СПЕКТРАЛЬНО ЭФФЕКТИВНЫЙ ПЕРЕДАТЧИК С КОДОВЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ Российский патент 2006 года по МПК H04J13/02 

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в системах беспроводного доступа, фиксированной, сухопутной подвижной и спутниковой связи.

Известны системы сотовой и спутниковой связи с кодовым разделением каналов, а именно: система сотовой подвижной связи стандарта IS-95 на основе технологии многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР), (в иностранной терминологии - CDMA); система спутниковой связи «Глобалстар» (США), а также перспективные системы с МДКР, такие как CDMA-450, CDMA-2000 и WCDMA и спутниковые: SAT-CDMA (Ю.Корея), SW-CDMA (Европейское космическое агентство-ESA) [1].

Основным требованием, предъявляемым как к существующим, так и к перспективным системам связи в условиях возросшего спроса на выделение полос частот, является требование по обеспечению высокой спектральной эффективности.

Под спектральной эффективностью системы с кодовым разделением каналов понимается максимально высокий трафик радиоинтерфейса в заданной полосе частот, которая оценивается коэффициентом спектральной эффективности и представляет собой отношение скорости передачи информации в системе (пропускной способности системы) к ширине полосы частот спектра сигнала.

Современные системы связи, в том числе и с кодовым разделением каналов, характеризуются низкой спектральной эффективностью.

Например, у системы сотовой подвижной связи стандарта IS-95 значение коэффициента спектральной эффективности не превосходит величины, равной 0,5.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является передатчик с кодовым разделением каналов [2], включающий N информационных каналов (ИК), каждый из которых включает последовательно соединенные кодер (КД), перемежитель (Пер), первый сумматор по модулю два (С), уплотнитель символов (УС), второй С и формирователь спектра сигнала канала (ФССК), выход которого является выходом ИК, а также последовательно соединенные генератор кода адреса (ГКА), первый прореживатель (П), второй П, выход которого соединен с вторым входом УС, выход первого П соединен с вторым входом первого С, причем вход ГКА является первым входом ИК, вход КД - вторым входом ИК, третий вход УС - третьим входом ИК, второй вход второго С является четвертым входом ИК, второй вход ФССК является пятым входом ИК, третий вход ФССК - шестым входом ИК, четвертый вход ФССК - седьмым входом ИК, а пятый вход ФССК - восьмым входом ИК,

К каналов вызова (KB), каждый из которых включает последовательно соединенные КД, Пер, первый С, второй С и ФССК, выход которого является выходом KB, а также последовательно соединенные ГКА, П, выход которого соединен с вторым входом первого С, причем вход ГКА является первым входом KB, вход КД - вторым входом KB, второй вход второго С является третьим входом KB, второй вход ФССК является четвертым входом KB, третий вход ФССК - пятым входом KB, четвертый вход ФССК - шестым входом KB, а пятый вход ФССК - седьмым входом KB,

J каналов синхронизации (КС), каждый из которых включает последовательно соединенные КД, повторитель символов (ПС), С и ФССК, выход которого является выходом КС, причем вход КД является первым входом КС, второй вход С является вторым входом КС, второй вход ФССК является третьим входом КС, третий вход ФССК - четвертым входом КС, четвертый вход ФССК - пятым входом КС, а пятый вход ФССК - шестым входом КС и

канал пилот-сигнала (КПС), включающий последовательно соединенные С и ФССК, выход которого является выходом КПС, причем первый вход С является первым входом КПС, а второй вход С - вторым входом КПС, второй вход ФССК является третьим входом КПС, третий вход ФССК - четвертым входом КПС, четвертый вход ФССК - пятым входом КПС, а пятый вход ФССК - шестым входом КПС,

тактовый генератор (ТГ), выход которого соединен с входом генератора кодов синхронизации (ГКС) и с входом генератора ортогональных кодов (ГОК), генератор несущей частоты (ГНЧ) и сумматор канальных сигналов (СКС), выход которого является выходом передатчика,

первый выход ГКС соединен с объединенными пятыми входами всех ИК, объединенными четвертыми входами всех KB, объединенными третьими входами всех КС и третьим входом КПС,

второй выход ГКС соединен с объединенными седьмыми входами всех ПК, объединенными шестыми входами всех KB, объединенными пятыми входами всех КС и пятым входом КПС,

первый выход ГНЧ соединен с объединенными восьмыми входами всех ИК, объединенными седьмыми входами всех KB, объединенными шестыми входами всех КС и шестым входом КПС,

второй выход ГНЧ соединен с объединенными шестыми входами всех ИК, объединенными пятыми входами всех KB, объединенными четвертыми входами всех КС и четвертым входом КПС,

n-й выход ГОК соединен с четвертым входом n-го ИК, где n принимает значения от 1 до N,

(N+k)-й выход ГОК соединен с третьим входом k-го KB, где k принимает значения от 1 до К,

(N+K+j)-й выход ГОК соединен с вторым входом j-го КС, где j принимает значения от 1 до J,

N+K+J+1-й выход ГОК соединен с вторым входом КПС,

n-й вход СКС соединен с выходом n-го информационного канала,

(N+k)-й вход СКС соединен с выходом соответствующего k-го KB,

(N+K+j)-й вход СКС соединен с выходом соответствующего j-го КС,

N+K+J+1-й вход СКС соединен с выходом КПС.

