Область техники
Настоящее изобретение относится к средствам связи. В частности, данное изобретение относится к новому усовершенствованному способу передачи данных с переменной скоростью в беспроводной системе связи.
Предшествующий уровень техники
Использование методов модуляции множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) является одним из способов, обеспечивающих обмен информацией в системах с большим количеством пользователей. Также известны и другие методы множественного доступа, такие как множественный доступ с временным разделением (МДВР) и множественный доступ с частотным разделением (МДЧР). Тем не менее методы модуляции МДКР с расширением спектра имеют значительные преимущества перед другими методами модуляции для систем связи с множественным доступом. Использование методов МДКР в системах связи с множественным доступом раскрыто в патенте США №4901307 на «СИСТЕМУ СВЯЗИ РАСШИРЕННОГО СПЕКТРА С МНОЖЕСТВЕННЫМ ДОСТУПОМ, ИСПОЛЬЗУЮЩУЮ СПУТНИКОВЫЕ ИЛИ НАЗЕМНЫЕ РЕТРАНСЛЯТОРЫ», переуступленном правопреемнику настоящего изобретения и включенном в данный документ в качестве ссылки. Использование методов МДКР в системах связи с множественным доступом также раскрыто в патенте США №5103459 на «СИСТЕМУ И СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ СИГНАЛОВ В СИСТЕМЕ СОТОВОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ», переуступленном правопреемнику настоящего изобретения и включенном в данный документ в качестве ссылки.
МДКР, основываясь по своей природе на широкополосном сигнале, предлагает модель частотного разнесения посредством распределения энергии сигнала по широкой полосе частот. Таким образом, частотно-селективное замирание влияет лишь на малую часть полосы частот сигнала МДКР. Пространственное или многолучевое разнесение достигается обеспечением множества сигнальных каналов посредством одновременных соединений пользователя мобильной связи через две и более сотовые ячейки. Более того, многолучевое разнесение может быть обеспечено за счет использования среды многолучевого распространения путем обработки расширенного спектра, при котором сигналы с различными задержками на распространение принимаются и обрабатываются раздельно. Примеры многолучевого разнесения проиллюстрированы в патенте США №5101501 на «СПОСОБ И СИСТЕМУ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЯГКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПРИ ОСУЩЕСТВЛЕНИИ СВЯЗИ В СИСТЕМЕ СОТОВОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ МДКР» и патенте США №5109390 на «РАЗНЕСЕННЫЙ ПРИЕМНИК В СИСТЕМЕ СОТОВОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ МДКР», переуступленных правопреемнику настоящего изобретения и включенных в данный документ в качестве ссылок.
Способ передачи речи в цифровых системах связи, обладающий особыми преимуществами, состоящими в повышении пропускной способности при сохранении высокого качества воспринимаемой речи, состоит в применении кодирования речи с переменной скоростью. Способ и устройство исключительно эффективного кодера речи с переменной скоростью подробно описаны в патенте США №5414796 на «ВОКОДЕР С ПЕРЕМЕННОЙ СКОРОСТЬЮ», переуступленном правопреемнику настоящего изобретения и включенном в данный документ в качестве ссылки.
Использование речевого кодера с переменной скоростью предусматривает кадры данных с максимальной емкостью для речевых данных в случаях, когда речевой кодер предоставляет речевые данные с максимальной скоростью. Когда речевой кодер с переменной скоростью предоставляет речевые данные со скоростью меньше максимальной, в передаваемых кадрах имеет место избыток емкости. Способ передачи дополнительных данных в передаваемых кадрах заданного фиксированного размера, где источник данных предоставляет данные для кадров с переменной скоростью, подробно описан в патенте США №5504773 на «СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ФОРМАТИРОВАНИЯ ДАННЫХ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ», переуступленном правопреемнику настоящего изобретения и включенном в данный документ в качестве ссылки. В вышеупомянутом патенте раскрывается применение способа и устройства для компоновки данных различных типов от разных источников в кадры данных для передачи.
Если объем данных в кадре меньше заданной емкости, то потребление энергии может быть уменьшено посредством стробирования передачи передающего усилителя так, что передаются только части кадра, содержащие данные. Кроме того, если данные будут размещаться в кадрах в соответствии с заданным псевдослучайным процессом, то можно добиться сокращения числа конфликтов сообщений в системах связи. Способ и устройство для стробирования передачи и для размещения данных в кадрах раскрыты в патенте США №5659569 на «РАНДОМИЗАТОР ПАКЕТОВ ДАННЫХ», переуступленном правопреемнику настоящего изобретения и включенном в данный документ в качестве ссылки.
Удобным способом управления мощностью мобильной станции в системе связи является мониторинг мощности сигнала, принимаемого от беспроводного устройства связи, на базовой станции. В ответ на измеренный уровень мощности, базовая станция через постоянные интервалы передает на беспроводное устройство связи биты управления мощностью. Способ и устройство управления мощностью передачи описанным способом раскрыты в патенте США №5056109 на «СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ ПЕРЕДАЧИ В СИСТЕМАХ СОТОВОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ МДКР», переуступленном правопреемнику настоящего изобретения и включенном в данный документ в качестве ссылки.
