способ и устройство для передачи данных с переменной скоростью в системе связи с использованием неортогональных каналов переполнения

Формула изобретения

1. Устройство для передачи пакета символов данных с переменной скоростью, отличающееся тем, что содержит средство канального пакетирования для приема пакета с переменной скоростью и, если количество символов данных превосходит некоторое пороговое значение, разбиение указанного пакета с переменной скоростью на пакет трафика и по меньшей мере один пакет переполнения, и передающее средство для передачи пакета с переменной скоростью в канале трафика, если количество символов данных ниже указанного порогового значения, и передачи указанного пакета трафика в канале трафика и указанного по меньшей мере одного пакета переполнения в канале переполнения, если количество символов данных превосходит указанное пороговое значение.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передающее средство содержит блок модулятора для модуляции пакета с переменной скоростью для получения пакета с переменной скоростью в канале трафика в соответствии с первым форматом модуляции с расширением спектра, если количество символов данных меньше указанного порогового значения, и модуляции пакета трафика для получения пакета трафика в канале трафика в соответствии с первым форматом модуляции, с расширением спектра и модуляции указанного по меньшей мере одного пакета переполнения для получения по меньшей мере одного пакета переполнения в указанном по меньшей мере одном канале переполнения, если количество символов данных превосходит указанное пороговое значение, и блок передатчика для повышающего преобразования и усиления пакета с переменной скоростью, если количество символов данных меньше указанного порогового значения, и для повышающего преобразования и усиления указанного пакета трафика и по меньшей мере одного пакета переполнения, если количество символов данных превосходит указанное пороговое значение.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок модулятора выполнен с возможностью модуляции пакета трафика псевдослучайной шумовой последовательностью трафика и модуляции пакета переполнения псевдослучайной шумовой последовательностью переполнения.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что блок модулятора дополнительно выполнен с возможностью расширения пакета трафика и пакета переполнения в соответствии с функцией расширения.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок канального пакетирования срабатывает на сигнал скорости.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок вокодера с переменной скоростью для приема речевых выборок и сжатия речевых выборок в соответствии с форматом вокодирования с переменной скоростью для получения пакета с переменной скоростью.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок кодера, расположенный между блоком вокодера с переменной скоростью и предназначенный для кодирования с исправлением ошибок указанного пакета с переменной скоростью.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок перемежителя, включенный между блоком кодера и блоком вокодера с переменной скоростью, для переупорядочивания пакета с переменной скоростью.

9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок модулятора выполнен с возможностью модуляции пакета трафика первой квадратурной псевдослучайной шумовой последовательностью трафика и второй квадратурной псевдослучайной последовательностью трафика и модуляции пакета переполнения первой квадратурной псевдослучайной шумовой последовательностью переполнения и второй квадратурной псевдослучайной шумовой последовательностью переполнения.

10. Способ передачи пакета символов данных с переменной скоростью, отличающийся тем, что включает этапы, при которых принимают пакет с переменной скоростью, разбивают пакет с переменной скоростью на пакет трафика и по меньшей мере один пакет переполнения, если количество символов данных превосходит некоторое пороговое значение, передают указанный пакет с переменной скоростью в канале трафика, если количество символов данных меньше указанного порогового значения, передают указанный пакет трафика в канале трафика, если количество символов данных превосходит указанное пороговое значение, и передают указанный по меньшей мере один пакет переполнения в по меньшей мере одном канале переполнения, если количество символов данных превосходит указанное пороговое значение.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что осуществляют модуляцию указанного пакета с переменной скоростью для получения пакета с переменной скоростью в канале трафика в соответствии с первым форматом модуляции с расширением спектра, если количество символов данных меньше указанного порогового значения, осуществляют модуляцию указанного пакета трафика для получения пакета трафика в канале трафика в соответствии с первым форматом модуляции с расширением спектра, если количество символов данных превосходит указанное пороговое значение, осуществляют модуляцию указанного пакета переполнения для получения по меньшей мере одного пакета переполнения в канале переполнения в соответствии со вторым форматом модуляции с расширением спектра, если количеством символов данных превосходит указанное пороговое значение.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что модуляция пакета трафика заключается в том, что указанный пакет трафика модулируют псевдослучайной шумовой последовательностью трафика, а модуляция по меньшей мере одного пакета переполнения заключается в том, что указанный пакет переполнения модулируют псевдослучайной шумовой последовательностью переполнения.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что модуляция пакета трафика и модуляция по меньшей мере одного пакета переполнения заключается в том, что пакет трафика и пакет переполнения расширяют в соответствии с функцией расширения.

14. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительно принимают речевые выборки и осуществляют сжатие речевых выборок в соответствии с форматом вокодирования с переменной скоростью для получения пакета с переменной скоростью.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что дополнительно указанный пакет с переменной скоростью кодируют с исправлением ошибок.

16. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительно выполняют перемежение указанного пакета с переменной скоростью.

17. Система для передачи пакета символов данных с переменной скоростью, отличающаяся тем, что содержит блок канального пакетирования, имеющий вход для приема пакета с переменной скоростью и выход, и передатчик, имеющий вход, подключенный к выходу блока канального пакетирования, и выход.

