радиотелефонная система для групп удаленных абонентов

Формула изобретения

1. Способ минимизации задержки синхронизации в радиотелефонной системе между модульным абонентским кластером, имеющим связь с общей базовой станцией, причем модульный абонентский кластер принимает повторяющиеся временные интервалы от базовой станции и имеет множество модемов с быстрой перестройкой частоты, заключающийся в том, что синхронизируют один выбранный модем из упомянутых модемов с выбранным временным интервалом из принятых временных интервалов, генерируют сигнал кадровой синхронизации от выбранного модема и распределяют упомянутый сигнал кадровой синхронизации остальным модемам из множества модемов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при синхронизации дополнительно принимают множество частот, идентифицирующих каналы, от общей базовой станции, причем каждый канал содержит временной интервал синхронизации, выдают команду множеству модемов осуществлять поиск упомянутых каналов в течение временного интервала синхронизации, размещают в одном из каналов временной интервал синхронизации посредством одного из множества модемов и назначают один из множества модемов в качестве упомянутого выбранного модема.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при распределении дополнительно отправляют упомянутый сигнал кадровой синхронизации по общей шине, связанной со всеми модемами из множества модемов, и синхронизируют начальный кадр каждого из множества модемов с упомянутым сигналом кадровой синхронизации.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что дополнительно определяют параметры синхронизации для каждого активного модема из множества модемов, устанавливают надежность из параметров синхронизации, идентифицируют из параметров синхронизации модем с наивысшей надежностью и назначают модем с наивысшей надежностью в качестве упомянутого выбранного модема.

5. Радиотелефонная система для поддержки связи между базовой станцией и множеством удаленных абонентских станций в повторяющихся временных интервалах высокочастотных радиоканалов, содержащая группу модемов, назначаемых абонентским станциям, причем каждый модем выполнен с возможностью цифрового синтеза, модуляции и демодуляции множества промежуточных частот, идентифицирующих каналы, в последовательные временные интервалы из повторяющихся временных интервалов для одновременной обработки нескольких передач в течение последовательных временных интервалов, средство для передачи и приема промежуточных частот, идентифицирующих каналы, между базовой станцией и абонентскими станциями, средство для преобразования с повышением частоты всех промежуточных частот, сформированных упомянутой группой модемов, в высокочастотные радиоканалы и средство для преобразования с понижением частоты высокочастотных радиоканалов в множество модулированных промежуточных частот, идентифицирующих каналы.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что каждый из модемов выполнен с возможностью цифрового синтеза различных частот из промежуточных частот, идентифицирующих каналы, в множестве последовательных временных интервалов.

7. Способ поддержки связи в радиотелефонной системе между базовой станцией и множеством удаленных абонентских станций в повторяющиеся временные интервалы высокочастотных радиоканалов, заключающийся в том, что назначают группу модемов абонентским станциям, осуществляют цифровой синтез, модуляцию и демодуляцию промежуточных частот, идентифицирующих каналы, в последовательные временные интервалы из повторяющихся временных интервалов посредством любого модема из упомянутой группы модемов, одновременно обрабатывают несколько передач между базовой станцией и абонентскими станциями посредством использования последовательных временных интервалов, передают и принимают промежуточные частоты, идентифицирующие каналы, между базовой станцией и абонентскими станциями, преобразуют с повышением частоты все промежуточные частоты посредством упомянутой группы модемов в высокочастотные радиоканалы и преобразуют с понижением частоты высокочастотные радиоканалы посредством упомянутой группы модемов в множество модулированных промежуточных частот, идентифицирующих каналы.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что любой модем из упомянутой группы модемов выполнен с возможностью коммутации и использования различных частот из упомянутых промежуточных частот, идентифицирующих каналы, в множестве последовательных временных интервалов.

