Передатчик с кодовым разделением каналов и эффективным использованием выделенного спектра частот
Владельцы патента RU 2303331:
Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого (RU)
Изобретение относится к области радиосвязи. Сущность изобретения: в известном передатчике с кодовым разделением каналов (стандарт IS-95) дополнительно введены новые элементы, а именно: в схему передатчика введены Р генераторов ортогональных кодов, (N+K+J+1) формирователь спектра сигнала, Р сумматоров сигналов каналов, сумматор сигналов канальных групп, 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 позволяет увеличить спектральную эффективность системы связи более чем в 3 раза. 2 ил.
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 так же 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 предлагаемому 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 ИК, 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-ый выход ГОК соединен с четвертым входом n-ого ИК, где n принимает значения от 1 до N,
(N+k)-ый выход ГОК соединен с третьим входом k-ого KB, где k принимает значения от 1 до К,
(N+K+j)-ый выход ГОК соединен с вторым входом j-ого КС, где j принимает значения от 1 до J,
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)-ый вход СКС соединен с выходом k-ого KB,
(N+K+j)-ый вход СКС соединен с выходом j-ого КС,
N+K+J+1-ый 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 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, 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-ый выход ГОК соединен с четвертым входом n-ого ИК, где n принимает значения от 1 до N, N+k-ый выход ГОК соединен с третьим входом k-ого KB, где k принимает значения от 1 до К, каждый из следующих N+K+j-ый выход ГОК соединен с вторым входом j-ого КС, где j принимает значения от 1 до J, 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-ый вход СКС соединен с выходом k-ого KB, N+K+j-ый вход СКС соединен с выходом j-ого КС, N+K+J+1-ый вход СКС соединен с выходом КПС,
в схему передатчика внесены следующие изменения:
исключен сумматор канальных сигналов и генератор ортогональных кодов,
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 канала синхронизации 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,
а в схему передатчика дополнительно введены
(N+K+J+1) формирователь спектра сигнала (ФСС),
Р генераторов ортогональных кодов (ГОК), каждый из которых имеет М выходов, а входы генераторов ортогональных входов объединены и соединены с выходом тактового генератора,
Р сумматоров сигналов каналов (ССК), каждый из которых имеет М входов, и сумматор сигналов канальных групп (ССКГ), который имеет Р входов, а его выход является выходом передатчика,
причем каждый ФСС 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,
причем первый выход n-ого информационного канала соединен с первым входом n-ого формирователя спектра сигнала, а второй выход n-ого информационного канала - с вторым входом n-ого формирователя спектра сигнала, где n принимают значения от 1 до N,
а первый выход k-ого канала вызова соединен с первым входом N+k-ого формирователя спектра сигнала, а второй выход k-ого канала вызова - с вторым входом N+k-ого формирователя спектра сигнала, где k принимает значения от 1 до К,
а выход j-ого канала синхронизации подключен к объединенным первому и второму входам N+K+j-ого формирователя спектра сигнала, причем у принимает значения от 1 до J,
первый и второй входы (N+K+J+1)-ого ФСС объединены и являются входом КПС,
причем N+K+J+1 меньше или равно L, где L=Р·М - максимально возможное число каналов передатчика, где М - число ортогональных сигналов, которые можно получить в одной группе, если взять основание кода используемых сигналов равное m, тогда М=2m, а Р - число групп каналов, которые можно организовать в системе, используя М ортогональных сигналов в группе при заданных значениях h и r, где h отношение сигнал/шум по мощности, а r скорость используемого кода,
соотношение между N, К и J, т.е. сколько из L возможных каналов системы отвести для передачи информации, сколько - для обеспечения вызова, а сколько - для обеспечения синхронизации системы определяется исходя из предполагаемого трафика радиообмена с использованием известного математического аппарата теории массового обслуживания,
все каналы передатчика независимо от их принадлежности (ИК, KB, КС и КПС) совместно со своими ФСС разбиты на Р=L/M групп по М каналов в каждой,
причем выход l-ого ФСС p-ой группы соединен с l-ым входом p-ого ССК, где l принимает значения от 1 до М, а p - от 1 до Р,
а i-ый выход p-ого генератора ортогональных кодов соединен с третьим входом i-ого формирователя спектра сигнала p-ой группы, где i принимает значения от 1 до М, а p - от 1 до Р,
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,
выход p-ого ССК соединен с p-ым входом ССКГ, причем p принимает значения от 1 до Р.