В системе связи, вырабатывающей данные с использованием формата модуляции на основе квадратурной фазовой манипуляции (КФМ), чрезвычайно полезная информация может быть получена вычислением векторного произведения I (синфазной) и Q (квадратурной) составляющих сигнала КФМ. Зная относительные фазы этих двух составляющих, можно грубо оценить скорость перемещения беспроводного устройства связи по отношению к базовой станции. Описание схемы для определения векторного произведения I и Q составляющих в системе связи с КФМ модуляцией раскрыто в патенте США №5506865 на «СХЕМУ ФОРМИРОВАНИЯ СКАЛЯРНОГО ПРОИЗВЕДЕНИЯ ДЛЯ НЕСУЩЕЙ ПИЛОТ-СИГНАЛА», переуступленном правопреемнику настоящего изобретения и включенном в данный документ в качестве ссылки.
В настоящее время наблюдается растущая потребность в беспроводных системах связи, способных передавать цифровую информацию с высокой скоростью. Один из способов высокоскоростной передачи цифровых данных от беспроводного устройства связи к центральной базовой станции состоит в использовании методов расширения спектра МДКР при передаче данных беспроводным устройством связи. Один из предложенных способов состоит в использовании для передачи информации беспроводным устройством связи небольшого набора ортогональных каналов. Данный способ подробно описан в совместно поданной патентной заявке №08/886 604 на «ВЫСОКОСКОРОСТНУЮ СИСТЕМУ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ МДКР», переуступленной правопреемнику настоящего изобретения и включенной в данный документ в качестве ссылки.
В упомянутой заявке описывается система, в которой пилот-сигнал передается по линии обратной связи (линия от беспроводного устройства связи к базовой станции) для обеспечения когерентной демодуляции сигнала обратной линии связи в базовой станции. Используя данные пилот-сигнала, в базовой станции может быть выполнена когерентная обработка посредством определения и удаления фазового сдвига сигнала обратной линии связи. Кроме того, данные пилот-сигнала можно использовать для оптимального взвешивания полученных с различными временными задержками многолучевых сигналов перед их объединением в многоотводном когерентном приемнике. После удаления фазового сдвига и надлежащего взвешивания многолучевых сигналов данные сигналы могут быть объединены с целью снижения мощности, на которой сигналы обратной линии связи должны быть приняты для требуемой обработки. Указанное снижение требуемой мощности приема обеспечивает успешную обработку данных при больших скоростях передачи или уменьшает взаимные помехи между набором сигналов обратной линии связи.
Несмотря на тот факт, что для передачи пилот-сигнала необходима некоторая дополнительная мощность, в контексте повышенных скоростей передачи отношение мощности пилот-сигнала к полной мощности сигнала обратной линии связи существенно меньше, чем это же отношение, характерное для менее скоростных сотовых систем цифровой передачи голосовых данных. Таким образом, в высокоскоростной системе МДКР выигрыш в отношении Еb/N0, достигнутый за счет использования когерентной обратной линии связи, перекрывает дополнительную мощность, требуемую для передачи пилот-сигнала от каждого беспроводного устройства связи.
Тем не менее, когда скорость передачи данных относительно низка, непрерывно передаваемый по обратной линии связи пилот-сигнал несет больше энергии по сравнению с сигналом данных. При таких низких скоростях преимущества когерентной демодуляции и сниженных взаимных помех интерференции, обеспечиваемые пилот-сигналом, непрерывно передаваемым по обратной линии связи, могут быть перекрыты снижением времени разговора и пропускной способности системы на некоторых приложениях.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение представляет собой новый и усовершенствованный способ и систему передачи кадров информации в соответствии с форматом дискретной передачи. В частности, настоящее изобретение описывает способ передачи кадров речи или данных на 1/8 скорости, используя стробирование передачи и регулирование потребления энергии, что одновременно сокращает использование батареи питания устройством беспроводной связи с переменной скоростью, повышает пропускную способность обратной линии связи и обеспечивает надежную передачу кадров на 1/8 скорости. В настоящем изобретении представлены четыре способа передачи кадра на 1/8 скорости, в которых для достижения вышеупомянутых целей одна половина кадра отсекается (стробируется), а другая передается на номинальной мощности передачи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Отличительные признаки, задачи и преимущества данного изобретения поясняются в подробном описании, приведенном ниже со ссылками на чертежи, на которых используется сквозная нумерация позиций.
На Фиг.1 представлена функциональная блок-схема варианта осуществления передающей системы, описанной в настоящем изобретении и реализованной в беспроводном устройстве 50 связи.
На Фиг.2 представлена функциональная блок-схема варианта осуществления модулятора 26 по Фиг.1.
На Фиг.3А-3Ж приведен расход энергии при передаче кадров с переменной скоростью для четырех различных скоростей передачи данных. Там же приведены четыре альтернативных варианта осуществления для передачи кадров на 1/8 скорости.
На Фиг.4 представлена функциональная блок-схема отдельных элементов базовой станции 400 в соответствии с настоящим изобретением.
На Фиг.5 представлена расширенная функциональная блок-схема варианта осуществления отдельной цепи демодуляции демодулятора 404 по фиг.4.
