 0 линейного модуля 101 с каналом 1 модема 1 и линейную цепь 1 линейного модуля 101 с каналом 0 модема 1 и т.д. Блоки обмена временных интервалов 310 и 320 обеспечивают повторяющийся период выборки длительностью 125 мкс, состоящий из 32 временных интервалов, при скорости передачи данных 2,048 Мб/сек. Во время каждого ИКМ интервала 125 мкс линейные модули могут послать 32 8-битовых байтов данных в блок обмена временных интервалов 320, и каждый модем может получить 4 8-битовых байта на его последовательном порте процессора группового сигнала, упакованные вместе в виде двух 16-битовых слоев. Каждое 16-битовое слово вызывает сигнал прерывания на последовательном порте процессора группового сигнала. При получении сигнала прерывания процессор группового сигнала определяет, соответствует ли пара ИКМ выборок, содержащихся в этом 16-битовом слове, интервалам 0 и 1 или интервалам 2 и 3. Подобным образом, во время каждого ИКМ интервала 125 мкс четыре речевых канала ИКМ данных, упакованные вместе в виде двух 16-битовых слов, могут быть посланы из последовательного порта каждого процессора группового сигнала к блоку обмена временных интервалов 320 для доставки к линейным модулям.

РЧ цикл временного уплотнения на базовой станции показан на Фиг.2В и 2С с продолжительностью 45 мс каждый. Цикл 16-позиционной ФМн Фиг.2В имеет четыре временных интервала, каждый продолжительностью τ, причем каждый временной интервал способен нести разные частоты, предоставляемые прямому и обратному каналам вызова. На Фиг.2С РЧ цикл такой же продолжительности обеспечивает реализацию прямого и обратного каналов двух вызовов, модулируемых посредством квадратурной ФМн. Ясно, что схема временного уплотнения может обеспечивать передачу четырех вызовов с 16-позиционной ФМн или двух вызовов с квадратурной ФМн.

Фиг.2D иллюстрирует синхронизацию задач, выполняемых в кластере при передаче информации между рассматриваемой схемой МДВР с использованием вызовов, модулированных квадратурной ФМн и ИКМ трактами. Строка (1) представляет буферы для приема двух модулированных квадратурной ФМн временных интервалов прямого канала, Rx1 и Rx2, цикла МДВР. Демодуляция начинается, как только буфер получает первую половину, Rx1a, временного интервала. Строка (2) представляет буферы, готовые к передаче в двух модулированных квадратурной ФМн временных интервалах обратного канала Тх1 и Тx2, цикла МДВР. Заметим, что в кластере временные интервалы обратного канала смещены относительно временных интервалов прямого канала, так что можно избежать затрат на антенный переключатель. Кроме того, обратный канал абонентского блока смещен таким образом, что он будет приниматься на базовой станции в подходящее время с учетом расстояния между абонентским пунктом и базовой станцией. Строки (3) и (4) на Фиг.2D обозначают буферы в статическом ЗУПВ (фиг.3) модема, которые хранят ИКМ слова при передаче к блоку обмена ТS1 320 речевых временных интервалов и от него (Фиг.1).

В нормальном речевом режиме процессор модема DSР/МДМ демодулирует полученные символы прямого канала, упаковывает их в буфер в статическом ЗУПВ модема SRАМ/МDМ (Фиг.3) и посылает содержимое этого буфера к процессору группового сигнала DSР/ВВ для RELP синтеза (расширения). Процессор группового сигнала кодирует расширенные данные согласно М-характеристике или А-характеристике и передает их в шину ИКМ данных для доставки к линейным модулям. Кодовые слова речевых сигналов передаются в каждом цикле во время активного речевого режима. Кодовое слово находится в начале пакета данных между заголовком и речевыми данными как в прямом, так и в обратном канале. Кодовые слова речевых сигналов прямого канала содержат информацию, которую можно использовать для корректировки мощности передачи и синхронизации. Информация локальной абонентской цепи (т.е. ответ абонента, отбой абонента, вызов, разъединение прямого канала) также может быть введена в эти кодовые слова. Кодовые слова обратного канала содержат информацию о локальной абонентской цепи и о качестве связи прямого канала.

Кодовое слово речевого сигнала прямого канала декодируется процессором модема (DSМ/МDМ). Это кодовое слово содержит информацию о регулировке передаваемой дробной синхронизации, регулировке передаваемого уровня мощности и регулировке локальной цепи. Информация о дробной синхронизации и регулировке уровня мощности усредняется в течение цикла, и усредненная регулировка выполняется в конце цикла. Информация управления локальной цепью хранится локально, и изменения в состоянии цепи детектируются и сообщаются в кластерный контроллер. Управление локальной цепью также заставляет модем передавать сигналы управления линейной цепи по шине сигнализации. Кодовое слово речевого сигнала обратного канала включает в себя статус локальной цепи, который используется кластерным контроллером и базовой станцией для контроля прохождения вызова.

Процессор модема SDР/MDM выполняет фильтрование с конечным импульсным откликом и автоматическую регулировку усиления полученных выборок в программе обслуживания с прерыванием принимаемых символов. Программа демодулятора в процессе модема вызывается при приеме в приемный буфер половины временного интервала информации группового спектра передаваемых сигналов. Демодулятор работает на половине интервала данных и передает упакованные выходные данные на процессор группового сигнала DSP/BB для RELP синтеза. Передача данных на процессор группового сигнала и от него регулируется таким образом, что вводные очереди RЕLР заполняются до того, как потребуются соответствующие данные синтеза, а выходные очереди RELP опустошаются до того, как поступят выходные данные нового анализа (сжатия). Во время демодуляции выполняются автоматическая регулировка частоты (АРЧ), автоматическая регулировка усиления (АРУ) и процессоры отслеживания битов для поддержания точной синхронизации с базовой станцией.

Ясно, что возможен смешанный режим работы, при котором некоторые временные интервалы могут использовать модуляцию 16-позиционной ФМн, тогда как остальные интервалы могут использовать модуляцию квадратурной ФМн.

Синхронизация с базовой станцией

Перед применением РЧ канала для связи между базовой станцией и кластером кластер должен быть синхронизирован с циклом временных интервалов РЧ, используемым базовой станцией (не показано). Согласно изобретению один или несколько модемов 400 получают команды от кластерного контроллера 300 о синхронизации с цикловой синхронизацией РЧ базовой станции путем поиска частоты канала, несущей радиоканал управления, используемый базовой станцией. Кластерный контроллер 300 включает в себя центральный микропроцессор управления 330, например процессор серии 68000 компании Motorola, который посылает информацию управления через шину СР (центрального процессора) к микропроцессорам в модемах 400. При подаче мощности кластерный контроллер 300 загружает данные подходящего программного обеспечения и исходные данные в модемы 400. После нахождения частоты канала модем должен синхронизироваться с временным интервалом базовой станции путем декодирования уникального слова (радиоканала управления RCC). Как описано в вышеупомянутом патенте 5119375, канал RCC отличается от других каналов тем, что он имеет расширенный защитный интервал в его временном интервале и включает в себя DВРS К модулированное уникальное слово из 8 битов. Для уменьшения возможности аннулирования вызова, если отсутствует модем с активным временным интервалом RCC и становится необходимым предоставить временной интервал RСС другому модему, то временные интервалы предоставляются внутри активного модема таким образом, что временной интервал синхронизации (RСС) (называемый Rx0, где четыре временных интервала представляют собой Rx0-Rx3, или Rx1, где четыре временных интервала представляют собой Rx1-Rx4) является последним, который должен быть заполнен.