Отличительными признаками предлагаемого устройства являются введенные в схему передатчика новые элементы, а именно: формирователи спектра сигналов, генераторы ортогональных кодов, сумматоры сигналов каналов, сумматор сигналов канальных групп и соответствующие связи между ними, а также введены новые и дополнительные элементы в ИК 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 каналов 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 фиг.1 и 2. На фиг.1 представлена общая схема устройства, на которой обозначено:
1 - генератор кодов синхронизации (ГКС);
2 - тактовый генератор (ТГ);
3 - генератор несущей частоты (ГНЧ);
4 - сумматор сигналов канальных групп (ССКГ);
5 - первая группа каналов совместно с элементами, которые обслуживают эту группу каналов;
6 - вторая группа каналов совместно с элементами, которые обслуживают эту группу каналов;
7 - P-ая группа каналов совместно с элементами, которые обслуживают эту группу каналов;
8 (l=1; p=1)- информационный канал под номером 1 в составе первой группы каналов;
8 (l=1; p=2) - информационный канал под номером 1 в составе второй группы каналов;
8 (l=1; p=Р) - информационный канал под номером 1 в составе P-ой группы каналов;
9 (l=М; p=1) - канал вызова под номером М в составе первой группы каналов;
10 (l=М; p=2) - канал синхронизации под номером М в составе второй группы каналов;
11 (l=М; p=Р) - канал пилот-сигнала под номером М в составе P-ой группы каналов;
12 (l=1, p=1) - формирователь спектра сигнала первого канала в составе первой группы;
12 (l=М, p=1) - формирователь спектра сигнала M-ого канала в составе первой группы;
12 (l=1, p=2) - формирователь спектра сигнала первого канала в составе второй группы;
12 (l=М, p=2) - формирователь спектра сигнала M-ого канала в составе второй группы;
12 (l=1, p=Р) - формирователь спектра сигнала первого канала в составе P-ой группы;
12 (l=М, p=Р) - формирователь спектра сигнала M-ого канала в составе P-ой группы;
13 (p=1) - сумматор сигналов каналов первой группы каналов;
13 (p=2) - сумматор сигналов каналов второй группы каналов;
13 (p=Р) - сумматор сигналов каналов P-ой группы каналов;
14 (p=1) - генератор ортогональных кодов, обслуживающий первую группу каналов;
14 (p=2) - генератор ортогональных кодов, обслуживающий вторую группу каналов;
14 (p=Р) - генератор ортогональных кодов, обслуживающий P-ую группу каналов.
На фиг.2 представлены структурные схемы информационного и служебных каналов (KB, КС, КПС), а также структурная схема ФСС. На фиг.2 обозначено:
15, 23, 37, 42, 45 - кодер (КД);
16, 24, 38,43 - перемежитель (Пер);
17, 25, 39, 44, 27, 28, 32, 33 - сумматор по модулю два (С);
18, 26 - уплотнитель символов (УС);
19, 36 - разделитель (Р);
20, 40 - генератор кода адреса (ГКА);
21, 22, 41 - прореживатель (П);
29, 34 - сглаживающий фильтр;
30, 35 - перемножитель (ПР);
31 - сумматор (Сум);
46 - повторитель символов (ПС);
12 - формирователь спектра сигнала (ФСС).
С целью упрощения схемы на фиг.1 изображены только три группы каналов и элементы, которые их обслуживают. Причем в каждой группе изображены только два канала из М (первый и M-ый), два ФСС, которые обслуживают изображенные каналы, а также ГОК и ССК, которые обслуживают все каналы группы. В каждой группе на фиг.1 изображен один информационный канал и один служебный канал (KB или КС, или КПС). В общем случае распределение по группам информационных и служебных каналов не принципиально. Основное требование - в каждой группе должно быть по М каналов, а служебные каналы могут быть объединены в одну группу или распределены по всем группам в разном сочетании.
Работа передатчика. Порядок работы передатчика рассмотрим по структурным схемам, которые изображены на фигуре 1 и на фигуре 2.