18. Система по п.17, отличающаяся тем, что дополнительно содержит модулятор с расширением спектра, включенный между блоком канального пакетирования и передатчиком, имеющим вход, подключенный к выходу блока канального пакетирования, и выход, подключенный к входу передатчика.

19. Система по п.18, отличающаяся тем, что модулятор содержит расширитель трафика, имеющий первый вход для приема ортогональной расширяющей последовательности и второй вход для приема пакета с переменной скоростью, и имеющий выход, первый квадратурный расширитель трафика, имеющий первый вход, подключенный к выходу расширителя трафика, и второй вход для приема первой псевдослучайной шумовой (ПШ) последовательности трафика, и имеющий выход, второй квадратурный расширитель трафика, имеющий первый вход, подключенный к выходу расширителя трафика, и второй вход для приема второй псевдослучайной шумовой (ПШ) последовательности трафика, и имеющий выход, расширитель переполнения, имеющий первый вход для приема ортогональной расширяющей последовательности и второй вход для приема пакета с переменной скоростью и имеющий выход, первый квадратурный расширитель переполнения, имеющий первый вход, подключенный к выходу расширителя переполнения, и второй вход для приема первой псевдослучайной шумовой (ПШ) последовательности переполнения и имеющий выход, и второй квадратурный расширитель переполнения, имеющий первый вход, подключенный к выходу расширителя переполнения, и второй вход для приема второй псевдослучайной шумовой (ПШ) последовательности переполнения, и имеющий выход.

20. Устройство для приема пакета символов данных с переменной скоростью, отличающееся тем, что содержит блок демодулятора трафика для демодуляции принятого пакета трафика в соответствии с форматом демодуляции трафика для получения демодулированного пакета трафика, блок демодулятора переполнения для демодуляции принятого пакета переполнения в соответствии с форматом демодуляции переполнения для получения демодулированного пакета переполнения, и блок сумматора, объединяющий демодулированный пакет трафика с демодулированным пакетом переполнения для получения пакета с переменной скоростью.

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что блок демодулятора трафика содержит блок генератора псевдослучайного шума (ПШ) трафика, вырабатывающий ПШ последовательность трафика, и блок свертки трафика, осуществляющий прием и свертку пакета трафика в соответствии с указанной ПШ последовательностью трафика, для получения демодулированного пакета трафика, а блок демодулятора переполнения содержит генератор псевдослучайного шума (ПШ) переполнения, вырабатывающий ПШ последовательность переполнения, и блок свертки переполнения, осуществляющий прием и свертку пакета переполнения в соответствии с указанной ПШ последовательностью переполнения, для получения демодулированного пакета переполнения.

22. Устройство по п.21, отличающееся тем, что блок демодулятора трафика дополнительно содержит блок генератора ортогональной последовательности трафика, вырабатывающий ортогональную последовательность трафика, блок ортогонального сжатия трафика, осуществляющий прием и сжатие демодулированного пакета трафика в соответствии с ортогональной последовательностью трафика, генератор ортогональной последовательности переполнения, вырабатывающий ортогональную последовательность переполнения, и блок ортогонального сжатия переполнения, осуществляющий прием и свертку демодулированного пакета переполнения в соответствии с ортогональной последовательностью переполнения.

23. Способ приема пакета символов данных с переменной скоростью, отличающийся тем, что включает этапы, при которых демодулируют принятый пакет трафика в соответствии с форматом демодуляции трафика для получения демодулированного пакета трафика, демодулируют принятый пакет переполнения в соответствии с форматом демодуляции переполнения для получения демодулированного пакета переполнения, и объединяют демодулированный пакет трафика с демодулированным пакетом переполнения для получения пакета с переменной скоростью.

24. Способ по п.23, отличающийся тем, что демодуляция принятого пакета трафика заключается в том, что вырабатывают ПШ последовательность для трафика, и осуществляют сжатие пакета трафика в соответствии с указанной ПШ последовательностью трафика для получения демодулированного пакета трафика, а демодуляция принятого пакета переполнения заключается в том, что вырабатывают ПШ последовательность переполнения, и осуществляют сжатие пакета переполнения в соответствии с ПШ последовательностью переполнения для получения демодулированного пакета переполнения.

25. Способ по п.24, отличающийся тем, что демодуляция принятого пакета трафика заключается в том, что вырабатывают ортогональную последовательность трафика, осуществляют сжатие демодулированного пакета трафика в соответствии с указанной ортогональной последовательностью трафика, вырабатывают ортогональную последовательность переполнения, и осуществляют сжатие демодулированного пакета переполнения в соответствии с указанной ортогональной последовательностью переполнения.

26. Система для приема пакета символов данных с переменной скоростью, отличающаяся тем, что содержит демодулятор трафика, имеющий вход и выход, демодулятор переполнения, имеющий вход и выход, и сумматор, имеющий первый вход, подключенный к выходу демодулятора трафика, и второй вход, подключенный к выходу демодулятора переполнения, и имеющий выход.