Целью настоящего изобретения является повышение спектральной эффективности передачи информации в перспективных системах связи.

Указанная цель достигается тем, что в известном передатчике с кодовым разделением каналов, включающим N ИК, каждый из которых включает последовательно соединенные КД, Пер, первый С, УС, второй С и ФССК, выход которого является выходом ИК, а также последовательно соединенные ГКА, первый П, второй П, выход которого соединен с вторым входом УС, выход первого П соединен с вторым входом первого С, причем вход ГКА является первым входом ИК, вход КД - вторым входом ИК, третий вход УС - третьим входом ИК, второй вход второго С является четвертым входом ИК, второй вход ФССК является пятым входом ИК, третий вход ФССК - шестым входом ИК, четвертый вход ФССК - седьмым входом ИК, а пятый вход ФССК - восьмым входом ИК, К KB, каждый из которых включает последовательно соединенные КД, Пер, первый С, второй С и ФССК, выход которого является выходом KB, а также последовательно соединенные ГКА, П, выход которого соединен с вторым входом первого С, причем вход ГКА является первым входом KB, вход КД - вторым входом KB, второй вход второго С является третьим входом KB, второй вход ФССК является четвертым входом KB, третий вход ФССК - пятым входом KB, четвертый вход ФССК - шестым входом KB, а пятый вход ФССК - седьмым входом KB, J КС, каждый из которых включает последовательно соединенные КД, ПС, С и ФССК, выход которого является выходом КС, причем вход КД является первым входом КС, второй вход С является третьим входом КС, второй вход ФССК является третьим входом КС, третий вход ФССК - четвертым входом КС, четвертый вход ФССК - пятым входом КС, а пятый вход ФССК - шестым входом КС, канал пилот сигнала, включающий последовательно соединенные С и ФССК, выход которого является выходом КПС, причем первый вход С является первым входом КПС, а второй вход С - вторым входом КПС, второй вход ФССК является третьим входом КПС, третий вход ФССК - четвертым входом КПС, четвертый вход ФССК - пятым входом КПС, а пятый вход ФССК - шестым входом КПС, ТГ, выход которого соединен с входом ГКС и с входом ГОК, ГНЧ и СКС, выход которого является выходом передатчика, первый выход ГКС соединен с объединенными пятыми входами всех ИК, объединенными четвертыми входами всех KB, объединенными третьими входами всех КС и третьим входом КПС, второй выход ГКС соединен с объединенными седьмыми входами всех ИК, объединенными шестыми входами всех KB, объединенными пятыми входами всех КС и пятым входом КПС, первый выход ГНЧ соединен с восьмыми входами всех ИК, седьмыми входами всех KB, шестыми входами всех КС и шестым входом КПС, второй выход ГНЧ соединен с шестыми входами всех ИК, пятыми входами всех KB, четвертыми входами всех КС и четвертым входом КПС, n-й выход ГОК соединен с четвертым входом n-го ПК, N+k-й выход ГОК соединен с третьим входом k-го KB, каждый из следующих N+K+j-й выход ГОК соединен с вторым входом j-го КС, N+K+J+1-ый выход ГОК соединен с вторым входом КПС, n-ый вход СКС соединен с выходом n-ого информационного канала, N+k-й вход СКС соединен с выходом k-го KB, N+K+j-й вход СКС соединен с выходом j-го КС, N+K+J+1-й вход СКС соединен с выходом КПС,

в схему передатчика внесены следующие изменения:

из схемы каждого ИК исключен ФССК и разорваны связи между вторым входом ИК и КД, между УС и вторым С, второй вход второго С отключен от ГОК, а также в схему каждого ИК введены новые элементы и соответствующие связи между элементами, а именно:

последовательно соединенные разделитель (Р), второй КД, второй Пер, выход которого соединен с первым входом второго С, а также второй УС, вход которого соединен с выходом второго сумматора по модулю два, вход Р является вторым входом ИК, второй выход Р соединен с входом первого КД, выход первого П соединен с вторым входом второго С, а выход второго П - с вторым входом второго УС, третьи входы первого и второго УС объединены, выход первого УС является первым выходом ИК, а выход второго УС - вторым выходом ИК,

из схемы каждого KB исключен ФССК и разорваны связи между вторым входом KB и КД, между первым и вторым С, второй вход второго С отключен от ГОК, а также в схему каждого KB введены новые элементы и соответствующие связи между элементами, а именно:

последовательно соединенные Р, второй КД, второй Пер, выход которого соединен с первым входом второго С, вход Р является вторым входом KB, второй выход Р соединен с входом первого КД, выход первого С является первым выходом KB, а выход второго С - вторым выходом KB, выход П соединен с вторым входом второго С,