9. Способ минимизации задержки синхронизации в кластере абонентских линейных цепей, обслуживаемых множеством модемов, имеющих связь с общей базовой станцией и принимающих группу повторяющихся временных интервалов от базовой станции, заключающийся в том, что (а) синхронизируют первый из упомянутых модемов с одним временным интервалом из упомянутой группы и (б) распределяют из первого из упомянутых модемов остальным модемам из упомянутых модемов синхронизацию упомянутого одного временного интервала.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что на этапе (а) дополнительно последовательно выдают команды определенным модемам из упомянутого множества модемов осуществлять поиск среди множества частот, идентифицирующих каналы, принятых от общей базовой станции, в течение одного временного интервала из упомянутых временных интервалов до тех пор, пока заданный сигнал синхронизации не будет принят в одном упомянутом временном интервале посредством одного из модемов, и назначают этот модем в качестве упомянутого первого модема.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что на этапе (б) синхронизируют начало принятого сигнала кадра остальных из упомянутых модемов.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что при синхронизации подстраивают символьную синхронизацию и дробную синхронизацию.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что дополнительно

(в) вычисляют соответствующий набор параметров синхронизации для определенного модема из упомянутых модемов,

(г) устанавливают надежность соответствующих наборов параметров синхронизации,

(д) идентифицируют один набор из упомянутых соответствующих наборов как имеющий наивысшую надежность и

(е) используют модем, имеющий набор с наивысшей надежностью, в качестве упомянутого первого модема.

14. Система для минимизации задержки синхронизации в кластере абонентских линейных цепей, обслуживаемых множеством модемов, имеющих связь с общей базовой станцией и принимающих группу повторяющихся временных интервалов от базовой станции, содержащая

(а) средство для синхронизации первого из упомянутых модемов с одним временным интервалом из упомянутой группы и

(б) средство для распределения из первого из упомянутых модемов остальным модемам из упомянутых модемов синхронизации упомянутого одного временного интервала.

15. Система по п.14, отличающаяся тем, что средство для синхронизации дополнительно содержит средство для последовательной выдачи команд определенным модемам из упомянутого множества модемов осуществлять поиск среди множества частот, идентифицирующих каналы, принятых от общей базовой станции, в течение одного временного интервала из упомянутых временных интервалов до тех пор, пока заданный сигнал синхронизации не будет принят в одном упомянутом временном интервале посредством одного из модемов, и назначают этот модем в качестве упомянутого первого модема.

16. Система по п.14, отличающаяся тем, что средство для распределения содержит средство для синхронизации начала принятого сигнала кадра остальных из упомянутых модемов.

17. Система по п.14, отличающаяся тем, что средство для синхронизации подстраивает символьную синхронизацию и дробную синхронизацию.

18. Система по п.14, отличающаяся тем, что дополнительно содержит

(в) средство для вычисления соответствующего набора параметров синхронизации для определенного модема из упомянутых модемов,

(г) средство для установления надежности соответствующих наборов параметров синхронизации,

(д) средство для идентифицирования одного набора из упомянутых соответствующих наборов как имеющего наивысшую надежность и

(е) средство для использования модема, имеющего набор с наивысшей надежностью, в качестве упомянутого первого модема.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

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

Уровень техники

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

В то время как вышеупомянутая система действовала достаточно удовлетворительно, позволяя осуществлять телефонное обслуживание, в частности, в областях, где нет проводных линий связи, непредвиденный рост такой телефонной службы привел к ситуациям, в которых абонентские станции оказываются в непосредственной близости друг от друга. Первоначальные усилия для снижения стоимости на одну линию при обслуживании группы таких близко расположенных абонентских станций были нацелены на объединение стоимостей установки и обслуживания индивидуальных абонентских станций за счет совместного использования общего оборудования, такого как корпус, источник питания, РЧ усилитель мощности и антенна. Таким образом, в группе близко расположенных абонентских станций, каждая из которых могла бы иметь доступ к РЧ каналу, единственный широкополосный РЧ усилитель мощности мог быть использован для обслуживания этой группы. Однако при этом все еще требовалось, чтобы каждая абонентская линия имела свой собственный модем и приемопередатчик радиосвязи. Выходные сигналы индивидуальных приемопередатчиков подавались на общий РЧ усилитель мощности, который должен был обеспечивать управление максимальной мощностью, равной сумме мощностей всех приемопередатчиков в группе смежных абонентских станций, которые могли быть одновременно активными в одном и том же интервале времени. Очевидно, что было бы желательно дальнейшее повышение эффективности по сравнению с результатом, обеспечиваемым системой, известной из патента США № 5119375, уменьшение максимальной и средней требуемой мощности особенно в отдаленных областях, требующих обслуживания с использованием мощностей солнечных элементов.