При запуске предполагается, что все модемы 400 не синхронизированы с РЧ циклом 45 мс базовой станции. Во время временного интервала 0 этого РЧ цикла базовая станция передает сообщение RСС по некоторому РЧ каналу, который при приеме в модульном кластере будет декодироваться, синхронизируя кластер с РЧ циклом временных интервалов базовой станции для всех РЧ каналов. Пока не будет достигнута синхронизация с базовой станцией, каждый модем генерирует свою собственную локальную РЧ цикловую синхронизацию. Затем кластерный контроллер 300 дает команду одному или нескольким модемам производить поиск RCC, передаваемого базовой станцией, на различных РЧ каналах до тех пор, пока не будет найден RСС или пока все каналы не будут подвергнуты поиску. Если после поиска во всех каналах RСС не был найден, контроллер дает команду снова начать поиск. Когда один из модемов находит этот RСС (радиоканал управления), контроллер обозначает его как RСС модем и распределяет его информацию о синхронизации ко всем остальным модемам через сигнал цикловой синхронизации при помощи объединительной платы.

При поиске RСС интервала этот номер канала используется модемом для цифровой перестройки частоты гетеродина прямого цифрового синтеза частоты (DDFS), например, в диапазоне 2 МГц. Имеются две стадии для захвата модемом RСС канала: грубое обнаружение частоты канала связи и нахождение "AM дырки", части временного канала RСС, в которой количество символов, передаваемое базовой станцией, не заполняет весь временной интервал. Грубый захват частоты основан на проведении преобразования Гильберта спектра RСС канала, которое дает коррекцию частоты для гетеродина. Это продолжается до тех пор, пока энергия в верхней половине спектра не приблизится к энергии в нижней половине.

После грубого захвата частоты, например, с точностью до 300 Гц относительно частоты канала связи производится поиск AM дырки. Ряд нулевых сигналов передается перед данными RCC. AM дырка обнаруживается контролем амплитуды последовательно получаемых символов. При детектировании 12 последовательных нулевых символов модем выводится АМ-стробсигнал, указывающий начало RСС интервала и начало цикла МДВР. Это грубо синхронизирует временные характеристики модема полосы модулирующих частот с временными характеристиками базовой станции. Синхронизацию надо выполнять только один раз, так как радиоканал является общим для всех модемов полосы модулирующих сигналов в модульном кластере. Сигнал цикловой синхронизации передается одним модемом ко всем другим модемам в кластере посредством сигнала, передаваемого по проводникам на объединительной плате. При поиске RСС, если найдена AM дырка в пределах до 3-символьных периодов от начала циклового маркера, грубый захват является завершенным. Обнаружение уникального слова внутри этого цикла обеспечивает модем информацией о синхронизации, которая используется для синхронизации локального хронирования этого модема до точности в 1 символ с базовой станцией. Модем находится в состоянии синхронизации при приеме до тех пор, пока он продолжает принимать и декодировать правильно уникальное слово. Как только синхронизация достигнута, может применяться модуляция 16-позиционной ФМн, соответствующая 4 битам на символ, квадратурная модуляция, соответствующая 2 битам на символ, или их комбинации.

Хотя все модемы способны принимать радиосигнал управления (RСС) базовой станции и синхронизироваться с ним, только один модем должен делать это, так как модем, выбранный кластерным контроллером, может использовать синхронизацию совместно с другими модемами посредством сигнала цикловой синхронизации при помощи объединительной платы. Выбранный модем будет источником выходного сигнала цикловой синхронизации, а все другие модемы будут принимать этот сигнал как входной сигнал цикловой синхронизации.

При подключении модема к центральному процессору процессор модема DSР/МDМ передает команду на DDF 450 (Фиг.3) попытаться синхронизировать локальное цикловое хронирование с сигналом объединительной платы. Хронирование DDF 450 каждого модема в этот момент независимо от хронирования каждого другого модема. Сначала блок DDF 450 получает команду от своего процессора DSР/МDM для поиска сигнала объединительной платы для осуществления синхронизации. Если сигнал синхронизации объединительной платы присутствует, DDF будет синхронизировать свой сигнал цикловой синхронизации с сигналом объединительной платы, а затем отсоединится от сигнала объединительной платы. Таким образом, сигнал объединительной платы не подается непосредственно в схему хронирования модема, а лишь совмещает внутренний запуск модема с полученным сигналом цикла. Если сигнал синхронизации объединительной платы отсутствует, то предполагается, что этот модем первым активирован кластерным контроллером, и в этом случае кластерный контроллер 300 дает команду процессору модема DSР/МDМ для поиска RCC и передает сообщение о хронировании модема кластерному контроллеру.

Затем кластерный контроллер 300 дает команду процессору модема DSP/MDM демодулировать DВРS К сигнал в канале RСС. Канал демодуляции сигнала ПЧ, полученного от преобразователя 600, может проходить до модуля ПЧ модема, где он снова фильтруется полосовым фильтром и преобразуется с понижением частоты с формированием потока информации со скоростью 16 килосимволов в секунду. DВРSК модуляция, применяемая в канале RСС, представляет собой модуляцию вида один бит на символ. Сигналы RСС, принимаемые от базовой станции, должны быть демодулированы и декодированы перед их посылкой к кластерному контроллеру. Только сообщения (сигналы), которые адресованы кластерному контроллеру, имеют допустимый CRC (контроль циклическим избыточным кодом) и являются сигналами пакетного типа или сигналами подтверждения, направляются к контроллеру. Все другие сообщения отбрасываются. Сигнал подтверждения означает правильный прием предыдущего сигнала RСС. Сигнал адресуется кластерному контроллеру, если идентификационный номер абонента (SLD), содержащийся в этом сообщении, согласуется с SID этого кластера.