из схемы каждого КС исключены С и ФССК и введена новая связь - выход ПС является выходом КС,

из схемы КПС исключены С и ФССК и выход канала соединен с его входом,

причем N+K+J+1 равно L, где L - общее число каналов передатчика, соотношение между N, К и J определяется трафиком радиообмена,

а в схему передатчика дополнительно введены генератор ортогональных М-ичных кодов (ГОКМ), вход которого соединен с выходом ТГ, 2(n+k) модуляторов (М), каждый из которых имеет m информационных входов, где n=N/m; a k=К/m, и М опорных входов, где М=2^m, m основание кода используемого сигнала, а К и N кратны m,

(n+k+J+1) формирователей спектра сигнала (ФСС), каждый из которых включает последовательно соединенные первый С, второй С, сглаживающий фильтр (СФ), перемножитель (ПР) и сумматор (Сум), выход которого является выходом формирователя спектра сигнала, а также последовательно соединенные третий С, четвертый С, второй СФ, второй ПР, выход которого подключен к второму входу Сум, причем первый вход первого С является первым входом ФСС, первый вход третьего С - вторым входом ФСС, вторые входы второго и четвертого С объединены и являются третьим входом ФСС, второй вход первого С является четвертым входом ФСС, второй вход третьего С - пятым входом ФСС, второй вход первого ПР - шестым входом ФСС, а второй вход второго ПР - седьмым входом ФСС,

все ПК разбиты на n=N/m групп по m каналов в каждой, первый выход каждого из m ПК каждой из n групп соединен с соответствующим из m входов (2n-1)-го М, второй выход каждого из m ИК каждой из n групп соединен с соответствующим из m входов 2n-го М, выход (2n-1)-ого М соединен с первым входом n-го ФСС, а выход 2n-го М соединен с вторым входом n-го ФСС, выход n-го ФСС соединен с n-м входом СКС,

все KB разбиты на k=К/m групп по m каналов в каждой, первый выход каждого из m KB каждой из k групп соединен с соответствующим из m входов (2I+2k-1)-го M, второй выход каждого из m KB каждой из k групп соединен с соответствующим из m входов (2n+2k) M, выход (2n+2k-1)-го M соединен с первым входом (n+k)-го ФСС, а выход (2n+2k)-го M соединен с вторым входом (n+k)-го ФСС, выход (n+k)-го ФСС соединен с (n+k)-м входом СКС,

выход каждого из J КС подключен к первому и второму входам соответствующего из (n+k+1)-го no (n+k+J)-й ФСС, выход каждого из (n+k+1)-го по (n+k+J)-й ФСС соединен с соответствующим из (n+k+1)-го по (n+k+J)-й входов СКС,

первый и второй входы (n+k+J+1)-го ФСС объединены и являются входом КПС, а его выход соединен с (n+k+J+1)-м входом СКС,

каждый из n выходов ГОК соединен с третьим входом соответствующего из n ФСС,

каждый из (n+k) выходов ГОК соединен с третьим входом соответствующего из (n+k)-го ФСС,

каждый из (n+k+1)-го no (n+k+J)-й выходов ГОК соединен с третьим входом соответствующего из ((n+k+1)-го no (n+k+J)-й ФСС,

каждый из (n+k+J+1) выходов ГОК соединен с третьим входом соответствующего из (n+k+J+1) ФСС,

первый выход ГКС соединен с объединенными четвертыми входами всех ФСС, а его второй выход соединен с объединенными пятыми входами всех ФСС,

первый выход ГНЧ соединен с объединенными шестыми входами всех ФСС, а его второй выход соединен с объединенными седьмыми входами всех ФСС,

каждый из М выходов ГОКМ соединен с соответствующим из М объединенных опорных входов всех модуляторов.

Отличительными признаками предлагаемого устройства являются введенные в схему передатчика новые элементы, а именно: модуляторы, формирователи спектра сигналов, генератор ортогональных М-ичных сигналов и соответствующие связи между ними, а также введены новые и дополнительные элементы в ПК и KB и соответствующие связи между ними, благодаря чему удалось в несколько раз увеличить спектральную эффективность системы связи за счет формирования новой сигнально-кодовой конструкции и нового вида кодового уплотнения ПК и KB, что соответствует критерию «новизна».

Поскольку совокупность введенных элементов и их связи до даты подачи заявки в патентной и научной литературе не обнаружены, то предлагаемое техническое решение соответствует «изобретательскому уровню».