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 графиком 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 ИК (8) под номером 1 (l=1), который входит в состав первой группы каналов (p=1) (см. фиг.1). На первый вход ИК (см. фиг.2а) 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 (19) 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 (19) первый поток поступает на вход кодера (23), а с второго выхода второй поток поступает на вход кодера (15). Потоки двоичных символов в кодерах (15) и (23) кодируются избыточным кодом с целью обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне. С выхода кодера (15) информация поступает на вход перемежителя (16), а с выхода кодера (23) - на вход перемежителя (24). В перемежителях (16) и (24) кодированная информация «перемешивается» таким образом, чтобы исключить возможность группирования ошибок на приемной стороне. С выхода перемежителя (16) информация поступает на первый вход сумматора по модулю два (17), а с выхода перемежителя (24) - на первый вход сумматора по модулю два (25). Поток двоичных символов, содержащий информацию об адресе вызываемого абонента, с первого входа ИК поступает на вход ГКА (20), который формирует адрес вызываемого абонента и направляет его на вход прореживателя (21). Информация с выхода прореживателя (21) поступает на вторые входы сумматоров по модулю два (17) и (25) и на вход прореживателя (22). В сумматорах по модулю два (17) и (25) в потоки информации, поступающие на их первые входы, с помощью прореживателя (21) «замешивается» информация об адресе абонента, поступающая с ГКА (20). С выхода сумматора по модулю два (17) информационный поток, содержащий уже признак адреса абонента, поступает на первый вход уплотнителя символов (18), а с выхода сумматора по модулю два (25) - на первый вход уплотнителя символов (26). В уплотнителях символов (18) и (26) с помощью информации, поступающей на их вторые входы с выхода прореживателя (22), 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 (18) поступает на первый выход ИК, а информация с выхода уплотнителя символов (26) поступает на второй выход ИК.
В остальных N-1 информационных каналах происходит аналогичное преобразование информации.
Информация с первого выхода ИК (8) (в нашем случае это l-ый канал (l=1), p-ой группы (p=1) (см. фиг.1)) подается на первый вход ФСС (12), который обслуживает этот ИК (т.е. на l-ый ФСС (l=1) p-ой группы (p=1)), а с его второго выхода - на второй вход l-ого ФСС (12) p-ой группы.
Информация с первого входа ФСС (12) (см. фиг.2а) подается на первый вход сумматора по модулю два (27) ФСС, а с второго входа ФСС - на первый вход сумматора по модулю два (32) ФСС. На вторые входы сумматоров по модулю два (27) и (32) через четвертый и пятый входы l-ого ФСС (12) (l=1) p-ой группы (p=1) (см. фиг.1) подаются коды синхронизации (I и Q) с первого и второго выходов ГКС (1) соответственно. Информация с выхода сумматора по модулю два (27) (см. фиг.2а) подается на первый вход сумматора по модулю два (28) ФСС, а информация с выхода сумматора по модулю два (32) подается на первый вход сумматора по модулю два (33). На вторые входы сумматоров по модулю два (28) и (33) l-ого ФСС (l=1) p-ой группы (p=1) через его третий вход подаются символы ортогонального кода с l-ого выхода p-ого ГОК (14) (l=1, p=1).
Информация с выхода сумматора по модулю два (28) (см. фиг.2а) через сглаживающий фильтр (29) поступает на первый вход перемножителя (30), а информация с выхода сумматора по модулю два (33) через сглаживающий фильтр (34) поступает на первый вход перемножителя (35). На вторые входы перемножителей (30) и (35) через шестой и седьмой входы l-ого ФСС (12) (l=1) p-ой группы (p=1) с первого и второго выходов ГНЧ (3) (см. фиг.1) соответственно подаются квадратурные (косинусная (I) и синусная (Q)) составляющие несущей частоты. С выхода перемножителя (30) (см. фиг.2а) информация поступает на первый вход сумматора (31), а с выхода перемножителя (35) - на второй вход сумматора (31), который обеспечивает линейное сложение квадратурных составляющих. Информация с выхода сумматора (31), который является выходом l-ого ФСС (12) (l=1) p-ой группы (p=1), подается (см. фиг.1) на l-ый вход (l=1) p-ого сумматора сигналов каналов (13) (p=1).
Работа канала вызова. Рассмотрим работу KB (9), который на фиг.1 представлен как l-ый канал p-ой группы (l=М, а p=1). На первый вход KB (9) поступает информация об адресе абонента, а на второй - информация, из которой формируется сигнал вызова. Информация, поступающая на 1 и 2 входы KB (9), представляет собой поток двоичных символов. Поток двоичных символов, поступающий на второй вход KB (9), разделителем (36) (см. фиг.2б) 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 (36) первый поток поступает на вход кодера (42), а с второго выхода (36) второй поток поступает на вход кодера (37). Потоки двоичных символов в кодерах (37) и (42) кодируются избыточным кодом с целью обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне. С выхода кодера (37) информация поступает на вход перемежителя (38), а с выхода кодера (42) - на вход перемежителя (43). В перемежителях (38) и (43) кодированная информация «перемешивается» таким образом, чтобы исключить возможность группирования ошибок на приемной стороне. С выхода перемежителя (38) информация поступает на первый вход сумматора по модулю два (39), а с выхода перемежителя (43) - на первый вход сумматора по модулю два (44). Поток двоичных символов, содержащий информацию об адресе вызываемого абонента, с первого входа KB (9) поступает на вход ГКА (40), который формирует адрес вызываемого абонента и направляет его на вход прореживателя (41). Информация с выхода прореживателя (41) поступает на вторые входы сумматоров по модулю два (39) и (44). В сумматорах по модулю два (39) и (44) в потоки информации, поступающие на их первые входы, с помощью прореживателя (41) «замешивается» информация об адресе абонента, поступающая с ГКА (40). С выхода сумматора по модулю два (39) информационный поток, содержащий уже признак адреса абонента, поступает на первый выход KB (9), а с выхода сумматора по модулю два (44) - на второй выход KB (9).