Сущность изобретения

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

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

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

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

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

Краткое описание чертежей

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

Фиг.1 - блок-схема модульного кластера, имеющего общий пул модемов с быстрой перестройкой частоты для управления группой абонентских станций.

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

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

Фиг.2С - РЧ кадр МДВР, выделенный для временных интервалов квадратурной фазовой манипуляции.

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

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

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

Фиг.5 - блок-схема синтезатора блока преобразователя c повышением/понижением частоты.

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

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

Фиг.8 - схема генерирования синхроимпульсов для модульного кластера.

Описание примеров осуществления изобретения

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

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

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

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

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

Как показано на Фиг.2А, каждый из модемов 400 и каждый из линейных модулей 100 имеет четыре специализированных вида временных интервалов в блоке 320 обмена временных интервалов ИКМ-данных для неблокирующего доступа. Каждый модем предназначен для двух соседних ИКМ интервалов в ИКМ временных интервалах 0-15 и для двух соседних ИКМ временных интервалов в ИКМ временных интервалах 16-31. Например, для конкретного вызова блок 320 обмена временных интервалов TSI соединяет линейную цепь 0 линейного модуля 101 с каналом 1 модема 1 и линейную цепь 1 линейного модуля 101 с каналом 0 (LN) модема 1 и т.д. Блоки 310 и 320 обмена временных интервалов обеспечивают повторяющийся период выборки длительностью 125 мкс, состоящий из 32 временных интервалов, при скорости передачи данных 2,048 Мб/с. Во время каждого 125 мкс ИКМ интервала линейные модули могут послать 328-битовых байта данных в блок 320 обмена временных интервалов, и каждый модем может получить 48-битовых байта на его последовательном порте процессора группового сигнала, упакованные вместе в виде двух 16-битовых слов. Каждое 16-битовое слово вызывает сигнал прерывания на последовательном порте процессора группового сигнала. При получении сигнала прерывания процессор группового сигнала определяет, соответствует ли пара ИКМ выборок, содержащихся в этом 16-битовом слове, интервалам 0 и 1 или интервалам 2 и 3. Подобным образом, во время каждого 1,25 мкс ИКМ интервала четыре речевых канала ИКМ-данных, упакованные вместе в виде двух 16-битовых слов, могут быть посланы из последовательного порта каждого процессора группового сигнала к блоку 320 обмена временных интервалов для доставки в линейные модули.

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

Фиг.2D иллюстрирует синхронизацию задач, выполняемых в кластере при передаче информации между кадром МДВР, переносящим вызовы, модулированные квадратурной ФМн и кадрами ИКМ трактов. Строка (1) представляет буферы для приема двух модулированных квадратурной ФМн временных интервалов прямого канала, Rx1 и Rx2, кадра МДВР. Демодуляция начинается, как только буфер получает первую половину, Rx1a, временного интервала. Строка (2) представляет буферы, готовые к передаче в двух модулированных квадратурной ФМн временных интервалах обратного канала Тх1 и Тх2 кадра МДВР. Заметим, что в кластере временные интервалы обратного канала смещены относительно временных интервалов прямого канала, так что можно избежать затрат на антенный переключатель. Кроме того, обратный канал абонентского блока смещен таким образом, что он будет приниматься на базовой станции в подходящее время с учетом расстояния между абонентской станцией и базовой станцией. Строки (3) и (4) на Фиг.2D обозначают буферы в статическом запоминающем устройстве с произвольной выборкой (ЗУПВ) (фиг.3) модема, которые хранят ИКМ слова при передаче к блоку 320 обмена TSI речевых временных интервалов и от него (Фиг.1).