Согласно Фиг.3 сигнал ПЧ со скоростью 16 килосимволов в секунду из цепи ПЧ (Фиг.4) поступает в аналого-цифровой преобразователь 804, в котором производится дискретизация со скоростью 64 кГЦ при помощи синхросигнала, полученного от блока DDF 450. Аналого-цифровой преобразователь 804 производит квадратурную дискретизацию в полосе пропускания с частотой дискретизации 64 кГц. Квадратурная дискретизация в полосе пропускания описана, например, в патенте США №4764940. На выходе преобразователя 804 формируется последовательность комплексных сигналов, которая имеет некоторое временное искажение. Выходной сигнал преобразователя 804 (Фиг.8) поступает в стек принимаемых сигналов (RхFIF0) в блоке DDF 450. Процессор модема DSР/МDМ считывает содержание блока RхFIF0 и выполняет операцию комплексного фильтрования с конечным импульсным откликом, которая удаляет временное искажение, вводимое квадратурной дискретизацией в полосе пропускания. После удаления временного искажения сигналы демодулируются процессором DSP/MDM.

Во время демодуляции сигналов RСС процессором модема DSP/MDM выполняются автоподстройка частоты, автоматическая регулировка усиления и отслеживания битов для сохранения точной синхронизации кластера с базовой станцией. Регулировки времени передачи и уровня мощности выполняются в соответствии с информацией, содержащейся в принятом сигнале RСС. Процессор DSР/МDМ анализирует демодулированные данные и обнаруживает сигнал RСС, включающий в себя биты состояния канала связи, и данные из 96 битов, которые включают в себя идентификационный номер абонента (SID). Процессор модема DSР/MDM также распознает, относится ли этот SID к одной из абонентских линейных цепей в этом кластере.

Если полученное сообщение является сообщением для этого кластера, то оно передается к кластерному контроллеру 300, который интерпретирует команду RСС. Прямые сообщения RСС включают в себя сообщение поискового вызова, установление связи по вызову, указание свободной линии и самопроверку. Обратные сообщения RCC включают в себя прием вызова, запрос на свободную линию, результаты проверки и запрос на вызов. Если сообщение RСС является сообщением поискового вызова, то кластерный контроллер, для которого предназначено это сообщение, будет формировать сообщение о приеме вызова для передачи обратно к базовой станции. Из сообщения о приеме вызова базовая станция определяет смещение во времени между кластером и базовой станцией, после чего базовая станция посылает символьную информацию корректировки синхронизации к кластеру в следующем сообщении RCC, которое является сообщением об установлении связи по вызову.

Если сообщение RCC является сообщением об установлении связи по вызову, то содержащаяся в нем информация представляет собой команду для кластерного контроллера о том, какую корректировку осуществить в символьной синхронизации, нужно ли корректировать уровень мощности, дробное хронирование и какой канал использовать для остальной части вызова (номер канала, номер временного интервала временного уплотнения, будет ли применяться квадратурная ФМн или 16-позиционная ФМн модуляция и каким является тип абонентской линии).

Первый модем, обнаруживший RCC, обозначается как модем RCC, и его сдвиг частоты, регулировка усиления и информация о начале цикла считаются правильными и могут распространяться на другие модемы. Кластерный контроллер получает информацию о номере этого канала и решает, какой модем должен получить команду о настройке на этот канал для обработки остальной части вызова.

Конечной стадией в достижении общей синхронизации является успешная установка речевого канала. Когда устанавливается речевой канал, два последних параметра синхронизации становятся правильными: синхронизация передаваемых символов и дробная синхронизация передаваемых символов. В этот момент, при активации кластерным контроллером другого модема вся необходимая информация о синхронизации доступна для обеспечения ею этого модема, что облегчает и ускоряет установку речевого канала. Доверительный уровень (доверительная вероятность) рассчитывается для оценки информации о синхронизации каждого модема. Кластерный контроллер корректирует доверительный уровень для каждого модема, как только происходит изменение в состоянии синхронизации, качестве связи или АРУ при приеме. Кластерный контроллер находит модем с наивысшим доверительным уровнем и распространяет его параметры синхронизации на остальные модемы.

При получении модемом команды от кластерного контроллера о вхождении в речевой режим этот модем сначала пытается выполнить очистку. Очистка представляет собой процесс точной синхронизации хронирования передачи модема и уровня мощности с хронированием приема базовой станции. Процесс очистки регулируется базовой станцией. Базовая станция и модем обмениваются специальными пакетами очистки до тех пор, пока базовая станция не заканчивает процесс очистки при достижении заданной степени синхронизации. Затем этот модем переходит в обычный речевой режим. Если базовая станция прекращает процесс очистки, модем будет прекращать вызов, переходить в режим молчания и информировать кластерный контроллер. Пакеты очистки являются DВРSК пакетами, форматированными аналогично RСС пакетам. Пакеты очистки обнаруживаются по присутствию уникального слова очистки. Модем считается находящимся в речевой синхронизации, когда уникальное слово очистки обнаруживается с нулевым смещением. Кодовые слова речевых сигналов прямой и обратной связи имеют контрольный байт кодового слова речевых сигналов, присоединенный для обнаружения ошибок. Модем будет сообщать о потере синхронизации, если 9 последовательных циклов принимаются с ошибками речевого кодового слова. В этом случае кластерный контроллер входит в режим восстановления и находится в этом режиме до тех пор, пока не будет обнаружено хорошее кодовое слово или пока модем не получит команду выйти из этого режима и войти в режим молчания.

На основе состояния синхронизации кластерный контроллер 300 определяет правильность параметров синхронизации, обеспечиваемых этим модемом. Таблица ниже показывает, какие параметры являются правильными, на основе текущего состояния синхронизации модема. "X" в таблице указывает на то, что данный параметр является правильным.

 
Состояние синхрониз.Сдвиг частоты Время символ.Время дробн.TxPLC программир. логич. управление при передачеRxAGC АРУ при приемеSORFСинхр.      отсутствует      Синхр. приема      (RСС)Х   ХХСинхр. передачи (RCC)Х  ХХХРечев. синхр.ХХХХХХ

Слово доверительного уровня из 12 битов вычисляется модемом для отражения достоверности параметров синхронизации, установленных модемом. Слово доверительного уровня составляется конкатенацией битов, представляющих состояния синхронизации речи и приема модема, с битами, идентифицирующими параметры качества связи и полученной АРУ, как представлено в следующей таблице.

Распределение битов11109...87...0ОбластьРечев. синхр.Синхронизация при приеме (RCC)Качество связиАРУ при приеме

Одиночные биты 11 и 10 показывают соответственно, находится ли модем или не находится в синхронизации речи и приема. Два бита 9 и 8 идентифицируют 4 градации качества связи, тогда как 8 битов, предназначенных для получения уровня автоматической регулировки усиления, свидетельствуют о требуемом уровне усиления.