В остальных К-1 каналах вызова происходит аналогичное преобразование информации.
Информация с первого выхода KB (9) (в нашем случае это l-ый канал (l=М), p-ой группы (p=1) (см. фиг.1)) подается на первый вход l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=1), а с его второго выхода - на второй вход l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=1).
На третий вход l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=1) подаются символы ортогонального кода с l-ого выхода (l=М) p-ого ГОК (14) (p=1).
На четвертый и пятый входы l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=1) подаются коды синхронизации (I и Q) с первого и второго выходов ГКС (1) соответственно.
На шестой и седьмой входы l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=1) с первого и второго выходов ГНЧ (3) соответственно подаются квадратурные (косинусная (I) и синусная (Q)) составляющие несущей частоты. В каждом l-ом ФСС (12), обслуживающим KB (9), осуществляется преобразование информационных потоков, поступающих на его первый и второй входы, в соответствии с алгоритмом, описанным выше в информационном канале. Информация с выхода l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=1) подается на l-ый вход (l=М) p-ого ССК (13) (p=1).
Работа канала синхронизации. Рассмотрим работу КС (10), который на фиг.1 представлен как l-ый канал p-ой группы (l=М, а p=2). На вход КС (10) поступает служебная информация, которая представляет собой поток двоичных символов. Эта информация с входа канала поступает на вход кодера (45) (см. фиг.2в), в котором осуществляется ее избыточное кодирование с целью обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне.
С выхода кодера (45) информация поступает на вход повторителя символов (46), который обеспечивает доведение значения скорости передачи информации в КС (10) до скорости передачи информации в ИК (8) и KB (9).
С выхода повторителя символов (46) информационный поток поступает на выход КС (10).
В остальных J-1 каналах синхронизации происходит аналогичное преобразование информации.
Поток двоичных символов (см. фиг.1) с выхода l-ого канала p-ой группы (l=М, а p=2) (в нашем случае это КС (10)) подается на первый и второй входы l-ого ФСС (12) p-ой группы (l=М, а p=2).
На третий вход l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=2) подаются символы ортогонального кода с l-ого выхода (l=М) p-ого ГОК (14) (p=2).
На четвертый и пятый входы l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=2) подаются коды синхронизации (I и Q) с первого и второго выходов ГКС (1) соответственно.
На шестой и седьмой входы l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=2) с первого и второго выходов ГНЧ (3) соответственно подаются квадратурные (косинусная (I) и синусная (Q)) составляющие несущей частоты. В каждом ФСС (12), обслуживающем КС (10), осуществляется преобразование информационных потоков, поступающих на его первый и второй входы, в соответствии с алгоритмом, описанным выше в информационном канале. Информация с выхода l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=2), подается на M-ый вход p-ого ССК (13) (p=2).
Работа канала пилот-сигнала. Рассмотрим работу КПС (11), который на фиг.1 представлен как l-ый канал p-ой группы (l=М, а p=P). На первый и второй входы l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=Р) при включенном передатчике постоянно поступает служебная информация (пилот-сигнал), которая представляет собой поток двоичных символов (все нули).
На третий вход l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=Р) подаются символы ортогонального кода с l-ого выхода (l=М) p-ого ГОК (14) (p=Р).
На четвертый и пятый входы l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=Р) подаются коды синхронизации (I и Q) с первого и второго выходов ГКС (1) соответственно.
На шестой и седьмой входы l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=Р) с первого и второго выходов ГНЧ (3) соответственно подаются квадратурные (косинусная (I) и синусная (Q)) составляющие несущей частоты. Во всех ФСС (12), обслуживающих КПС (11), осуществляется преобразование информационных потоков, поступающих на его первый и второй входы, в соответствии с алгоритмом, описанным выше в информационном канале. Информация с выхода l-ого ФСС (12) (l=М) p-ой группы (p=Р), подается на l-ый вход (l=М) p-ого ССК (13) (p=Р).