27. Система по п.26, отличающаяся тем, что демодулятор трафика содержит генератор псевдослучайного шума (ПШ) трафика, имеющий выход, и блок сжатия трафика, имеющий первый вход, подключенный к выходу указанного генератора псевдослучайного шума (ПШ) трафика, а демодулятор переполнения содержит генератор псевдослучайного шума (ПШ) переполнения, имеющий выход, и блок сжатия переполнения, имеющий первый вход, подключенный к выходу указанного генератора псевдослучайного шума (ПШ) переполнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к связи, в частности к новой усовершенствованной системе связи, в которой абонент передает данные с переменной скоростью на выделенном ему канале трафика, но если эта переменная передача превышает пропускную способность выделенного канала трафика, абоненту временно предоставляется канал переполнения для использования вместе с выделенным каналом трафика для передачи данных с высокой скоростью.

Использование методов модуляции для обеспечения множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР) является одним из путей обеспечения связи для большого количества абонентов системы. Известны также другие методы для систем связи с множественным доступом, такие как множественный доступ с временным разделением каналов (МДВР), множественный доступ с частотным разделением каналов (МДЧР), а также амплитудная модуляция, например с использованием одной боковой полосы с компандированием амплитуды. Метод модуляции МДКР с расширением спектра обеспечивает существенные преимущества по сравнению с перечисленными выше методами модуляции для систем связи с множественным доступом. Использование метода МДКР в системе связи с множественным доступом описано в патенте США 4901307 на "Систему связи с множественным доступом с расширением спектра, использующую спутниковые или наземные ретрансляторы". Использование метода МДКР в системе связи с множественным доступом также раскрыто в патенте США 5103459 на "Систему и способ генерирования сигналов в сотовой телефонной системе МДКР".

Способ и устройство для формирования сигнала псевдослучайного шума (ПШ), которые могут быть использованы при реализации метода МДКР, описаны в патенте США 5228054, выданном 13 июля 1993 года, на "Генератор псевдошумовой последовательности с длиной, равной степени двух, с быстрой настройкой сдвига".

Метод МДКР, использующий широкополосный сигнал, обеспечивает возможность частотного разнесения путем распределения энергии сигнала в широкой полосе частот. Поэтому частотно-селективное замирание воздействует только на незначительную часть ширины полосы МДКР сигнала. Пространственное разнесение или разнесение по трассе распространения достигается за счет обеспечения множества сигнальных трактов, проходящих по параллельным линиям связи от подвижного абонента через две или больше базовых станций ячеек. Кроме того, разнесение трасс можно получить за счет использования многолучевого распространения при обработке сигналов расширенного спектра, когда сигналы, приходящие с разными задержками распространения, принимаются и обрабатываются отдельно. Примеры разнесения трасс описаны в патенте США N 5101501 на "Программируемую передачу связи в сотовой телефонной системе МДКР" и в патенте США N 5109390 на "Приемник с разнесением для сотовой телефонной системы МДКР".

Для дополнительного повышения эффективности распределения ресурсов системы связи пользователям может быть предоставлена возможность передавать данные с переменными скоростями, используя только минимальное количество ресурсов связи на удовлетворение их потребностей в обслуживании. Примером источника данных с переменной скоростью является вокодер с переменной скоростью, предложенный в заявке на патент США 08/004484, являющейся продолжением заявки на патент США 07/713661, ныне отозванной, на "Вокодер с переменной скоростью". Поскольку речь по своей природе включает в себя интервалы молчания, т.е. паузы, количество данных, необходимое для предoставления этих периодов, может быть уменьшено. Этот факт наиболее эффективно используется при вокодировании с переменной скоростью за счет уменьшения скорости данных в течение этих интервалов молчания.

В вокодере с переменной скоростью такого типа, как описан в упомянутой выше заявке 08/004484 на патент США, приблизительно 40% речевых пакетов кодируется с полной скоростью. При этом скорость кодирования выбирается в соответствии с энергией пакета. В заявке 08/288413 на патент США на "Усовершенствованные способ и устройство для выбора скорости кодирования в вокодере с переменной скоростью" предложен способ определения на основании характеристик речевого пакета возможности некоторых из пакетов, подлежащих кодированию с полной скоростью, кодирования с более низкой скоростью без ущерба для качества приема.

Речевой кодер с переменной скоростью кодирует речевые данные с полной скоростью в периоды активной речи говорящего, используя при этом полную емкость передаваемых пакетов. Когда речевой кодер с переменной скоростью выдает речевые данные со скоростью, меньшей максимальной, в передаваемых пакетах возникает избыточная информационная емкость. Способ передачи дополнительных данных в передаваемых пакетах постоянной заранее определенного размера, при котором источник данных для пакетов данных выдает данные с переменной скоростью, описан в заявке 08/171146 на патент США, являющейся продолжением заявки США 07/822164, ныне отозванной, на "Способ и устройство для форматирования данных для передачи". В упомянутой выше заявке раскрыты способ и устройство для объединения данных разных типов от разных источников в пакет данных для передачи.

Сущность изобретения.