Структурная схема заявляемого устройства представлена на чертеже. На чертеже обозначено:

1, 9, 23, 28, 31 - кодер (КД);

2, 10, 24, 29 - перемежитель (Пер);

3, 11, 25, 30 13, 14, 18, 19 - сумматор по модулю два (С);

4, 12 - уплотнитель символов (УС);

5, 22 - разделитель (Р);

6, 26 - генератор кода адреса (ГКА);

7, 8, 27 - прореживатель (П);

15, 20 - сглаживающий фильтр;

16, 21 - перемножитель (ПР);

17 - сумматор (Сум);

32 - повторитель символов (ПС);

33 - тактовый генератор (ТГ);

34 - генератор кодов синхронизации (ГКС);

35 - генератор ортогональных кодов (ГОК);

36 - генератор ортогональных М-ичных кодов (ГОКМ);

37 - генератор несущей частоты (ГНЧ);

38 - сумматор канальных сигналов (СКС);

М (2n-1, n=1) - первый модулятор первой группы ИК;

М (2n, n=1) - второй модулятор первой группы ИК;

М (2n+2k-l, k=1) - первый модулятор первой группы KB;

М (2n+2k, k=1) - второй модулятор первой группы KB;

ФСС (n, n=1) - формирователь спектра сигнала первой группы ИК;

ФСС (n+k, k=1) - формирователь спектра сигнала первой группы KB;

ФСС (n+k+J, J=1) - формирователь спектра сигнала первого КС;

ФСС (n+k+J+1) - формирователь спектра сигнала КПС.

С целью упрощения схемы на чертеже изображены только один (m-ый) ИК из n-й группы и элементы (два модулятора (2n-1 и 2n) и n-й ФСС), которые поясняют работу n-й группы ИК в составе устройства, только один (m-й) KB из k-й группы и элементы (два модулятора (2n+2k-1 и 2n+2k) и (n+k)-й ФСС, которые поясняют работу группы KB в составе устройства, только один J-й КС и (n+k+J)-й ФСС, которые поясняют работу канала в составе устройства, и информация пилот-сигнала.

Работа передатчика. Порядок работы передатчика рассмотрим по структурной схеме, которая изображена на чертеже.

При рассмотрении работы передатчика будем исходить из следующего:

1. Алгоритм работы служебных (KB, КС и КПС) каналов заявляемого устройства и устройства-прототипа одинаков.

2. Загруженность каналов передатчика определяется текущим трафиком и управляется стандартными средствами базовой станции, например такими, как конвольвер, которые и в данном устройстве не рассматриваются.

3. Для уяснения характера обработки информации в каналах передатчика достаточно рассмотреть обработку информации в каком-либо одном канале.

Работа информационного канала. Рассмотрим работу первого ИК (m=1) в n-ой группе. На первый вход ИК поступает информация об адресе абонента, а на второй - информация, которую необходимо передать другому абоненту. Информация, поступающая на 1 и 2 входы ИК, представляет собой поток двоичных символов. Поток двоичных символов, поступающий на первый вход ИК, разделителем (5) преобразуется в два потока для создания синфазной I и квадратурной Q составляющих (условно в одном потоке следуют четные символы, а в другом - нечетные). С первого выхода разделителя (5) первый поток поступает на вход кодера (9), а с второго выхода второй поток поступает на вход кодера (1). Потоки двоичных символов в кодерах (1) и (9) кодируются избыточным кодом с целью обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне. С выхода кодера (1) информация поступает на вход перемежителя (2), а с выхода кодера (9) - на вход перемежителя (10). В перемежителях (2) и (10) кодированная информация «перемешивается» таким образом, чтобы исключить возможность группирования ошибок на приемной стороне. С выхода перемежителя (2) информация поступает на первый вход сумматора по модулю два (4), а с выхода перемежителя (10) - на первый вход сумматора по модулю два (11). Поток двоичных символов, содержащий информацию об адресе вызываемого абонента, с первого входа ИК поступает на вход ГКА (6), который формирует адрес вызываемого абонента и направляет его на вход прореживателя (7). Информация с выхода прореживателя (7) поступает на вторые входы сумматоров по модулю два (3) и (11) и на вход прореживателя (8). В сумматорах по модулю два (3) и (11) в потоки информации, поступающие на их первые входы, с помощью прореживателя (7) «замешивается» информация об адресе абонента, поступающая с ГКА (6). С выхода сумматора по модулю два (3) информационный поток, содержащий уже признак адреса абонента, поступает на первый вход уплотнителя символов (4), а с выхода сумматора по модулю два (11) - на первый вход уплотнителя символов (12). В уплотнителях символов (4) и (12) с помощью информации, поступающей на их вторые входы с выхода прореживателя (8), обеспечивается «замешивание» в информационный поток с адресом абонента дополнительной информации, которая поступает на их третьи входы для управления уровнем излучаемой мощности передатчика абонента. Информация с выхода уплотнителя символов (4) поступает на первый выход ИК, а информация с выхода уплотнителя символов (12) поступает на второй выход ИК.

В остальных m-1 каналах n-й группы происходит аналогичное преобразование информации.

Потоки двоичных символов с первых выходов каждого ИК n-й группы подаются на соответствующие информационные входы (2n-1)-ого модулятора, а информационные потоки с вторых выходов каждого ИК n-й группы подаются на соответствующие информационные входы 2n-го модулятора. Одновременно на все опорные входы (с 1 по 2^m) всех модуляторов с соответствующих выходов ГОКМ (36) подаются опорные кодовые М-ычные последовательности.