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

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

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

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

Синхронизация с базовой станцией

Перед применением РЧ канала для связи между базовой станцией и кластером кластер должен быть синхронизирован со схемой временных интервалов РЧ, используемой базовой станцией (не показана). Согласно изобретению один или несколько модемов 400 получают команды от кластерного контроллера 300 о синхронизации с РЧ кадровой синхронизацией базовой станции путем поиска частоты канала, несущей радиоканал управления, используемый базовой станцией. Кластерный контроллер 300 включает в себя центральный микропроцессор управления 330, например процессор серии 68000 компании Motorola, который посылает информацию управления через шину СР (центрального процессора) к микропроцессорам в модемах 400. При подаче мощности кластерный контроллер 300 загружает данные подходящего программного обеспечения и исходные данные в модемы 400. После нахождения частоты канала модем должен синхронизироваться с временным интервалом базовой станции путем декодирования уникального слова радиоканала управления (РКУ, RCC). Как описано в вышеупомянутом патенте США № 5119375, РКУ отличается от других каналов тем, что он имеет расширенный защитный интервал в его временном интервале и включает в себя DBPSK (дифференциальная двоичная фазовая манипуляция (ДДФМн)), модулированное уникальное слово из 8 битов. Для уменьшения возможности аннулирования вызова, если отсутствует модем с временным интервалом активного РКУ и становится необходимым предоставить временной интервал РКУ другому модему, то временные интервалы предоставляются внутри активного модема таким образом, что временной интервал (РКУ) синхронизации (называемый Rx0, где четыре временных интервала представляют собой Rx0-Rx3, или Rx1, где четыре временных интервала представляют собой Rx1-Rx4) является последним, который должен быть заполнен.

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

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

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

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

При подключении модема к центральному процессору, процессор модема DSP/MDM передает команду на DDF 450 (Фиг.3) попытаться синхронизировать его локальный кадр с сигналом объединительной платы. Синхронизация DDF 450 каждого модема в этот момент не зависит от синхронизации каждого другого модема. Сначала блок DDF 450 получает команду от своего процессора DSP/MDM для поиска сигнала объединительной платы для осуществления синхронизации. Если сигнал синхронизации объединительной платы присутствует, DDF будет синхронизировать свой сигнал кадровой синхронизации с сигналом объединительной платы, а затем отсоединится от сигнала объединительной платы. Таким образом, сигнал объединительной платы не подается непосредственно в схему синхронизации модема, а лишь совмещает внутренний запуск модема с полученным сигналом кадра. Если сигнал синхронизации объединительной платы отсутствует, то предполагается, что этот модем первым активирован кластерным контроллером, и в этом случае кластерный контроллер 300 дает команду процессору модема DSP/MDM для поиска РКУ и передает сообщение о синхронизации модема кластерному контроллеру.

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

Согласно Фиг.3 сигнал ПЧ со скоростью 16 килосимволов в секунду из цепи ПЧ (Фиг.4) поступает в аналого-цифровой преобразователь 804, в котором производится дискретизация со скоростью 64 кГц при помощи синхросигнала, полученного от блока DDF450. Аналого-цифровой преобразователь 804 производит квадратурную дискретизацию в полосе пропускания с частотой дискретизации 64кГц. Квадратурная дискретизация в полосе пропускания описана, например, в патенте США № 4764940. На выходе преобразователя 804 формируется последовательность комплексных сигналов, которая имеет некоторое временное искажение. Выходной сигнал преобразователя 804 (Фиг.8) поступает в стек принимаемых сигналов (RxFIF0) в блоке DDF 450. Процессор модема DSP/MDM считывает содержание блока RxFIF0 и выполняет операцию комплексного фильтрования с конечной импульсной характеристикой, которая удаляет временное искажение, вводимое квадратурной дискретизацией в полосе пропускания. После удаления временного искажения сигналы демодулируются процессором DSP/MDM.