На Фиг.6 представлена блок-схема механизма управления мощностью прямой линии связи, соответствующего настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 представлена функциональная блок-схема варианта осуществления передающей системы, представленного в данном изобретении и реализованного в беспроводном устройстве 50 связи. Для специалиста в данной области будет очевидно, что способы, описанные в данном документе, могут также применяться и для передачи с центральной базовой станции (не изображена). Также понятно, что различные функциональные блоки, изображенные на Фиг.1, в других вариантах осуществления данного изобретения могут отсутствовать. Функциональная блок-схема, приведенная на Фиг.1, относится к варианту осуществления, который пригоден для работы в соответствии со стандартом IS-95C АПСС (Ассоциации Промышленности Средств Связи)/АЭП (Ассоциации Электронной Промышленности), также известным как IS-2000. Прочие варианты осуществления настоящего изобретения пригодны для других стандартов, включая стандарты Широкополосного МДКР (ШМДКР), предложенные органами стандартизации ЕИСТ (Европейским Институтом Стандартов по Телекоммуникациям) и АРПРВ (Ассоциацией Радиопромышленности и Радиовещания). Для специалиста в данной области будет понятно, что благодаря исключительному сходству между модуляцией обратной линии связи согласно стандартам ШМДКР и модуляцией обратной линии связи согласно стандарту IS-95C легко осуществляется распространение данного изобретения на стандарты ШМДКР.
В варианте осуществления, схематично представленном на Фиг.1, беспроводное устройство связи передает множество различных каналов информации, которые отличаются друг от друга короткими ортогональными последовательностями расширения, как описано в вышеупомянутой патентной заявке США с серийным номером 08/886604. Беспроводное средство связи передает пять отдельных кодовых каналов: 1) первый дополнительный канал 38 данных, 2) канал 40 с временным мультиплексированием для передачи пилот-символов и символов управления мощностью, 3) выделенный канал 42 управления, 4) второй дополнительный канал 44 данных и 5) основной канал 46. Первый дополнительный канал 38 данных и второй дополнительный канал 44 данных используются для передачи цифровых данных, емкость которых превышает пропускную способность основного канала 46, как, например, факсимильные сообщения, мультимедийные приложения, видеоданные, сообщения электронной почты и другие виды цифровых данных. Канал 40 с мультиплексированием для передачи пилот-символов и символов управления мощностью переносит пилот-символы, необходимые для реализации когерентной демодуляции каналов данных в базовой станции, и биты управления мощностью для управления энергией передачи базовой станции или базовых станций, осуществляющих связь с беспроводным устройством 50 связи. Канал 42 управления переносит в базовую станцию информацию управления, такую как режимы работы беспроводного устройства 50 связи, возможности беспроводного устройства 50 связи и другую необходимую служебную информацию. Основной канал 46 - это канал, используемый для передачи основной информации от беспроводного средства связи в базовую станцию. В случае передачи речи основной канал переносит речевые данные.
Дополнительные каналы 38 и 44 данных кодируются и обрабатываются для передачи средствами (не показаны) и подаются на модулятор 26. Биты управления мощностью подаются на генератор 22, который осуществляет повторение битов управления мощностью перед их передачей в мультиплексор 24. В мультиплексоре 24 избыточные биты управления мощностью мультиплексируются по времени с пилот-символами и подаются на модулятор 26 по линии 40.
Генератор 12 сообщений вырабатывает необходимые сообщения с информацией управления и подает эти управляющие сообщения на генератор 14 ЦИК (циклического избыточного кода) и хвостовых битов. Генератор 14 ЦИК и хвостовых битов присоединяет набор битов циклического избыточного кода, которые являются битами четности, служащими для проверки точности декодирования в базовой станции, а также присоединяет к управляющему сообщению заданный набор хвостовых битов, необходимый для очистки памяти декодера в приемной подсистеме базовой станции. Сообщение затем подается на кодер 16, который обеспечивает кодирование управляющего сообщения с прямым исправлением ошибок. Кодированные символы подаются на генератор 20 повторения, который повторяет кодированные символы для обеспечения дополнительного временного разнесения при передаче. Чтобы обеспечить заданное количество символов в кадре следующий за генератором повторения исключающий элемент 19 исключает определенные символы в соответствии с некоторым заданным шаблоном исключения. Затем символы подаются на элемент 18 перемежения, который переупорядочивает символы согласно заданному формату перемежения. Переупорядоченные символы подаются на модулятор 26 по линии 42.
Источник 1 данных генерирует данные с переменной скоростью. В этом варианте осуществления источник 1 данных представляет собой речевой кодер с переменной скоростью, который описан в вышеупомянутом патенте США №5414796. Речевые кодеры с переменной скоростью широко используются в беспроводных системах связи, так как они увеличивают ресурс батарей питания беспроводных средств связи и повышают пропускную способность системы при минимальном влиянии на качество воспринимаемой речи. Ассоциация Промышленных Средств Связи систематизировала наиболее популярные речевые кодеры с переменной скоростью в таких стандартах, как Промежуточный Стандарт IS-96 и Промежуточный Стандарт IS-733. В соответствии с уровнем речевой активности данные речевые кодеры с переменной скоростью кодируют речевой сигнал с четырьмя возможными скоростями, известными как полная скорость, половинная скорость, 1/4 скорости или 1/8 скорости. Здесь скорость означает число бит, используемых для кодирования речевого кадра, и изменяется от кадра к кадру. Полная скорость использует заданное максимальное число бит для кодирования кадра, половинная скорость использует половину заданного максимального числа бит для кодирования кадра, 1/4 скорости использует четверть заданного максимального числа бит для кодирования кадра, а 1/8 скорости использует восьмую часть заданного максимального числа бит для кодирования кадра.