Ресурс связи обычно делится на каналы связи. Как правило, все эти каналы имеют одинаковую пропускную способность. Система связи может перераспределять каналы среди абонентов для каждой передачи. Теоретически это обеспечило бы максимально эффективное распределение ресурсов связи, так как каждый абонент использовал бы только то количество ресурса, которое ему абсолютно необходимо. Но такой метод потребовал бы неприемлемо высокой сложности конструкции приемника и передатчика.

Согласно изобретению предложен эффективный способ передачи и приема данных с переменной скоростью. При этом каждому абоненту выделяется канал для передачи речи или данных, известный также как канал трафика, специально назначенный данному абоненту. Дополнительно каждому абоненту предоставляется избирательный доступ к группе каналов переполнения, которые предназначены для использования всеми пользователями данного ресурса связи. Если абоненту требуется вести передачу со скоростью, превосходящей пропускную способность выделенного канала трафика, тогда он передает информацию, используя выделенный канал трафика и канал переполнения.

В рассматриваемом варианте осуществления изобретения система связи является системой связи множественного доступа с кодовым разделением каналов (МДКР), подробно описанной в упомянутых выше патентах США 4901307 и 5103459. Все каналы трафика ортогональны друг другу. Каждый канал трафика расширяется по спектру уникальной последовательностью Уолша, которая ортогональна относительно других последовательностей Уолша. Затем расширенные по спектру сигналы расширяются посредством псевдослучайных шумовых (ПШ) последовательностей и передаются.

В описанном варианте осуществления изобретения в каналах переполнения не предусмотрены уникальные ортогональные расширяющие последовательности Уолша, так как это бы уменьшило пропускную способность системы. Вместо этого система расширяет информационную часть канала переполнения последовательностью Уолша, которая не является уникальной по отношению к последовательностям Уолша, использованным для расширения каналов трафика. Затем эта часть расширяется с использованием ПШ последовательности. ПШ последовательность является уникальной по отношению к ПШ последовательности, использованной для расширения канала трафика той же последовательностью Уолша. В проиллюстрированном варианте канал трафика и канал переполнения используют, хотя и не обязательно, одну и ту же расширяющую последовательность Уолша.

При этом приемник постоянно контролирует канал трафика и канал переполнения. Если приемник определит, что информация передается в обоих каналах, он декодирует обе части сообщения, объединяет их и представляет декодированное сообщение абоненту. В альтернативном варианте приемнику не требуется постоянно контролировать канал переполнения, он контролирует его только по команде, содержащейся в информации, передаваемой в канале трафика и указывающей приемнику на необходимость контроля канала переполнения.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием примеров его воплощения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлено следующее:

фиг. 1 - примерный вариант реализации данного изобретения в спутниковой системе связи;

фиг. 2a-2d - примерные варианты структур пакета передачи;

фиг. 3a-3e - повторение символа в пакете передачи и уровень передаваемой энергии пакета;

фиг. 4 - структурная схема передающей системы, соответствующей изобретению;

фиг. 5 - структурная схема приемной системы, соответствующей изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов.

Ресурс связи с множественным доступом делится на части, именуемые каналами. Такое деление называется мультиплексированием или уплотнением. Существуют три типа уплотнения: частотное, временное и кодовое уплотнение. Основным блоком данных, передаваемым и принимаемым в системе связи, является пакет.

На фиг. 1 изображен примерный вариант реализации изобретения в спутниковой сети связи. Однако при этом следует понимать, что данное изобретение может быть использовано и в наземной системе, в частности такой, в которой используются базовые станции для связи с удаленными станциями. Эта сеть используется для передачи информации на удаленную абонентскую станцию или терминал 6 с межсетевого шлюза 8 через спутники 4 и 6, которые могут быть геосинхронными или низкоорбитальными околоземными спутниками (НОС). Абонентский терминал 2 может быть мобильной станцией, например переносным телефонным аппаратом или другим переносным или мобильным устройством связи, или же он может быть стационарным устройством связи, например беспроводным локальным терминалом или центральной станцией связи, такой как сотовая базовая станция. Несмотря на то что на фиг. 1 изображены только два спутника, один абонентский терминал и один межсетевой шлюз, обычно в системе связи содержится множество этих компонентов.

В проиллюстрированном варианте реализации изобретения спутники 4 и 6 являются ретрансляторами или повторителями без регенерации сигналов, которые только усиливают и повторно передают сигнал, принятый со шлюза 8. Изобретение в равной степени применимо для случаев, когда спутники 4 и 6 являются регенеративными ретрансляторами, демодулирующими и реконструирующими сигнал перед ретрансляцией. В данном варианте реализации сигнал, переданный со шлюза 8 на спутники 4 и 6, является сигналом с расширенным спектром. Сигналы, передаваемые со спутников 4 и 6 на абонентский терминал 2, являются сигналами связи с расширенным спектром. Генерирование сигналов связи с расширенным спектром подробно описано в упомянутых патентах США 4901307 и 5103459.