Модуль модема. Фиг.3

Основные компоненты модуля модема показаны на Фиг.3. Этот модуль может обслуживать до 4 одновременных дуплексных речевых каналов. Обработка для динамического манипулирования всеми функциями, требуемая активным каналом, разделена между процессором кластерного контроллера 320 (Фиг.1) и процессорами DSР/МDМ (процессором модема) и DSР/ВВ (процессором группового сигнала) в каждом модеме (Фиг.3). Процессор модема DSР/МDМ обслуживает фильтрование, демодуляцию и маршрутизацию входящих радиосигналов, форматирование данных перед передачей по радиоканалу и управление потоком данных между ним и групповым процессором DSP/ВВ. Процессор группового сигнала DSР/ВВ выполняет интенсивные вычислительные задачи сжатия и расширения речи и, кроме того, обслуживает ИКМ шину сопряжения. В обычном речевом режиме процессор модема DSР/МDМ демодулирует полученные символы, упаковывает их в принимающий буфер и посылает буфер с речевыми данными к групповому процессору DSР/ВВ для RELP синтеза и передачи к абонентской линейной цепи через ИКМ шину. Процессор модема DSP/MDM также принимает сжатую речь от процессора группового сигнала DSР/ВВ, форматирует ее в пакеты МДВР и посылает к фильтру формирования передаваемых импульсов, содержащемуся в DDF 450, для передачи по радиоканалу. Этот модем работает как с сигналами квадратурной ФМн модуляции, так и ФМн модуляции (и DВРSК во время очистки) под контролем кластерного контроллера.

Каждый из процессоров DSP/BB и DSР/МDМ имеют специализированное статическое ЗУПВ, SRAM/MDM и SRAМ/ВВ соответственно. Однако процессор модема DSP/MDM может запрашивать доступ к статическому ЗУПВ SRAM/BB путем активации его выхода занятия прямого доступа к ЗУ (DMA) и получает такой доступ при помощи шины данных и адресной шины при активации процессором группового сигнала DSР/ВВ его выходного сигнала символа подтверждения прямого доступа к ЗУ (DМААСК).

Распределение временных интервалов

Как описано в патенте 5119375, RPV в базовой станции хранит траекторию радиосигналов и временные интервалы, которые используются, и распределяет как частоту, так и временные интервалы для применения при каждом вызове. Выбирают интервал, который используется наименьшим числом вызовов таким образом, чтобы нагрузка вызова могла более равномерно распределяться по всем интервалам. Однако в соответствии с аспектом данного изобретения, касающимся уменьшения мощности, расходуемой в удаленном модульном кластере, вызовы предоставляются таким образом, чтобы а) уменьшить число активных модемов и б) регулировать число разговоров, использующих одновременно одни и те же временные интервалы. Далее, хотя желательно применять модуляцию с использованием 16-позиционной ФМн в каждом временном интервале МДВР цикла, так, чтобы можно было согласовать четыре полных вызова, важно также обеспечить установление вызовов с использованием квадратурной ФМн и сохранять чередующийся RСС интервал, пригодный для целей синхронизации. Поэтому кластер и базовая станция должны взаимодействовать при распределении временных интервалов для достижения этих целей. Кластер отслеживает доступные временные интервалы и тип модуляции, применяемой в каждом интервале. Затем кластер предписывает уровни приоритета для каждого доступного интервала и поддерживает матрицу величин приоритета, которая учитывает, что а) очередной временной интервал приема (как правило, первый временной интервал) на каком-то канале должен быть предназначен для RСС синхронизации, б) соседние временные интервалы должны оставаться доступными как можно дальше, чтобы при необходимости можно было распределять QPSK вызовы, и в) временные интервалы должны быть предоставлены для обработки вызовов, если это возможно, без активации модема с пониженной мощностью или без предоставления интервала, который уже используется большим числом других вызовов. Программа (в псевдокоде) достижения этих целей является следующей:

Программа определения приоритета временных интервалов

Список 1 = все свободные временные интервалы, доступные на активных модемах для 16РSК вызовов и QPSK вызовов;

Список 1А = все свободные модемы;

Список 2 = Список временных интервалов, использование которых не будет превышать порогового числа вызовов, использующих один и тот же временной интервал в этом кластере;

Список 2А = Список 1 минус Список 2;

Список 3 = Список 2 минус временные интервалы на модемах, имеющих соседние доступные (для вызовов QPSK) временные интервалы;

Список 3А = Список 2 минус временные интервалы на модемах, не имеющих соседних доступных (для QPSK вызовов) временных интервалов;

Список 4 = Список 3 минус временные интервалы на модемах, не имеющих доступного для синхронизации временного интервала (интервала 0 для RCC);

Список 4А = Список 4 минус временные интервалы на модемах, имеющих доступный временной интервал для синхронизации;

Отметить список 4 как первый выбор;

Отметить список 4А как второй выбор;

Отметить список 3 как третий выбор;

Отметить список 3А как четвертый выбор;

Отметить список 2 как пятый выбор;

Отметить список 2А как шестой выбор;

Отметить список 1 как седьмой выбор;

Отметить список 1А как восьмой выбор.

Описанная программа приоритизации интервала вызывается, как только кластер получает RСС сигнал поискового вызова из базовой станции, когда кластер собирается послать сигнал запроса вызова к базовой станции. Когда базовая станция отвечает сообщением о включении вызова, содержащим частоту, тип модуляции и временной интервал, которые должны использоваться, кластер еще раз выполняет программу определения приоритета, чтобы узнать, является ли выбранный RPV интервал все еще доступным. Если он все еще доступен, он предоставляется данному вызову. Однако, если тем временем распределения интервалов изменились, вызов может быть блокирован.

Пример того, как выполняется программа определения приоритета при легких и тяжелых условиях нагрузки, может быть полезным. Рассмотрим сначала следующую таблицу, которая иллюстрирует возможное состояние модемов и приписанных временных интервалов при легких условиях нагрузки, непосредственно перед тем, как один из абонентов, обслуживаемых данным модульным кластером, инициирует запрос на обслуживание:

МодемВременной интервал01230RСС16РSК  116РSК QPSKQRSK2свобод.свобод.свобод.свобод.3““““4““““5““““

Представленная выше таблица показывает, что модем 0 имеет доступные интервалы 2 и 3, модем 1 имеет доступный интервал 1 и модемы 2, 3, 4 и 5 имеют сниженную мощность, причем все их временные интервалы являются свободными. Кластер выполняет программу определения приоритета интервалов, которая определяет, что интервалы 1, 2 и 3 в этой последовательности являются предпочтительными интервалами для предоставления для обработки следующего 16РSК вызова и что для QPSК вызовов предпочтительными интервалами являются 2 и 0 в этой последовательности. Затем кластер посылает сигнал "запроса вызова" в базовую станцию при помощи RCC слова и информирует базовую станцию об этой предпочтительности. В таблице ниже представлена логическая основа для каждого из приоритетов:

Приоритет интервала 16РSКОснованиеПриоритет интервала ОРSКОснование1Нет повышения мощности новых модемов; нет увеличения в максимальной активности интервала;
QPSK интервалы 2, 3 остаются доступными;
RСС интервал доступен.2(Та же причина, что и в случае 16РSК для интервалов 2, 3)2Новые OPSК вызовы требуют включения нового модема0Требования включения нового модема30Требование включения нового модема  

Может быть полезным другой пример. Рассмотрим состояние временных интервалов среди модемов 0-5 при несколько более тяжелых условиях нагрузки, как показано в следующей таблице, где пустые клетки указывают свободные временные интервалы:

МодемВременной интервал 01230RСС16РSКQPSKQPSK1QPSKQPSK16PSK 216PSK 16РSК16РSК3QPSKQPSKQPSKQPSK416PSK16РSК 16PSK5 16РSК  

Предоставление временных интервалов показано в следующей таблице вместе с логическими основаниями:

Приоритет интервала 16РSКОснование Приоритет интервала QPSKОснование3Нет повышения мощности новых модемов; избегается макс. активность интервала; QPSK интервалы 2, 3 остаются доступными; RCC интервал остается доступным2Единственный выбор2Нет повышения мощности новых модемов; избегается макс. активность интервала; RСС интервал доступен;   НО новый QPSK вызов требует повышения мощности нового модема;  1Нет повышения мощности новых модемов; ОРSК интервалы 2, 3 остаются доступными, НО макс. активность интервала превышена  0Нет повыш. мощ. новых модемов; QPSK интервалы 2, 3 остаются доступными; НО макс. активность интервала превышена, и RСС интервал не доступен.  

Повышающий/понижающий преобразователь 600

Как показано на Фиг.5, радиосигналы прямого канала от базовой станции получают в повышающем/понижающем преобразователе 600 посредством антенного переключателя 800. Полученный РЧ сигнал проходит через малошумящий усилитель 502, фильтруется полосовым фильтром 503, подвергается ослаблению в аттенюаторе 504 и подается на преобразователь частоты 505, где он подвергается первому преобразованию с понижением частоты от 450 МГц РЧ полосы или 900 РЧ полосы до ПЧ сигнала в диапазоне 26-28 МГц. ПЧ сигнал проходит через усилитель 506, полосовой фильтр 507, усилитель 508 и аттенюатор 509 и подается к разветвителю 510 для доставки ко всему пулу модемов.

Модулированные ПЧ сигналы обратного канала от всего пула модемов подаются на объединитель повышающего/понижающего преобразователя 600 в верхнем левом углу Фиг.5, подвергаются ослаблению в аттенюаторе 521, фильтруются в полосовом фильтре 522, усиливаются в усилителе 523 и подаются к преобразователю частоты 525, где сигнал преобразуется с повышением частоты в РЧ сигнал либо в РЧ полосу 450 МГц, либо в РЧ полосу 900 МГц. Затем РЧ сигнал подвергается ослаблению в аттенюаторе 526, фильтруется в полосовом фильтре 527, усиливается в усилителе 528 и подается на широкополосный усилитель 700 высокой мощности, который посылает этот сигнал на антенный переключатель 800.

Преобразователи частот 505 и 525 получают свои опорные частоты из системы фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) 540 при приеме и системы ФАПЧ 550 при передаче соответственно. Система ФАПЧ 540 генерирует сигнал гетеродина приемника на частоте 1,36 МГц из сигнала, вырабатываемого задающим тактовым генератором 560 частоты 21,76 МГц, делением на 2 и затем на 8. Сигнал частоты 1,36 МГц обеспечивает опорный входной сигнал для фазового компаратора PC. Другой входной сигнал фазового компаратора обеспечивается цепью обратной связи, которая делит выходной сигнал цепи 540 на 2 и затем на 177. Обратная подача этого сигнала на фазовый компаратор обусловливает то, что выходной сигнал цепи 540 имеет частоту, которая в 354 раз больше частоты опорного сигнала, т.е. 481,44 МГц. Выходной сигнал частоты 481,44 МГц системы ФАПЧ 540 при приеме подается в виде входного сигнала гетеродина на понижающий частоту преобразователь 505.

Выходной сигнал частоты 481,44 МГц цепи 540 также подается в виде опорного входного сигнала для цепи 550, так что цепь 550 скорректирована по частоте с цепью 540. Цепь 550 генерирует передаваемый сигнал гетеродина, который имеет частоту 481,44 МГц+5,44 МГц, т.е. он имеет частоту, которая смещена на 5,44 МГц вверх, по сравнению с получаемым сигналом гетеродина. Для цепи 550 сигнал 21,76 МГц от генератора главных синхроимпульсов 560 разделяется на 2, затем опять на 2 с образованием сигнала с частотой 5,44 МГц, который подается на вход опорного сигнала фазового компаратора PC цепи 550. Другой входной сигнал фазового компаратора PC цепи 550 является отфильтрованной посредством фильтра нижних частот (ФНЧ) разностной частотой между принимаемым сигналом гетеродина из цепи 540 и выходным сигналом генератора, управляемого напряжением (ГУН) цепи 550. Выходной сигнал цепи 550 с выхода ее внутреннего генератора, управляемого напряжением (VCO, ГУН), представляет собой частоту 481,44 МГц + 5,44 МГц.

Фиг.4, ПЧ часть модема

На Фиг.4 детально показана ПЧ часть платы модема относительно цифровых частей (Фиг.3). Как показано в нижней правой стороне Фиг.4, полученный ПЧ сигнал из ВSVD 600 (Фиг.1) подается через нижний вывод переключателя обратной цепи 402 на 4-полюсный полосовой фильтр 404 с полосой от 26 до 28,3 МГц. Затем выходной сигнал фильтра 404 усиливается усилителем 406 и преобразуется с понижением частоты в преобразователе 408, использующем полученный сигнал гетеродина, имеющий частоту в интервале от 15,1 МГц до 17,4 МГц. Выходной сигнал преобразователя 408 усиливается усилителем 410 и фильтруется посредством 8-полюсного кварцевого фильтра 412 с центральной частотой 10,864 МГц. Амплитуда сигнала на выходе фильтра 412 регулируется цепью АРУ 414. Усиление цепи АРУ 414 регулируется сигналом VAGC из DDF АSIС (специализированной ИС) 450 (Фиг.3). Выходной сигнал цепи АРУ 414 затем преобразуется с понижением частоты преобразователем 416, использующим опорную частоту 10,88 МГц. В результате формируется последовательность ПЧ данных, передаваемых со скоростью 16 килосимволов/сек, которая проходит через усилитель 418 и поступает на приемный входной ПЧ порт схемы по Фиг.3.

Схема, представленная на Фиг.3, генерирует сигнал гетеродина RxDDF, который фильтруется 7-полюсным фильтром 432, затем усиливается усилителем 434. Выходной сигнал усилителя 434 снова фильтруется фильтром нижних частот 436, выходной сигнал которого усиливается усилителем 438 и затем смешивается с получаемым ПЧ радиосигналом в смесителе 408.