Источник 1 данных с переменной скоростью подает речевой кадр на генератор 2 ЦИК и хвостовых битов. Генератор 2 ЦИК и хвостовых битов присоединяет набор битов циклического избыточного кода, которые являются битами четности, служащими для проверки точности декодирования в базовой станции, а также присоединяет к управляющему сообщению заданный набор хвостовых битов, необходимый для очистки памяти декодера в приемной подсистеме базовой станции. Сообщение затем подается в кодер 4, который обеспечивает кодирование управляющего сообщения с прямым исправлением ошибок. Кодированные символы подаются в генератор 8 повторения, который повторяет кодированные символы для обеспечения дополнительного временного разнесения при передаче. Чтобы обеспечить заданное количество символов в кадре после генератора повторения исключающий элемент 9 исключает определенные символы в соответствии с некоторым заданным шаблоном исключения. Затем символы подаются на элемент 6 перемежения, который переупорядочивает символы согласно заданному формату перемежения. Переупорядоченные символы подаются в модулятор 26 по линии 46.
В этом варианте осуществления модулятор 26 модулирует каналы данных в соответствии с форматом модуляции множественного доступа с кодовым разделением каналов и подает модулированную информацию в передатчик 28, который усиливает, фильтрует и подает сигнал через антенный коммутатор 30 для передачи через антенну 32.
В этом варианте осуществления источник 1 данных с переменной скоростью посылает сигнал, сообщающий скорость кодированного кадра управляющему процессору 36. В ответ на информацию о скорости управляющий процессор 36 подает сигналы управления в передатчик 28, задавая энергию передачи.
В системах IS-95 и cdma 2000 кадр длительностью 20 мс делится на шестнадцать групп, называемых группами управления мощностью, каждая из которых содержит одно и то же количество символов. Связь с управлением мощностью основывается на том факте, что для каждой группы управления мощностью базовая станция, принимающая кадр, выдает команду управления мощностью, основываясь на определении достаточности принимаемого базовой станцией сигнала обратной линии связи.
Фиг.3А-3В иллюстрируют зависимость энергии передачи от времени (в группах управления мощностью) для трех скоростей передачи - полной, половинной и 1/4. Дополнительно Фиг.3Г-3Ж иллюстрируют четыре отдельных альтернативных варианта осуществления для передачи кадров на 1/8 скорости, при которой половину времени энергия не передается. Так как на скоростях меньше максимальной в кадрах присутствует большая избыточность, то энергия, с которой осуществляется передача символов, может быть уменьшена примерно пропорционально количеству добавочной избыточности в кадре.
На Фиг.3А для кадра 300 полной скорости каждая группа управления мощностью от ГУМ0 до ГУМ15 передается с энергией Е. Для простоты изложения кадры изображены так, как будто они передаются с одинаковой по длительности кадра энергией. Для специалиста в данной области очевидно, что энергия меняется по кадру, и то, что изображено на Фиг.3А-3Ж, может трактоваться как основная энергия, на которой бы передавались кадры при отсутствии внешних эффектов. В этом варианте осуществления удаленная станция 50 управляется с базовой станции командами управления мощностью замкнутого контура, а также внутренне сформированными командами управления мощностью разомкнутого контура, основанными на принятом сигнале прямой линии связи. Отклики на процедуры управления мощностью вызывают изменение энергии передачи по длительности кадра.
На Фиг.3Б для кадра 302 половинной скорости энергия равна половине заданного максимального уровня или Е/2, что и представлено на Фиг.3Б. Структура элемента перемежения такова, что при распределении повторяющихся символов по кадру обеспечивается максимальное временное разнесение.
На Фиг.3В для передачи на 1/4 скорости кадр 304 передается с энергией, приблизительно равной четверти заданного максимального уровня или Е/4.
В этом варианте осуществления во время передачи кадров полной, половинной или 1/4 скорости пилот-сигнал передается непрерывно. Тем не менее на Фиг.3Г-3Ж передатчик 28 стробирует передачу половины кадра. В предпочтительном варианте осуществления в течение периодов времени, когда передача по каналам графика блокирована, пилот-канал также блокируется с целью сокращения расхода батареи и повышения пропускной способности обратной линии связи. В каждой из этих реализаций кадры передаются со скважностью рабочим циклом 50%, а оставшуюся половину времени энергия передачи выключена. Во время передачи кадра энергия подстраивается приблизительно до значения энергии, с которой передается кадр на 1/4 скорости, т.е. Е/4. Тем не менее изобретатели посредством всестороннего моделирования определили предпочтительную среднюю или основную энергию, с которой кадры 1/8 скорости должны бы были передаваться для каждой из альтернативных реализаций для передачи кадров 1/8 скорости. Данные значения энергии были рассчитаны с целью достижения максимального сбережения ресурса батареи и максимальной пропускной способности обратной линии связи при сохранении должного уровня надежности передачи.