Модуляторы, в зависимости от комбинации двоичных символов на их информационных входах, обеспечивают выбор и передачу на свои выходы одного из 2^m ортогональных М-ычных кодов (последовательностей), вырабатываемых ГОКМ (36).

Информация с выхода (2n-1)-го модулятора подается на первый вход n-го ФСС, а с выхода 2n-го модулятора подается на второй вход n-го ФСС.

Информация с первого входа n-го ФСС подается на первый вход сумматора по модулю два (13) n-го ФСС, а с второго входа n-го ФСС - на первый вход сумматора по модулю два (18) n-го ФСС. На вторые входы сумматоров по модулю два (13) и (18) через четвертый и пятый входы n-го ФСС подаются коды синхронизации (I и Q) с первого и второго выходов ГКС (34) соответственно. Информация с выхода сумматора по модулю два (13) подается на первый вход сумматора по модулю два (14) n-го ФСС, а информация с выхода сумматора по модулю два (18) подается на первый вход сумматора по модулю два (19) n-ого ФСС. На вторые входы сумматоров по модулю два (14) и (19) n-го ФСС через его третий вход подаются символы ортогонального кода с n-ого выхода ГОК (35).

Информация с выхода сумматора по модулю два (14) через сглаживающий фильтр (15) поступает на первый вход перемножителя (16), а информация с выхода сумматора по модулю два (19) через сглаживающий фильтр (20) поступает на первый вход перемножителя (21). На вторые входы перемножителей (16) и (21) через шестой и седьмой входы n-го ФСС с первого и второго выходов ГНЧ (37) соответственно подаются квадратурные (косинусная (I) и синусная (Q)) составляющие несущей частоты. С выхода перемножителя (16) информация поступает на первый вход сумматора (17), а с выхода перемножителя (21) - на второй вход сумматора (17), который обеспечивает линейное сложение квадратурных составляющих. Информация с выхода сумматора (17), который является выходом n-ого ФСС, подается на n-ый вход СКС (38).

Работа канала вызова. Рассмотрим работу первого KB (m=1) в k-й группе. На первый вход KB поступает информация об адресе абонента, а на второй - информация, из которой формируется сигнал вызова. Информация, поступающая на 1 и 2 входы KB, представляет собой поток двоичных символов. Поток двоичных символов, поступающий на второй вход KB, разделителем (22) преобразуется в два потока для создания синфазной I и квадратурной Q составляющих (условно в одном потоке следуют четные символы, а в другом - нечетные). С первого выхода разделителя (22) первый поток поступает на вход кодера (28), а с второго выхода (22) второй поток поступает на вход кодера (23). Потоки двоичных символов в кодерах (23) и (28) кодируются избыточным кодом с целью обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне. С выхода кодера (23) информация поступает на вход перемежителя (24), а с выхода кодера (28) - на вход перемежителя (29). В перемежителях (24) и (29) кодированная информация «перемешивается» таким образом, чтобы исключить возможность группирования ошибок на приемной стороне. С выхода перемежителя (24) информация поступает на первый вход сумматора по модулю два (25), а с выхода перемежителя (29) - на первый вход сумматора по модулю два (30). Поток двоичных символов, содержащий информацию об адресе вызываемого абонента, с первого входа KB поступает на вход ГКА (26), который формирует адрес вызываемого абонента и направляет его на вход прореживателя (27). Информация с выхода прореживателя (27) поступает на вторые входы сумматоров по модулю два (25) и (30). В сумматорах по модулю два (25) и (30) в потоки информации, поступающие на их первые входы, с помощью прореживателя (27) «замешивается» информация об адресе абонента, поступающая с ГКА (26). С выхода сумматора по модулю два (25) информационный поток, содержащий уже признак адреса абонента, поступает на первый выход KB, а с выхода сумматора по модулю два (30) - на второй выход КВ.

В остальных m-1 каналах вызова k-й группы происходит аналогичное преобразование информации.

Потоки двоичных символов с первых выходов каждого KB k-й группы подаются на соответствующие информационные входы (2n+2k-1)-го модулятора, а информационные потоки с вторых выходов каждого KB k-й группы подаются на соответствующие информационные входы (2n+2k)-го модулятора. Одновременно на опорные входы (с 1 по 2^m) выше упомянутых модуляторов с соответствующих выходов ГОКМ (36) подаются опорные кодовые М-ычные последовательности.

Модуляторы, в зависимости от комбинации двоичных символов на их информационных входах, обеспечивают выбор и передачу на свои выходы одного из 2^m ортогональных М-ычных кодов (последовательностей), вырабатываемых ГОКМ (36).

Информация с выхода (2n+2k-1)-го модулятора подается на первый вход (n+k)-го ФСС, а с выхода (2n+2k)-го модулятора подается на второй вход (n+k)-го ФСС.

На третий вход (n+k)-ого ФСС подаются символы ортогонального кода с (n+k)-ого выхода ГОК (35).

На четвертый и пятый входы (n+k)-ого ФСС подаются коды синхронизации (I и Q) с первого и второго выходов ГКС (34) соответственно.