Как показано в правой части Фиг.4, усилитель 420 получает сигнал задающего генератора с частотой 21,76 МГц и подает его на разветвитель 422. Один выходной сигнал разветвителя 422 удваивается по частоте удвоителем частоты 424, выходной сигнал которого ограничивается в ограничителе 426 и преобразуется на уровень транзисторно-транзисторных логических схем логическим элементом 428 и инвертируется снова логическим элементом 430. Выходной сигнал логического элемента 430 подается на схему по Фиг.3 в качестве опорного синхросигнала частоты 43,52 МГц.

Другой выходной сигнал разветвителя 422 проходит через усилитель 454 и аттенюатор 456 и подается на гетеродинный вход (L) смесителя 444. Смеситель 444 преобразует с повышением частоты модулированный ПЧ сигнал ТxD1F со схемы по Фиг.3 после его фильтрования в фильтре нижних частот 440 и ослабления аттенюатором 422.

Выход логического элемента 428 также соединяется с входом инвертора 460, частота выходного сигнала которого делится на 4 делителем частоты 462 и затем используется в качестве гетеродина для преобразования с понижением частоты выходного сигнала блока АРУ 414 смесителе 416.

Функция обратной цепи обеспечивается последовательной комбинацией переключателей 450 и 402 и поглощающей нагрузкой 458, так что сигналы с выхода ТхD1F схемы по Фиг.3 могут быть поданы обратно на вход Rx1F для целей проверки при подаче тестовых последовательностей для компенсации искажений сигналов, например, в кварцевом фильтре 412.

Схема по Фиг.3 обеспечивает модулированный ПЧ выходной сигнал частотой 4,64-6,94 МГц, который фильтруется 7-полюсным фильтром 440 и ослабляется аттенюатором 442. Выходной сигнал аттенюатора 442 поступает на смеситель (преобразователь частоты) 444, где он преобразуется с повышением частоты до частоты в диапазоне 26,4 МГц - 28,7 МГц. Выходной сигнал преобразователя частоты 444 поступает на усилитель 446, выходной сигнал которого фильтруется 4-полосным полосовым фильтром 448 и подается на переключатель 450, который управляется выходным сигналом LBE задействования обратной цепи со схемы по Фиг.3. При осуществлении тестирования вывод LBE запитывается, заставляя переключатель 450 соединять выход фильтра 448 с верхней частью поглощающей нагрузки 458 и подключая переключатель 402 для соединения нижней части поглощающей нагрузки 358 с полосовым фильтром 404 для тестирования с использованием обратной цепи. Это тестирование проводят с использованием тестовых последовательностей для компенсации искажений сигналов в кварцевом фильтре 412 ив других схемах модема.

Если тестирование с использованием обратной цепи не проводится, выход переключателя 450 подключается к программируемому аттенюатору 452, который может быть запрограммирован на один из 16 разных уровней ослабления сигналом регулировки уровня передаваемой мощности, ТхPLC, из схемы по Фиг.3. Выходной сигнал аттенюатора 452 содержит Тх 1F РОRТ сигнал, который подается к верхней левой стороне BSVD (Фиг.5).

Фиг.6, RxDDS - Генерирование цифрового промежуточного сигнала для каналов приема

Точную промежуточную частоту для настройки во время временного интервала приема определяют, когда кластерный контроллер СС (Фиг.1) сообщает модему, в каком РЧ канале следует осуществлять поиск RCC сигнала. Во время приема сообщения RСС проводят точную настройку частоты и синхронизацию. Точную настройку выполняют на уровне ПЧ при помощи цепи накопителя фазы в схеме RxDDS DDF модема (Фиг.3), показанной в деталях на Фиг.6. Частоты диапазона ПЧ формируются повторяющимся накоплением (с частотой цифрового задающего генератора синхроимпульсов ПЧ) числа, которое представляет скачок фазы в накопителе фазы. Процессор модема DSP/MDM через шину данных DSР/МDМ (Фиг.3) сначала выдает 24-битовое число в цепь RхDDS. Это число связано (как будет описано далее) с требуемой ПЧ, необходимой для демодуляции конкретного приходящего сигнала по принципу "интервал за интервалом". 24-битовое число загружается в один из четырех регистров R16-R46 в левой стороне Фиг.6. В иллюстративном варианте, в котором применен 16-битовый процессор, 24-битовое число частоты подается в 16-битовых и 8-битовых сегментах, однако для упрощения рисунка показано, что 24-битовое число входит в составной 24-битовый регистр. Каждый из регистров R16-R46 предназначен для одного из временных интервалов приема. Поскольку RСС сообщение ожидается в первом Rх временном интервале, 24-битовое число загружается в соответствующий один из четырех регистров R16-R46, например в регистр R16. При соответствующем отсчете для первого Rх временного интервала содержимое регистра R16 предоставляется регистру синхронизации 602, выходной сигнал которого затем подается на верхний вход сумматора 604. Выход сумматора 604 соединен со входом регистра накопителя 606.

Нижний вход сумматора 604 получает выходной сигнал регистра 606. Регистр 606 синхронизируется 21,76 МГц DDS генератором синхроимпульсов, и его содержимое, соответственно, периодически снова поступает в сумматор 604.

Периодическая повторная подача содержимого регистра 606 на сумматор 604 заставляет сумматор 604 вести счет от числа , первоначально полученного из регистра R16. В конце концов сумматор 606 достигает максимального числа, которое он может поддерживать, затем он перегружается, и отсчет снова возобновляется с низкой остаточной величины. Это дает эффект умножения частоты DDS задающего генератора синхроимпульсов на дробную величину для того, чтобы принимаемый сигнал ПЧ местного генератора (гетеродина) имел эту умноженную на дробь частоту, при пилообразной форме сигнала. Поскольку регистр 606 является 24-битовым регистром, он переполняется, когда его содержимое достигает 2²⁴. Поэтому регистр 606 эффективно делит частоту DDS синхронизатора на 2²⁴ и одновременно умножает ее на . Эта цепь названа накопителем фазы, т.к. текущее выходное число в регистре 606 указывает текущую фазу частоты диапазона ПЧ.