В первом варианте осуществления, приведенном на Фиг.3Г, кадр передается таким образом, что он стробируется через перемежающиеся интервалы длительностью 1,25 мс. Таким образом, передатчик 28 первоначально выключен в течение первых 1,25 мс. Вторая группа управления мощностью (ГУМ1) передается в течение второго временного интервала 1,25 мс с энергией Е1. Третья группа управления мощностью (ГУМ2) блокируется. В данном варианте осуществления все нечетные ГУМ (1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15) передаются, в то время как четные ГУМ (0, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 14) блокируются. Устройство исключения отбрасывает половину повторяющихся символов и обеспечивает приблизительно четыре копии каждого переданного символа. В предпочтительном первом варианте осуществления символы передаются со средней или основной энергией 0,385Е. В предпочтительном варианте осуществления стробирование передатчика 28 производится таким образом, что последние части кадра не блокируются. Этому варианту осуществления отдается предпочтение, так как в нем принимающая базовая станция может посылать поддающиеся интерпретации команды управления мощностью замкнутого контура, чтобы содействовать надежной передаче последующего кадра.
Во втором варианте осуществления, изображенном на Фиг.3Д и являющимся предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, кадр передается таким образом, что он стробируется через перемежающиеся интервалы в 2,5 мс. Способ передачи, приведенный на Фиг.3Д, представляет собой предпочтительную реализацию, так как обеспечивает оптимальное сбережение ресурса батареи и оптимальную пропускную способность обратной линии связи. В течение первого интервала времени 2,5 мс (ГУМ0 до ГУМ1) передатчик 28 выключен. Затем передатчик 28 включается на следующие 2,5 мс (ГУМ2 и ГУМ3) и так далее. В данном варианте осуществления ГУМ 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14, 15 передаются, в то время как ГУМ 0, 1, 4, 5, 8, 9, 12, 13 блокированы. В данном варианте осуществления исключающий элемент работает таким образом, что он отбрасывает ровно половину повторяющихся символов во время стробирования. В предпочтительном втором варианте осуществления символы передаются со средней или основной энергией в 0,32Е.
В третьем варианте осуществления, приведенном на Фиг.3Е, кадр передается таким образом, что он стробируется через перемежающиеся интервалы в 5 мс. В течение первого интервала времени 5 мс (ГУМ0-ГУМ3) передатчик 28 выключен. Затем в течение следующих 5 мс передаются ГУМ 4, 5, 6 и 7 и так далее. В данном варианте осуществления ГУМ 4, 5, 6, 7, 12, 13, 14, 15 передаются, в то время как ГУМ 0, 1, 2, 3, 8, 9, 10, 11 блокируются. В данном варианте осуществления исключающий элемент работает таким образом, что он отбрасывает ровно половину повторяющихся символов во время стробирования. В предпочтительном третьем варианте осуществления символы передаются со средней или основной энергией в 0,32Е.
В четвертом варианте осуществления, приведенном на Фиг.3Ж, кадр передается таким образом, что он стробирован в течение первых 10 мс. В течение следующего интервала времени 10 мс передаются ГУМ с 8 по 15. В данном варианте осуществления ГУМ 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 передаются, в то время как ГУМ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 блокируются. В данном варианте осуществления исключающий элемент работает таким образом, что он отбрасывает ровно половину повторяющихся символов во время стробирования. В предпочтительном четвертом варианте осуществления символы передаются со средней или основной энергией в 0,335Е.
Фиг.2 иллюстрирует функциональную блок-схему варианта осуществления модулятора 26 по Фиг.1. Первый дополнительный канал данных подается по линии 38 на элемент 52 расширения, который маскирует дополнительный канал данных в соответствии с заданной последовательностью расширения. В этом варианте осуществления элемент 52 расширения расширяет спектр дополнительного канала данных короткой последовательностью Уолша (++--). Данные с расширенным спектром подаются на элемент 54 относительного усиления, который регулирует усиление дополнительного канала данных с расширенным спектром относительно энергии пилот-символов и символов управления мощностью. Дополнительный канал данных с регулированным усилением подается на первый суммирующий вход сумматора 56. Мультиплексированные пилот-символы и символы управления мощностью подаются на второй суммирующий вход суммирующего элемента 56 по линии 40.
Данные канала управления по линии 42 подаются на элемент 58 расширения, который маскирует дополнительный канал данных в соответствии с заданной последовательностью расширения. В этом варианте осуществления элемент 58 расширения расширяет спектр дополнительного канала данных короткой последовательностью Уолша (++++++++--------). Данные с расширенным спектром подаются на элемент 60 относительного усиления, который регулирует усиление дополнительного канала данных с расширенным спектром относительно энергии пилот-символов и символов управления мощностью. Дополнительный канал данных с регулированным усилением подается на третий суммирующий вход сумматора 56. Суммирующий элемент 56 суммирует символы данных управления с регулированным усилением, символы дополнительного канала данных с регулированным усилением, а также мультиплексированные по времени пилот-символы и символы управления мощностью и подает сумму на первый вход умножителя 72 и на первый вход умножителя 78.
Второй дополнительный канал данных подается по линии 44 на элемент 62 расширения, который маскирует дополнительный канал данных в соответствии с заданной последовательностью расширения. В этом варианте осуществления элемент 62 расширения расширяет спектр дополнительного канала данных короткой последовательностью Уолша (++--). Данные с расширенным спектром подаются на элемент 64 относительного усиления, который регулирует усиление дополнительного канала данных с расширенным спектром относительно энергии пилот-символов и символов управления мощностью. Дополнительный канал данных с регулированным усилением подается на первый суммирующий вход сумматора 66.