На шестой и седьмой входы (n+k)-ого ФСС с первого и второго выходов ГНЧ (37) соответственно подаются квадратурные (косинусная (I) и синусная (Q)) составляющие несущей частоты. В (n+k)-м ФСС осуществляется преобразование информационных потоков, поступающих на его первый и второй входы, в соответствии с алгоритмом, описанном выше в информационном канале. Информация с выхода (n+k)-го ФСС подается на (I+к)-й вход СКС (38).

Работа канала синхронизации. Рассмотрим работу J-го КС (J=1). На вход КС поступает служебная информация, которая представляет собой поток двоичных символов. Эта информация с входа канала поступает на вход кодера (31), в котором осуществляется ее избыточное кодирование с целью обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне.

С выхода кодера (31) информация поступает на вход повторителя символов (32), который обеспечивает доведение значения скорости передачи информации в КС до скорости передачи информации в ИК и КВ.

С выхода повторителя символов (32) информационный поток поступает на выход КС.

В остальных J-1 каналах синхронизации происходит аналогичное преобразование информации.

Поток двоичных символов с выхода j-го КС подается на первый и второй входы (I+G+j)-ого ФСС.

На третий вход (n+k+J)-го ФСС подаются символы ортогонального кода с (n+k+J)-го выхода ГОК (35).

На четвертый и пятый входы (n+k+J)-го ФСС подаются коды синхронизации (I и Q) с первого и второго выходов ГКС (34) соответственно.

На шестой и седьмой входы (n+k+J)-го ФСС с первого и второго выходов ГНЧ (37) соответственно подаются квадратурные (косинусная (I) и синусная (Q)) составляющие несущей частоты. В (n+k+J)-м ФСС осуществляется преобразование информационных потоков, поступающих на его первый и второй входы, в соответствии с алгоритмом, описанном выше.

Информация с выхода (n+k+J)-го ФСС подается на (n+k+J)-ый вход СКС (38).

Работа канала пилот-сигнала. На первый и второй входы (n+k+J+1)-го ФСС при включенном передатчике постоянно поступает служебная информация (пилот-сигнал), которая представляет собой поток двоичных символов (все нули).

На третий вход (n+k+J+1)-го ФСС подаются символы ортогонального кода с (n+k+J+1)-го выхода ГОК (35).

На четвертый и пятый входы (n+k+J+1)-го ФСС подаются коды синхронизации (I и Q) с первого и второго выходов ГКС (34) соответственно.

На шестой и седьмой входы (n+k+J+1)-го ФСС с первого и второго выходов ГНЧ (37) соответственно подаются квадратурные (косинусная (I) и синусная (Q)) составляющие несущей частоты. В (n+k+J+1)-м ФСС осуществляется преобразование информационных потоков, поступающих на его первый и второй входы, в соответствии с алгоритмом, описанном выше.

Информация с выхода (n+k+J+1)-го ФСС подается на (n+k+J+1)-й вход СКС(38).

КПС непрерывно работает при включенном передатчике, обеспечивая тем самым возможность всем абонентам контролировать свое постоянное подключение к базовой станции.

Сигналы с выходов всех формирователей спектра сигнала линейно складываются в СКС (38), с выхода которого результирующий сигнал подается на усилитель мощности (не показан).

Сравнительная оценка спектральной эффективности заявляемого устройства и прототипа. Потенциальную оценку спектральной эффективности рассматриваемых устройств проведем в условиях отсутствия внешних помех.

1. Основываясь на определении спектральной эффективности системы с кодовым разделением каналов, ее значение для устройства-прототипа можно определить из выражения

где П - пропускная способность системы;

F - ширина спектра сигнала.

В свою очередь пропускная способность устройства-прототипа П равна сумме скоростей передачи информации по всем каналам, а при одинаковой скорости передачи информации в каждом канале, равной R, пропускная способность устройства равна произведению скорости передачи информации в одном канале R на число используемых каналов связи L. Для устройства-прототипа L=N+K+J+1. В этом случае выражение (1) примет вид

Учитывая, что для рассматриваемых устройств ширина спектра сигнала F принимается равной тактовой частоте формирования кодовой последовательности сигнала F_т, то значение ширины спектра сигнала можно записать в виде

где r - скорость кода.

Тогда выражение (2) с учетом (3) будет иметь вид

2. Для заявляемого устройства число каналов в системе может быть определено как [3, 4]

где , - означает целую ближайшую часть числа х, меньшую х;

m=1, 2,... - основание кода (определяется числом каналов в группе), который имеет длину l=2^i+m-1;

i - число повторов последовательности кодера;

δ - дисперсия боковых выбросов нормированной функции взаимной корреляции сигналов (кодов);

h - заданное отношение сигнал/шум на бит, определяемое требуемым качеством передаваемой информации.

Учитывая, что , а l=2^i+m-1, тогда

С учетом (5) выражение (4) будет иметь вид

Тогда выражение (2) для определения спектральной эффективности заявляемого устройства с учетом (5) и (6) будет иметь вид

Определим численное значение коэффициента спектральной эффективности ε для прототипа и заявляемого устройства при определенных значениях переменных δ, h, i, m, r.