Накопленная фаза из регистра 606 подается в цепь аппроксимации синусоидального сигнала 622, которая более полно описана в Патенте США №5008900, на "Абонентный блок для цифровой системы радиосвязи абонентов". Цепь 622 преобразует пилообразный сигнал регистра 606 в синусоидальную форму. Выходной сигнал цепи 622 повторно синхронизируется регистром 624 и затем подается на один из входов фильтра формирователя шума 632. Выходной сигнал фильтра 632 подается на другой вход сумматора 634. Выход сумматора 634 соединен с входом данных фильтра 632 и с входом регистра ресинхронизации 636. Этот фильтр формирователя шума 632 с переменным коэффициентом более полно описан в патенте США №5008900. Характеристики формирователя шума регулируются по принципу "интервал за интервалом" при помощи 7-битового поля управления формирователем шума, которое объединено с наименьшим значащим байтом поля отсчета частоты, полученным из шины DSР/МDМ, Формирователь шума может быть включен или блокирован, могут быть выбраны до 16 коэффициентов фильтра, округление может быть разрешено или запрещено, и характеристики обратной связи внутри формирователя шума могут быть изменены для обеспечения использования 8-битового выхода ЦАП (как показано в фиг.6) или 10-битового выхода ЦАП (не показано) путем использования подходящих полей в поле управления формирователем шума для каждого интервала, в четырех регистрах RN16-RN46. Мультиплексор МРХ66 выбирает один из четырех регистров RN16-RN46 для каждого временного интервала, и полученная информация повторно синхронизируется регистром 630 и выдается на управляющий вход фильтра формирователя шума 632.

Фиг.7, DDF - Цифровая модуляция сигналов ПЧ

Точное значение ПЧ для любого из каналов передачи генерируется по принципу "интервал за интервалом" схемой ТхDIF в блоке DDF-модема (Фиг.3), который показан детально на фиг.7. По принципу "интервал за интервалом" FIR фильтр канала передачи (не показан) формирует поток данных комплексного (I, Q) информационного сигнала (16 килосимволов/сек), принимаемый из модема DSР, который будет модулировать каждую из генерированных промежуточных частот. Этот поток информационных данных может быть сформирован таким образом, что он может передаваться в ограниченном диапазоне рабочих частот, выделенном для соответствующего РЧ канала. Первоначальная обработка этого сигнала информации включает в себя формирование импульсов с конечным импульсным откликом для уменьшения диапазона частот до +/-10 кГц. Такое преобразование импульсов формирует синфазные и квадратурные компоненты для использования при модуляции ПЧ.

После формирования импульсов используют несколько этапов линейной интерполяции. Первоначальную интерполяцию выполняют для увеличения частоты выборки модулирующего сигнала, последующие дополнительные интерполяции в конечном счете увеличивают частоту выборки и повышают частоту, на которой возникают основные спектральные отклики, до 21,76 МГц. Подходящие способы интерполяции описаны, например, в книге "Multirate Digital Signal Processing" Crochiere and Rabiner, Prentice-Hall 1993.

Синфазные и квадратурные компоненты сформированного и интерполированного модулирующего сигнала подаются на I и Q входы смесителей МХ1 и МХ0 модуляторной части схемы, показанной на Фиг.7.

С левой стороны на Фиг.7 показана схема цифрового генерирования передаваемой ПЧ. Точную генерируемую ПЧ определяют, когда базовая станция сообщает кластерному контроллеру СС (Фис.1), какой номер интервала и РЧ канала закрепляется за временным интервалом, обслуживающим конкретный разговор. 24-битовое число, которое идентифицирует конкретную ПЧ с высокой степенью разрешения (например, +/-1,3 Гц), подается процессором DSР/МDМ (Фиг.3) через шину данных DSР/МDМ. Это 24-битовый отсчет частоты регистрируется в соответствующем одном из 24-битовых регистров R17-R47. Каждый из регистров R17-R47 предназначен для конкретного одного из четырех Тх временных интервалов.

Счетчик временных интервалов (не показан) генерирует число повторяющихся двухбитовых временных интервалов, полученное из сигналов синхронизации, получаемых через объединительную плату, как описано ранее. Сигнал отсчета временных интервалов имеет место каждые 11,25 мс, независимо от того, используется этот временной интервал для модуляции DРSК, ОРSК или 16РSК. Когда временной интервал, за которым будет закреплена эта частота, достигается счетчиком временных интервалов, этот отсчет временного интервала выбирает соответствующий один из регистров R17-R47, с использованием мультиплексоров МРХ71, для подачи его содержимого на регистр 702 повторной синхронизации и в конечном счете на верхний вход сумматора 704. Таким образом, другая (или та же самая) ПЧ в виде 24-битового отсчета может быть использована для каждого последовательного временного интервала. Этот 24-битовый отсчет частоты используют в качестве скачка фазы для обычной схемы накопителя фазы, содержащей сумматор 704 и регистр 706. Комплексная несущая генерируется путем преобразования накопленной фазовой информации пилообразной формы в регистре 706 в синусоидальный и косинусоидальный сигналы с использованием схемы косинусоидальной аппроксимации 708 и схемы синусоидальной аппроксимации 722. Эти схемы 708 и 722 подробно описаны в патенте США №5008900. Выходные сигналы схем 708 и 722 повторно синхронизируются регистрами 710 и 724 соответственно и подаются на смесители 712 и 714 соответственно. Выходные сигналы смесителей 712 и 714 подаются на регистры ресинхронизации 714 и 728 соответственно. Смесители 712 и 714 вместе с сумматором 716 образуют обычный комплексный (I, Q) модулятор. Выходной сигнал сумматора 716 объединяется с косинусной опорной ПЧ мультиплексором 718, который управляется сигналом из внутреннего регистра (не показано) схема DDF RSIС 450 (Фиг.3). Выходной сигнал мультиплексора 718 повторно синхронизируется регистром 720, выход которого соединен с формирователем шума с переменными коэффициентами, такими, как описано со ссылками на Фиг.6, состоящим из сумматора 734 и фильтра 732, со связанными с ними регистрами управления RN17-RN47, мультиплексором управления МРХ76 и регистрами ресинхронизации 730 и 736.

Формирователь шума компенсирует шумы квантования, обусловленные конечным разрешением (иллюстративно, +/- половина наименьшего значащего бита) цифроаналогового преобразования. Поскольку шумы квантования распределены равномерно, их спектральные характеристики, по-видимому, сходны с белым гауссовым шумом. Шумовая мощность, которая спадает внутри полосы передаваемого сигнала, которая относительно узка по сравнению с частотой выборки, может быть уменьшена в том же самом отношении, в каком желаемая ширина полосы относится к частоте выборки. Например, если модулирующий сигнал имеет полосу 20 кГц, а частота выборки равна 20 МГц, то улучшение отношения сигнала к шуму было бы 1000:1, или 60 дБ. Характеристики формирователя шума регулируются по принципу "интервал за интервалом" 7-битовым полем управления формирователя шума, как описано в связи с Фиг.6.