Межсетевой шлюз 8 выполняет функции интерфейса между сетью связи и спутниками 4 и 6 или непосредственно наземными базовыми станциями (эта информация не показана). Шлюз 8 типично представляет собой центральную станцию связи, принимающую данные через сеть (не показана), которая может включать в себя коммутируемую телефонную сеть общего пользования (КТСОП) и сети, специально предназначенные для связи согласно изобретению. Шлюз 8 может быть подсоединен к сети (не показана) проводными линиями связи или через эфирный интерфейс. Шлюз 8 обеспечивает доставку данных, принятых из сети через спутники 6 и 8, на абонентский терминал 2. Аналогично шлюз 8 обеспечивает доставку данных, принятых с абонентского терминала 2, через спутники 4 и 6 в сеть.

В проиллюстрированном варианте реализации изобретения сеть связи передает данные с переменной скоростью со шлюза 8 на абонентский терминал 2. Система связи с переменной скоростью передает данные, скорость которых изменяется со временем. При этом ресурс связи разделен на каналы, которые имеют в данном варианте одинаковую пропускную способность.

Межсетевой шлюз 8 осуществляет связь с абонентским терминалом 2 с одной из четырех разных скоростей информационных данных. Эти скорости данных по порядку от самой низкой до самой высокой известны как 1/8 скорости, 1/4 скорости, 1/2 скорости и полная скорость. При этом канал трафика имеет пропускную способность, позволяющую передавать пакет со всеми скоростями, кроме полной скорости, для которой необходимо использовать канал трафика и канал переполнения. В канале трафика можно передавать пакеты длиной до 96 бит. Пакеты 1/2, 1/4 и 1/8 скорости содержат соответственно 96, 48 и 24 бита. Пакет полной скорости содержит 192 бита, и поэтому необходимо использовать канал трафика и канал переполнения с одинаковой пропускной способностью.

Изобретение можно легко адаптировать для тех случаев, когда имеется большее или меньшее количество скоростей, чем четыре, когда каналы могут передавать данные с меньшей подгруппой возможных скоростей или когда максимальная скорость требует использования более чем двух каналов. Предложенная система связи может осуществлять передачу данных с постоянной скоростью и данных с переменной скоростью. При передаче данных с постоянной скоростью канал или группа каналов должны быть выделены на всю продолжительность предоставляемого обслуживания.

В проиллюстрированном примере реализации изобретения каналы делятся на две группы. Первая группа каналов - это группа каналов трафика. Абонентам выделяются каналы трафика или группы каналов трафика специально для использования в течение обслуживания. В описанном варианте все каналы трафика ортогональны друг другу. Эта ортогональность достигается за счет выделения каждому абоненту уникальной последовательности Уолша, как более подробно описано в упомянутых выше патентах США 4901307 и 5103459. Пакеты трафика расширяются, т. е. объединяются с ортогональной функциональной последовательностью, обычно последовательностью Уолша, затем расширенный пакет Уолша смешивается, т.е. расширенный спектр обрабатывается псевдослучайной шумовой (ПШ) последовательностью. Более подробно модуляция пакетов трафика расширением спектра описана в упомянутых выше патентах 4901307 и 5103459.

Каналы переполнения не снабжаются уникальными ортогональными последовательностями или последовательностями Уолша, и поэтому их ортогональность относительно всех каналов трафика не обеспечивается. Но ПШ последовательность, которая смешивается с расширенным пакетом, является уникальной, и поэтому все другие пакеты представляются декодеру канала переполнения как шум, и можно отличить информацию канала переполнения от всей информации на канале трафика.

В таблице представлены параметры, использованные в данном примерном варианте осуществления изобретения.

Настоящее изобретение в равной степени применимо и для других параметров.

На фиг. 4 изображена передающая система, выполненная в соответствии с изобретением. Подлежащие передаче входные данные подаются в источник 50 данных с переменной скоростью. Источник 50 данных с переменной скоростью полает данные переменной скорости в декодер 52. В приведенном примере источник 50 данных с переменной скоростью формирует данные с четырьмя разными скоростями, такими как полная скорость, 1/2 скорости, 1/4 скорости и 1/8 скорости. При этом полная скорость составляет 8,6 кбит/с, и ей соответствуют пакеты длиной 172 бита; 1/2 скорости составляет 4 кбит/с, и ей соответствуют пакеты длиной 80 бит; 1/4 скорости составляет 1,7 кбит/с, и ей соответствуют пакеты длиной 34 бита; 1/8 скорости составляет 800 бит/с, и соответствующие пакеты имеют длину 16 бит.

В качестве источника 50 данных с переменной скоростью используется вокодер с переменной скоростью, описанный в упомянутой выше заявке 08/004484 на патент США. В этом вокодере энергия пакета речевых данных измеряется и сравнивается с группой пороговых значений, которые определяют скорость кодирования. В упомянутой выше заявке 08/288413 на патент США описаны способы, с помощью которых можно минимизировать количество пакетов, кодированных с полной скоростью, с минимальным ущербом для качества восприятия.