КПС (11) 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 (12) p-ой группы каналов линейно складываются в p-ом ССК (13) и поступают на вход сумматора сигналов канальных групп (4). В ССКГ (4) сигналы Р групп каналов линейно складываются и результирующий сигнал подается на усилитель мощности (на фиг.1 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 Fт, 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 
- число групп каналов, которые можно организовать в системе, причем 
, - означает целую ближайшую часть числа x, меньшую x;
М - число ортогональных сигналов в группе, равное 2m;
m=1, 2, 3 - основание кода, который обеспечивает создание М ортогональных сигналов;
h - заданное отношение сигнал/шум на бит, определяемое требуемым качеством передаваемой информации;
δ - дисперсия боковых выбросов нормированной функции взаимной корреляции сигналов (кодов).
Если в (4) подставить значение Р, то получим
Тогда пропускную способность заявляемого устройства можно представить в виде
Учитывая, что для заявляемого устройства 
, то его спектральная эффективность будет
Определим численное значение коэффициента спектральной эффективности ε для прототипа и заявляемого устройства при определенных значениях переменных h, r, М, δ.
Известно, что для ортогональных последовательностей численное значение δ≅0,44 [5, 6]. Примем М=64, а отношение сигнал/шум для биортогонального кода (16, 5, 8) при обеспечении вероятности ошибки на бит, равной 10-3, согласно [7] h=2,84. Величина скорости выбранного кода для заявляемого устройства r=5/16, а для прототипа - r=0,5. Тогда значение коэффициента спектральной эффективности ε при этих данных для заявляемого устройства будет равно 1,875, а для устройства прототипа - 0,5. Сравнивая значения коэффициентов спектральной эффективности заявляемого устройства и прототипа, легко установить, что заявляемое устройство в 3,75 раза превосходит его по эффективности.
Таким образом, заявляемое устройство имеет явные преимущества по сравнению с прототипом.
Вариант технической реализации генераторов ортогональных кодов 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.
Передатчик с кодовым разделением каналов и эффективным использованием выделенного спектра частот, 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, канал пилот-сигнала, тактовый генератор, выход которого соединен с входом генератора кодов синхронизации и генератор несущей частоты, 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 канала синхронизации является выходом канала синхронизации, а в схему передатчика дополнительно введены (N+K+y+1) формирователь спектра сигнала, Р генераторов ортогональных кодов, каждый из которых имеет М выходов, а входы генераторов ортогональных кодов объединены и соединены с выходом тактового генератора, Р сумматоров сигналов каналов, каждый из которых имеет М входов, и сумматор сигналов канальных групп, который имеет Р входов, а его выход является выходом передатчика, причем каждый формирователь спектра сигнала 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, причем первый выход n-ого информационного канала соединен с первым входом n-ого формирователя спектра сигнала, а второй выход n-ого информационного канала - с вторым входом n-ого формирователя спектра сигнала, где n принимают значения от 1 до N, а первый выход k-ого канала вызова соединен с первым входом N+k-ого формирователя спектра сигнала, а второй выход k-ого канала вызова - с вторым входом N+k-ого формирователя спектра сигнала, где k принимает значения от 1 до К, а выход j-ого канала синхронизации подключен к объединенным первому и второму входам N+K+j-ого формирователя спектра сигнала, причем у принимает значения от 1 до J, первый и второй входы (N+K+J+1)-ого формирователя спектра сигнала объединены и являются входом канала пилот-сигнала, причем N+K+J+1 меньше или равно L, где L=P*M - максимально возможное число каналов передатчика, причем M=2m - число ортогональных сигналов, которые можно получить в одной группе, если взять основание кода используемых сигналов равное m, a P - число групп каналов, которые можно организовать в системе, используя М ортогональных сигналов в группе при заданных значениях h и r, где h отношение сигнал/шум по мощности, а r скорость кода, причем соотношение между N, К и J определяется графиком радиообмена, все каналы передатчика независимо от их принадлежности (информационные каналы, каналы вызова, каналы синхронизации и канал пилот-сигнала) совместно со своими формирователями спектра сигнала разбиты на P=L/M групп по М каналов в каждой, причем выход 1-ого формирователя спектра сигнала р-ой группы соединен с 1-ым входом р-ого сумматора сигналов каналов, где 1 принимает значения от 1 до М, а р - от 1 до Р, i-ый выход р-ого генератора ортогональных кодов соединен с третьим входом i-ого формирователя спектра сигнала р-ой группы, где i принимает значения от 1 до М, а р - от 1 до Р, 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, выход р-ого сумматора сигналов каналов соединен с р-ым входом сумматора сигналов канальных групп, причем р принимает значения от 1 до Р.