Фиг.8 - Генерирование синхроимпульсов системы

Важным аспектом нашего изобретения является то, что качество речи сохраняется, несмотря на физическое пространственное разнесение базовой станции и отдаленного кластера. Изменения в хронировании между базовой станцией и кластером, а также изменения в хронировании при декодировании и кодировании речевых сигналов будут приводить к различным формам ухудшения качества речи, которые прослушиваются в виде посторонних щелчков и потрескиваний в речевом сигнале. Согласно изобретению строгая конгруэнтность хронирования гарантируется синхронизацией всех сигналов хронирования, в частности сигналов, используемых для синхронизации АЦП, речевых кодеков на модулях 101-108 счетверенных линий, а также трактов ИКМ 200 и 500, относительно прямого радиоканала, Как показано на Фиг.8, основные синхроимпульсы, используемые в этой системе, получают с помощью генератора частоты 21,76 МГц (не показан), который выдает свой сигнал, как показано, на левой стороне Фиг.8. Этот сигнал частоты 21,76 МГц используется для синхронизации синхронизатора выборок с частотой 64 кГц с временем символьного перехода в принимаемом радиосигнале. Более конкретно, сигнал частоты 21,76 МГц сначала делят на 6,8 с помощью схемы дробного делителя частоты синхронизатора 802, который выполняет это дробное деление путем деления синхроимпульса 21,76 МГц на 5 различных коэффициентов в повторяющейся последовательности 6, 8, 6, 8, 6 для получения синхроимпульса со средней частотой 3,2 МГц.

Программируемое делительное устройство синхронизатора 806 является делительным устройством обычного типа и применяется для деления синхроимпульса 3,2 МГц при помощи делителя, точная величина которого определяется DSР/МDМ. Обычно, программируемое делительное устройство синхронизатора 806 использует делитель 50 для получения сигнала синхронизации выборки с частотой 64 кГц на его выходе. Выходной сигнал синхронизатора выборки с частотой 64 кГц делительного устройства 806 используется для стробирования АЦП 804 канала приема (также показан на Фиг.3). АЦП 804 преобразует принимаемые выборки ПЧ в цифровую форму для использования процессором DSР/MDM.

На Фиг.8 процессор DSР/MDM действует как фазово/частотный компаратор для расчета фазовой ошибки в принимаемых символах из их идеальных фазовых значений с использованием тактового сигнала частоты 64 кГц для определения моментов, когда измеряется фазовая ошибка. Процессор DSP/MDV определяет выходной сигнал дробной коррекции хронирования . Его подают в программируемое делительное устройство 806 для определения его коэффициента деления. Если тактовый сигнал частоты 64 кГц имеет частоту, несколько превосходящую частоту исходов фазы символов в принимаемом сигнале промежуточной частоты, то процессор DSР/МDМ выдает дробную коррекцию хронирования, которая временно увеличивает делитель делительного устройства 806, удлиняя таким образом фазу и понижая среднюю частоту выходного сигнала тактового сигнала частоты 64 кГц делительного устройства 806. Подобным образом, если частота тактового сигнала 64 кГц ниже, чем частота переходов фазы принимаемых символов, то делитель делительного устройства 806 кратковременно уменьшается.

Тактовый сигнал дискретизации с частотой 64 кГц на выходе программируемого делительного синхронизирующего устройства 806 умножается по частоте на множитель 64 с применением обычной схемы аналогового умножителя фазовой автоматической подстройки частоты 808 для получения синхросигнала частотой 4,096 МГц. Синхросигнал частоты 4,096 МГц доставляется к коммутаторам временных интервалов 310 и 320 (см. фиг.1), которые делят синхросигнал 4,096 МГц на 2, образуя два синхросигнала по 2,048 МГц, которые используются речевыми кодеками на линейных модулях 101-108 (Фиг.1) для выборки и преобразования аналоговых речевых входных сигналов в ИКМ речевые сигналы. Обеспечение обычно полученного синхроимпульса 2,048 МГц для вокодеков, который находится в синхронизме с радио-произведенным синхроимпульсом выборки 64 кГц, гарантирует, что не будет проскальзывания циклов между двумя синхросигналами. Как упоминалось, такие проскальзывания в ином случае приводили бы к слышимым ухудшениям качества голоса, воспринимаемым как щелчки и потрескивания в речевом сигнале.

Вышесказанное описывает иллюстративный вариант изобретения. Другие варианты могут быть созданы специалистами в этой области без отхода от сущности и объема изобретения. Среди таких вариантов, например, было бы увеличение скорости выборки на ИКМ-шинах для создания возможности обработки как ИКМ речи, так и передаваемых сигналов на одном и том же коммутаторе временных интервалов без ухудшения качества ИКМ-речевого кодирования. Кроме того, схема формирования передаваемых импульсов АSIС (специализированной ИС) может быть модифицирована для обеспечения применения форм модуляции, иных, чем ФМн модуляция, таких как квадратурная амплитудная модуляция и частотная модуляция. Следует иметь в виду, что хотя иллюстративный вариант описывает применение общего пула модемов с быстрой перестройкой частоты для обслуживания группы отдаленных абонентских пунктов в модульном кластере, подобную группу модемов с быстрой перестройкой частоты можно применять на базовой станции для обслуживания связи между таким кластером и любым числом отдаленных абонентских пунктов. Наконец, может быть использована иная передающая среда, чем радиоэфир, например коаксиальная линия передачи или линия передачи с применением волоконно-оптического кабеля.

Изобретение относится к радиотелефонным системам для обслуживания групп удаленных абонентов. Технический результат - повышение качества речевой информации. Радиотелефонная система содержит базовую станцию, множество удаленных абонентских пунктов, группу модемов, каждый из которых обеспечивает прямой цифровой синтез любой из частот, идентифицирующих частотный канал в последовательных временных интервалах, и кластерный контроллер для предоставления любого из модемов для поддержки связи между абонентскими пунктами и базовой станцией в последовательные временные интервалы, включающий средство для синхронизации модемов с базовой станцией. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 11 ил., 6 табл.

1. Радиотелефонная система, содержащая базовую станцию и множество абонентских станций в виде удаленного модульного кластера, в которой повторяющаяся группа временных интервалов поддерживает радиосвязь между абонентскими станциями и базовой станцией, отличающаяся тем, что содержит

группу модемов (400), причем каждый модем выполнен с возможностью прямого цифрового синтеза любой из множества частот, идентифицирующих канал, в последовательных временных интервалах,

кластерный контроллер (300) для предоставления любого из упомянутых модемов для поддержки связи между абонентскими станциями и базовой станцией в последовательные временные интервалы, причем кластерный контроллер (300) включает в себя средство для синхронизации модемов с базовой станцией и

при этом предоставленный модем выполнен с возможностью обеспечения информацией о синхронизации остальных модемов.

а. синхронизируют первый из указанных модемов с одним временным интервалом из указанной группы интервалов,

б. распределяют от указанного первого из модемов к остальным модемам синхронизацию с указанным одним временным интервалом и

с. распределяют частоты, идентифицирующие канал, группе временных интервалов, используемых первым из указанных модемов, перед распределением временного интервала любому из остальных модемов из множества модемов.