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

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

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

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

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

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

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

Состояние синхронизации	Сдвиг частоты	Время символа	Время дробн.	TxPLC программирования Логическое управления при передаче	RxAGC АРУ при приеме	SORF
Синхронизация отсутствует
Синхронизация приема (РКУ)	Х				Х	Х
Синхронизация передачи (РКУ)	Х			Х	Х	Х
Речевая синхронизация	Х	Х	Х	Х	Х	Х

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

Распределение битов	11	10	9..8	7..0
Поле	Речевая синхронизация	Синхронизация при приеме (РКУ)	Качество связи	АРУ при приеме

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

Модуль модема, Фиг.3

Основные компоненты модуля модема показаны на Фиг.3.

Этот модуль может обслуживать до 4 одновременных дуплексных речевых каналов. Обработка для динамического манипулирования всеми функциями, требуемая активным каналом, разделена между процессором кластерного контроллера 320 (Фиг.1) и процессорами DSP/MDM (процессором модема) и DSP/BB (процессором группового сигнала) в каждом модеме (Фиг.3). Кластерный контроллер обрабатывает функции высокого уровня, включая установление вызова, распределение каналов и управление системой. Процессор модема DSP/MDM обслуживает фильтрование, демодуляцию и маршрутизацию входящих радиосигналов, форматирование данных перед передачей по радиоканалу и управление потоком данных между ним и процессором группового сигнала DSP/BB. Процессор группового сигнала DSP/ВВ выполняет интенсивные вычислительные задачи сжатия и расширения речи и, кроме того, обслуживает сопряжение ИКМ шины. В обычном речевом режиме процессор модема DSP/MDM демодулирует полученные символы, упаковывает их в принимающий буфер и посылает буфер с речевыми данными к процессору группового сигнала DSP/ВВ для синтеза ЛПОВ и передачи в абонентскую линейную цепь через ИК шину. Процессор модема DSP/MDM также принимает сжатую речь от процессора группового сигнала DSP/ВВ, форматирует ее в пакеты МДВР и посылает в фильтр формирования передаваемых импульсов с КИХ, содержащийся в DDF 450, для передачи по радиоканалу. Этот модем работает как с сигналами квадратурной ФМн модуляции, так и 16-позиционной ФМн модуляции (и ДДФМн во время очистки) под управлением кластерного контроллера.

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

Распределение временных интервалов

Как описано в патенте США № 5119375, блок дистанционной обработки (БДО, RPV) в базовой станции хранит траекторию радиосигналов и временные интервалы, которые используются, и распределяет как частоту, так и временные интервалы для применения при каждом вызове. Выбирают интервал, который используется наименьшим числом вызовов таким образом, чтобы трафик вызовов мог более равномерно распределяться по всем интервалам. Однако в соответствии с аспектом данного изобретения, касающимся уменьшения мощности, расходуемой в удаленном модульном кластере, вызовы предоставляются таким образом, чтобы а) уменьшить число активных модемов и б) регулировать число разговоров, использующих одновременно одни и те же временные интервалы. Далее, хотя желательно применять модуляцию с использованием 16-позиционной ФМн в каждом временном интервале МДВР кадра так, чтобы можно было согласовать четыре полных вызова, важно также обеспечить установление вызовов с использованием квадратурной ФМн и сохранять чередующийся интервал РКУ, пригодный для целей синхронизации. Поэтому кластер и базовая станция должны взаимодействовать при распределении временных интервалов для достижения этих целей. Кластер отслеживает доступные временные интервалы и тип модуляции, применяемой в каждом интервале. Затем кластер предписывает уровни приоритета для каждого доступного интервала и поддерживает матрицу величин приоритета, которая учитывает, что а) очередной временной интервал приема (как правило, первый временной интервал) на каком-то канале должен быть предназначен для синхронизации РКУ, б) соседние временные интервалы должны оставаться доступными как можно дольше, чтобы при необходимости можно было распределять КФМн вызовы, и в) временные интервалы должны быть предоставлены для обработки вызовов, если это возможно, без активации модема с пониженной мощностью или без предоставления интервала, который уже используется большим числом других вызовов. Программа (в псевдокоде) достижения этих целей является следующей:

Программа определения приоритета временных интервалов

Список 1 = все свободные временные интервалы, доступные на активных модемах для вызовов 16 позиционной ФМн и вызовов КФМн.

Список 1А = все свободные модемы.

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

Список 2А = Список 1 минус Список 2.

Список 3 = Список 2 минус временные интервалы в модемах, имеющих соседние доступные (для вызовов КФМн) временные интервалы.

Список 3А = Список 2 минус временные интервалы в модемах, не имеющих соседних доступных (для вызовов КФМн) временных интервалов.

Список 4 = Список 3 минус временные интервалы в модемах, не имеющих доступного для синхронизации временного интервала (интервала 0 для РКУ).

Список 4А = Список 4 минус временные интервалы в модемах, имеющих доступный временной интервал для синхронизации.

Отметить список 4 как первый выбор.

Отметить список 4А как второй выбор.

Отметить список 3 как третий выбор.

Отметить список 3А как четвертый выбор.

Отметить список 2 как пятый выбор.

Отметить список 2А как шестой выбор.

Отметить список 1 как седьмой выбор.

Отметить список 1А как восьмой выбор.

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

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

Модем	Временной интервал
	0	1	2	3
0	РКУ	16ФМн
1	16ФМн		КФМн	КФМн
2	свобод.	свобод.	свобод.	свобод.
3	свобод.	свобод.	свобод.	свобод.
4	свобод.	свобод.	свобод.	свобод.
5	свобод.	свобод.	свобод.	свобод.

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

Приоритет интервала 16ФМн	Основание	Приоритет интервала КФМн	Основание
1	Нет включения новых модемов; нет увеличения в максимальной активности интервала; интервалы 2, 3 КФМн остаются доступными; интервал РКУ доступен	2	(Та же причина, что и в случае 16ФМн для интервалов 2, 3)
2 3	Новые вызовы КФМн требуют включения нового модема	0	Требования включения нового модема
0	Требование включения нового модема

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

Модем	Временной интервал
	0	1	2	3
0	РКУ	16ФМн	КФМн	КФМн
1	КФМн	КФМн	16ФМн
2	16ФМН		16ФМн	16ФМн
3	КФМн	КФМн	КФМн	КФМн
4	16ФМн	16ФМн		16ФМн
5		16ФМн

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

Приоритет интервала 16ФМн	Основание	Приоритет интервала КФМн	Основание
3	Нет включения новых модемов; избегается максимальная активность интервала; интервалы 2, 3 КФМн остаются доступными; интервал РКУ остается доступным	2	Единственный выбор
2	Нет включения новых модемов; избегается максимальная активность интервала; интервал РКУ доступен; НО новый вызов КФМн требует включения нового модема
1	Нет включения новых модемов; интервалы 2, 3 КФМн остаются доступными, НО максимальная активность интервала превышена
0	Нет включения новых модемов; интервалы 2, 3 КФМн остаются доступными; НО максимальная активность интервала превышена, и интервал РКУ не доступен