Известно, что для ортогональных последовательностей численное значение δ≈0,44 [5, 6], а отношение сигнал/шум h для биортогонального кода (32, 6, 16) при обеспечении вероятности ошибки на бит, равной 10^-3, должно быть равно 2,6 [7]. Величина r для выбранного кода для заявляемого устройства = 6/32, а для прототипа - r=0,5. Примем i=1, а m=6.

Тогда значение коэффициента спектральной эффективности ε при этих данных для заявляемого устройства будет равно ≈ 1,65, а для устройства прототипа - 0,5. Сравнивая значения коэффициентов спектральной эффективности заявляемого устройства и прототипа легко установить, что заявляемое устройство в 3,3 раза превосходит его по эффективности.

Таким образом, заявляемое устройство имеет явные преимущества по сравнению с прототипом.

Вариант технической реализации генератора ортогональных М-ичных кодов (36) представлен в [8, 9].

Источники информации

1. Новые стандарты широкополосной радиосвязи на базе технологии W-CDMA, М.: Международный центр научно-технической информации, 1999. (стр.38-58).

2. Vijay К.Garg. IS-95 CDMA and cdma2000 Cellular/PCS Systems Implementation. Pretice Hall, PTR, 2000. (прототип).

3. Сивов В.А. Сравнительная оценка помехоустойчивости и пропускной способности систем связи с разделением каналов по форме сигналов. - Радиотехника, 1983, №6, с.41-45.

4. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами./ Под ред. Г.И.Тузова. - М.: Радио и связь, 1985. - 264 с. (стр.75, выражение 3.5).

5. Там же (стр.32, табл. №2.3).

6. Бельтюков В.В., Сивов В.А. Ортогональные сигналы на основе полных кодовых колец и их корреляционные свойства. - Радиотехника и электроника, 1982, т.27, №9, с.1733-1738.

7. Цифровые методы в космической связи: Пер с англ./ Под ред. В.И.Шляпоберского. - М.: Связь. 1969. - 270 с. (стр.263).

8. Бельтюков В.В., Сивов В.А. АС №906326 от 14.10.1981 г. Генератор кодовых последовательностей.

9. Бельтюков В.В., Сивов В.А. АС №1082283 от 22.11.1983 г. Генератор кодовых последовательностей.

Спектрально эффективный передатчик с кодовым разделением каналов относится к области радиосвязи и может найти применение в системах беспроводного доступа, фиксированной, сухопутной подвижной и спутниковой связи. Технический результат - повышение спектральной эффективности передачи информации в перспективных системах связи. Для этого в известном передатчике с кодовым разделением каналов (стандарт IS-95) дополнительно введены новые элементы, а именно: в схему передатчика - генератор ортогональных М-ичных кодов, 2 (n+k) модулятора, (n+k+J+1) формирователь спектра сигнала, а в каждый информационный канал - разделитель, второй кодер, перемежитель и второй уплотнитель символов, в каждый канал вызова - разделитель, второй кодер и перемежитель и соответствующие связи между ними для формирования новой сигнально-кодовой конструкции и вида кодового уплотнения каналов, что позволило увеличить спектральную эффективность системы связи более чем в 3 раза. 1 ил.

Спектрально эффективный передатчик с кодовым разделением каналов, в состав которого входят N информационных каналов, каждый из которых включает последовательно соединенные кодер, перемежитель, первый сумматор по модулю два и уплотнитель символов, а также второй сумматор по модулю два и последовательно соединенные генератор кода адреса, первый прореживатель, второй прореживатель, выход которого соединен с вторым входом уплотнителя символов, выход первого прореживателя соединен с вторым входом первого сумматора по модулю два, причем вход генератора кода адреса является первым входом информационного канала, а третий вход уплотнителя символов - третьим входом информационного канала, К каналов вызова, каждый из которых включает последовательно соединенные кодер, перемежитель и первый сумматор по модулю два, а также второй сумматор по модулю два и последовательно соединенные генератор кода адреса и прореживатель, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора по модулю два, причем вход генератора кода адреса является первым входом канала вызова, J каналов синхронизации, каждый из которых включает последовательно соединенные кодер и повторитель символов, причем вход кодера является входом канала синхронизации, тактовый генератор, выход которого соединен с входом генератора кодов синхронизации и с входом генератора ортогональных кодов, генератор несущей частоты и сумматор канальных сигналов, выход которого является выходом передатчика, отличающийся тем, что в схему информационного канала дополнительно введены последовательно соединенные разделитель, второй кодер, второй перемежитель, выход которого соединен с первым входом второго сумматора по модулю два, а также второй уплотнитель символов, вход которого соединен с выходом второго сумматора по модулю два, вход разделителя является вторым входом информационного канала, второй выход разделителя соединен с входом первого кодера, выход первого прореживателя соединен с вторым входом второго сумматора по модулю два, а выход второго прореживателя - с вторым входом второго уплотнителя символов, третьи входы первого и второго уплотнителя символов объединены, выход первого уплотнителя символов является первым выходом информационного канала, а выход второго уплотнителя символов - вторым выходом информационного канала, а в схему канала вызова введены последовательно соединенные разделитель, второй кодер, второй перемежитель, выход которого соединен с первым входом второго сумматора по модулю два, вход разделителя является вторым входом канала вызова, второй выход разделителя соединен с входом первого кодера, выход первого сумматора по модулю два является первым выходом канала вызова, а выход второго сумматора по модулю два - вторым выходом канала вызова, выход прореживателя соединен с вторым входом второго сумматора по модулю два, выход повторителя символов является выходом канала синхронизации, причем N+K+J+1 равно L, где L - общее число каналов передатчика, а в схему передатчика дополнительно введены генератор ортогональных М-ичных кодов, вход которого соединен с выходом тактового генератора, 2(n+k) модуляторов, каждый из которых имеет m информационных входов, где n=N/m, a k=K/m, и М опорных входов, где M=2^m, m - основание кода используемого сигнала, а N и К кратны m,