Источник 50 данных с переменной скоростью кодирует входные данные и выдает их с одной из заранее установленных скоростей. В описываемом примере канал трафика способен нести пакеты, кодированные с 1/2 скоростью или ниже. Если пакет данных кодируется источником 50 данных с переменной скоростью при полной скорости, этот пакет должен передаваться с использованием канала трафика и канала переполнения.

Пакет данных, сформированный источником 50 данных с переменной скоростью, поступает в кодер 52. Кодер 52 генерирует набор избыточных бит в соответствии с известными методами исправления и обнаружения ошибок. Избыточные биты в проиллюстрированном варианте являются битами циклического контроля избыточности (ЦКИ), генерирование которых известно в области связи и подробно описано в упомянутой выше заявке 08/171146 на патент США.

На фиг. 2а-2d показаны возможные варианты структуры пакетов: 2a - структура пакета полной скорости, состоящего из 172 информационных бит, за которыми следует 12 избыточных бит, а затем 12 концевых бит; 2b - структура пакета 1/2 скорости, состоящего из 80 информационных бит, за которыми следует 8 избыточных бит, а затем 8 концевых бит; 2c - cтруктура пакета 1/4 скорости, состоящего из 34 информационных бит, за которыми следует 6 избыточных бит, а затем 8 концевых бит; 2d - структура пакета 1/8 скорости, состоящего из 16 информационных бит, за которыми следует 8 концевых бит.

Затем показанный на фиг. 4 кодер 52 кодирует сформатированный пакет для обнаружения и исправления ошибок известным способом. В описанном варианте осуществления изобретения кодер 52 кодирует сформатированнный пакет сверточным кодом с 1/2 скорости. Кодер 52 подает закодированнный пакет в перемежитель 54.

Перемежитель 54 перемежает двоичные символы кодированного пакета в соответствии с установленным форматом перемежителя. В данном примере перемежитель 54 является блочным перемежителем. Кроме того, он обеспечивает избыточность в пакетах, в результате чего все перемеженные пакеты состоят из одинакового количества двоичных символов, как будет описано ниже.

Согласно фиг. 3a-3e и 4 перемежитель 54 перемежает двоичные символы пакета, затем группирует переупорядоченные двоичные символы в группы управления мощностью. На фиг. 3а и 3b показан пакет полной скорости, организованный в пакетный формат. Поскольку для передачи пакета полной скорости требуются два канала, первую часть пакета, показанную на фиг. 3a, организуют в пакет трафика и передают на канале трафика. Вторую часть пакета полной скорости, показанную на фиг. 3b, организуют в пакет переполнения и передают по каналу переполнения. Для пакетов полной скорости перемежитель 54 не производит повторения символов, поскольку символьные данные заполняют канал трафика и пакет канала переполнения. Каждая группа управления мощностью в данном примере состоит из 12 двоичных символов. На фиг. 3c показан пакет 1/2 скорости, организованный в пакетный формат. Следует отметить, что поскольку для передачи пакета 1/2 скорости используется полная пропускная способность канала трафика, в этом пакете не предусмотрено повторение символов. На фиг. 3d показан пакет 1/4 скорости, организованный в пакетный формат, в котором каждый символ повторяется дважды. На фиг. 3e проиллюстрирован пакет 1/8 скорости, организованный в пакетный формат, в котором каждый символ повторяется четыре раза.

Как показано на фиг. 4, перемеженный пакет поступает с перемежителя 54 в демультиплексор 56, который работает в соответствии с сигналом скорости, переданным источником 50 данных с переменной скоростью. Если этот пакет можно передавать на канале трафика без необходимости в канале переполнения, то перемеженный пакет проходит через демультиплексор 56 без какого-либо изменения в модулятор 57. Если же для данной передачи пакета необходимо использовать канал переполнения, тогда демультиплексор 56 делит пакет на две части. Демультиплексированный пакет подается из демультиплексора 56 в модулятор 57. Чтобы гарантировать одновременное поступление обеих частей в модулятор 57, можно добавить буферизацию.

В описанном примере, если пакет имеет скорость меньше полной, то он полностью поступает в суммирующий блок 58, которым в данном варианте является цифровой умножитель, сумматор по модулю 2 или логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Перемеженный пакет расширяется ортогональной функцией W_i, как это детально описано в упомянутом патенте США 5103459. Ортогональная функция W_i является функцией Уолша, выбор которой подробно описан в патенте США 5103459. В описываемом варианте каждая функция Уолша W_i является уникальной функцией для использования абонентом (i).

Пакет, расширенный ортогональной функцией, из блока 58 поступает в блоки 62 и 64 квадратурного расширения, которые реализованы как цифровой умножитель, сумматор по модулю 2 или логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Пакет, расширенный ортогональной функцией, расширяется в блоках 62 и 64 квадратурного расширения с помощью функций PN_I и PN_Q псевдослучайного шума (ПШ). PN_I и PN_Q формируются генератором 63 ПШ для трафика. В проиллюстрированном варианте сигналы псевдослучайного шума формируются регистром с максимальным сдвигом, в котором ПШ последовательность определяется временным сдвигом регистра. Конструкция и выполнение таких регистров подробно описаны в патенте США 5228054. Пакеты с квадратурным расширением подаются из блоков 62 и 64 квадратурного расширения в передатчик 72.