Данные основного канала подаются по линии 46 на элемент 68 расширения, который маскирует данные основного канала в соответствии с заданной последовательностью расширения. В этом варианте осуществления элемент 68 расширения расширяет спектр данных основного канала короткой последовательностью Уолша (++++----++++----). Данные с расширенным спектром подаются на элемент 70 относительного усиления, который регулирует усиление данных основного канала с расширенным спектром относительно энергии пилот-символов и символов управления мощностью. Данные основного канала с регулированным усилением подаются на второй суммирующий вход сумматора 66.
Суммирующий элемент 66 суммирует символы данных второго дополнительного канала с регулированным усилением и символы данных основного канала и подает сумму на первый вход умножителя 74 и на первый вход умножителя 76.
В этом варианте осуществления для расширения спектра данных применяется шумоподобное расширение спектра, использующее две различных коротких псевдошумовых (ПШ) последовательности (ПШ1 и ПШQ). В этом варианте осуществления короткие ПШ последовательности ПШ1 и ПШQ умножаются на длинный ПШ код для обеспечения дополнительной защищенности. Генерация шумоподобных последовательностей хорошо известна в данной области и подробно описывается в вышеупомянутом патенте США №5103459. Длинная ПШ последовательность подается на первый вход умножителей 80 и 82. Короткая ПШ последовательность ПШ1 подается на второй вход умножителя 80, а короткая ПШ последовательность ПШQ подается на второй вход умножителя 82.
Результирующая ПШ последовательность с умножителя 80 подается на соответствующие вторые входы умножителей 72 и 74. Результирующая ПШ последовательность с умножителя 82 подается на соответствующие вторые входы умножителей 76 и 78. Последовательность произведений с умножителя 72 подается на суммирующий вход вычитателя 84. Последовательность произведений с умножителя 74 подается на первый суммирующий вход сумматора 86. Последовательность произведений с умножителя 76 подается на вычитающий вход вычитателя 84. Последовательность произведений с умножителя 78 подается на второй суммирующий вход сумматора 86.
Последовательность разностей с вычитателя 84 подается на фильтр 88 полосы модулирующих частот. Фильтр 88 полосы модулирующих частот осуществляет необходимую фильтрацию последовательности разностей и подает отфильтрованную последовательность на элемент 92 усиления. Элемент 92 усиления регулирует усиление сигнала и подает сигнал с регулированным усилением на преобразователь 96 с повышением частоты сигнала. Преобразователь 96 с повышением частоты сигнала преобразует сигнал с регулированным усилением в соответствии с форматом модуляции КФМ и подает сигнал, преобразованный с повышением частоты, на первый вход сумматора 100.
Последовательность сумм с сумматора 86 подается на фильтр 90 модулирующей частоты. Фильтр 90 модулирующей частоты осуществляет необходимую фильтрацию последовательности сумм и подает отфильтрованную последовательность на элемент 94 усиления. Элемент 94 усиления регулирует усиление сигнала и подает сигнал с регулированным усилением на преобразователь 98 с повышением частоты сигнала. Преобразователь 98 с повышением частоты сигнала преобразует сигнал с регулированным усилением в соответствии с форматом модуляции ФМЧС и подает сигнал, преобразованный с повышением частоты, на второй вход сумматора 100. Сумматор 100 суммирует два сигнала, модулированных согласно ФМЧС, и подает результат на передатчик 28.
Обратимся теперь к Фиг.4, на которой приведена функциональная блок-схема отдельных элементов базовой станции 400 в соответствии с настоящим изобретением. РЧ (радиочастотные) сигналы обратной линии связи от беспроводного устройства 50 связи (Фиг.1) принимаются приемником 402, который преобразует принятые РЧ сигналы обратной линии связи с понижением частоты на частоту полосы модулирующих частот. В данном варианте осуществления приемник 402 преобразует принятые сигналы с понижением частоты в соответствии с форматом демодуляции КФМ. Модулирующий сигнал затем демодулируется демодулятором 404. Демодулятор 404 описывается ниже со ссылкой на Фиг.5.
Демодулированный сигнал подается на накапливающий сумматор 405. Накапливающий сумматор 405 суммирует энергии символов групп управления мощностью, передаваемых с избыточностью. Накопленные энергии символов подаются на элемент 406 обращенного перемежения, который переупорядочивает символы в соответствии с заданным форматом обращенного перемежения. Переупорядоченные символы подаются на декодер 408 с целью получения оценки переданного кадра. Оценка переданного кадра подается затем на устройство 410 проверки ЦИК, которое определяет точность оценки кадра на основе битов ЦИК, присутствующих в переданном кадре.
В этом варианте осуществления базовая станция 400 проводит «слепое» декодирование сигнала обратной связи. Слепое декодирование означает способ декодирования данных, передаваемых с переменной скоростью, в котором приемник не знает априори скорость передачи. В этом варианте осуществления базовая станция 400 осуществляет накопление, обращенное перемежение и декодирование данных в предположении каждой из возможных скоростей. Выбор кадра как наилучшей оценки основывается на метриках качества, таких как частота появления ошибочных символов, результат проверки ЦИК и метрика Ямамото.
Оценка кадра, декодированного в предположении каждой из возможных скоростей, а также набор метрик качества для каждой из оценок, подаются на управляющий процессор 414. В роли метрик качества могут применяться частота появления ошибочных символов, метрика Ямамото и результат проверки ЦИК. Управляющий процессор выборочно выдает один из декодированных кадров пользователю удаленной станции или сообщает о стирании кадра.