(n+k+j+1) формирователь спектра сигнала, каждый из которых включает последовательно соединенные первый сумматор по модулю два, второй сумматор по модулю два, сглаживающий фильтр, перемножитель и сумматор, выход которого является выходом формирователя спектра сигнала, а также последовательно соединенные третий сумматор по модулю два, четвертый сумматор по модулю два, второй сглаживающий фильтр, второй перемножитель, выход которого подключен к второму входу сумматора, причем первый вход первого сумматора по модулю два является первым входом формирователя спектра сигнала, первый вход третьего сумматора по модулю два - вторым входом формирователя спектра сигнала, вторые входы второго и четвертого сумматоров по модулю два объединены и являются третьим входом формирователя спектра сигнала, второй вход первого сумматора по модулю два является четвертым входом формирователя спектра сигнала, второй вход третьего сумматора по модулю два - пятым входом формирователя спектра сигнала, второй вход первого перемножителя - шестым входом формирователя спектра сигнала, а второй вход второго перемножителя - седьмым входом формирователя спектра сигнала, все информационные каналы разбиты на n=N/m групп по m каналов в каждой, первый выход каждого из m информационных каналов каждой из n групп соединен с соответствующим из m входов (2n-1)-ого модулятора, второй выход каждого из m информационных каналов каждой из n групп соединен с соответствующим из m входов 2n-ого модулятора, выход (2n-1)-ого модулятора соединен с первым входом n-ого формирователя спектра сигнала, а выход 2n-ого модулятора соединен с вторым входом n-ого формирователя спектра сигнала, выход n-ого формирователя спектра сигнала соединен с n-ым входом сумматора канальных сигналов, все каналы вызова разбиты на k=K/m групп по m каналов в каждой, первый выход каждого из m каналов вызова каждой из k групп соединен с соответствующим из m входов (2n+2k-1)-ого модулятора, второй выход каждого из m каналов вызова каждой из k групп соединен с соответствующим из m входов (2n+2k)-ого модулятора, выход (2n+2k-1)-ого модулятора соединен с первым входом (n+k)-ого формирователя спектра сигнала,, а выход (2n+2k)-ого модулятора соединен с вторым входом (n+k)-ого формирователя спектра сигнала, выход (n+k)-ого формирователя спектра сигнала соединен с (n+k)-ым входом сумматора канальных сигналов, выход каждого из J каналов синхронизации подключен к первому и второму входам соответствующего из (n+k+1)-ого no (n+k+J)-ый формирователей спектра сигналов, выход каждого из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый формирователей спектра сигналов соединен с соответствующим из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый входов сумматора канальных сигналов, первый и второй входы (n+k+J+1)-ого формирователя спектра сигнала объединены и являются входом канала пилот-сигнала, а его выход соединен с (n+k+J+1)-ым входом сумматора канальных сигналов, каждый из n выходов генератора ортогональных кодов соединен с третьим входом соответствующего из n формирователей спектра сигнала, каждый из (n+k) выходов генератора ортогональных кодов соединен с третьим входом соответствующего из (n+k) формирователей спектра сигналов, каждый из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый выходов генератора ортогональных кодов соединен с третьим входом соответствующего из (n+k+1)-ого по (n+k+J)-ый формирователей спектра сигналов, каждый из (n+k+J+1) выходов генератора ортогональных кодов соединен с третьим входом соответствующего из (n+k+J+1) формирователей спектра сигнала, первый выход генератора кодов синхронизации соединен с объединенными четвертыми входами всех формирователей спектра сигнала, а его второй выход соединен с объединенными пятыми входами всех формирователей спектра сигнала, первый выход генератора несущей частоты соединен с объединенными шестыми входами всех формирователей спектра сигнала, а его второй выход соединен с объединенными седьмыми входами всех формирователей спектра сигнала, каждый из М выходов генератора ортогональных М-ичных кодов соединен с соответствующим из М объединенных опорных входов всех модуляторов.