Передатчик 72 преобразует сигнал в аналоговую форму, осуществляет повышающее преобразование частоты и усиливает сигнал для передачи. Усиление сигнала осуществляется в соответствии со скоростью пакета. Зависимость между требуемой энергией передачи и количеством повторений проиллюстрирована на фиг. 3a-3e. Если в пакете присутствует избыточность, его можно передавать с более низкой мощностью, так как избыточные части объединяются в приемнике. При пакете полной скорости как пакет, передаваемый на канале трафика (пакет трафика, фиг. 3а), так и пакет, передаваемый на канале переполнения (пакет переполнения, фиг. 3b) передаются с максимальной E энергией битов. Как показано на фиг. 3c, в пакете 1/2 скорости повторения отсутствуют, поэтому он также передается с уровнем энергии Е. В пакете на фиг. 3d используется удвоенное повторение, поэтому пакет передается при 1/2 энергии пакета 1/2 скорости, или E/2. На фиг. 3e повторение производится четыре раза, поэтому пакет передается при 1/4 энергии пакета 1/2 скорости, или E/4. Передатчик 72 усиливает сигнал, преобразует его с повышением частоты и подает в антенну 74 для передачи к приемнику.

В тех случаях, когда для передачи пакета требуется использование канала переполнения, т. е. пакет является пакетом полной скорости, демультиплексор 56 делит перемеженный пакет на две половины и подает первую половину в суммирующий блок 58, а вторую половину пакета в суммирующий блок 60, который также реализован в форме цифрового умножителя, сумматора по модулю 2 или логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Модуляция первой половины пакета происходит так же, как было описано выше для пакетов, имеющих скорость меньше полной. Модуляция второй половины пакета происходит аналогично, за исключением того, что используются другие расширяющие функции.

Прежде чем подробно описывать процесс модуляции в модуляторе 57, следует отметить, что пропускная способность системы связи с расширенным спектром изначально ограничена возможным количеством уникальных ортогональных функций или функций Уолша, как в проиллюстрированном примере. Если выделить какую-то подгруппу этих функций для целей модуляции каналов переполнения, пропускная способность системы снизится.

Согласно изобретению все каналы трафика ортогональны относительно друг друга, так как каждый из них модулируется уникальной функцией Уолша (W_i) или кодовой последовательностью Уолша. Но функции Уолта, используемые для модуляции канала переполнения (W_j), перекрывают функции, выделенные для модуляции канала трафика, и поэтому неортогональны к каналам трафика. В проиллюстрированном варианте W_i - это та же самая функция Уолша, что и W_j. Это значит, что одна и та же функция Уолша расширяет часть пакета для канала трафика и часть переполнения. Различие этих двух сигналов обеспечивается за счет последующего расширения кодовой ПШ последовательностью.

Расширенный пакет из суммирующего блока 60 подается в квадратурные блоки 66 и 68 расширения, которые могут быть реализованы как цифровые умножители, сумматоры по модулю 2 или логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Квадратурные блоки 66 и 68 расширения расширяют пакет, поступивший из расширяющего блока 60, псевдослучайными шумовыми функциями PN"_I и PN"_Q. Псевдослучайные шумовые функции PN"_I и PN"_Q вырабатывает генератор 67 ПШ для переполнения. В проиллюстрированном примере псевдослучайные шумовые функции PN"_I и PN"_Q формируются так же, как псевдослучайные шумовые функции PN_I и PN_Q, но их уникальность обеспечивается за счет разных временных сдвигов в кодовых последовательностях.

В первом проиллюстрированном варианте изобретения псевдослучайные шумовые функции PN_I и PN_Q и функции PN"_I и PN"_Q являются короткими кодами. Короткий код - это код, в котором количество вырабатываемых последовательностей относительно невелико. В данном варианте ПШ генератор обеспечивает поток бит, периодичность которого составляет 2¹⁵ ПШ элементов. Преимущество такой реализации состоит в том, она позволяет приемнику осуществлять более быстрый захват сигнала. В альтернативном варианте псевдослучайные шумовые функции PN_I и PN_Q являются короткими кодами, а псевдослучайные шумовые функции PN"_I и PN"_Q - длинными кодами. Это обеспечивает больший разнос между кодами и позволяет подвижному средству связи осуществлять захват сигнала, используя демодуляцию первого подпакета, модулированного коротким кодом.

Модулированный пакет переполнения из блоков 66 и 68 квадратурного расширения, а также модулированный пакет трафика из квадратурных блоков 62 и 64 расширения подаются в передатчик 72. Передатчик повышает частоту сигнала, усиливает его и подает на антенну 74 для передачи. Подпакеты передаются с энергией E, как показано на фиг. 3a и 3b (вертикальная ось).