Обратимся далее к Фиг.5, на которой изображена развернутая функциональная блок-схема варианта отдельной цепи демодуляции демодулятора 404. В предпочтительном варианте осуществления демодулятор 404 имеет по одной цепи демодуляции для каждого информационного канала. Вариант осуществления демодулятора 404 по Фиг.5 выполняет комплексную демодуляцию сигналов, модулированных согласно варианту осуществления модулятора 26 по Фиг.1. Как было описано ранее, приемник 402 преобразует с понижением частоты принятые РЧ сигналы обратной линии связи на частоту полосы модулирующих частот, формируя сигналы I и Q полосы модулирующих частот. Устройства 502 и 504 сжатия сжимают спектр сигналов I и Q полосы модулирующих частот соответственно, используя длинный код согласно Фиг.2. Фильтры 506 и 508 полосы модулирующих частот фильтруют сигналы I и Q полосы модулирующих частот соответственно.
Устройства 510 и 512 сжатия сжимают спектр сигналов I и Q полосы модулирующих частот соответственно, используя последовательность ПШ1 по Фиг.2. Аналогично устройства 514 и 516 сжатия сжимают спектр сигналов I и Q полосы модулирующих частот соответственно, используя последовательность ПШQ по Фиг.2. Выходные данные устройств 510 и 512 сжатия объединяются в блоке 518 объединения. Выходные данные устройства 516 сжатия вычитаются из выходных данных устройства 512 сжатия в блоке 520 объединения.
Соответствующие выходные данные блоков 518 и 520 объединения затем демаскируются по Уолшу в элементах 522 и 524 демаскирования с применением кода Уолша, который использовался при маскировании каждого из этих каналов на Фиг.2. Соответствующие выходные данные элементов 522 и 524 демаскирования суммируются по одному символу Уолша накапливающими сумматорами 530 и 532.
Соответствующие выходные данные блоков 518 и 520 объединения также суммируются по одному символу Уолша накапливающими сумматорами 526 и 528. Соответствующие выходные данные накапливающих сумматоров 526 и 528 затем подаются на фильтры 534 и 536 пилот-сигнала. Фильтры 534 и 536 пилот-сигнала оценивают состояние канала 40 посредством определения предполагаемого усиления и фазы пилот-сигнала (см. Фиг.1). Выходные данные фильтра 534 пилот-сигнала затем комплексно умножаются на соответствующие выходные данные накапливающих сумматоров 530 и 532 в комплексных умножителях 538 и 540. Аналогично выходные данные фильтра 536 пилот-сигнала комплексно умножаются на соответствующие выходные данные накапливающих сумматоров 530 и 532 в комплексных умножителях 542 и 544. Выходные данные комплексного умножителя 542 суммируются далее с выходными данными комплексного умножителя 538 в блоке 546 объединения. Выходные данные комплексного умножителя 544 вычитаются из выходных данных комплексного умножителя 540 в блоке 548 объединения. Окончательно выходные данные блоков 546 и 548 объединения объединяются в блоке 550 объединения для получения требуемого демодулированного сигнала 405.
Вторым аспектом настоящего изобретения является регулирование энергии передачи прямой линии связи при возможном стробировании передачи обратной линии связи. Эффективность прямой линии связи становится проблематичной, если обратная линия связи работает в стробированном режиме. На основании бита управления мощностью прямой линии связи, который вставляется в пилот-сигнал обратной линии связи, базовая станция уменьшает или увеличивает мощность передачи. Таким образом, когда обратная линия связи стробирована в течение 50% времени, реально команда управления мощностью прямой линии связи передается с частотой 400 Гц вместо 800 Гц. Тем не менее базовая станция не знает априори, стробируется мобильная станция или нет. В результате при нормальной работе базовая станция повысит мощность в течение интервала времени, когда мобильная станция стробирована. С помощью моделирования было выяснено, что если базовая станция нечувствительна к режиму передачи мобильной станции, то имеет место снижение эффективности примерно на 1 дБ по сравнению с ситуацией, при которой базовая станция знает о том, что мобильная станция находится в стробированном режиме, и реагирует на команды управления мощностью прямой линии связи, которые передаются в пилот-сигнале обратной линии связи (400 Гц). Таким образом, требуется способ, с помощью которого базовая станция могла бы определять режим передачи мобильной станции (стробированный/нестробированный).
Один из способов решения данной проблемы заключается в определении области принятия решения на стирание бита управления мощностью прямой линии связи. То есть, когда величина скалярного произведения (суммированная по всем объединяемым каналам приема) меньше некоторого порогового значения, принимается решение на стирание, и мощность прямой линии связи не изменяется. Таким образом, базовая станция будет эффективно реагировать на сигнал управления мощностью прямой линии связи, передаваемый с частотой 400 Гц посредством пилот-сигнала обратной линии связи в стробированном режиме.
Как описывалось ранее, в этом варианте осуществления символы управления мощностью прямой линии связи мультиплексируются в поток пилот-символов. Демодулированные пилот-символы и символы управления мощностью подаются на демультиплексор 412, который отделяет энергии битов управления мощностью и подает энергии битов управления мощностью в управляющий процессор 414.
Управляющий процессор 414 также получает энергии битов управления мощностью для других каналов приема сигнала обратной линии связи, передаваемых удаленной станцией 50. Исходя из суммарных энергий для различных демодулированных каналов приема, управляющий процессор 414 генерирует команды управления энергией передачи сигнала прямой линии связи и подает эти команды в передатчик 420. В настоящем изобретении управляющий процессор определяет, отсечены ли биты управления мощностью в кадре обратной линии связи. Это достигается посредством сравнения суммарных энергий этих битов с пороговым значением, и если суммарная энергия меньше порогового значения, то отклик замкнутого контура управления мощностью подавляется.
Для передачи на удаленную станцию 50 данные трафика прямой линии связи подаются на элемент 416 обработки, который форматирует данные, а также осуществляет кодирование и перемежение полученного в результате кадра данных. Обработанный кадр данных подается в модулятор 418. Модулятор 418 модулирует данные для передачи по каналу прямой линии связи. В этом варианте осуществления сигнал прямой линии связи модулируется в соответствии с форматом модуляции МДКР, а именно с форматами модуляции cdma2000 и IS-2000.
Модулированный сигнал подается в передатчик 420, который преобразует сигнал с повышением частоты, усиливает и фильтрует его для передачи. Энергия, с которой передается сигнал, определяется в соответствии с сигналом управления, получаемым с управляющего процессора 414.
Фиг.6 иллюстрирует операции, выполняемые управляющим процессором 414. Демаскированные пилот-символы и символы управления мощностью из сумматоров 526 и 528 по Фиг.5 подаются на демультиплексоры 600 и 602, которые отделяют энергии мультиплексированных символов управления мощностью. Энергии символов битов управления мощностью со всех демодулирующих каналов приема суммируются в блоке объединения каналов 604 приема. Суммарная энергия подается на блок 606 сравнения, который сравнивает суммарную энергию с заданным пороговым значением и выдает сигнал результата сравнения.
Если энергия битов управления мощностью меньше порогового значения, то процессор 608 управления мощностью определяет, что бит управления мощностью прямой линии связи был отсечен, и не регулирует энергию передачи прямой линии связи. Если же энергия битов управления мощностью превосходит пороговое значение, то процессор 608 управления мощностью определяет, что бит управления мощностью прямой линии связи не был отсечен, и регулирует энергию передачи прямой линии связи в соответствии с предполагаемым значением энергии принятых битов управления мощностью.
Приведенное выше описание предпочтительных вариантов осуществления предоставлено для того, чтобы любой специалист в данной области мог воспроизвести или использовать настоящее изобретение. Для специалистов в данной области различные модификации данных вариантов осуществления будут очевидны, а общие принципы, определенные в данном документе, могут быть применены к другим вариантам осуществления без использования дополнительного изобретательства. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение не ограничивается одними лишь приведенными вариантами осуществления, а имеет самый широкий объем, соответствующий раскрытым в настоящем описании принципам и новым отличительным признакам.
Изобретение относится к новому и усовершенствованному способу и системе передачи кадров информации в соответствии с форматом дискретной передачи. В частности, настоящее изобретение описывает способ передачи кадров речевого сигнала или данных на 1/8 скорости, используя стробирование передачи и регулирование потребления энергии, что одновременно сокращает использование батареи устройством беспроводной связи с переменной скоростью, повышает пропускную способность обратной линии связи и обеспечивает надежную передачу кадров на 1/8 скорости. В настоящем изобретении представлены четыре способа передачи кадров на 1/8 скорости, в которых для достижения вышеупомянутых целей одна половина кадра стробируется, а другая передается на номинальной мощности передачи. Кроме того, система управления мощностью устанавливает, когда биты управления мощностью прямой линии связи отсекаются удаленной станцией (50), и в соответствии с этим не осуществляет регулирование энергии передачи, что является техническим результатом. 10 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.
а) блокируют передачу в течение нечетных интервалов из упомянутых шестнадцати интервалов кадра и
б) осуществляют передачу символов в течение четных интервалов из упомянутых шестнадцати интервалов кадра.
а) блокируют передачу в течение нечетных пар интервалов из упомянутых шестнадцати интервалов кадра и
б) осуществляют передачу символов в течение четных пар интервалов из упомянутых шестнадцати интервалов кадра.
а) блокируют передачу в течение нечетных четверок интервалов из упомянутых шестнадцати интервалов кадра и
б) осуществляют передачу символов в течение четных четверок интервалов из упомянутых шестнадцати интервалов кадра.
а) блокируют передачу в течение с первого по восьмой интервалы из упомянутых шестнадцати интервалов кадра и
б) осуществляют передачу символов в течение с девятого по шестнадцатый из упомянутых шестнадцати интервалов кадра.
а) средство для блокирования передачи в течение нечетных интервалов из упомянутых шестнадцати интервалов кадра и
б) средство для обеспечения передачи символов в течение четных интервалов из упомянутых шестнадцати интервалов кадра.
| US 5659569 A, 19.08.1997 | |||
| СПОСОБ СЖАТИЯ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА ПУТЕМ КОДИРОВАНИЯ С ПЕРЕМЕННОЙ СКОРОСТЬЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, КОДЕР И ДЕКОДЕР | 1993 |
|
RU2107951C1 |
| Экономайзер | 0 |
|
SU94A1 |