На фиг. 5 изображена предложенная приемная система. Переданный сигнал принимается антенной 100 и подается в приемник 102. Приемник 102 преобразует сигнал с понижением частоты, усиливает и подает его в виде двух составляющих I и Q в блок сжатия 104 канала переполнения и блок сжатия 120 канала трафика. В проиллюстрированном примере составляющие I и Q принятого сигнала несут одни и те же данные, что обеспечивает более качественный прием. В альтернативном варианте составляющие I и Q могут нести разные данные, что позволяет применять более высокую скорость передачи данных. В приведенных примерах блоки сжатия 104 и 102 выполнены как схемы сжатия с квадратурной фазовой манипуляцией, что хорошо известно специалистам.

Принятый сигнал подается в блок сжатия 120 канала трафика, который осуществляет сжатие сигнала в соответствии с кодами PN_I и PN_Q псевдослучайного шума канала трафика. Генератор 119 ПШ для трафика формирует последовательности PN_I и PN_Q. В проиллюстрированном примере ПШ последовательности формируются сдвиговым регистром с соответствующей обратной связью. В процессе сжатия используется цифровое умножение сигнала на коды PN_I и PN_Q псевдослучайного шума канала трафика. Этот процесс подробно описан в упомянутых выше патентах США 4901307 и 5103459. Аналогично принятый сигнал подается в блок сжатия 104 канала переполнения, который осуществляет сжатие сигнала в соответствии с кодами PN"_I и PN"_Q псевдослучайного шума канала переполнения. Генератор 119 ПШ для переполнения формирует последовательности PN"_I и PN"_Q. В проиллюстрированном варианте эти ПШ последовательности формируются сдвиговым регистром с соответствующей обратной связью. При этом два генератора выполнены идентично за исключением того, что они сдвинуты относительно друг друга во времени, и поэтому ПШ последовательности для трафика и переполнения будут отличаться друг от друга.

Сжатый сигнал подается в блоки 105 и 121 демодуляции. Блок 121 демодуляции принимает сжатые значения I и Q канала трафика и демодулирует сигнал. Процесс демодуляции проиллюстрирован на примере цифрового умножения сигнала на функцию Уолша W_i в умножителях 122 и 124 с последующим накоплением умноженного сигнала в накапливающих регистрах 126 и 128. Аналогично демодуляция канала переполнения проиллюстрирована на примере цифрового умножения на функцию Уолша W_j в умножителях 106 и 110 с последующим наполнением умноженного сигнала в накапливающих регистрах 108 и 112.

Демодулированный сигнал подается из демодулятора 121 трафика в суммирующий блок 130 и из демодулятора 105 переполнения в суммирующий блок 114. Суммирующий блок объединяет оценки принятых и сжатых данных из блоков 105 и 121 с оценками данных из других каскадов приемника (блока сжатия) демодулятора (не показаны), чтобы приемная система их отслеживала одновременно. В этих оценках используются сигналы, задержанные при многолучевом распространении, для получения улучшенной оценки сигнала. Конструкция и воплощение суммирующих блоков подробно описаны в упомянутых патентах США 5101501 и 5109390.

Сумматоры суммируют сигналы исходя из значений данных и относительной силы сигналов и подают суммарные оценки в блок 116 обращенного перемежения. Блок 116 обращенного перемежения переупорядочивает суммарные оценки данных в соответствии с заданным форматом упорядочения и подает переупорядоченные данные в декодер 118. Декодер 118 декодирует данные в соответствии с заданным форматом декодирования. В проиллюстрированном варианте декодер 118 реализован как декодер Витерби с ограниченной длиной 7. После этого декодированный пакет подается пользователю приемной системы.

В усовершенствованном варианте реализации предложенной системы связи предусмотрен альтернативный процесс модуляции и демодуляции в случае интенсивного использования системы. Если система используется неинтенсивно, каждому абоненту представляется для использования одна из уникальных последовательностей Уолша для передачи данных переполнения. Это значит, что W_i и W_j будут различными, в результате чего сигналы трафика и переполнения будут ортогональными друг другу. В проиллюстрированном варианте W_i и W_j разделены некоторым постоянным сдвигом, и поэтому приемнику известно, какую последовательность Уолша следует использовать для демодуляции сигнала переполнения. В предложенном варианте системы связи имеется 128 уникальных последовательностей Уолша, и при неинтенсивном использовании каждому абоненту выделяется канал трафика, обозначенный последовательностью Уолша W_i, а канал переполнения обозначается последовательностью Уолша W_j= W_i + 64.

Когда интенсивность использования системы возрастает до такой степени, что система больше не может обеспечить такое большое число уникальных каналов переполнения, т.е. количество пользователей превышает 65, передатчик системы посылает сигнальную информацию в приемник, информирующую, что передачи переполнения будут осуществляться, как было описано выше, с использованием одинаковой последовательности Уолша для канала трафика и канала переполнения. Абоненты могут переключаться на режим более интенсивного использования отдельно или группой.

Описанные выше варианты реализации изобретения позволят любому специалисту в данной области осуществить или использовать настоящее изобретение. Для специалистов будут очевидны многочисленные модификации этих вариантов и использование общих принципов изобретения для создания других без применения творческих усилий. Поэтому изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления, а имеет самый широкий объем, соответствующий описанным принципам и новым признакам изобретения.