Повышающий/понижающий преобразователь 600

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

Модулированные ПЧ сигналы обратного канала от всего пула модемов подаются на объединитель 520 повышающего/понижающего преобразователя 600 в верхнем левом углу Фиг.5, подвергаются ослаблению в аттенюаторе 521, фильтруются в полосовом фильтре 522, усиливаются в усилителе 523 и подаются в преобразователь 525 частоты, в котором сигнал преобразуется с повышением частоты в РЧ сигнал либо в РЧ полосу 450 МГц, либо в РЧ полосу 900 МГц. Затем РЧ сигнал подвергается ослаблению в аттенюаторе 526, фильтруется в полосовом фильтре 527, усиливается в усилителе 528 и подается на широкополосный усилитель 700 высокой мощности, который посылает этот сигнал на антенный переключатель 800.

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

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

Фиг.4, ПЧ часть модема

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

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

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

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

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

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

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

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

Фиг.6. Rx DDS - Генерирование цифрового сигнала промежуточной частоты для каналов приема

Точную промежуточную частоту для настройки во время временного интервала приема определяют, когда кластерный контроллер СС (Фиг.1) сообщает модему, в каком РЧ канале следует осуществлять поиск сигнала РКУ. Во время приема сообщения РКУ проводят точную настройку частоты и синхронизацию. Точную настройку выполняют на уровне ПЧ при помощи цепи накопителя фазы в схеме Rx DDS DDF модема (Фиг.3), показанной в деталях на Фиг.6. Частоты диапазона ПЧ формируются повторяющимся накоплением (с частотой цифрового задающего генератора синхроимпульсов ПЧ) числа, которое представляет скачок фазы в накопителе фазы. Процессор модема DSP/MDM через шину данных DSP/MDM (Фиг.3) сначала выдает 24-битовое число F в цепь Rx DDS. Это число связано (как будет описано далее) с требуемой ПЧ, необходимой для демодуляции конкретного приходящего сигнала по принципу "интервал за интервалом". 24-битовое число F загружается в один из четырех регистров R16-R46 в левой стороне Фиг.6. В иллюстративном варианте, в котором применен 16-битовый процессор, 24-битовое число частоты F подается в 16-битовых и 8-битовых сегментах, однако для упрощения рисунка показано, что 24-битовое число входит в составной 24-битовый регистр. Каждый из регистров R16-R46 предназначен для одного из временных интервалов приема. Поскольку сообщение РКУ ожидается в первом Rx временном интервале, 24-битовое число загружается в соответствующий один из четырех регистров R16-R46, например, в регистр R16. При соответствующем отсчете интервалов для первого Rx временного интервала содержимое регистра R16 предоставляется регистру 602 синхронизации, выходной сигнал которого затем подается на верхний вход сумматора 604. Выход сумматора 604 соединен со входом накапливающего регистра 606. Нижний вход сумматора 604 получает выходной сигнал накапливающего регистра 606. Регистр 606 синхронизируется 21,76 МГц DDS генератором синхроимпульсов, и его содержимое, соответственно, периодически снова поступает в сумматор 604.

Периодическая повторная подача содержимого регистра 606 на сумматор 604 заставляет сумматор 604 вести счет от числа F, первоначально полученного из регистра R16. В конце концов, сумматор 606 достигает максимального числа, которое он может поддерживать, затем он перегружается, и отсчет снова возобновляется с низкой остаточной величины. Это дает эффект умножения частоты DDS задающего генератора синхроимпульсов на дробную величину для того, чтобы принимаемый сигнал ПЧ гетеродина имел эту умноженную на дробь частоту при пилообразной форме сигнала. Поскольку регистр 606 является 24-битовым регистром, он переполняется, когда его содержимое достигает 2 ²⁴. Поэтому регистр 606 эффективно делит частоту DDS синхронизатора на 2²⁴ и одновременно умножает ее на F. Эта цепь названа накопителем фазы, т.к. текущее выходное число в регистре 606 указывает текущую фазу частоты диапазона ПЧ.

Накопленная фаза из регистра 606 подается в цепь 662 аппроксимации синусоидального сигнала, которая более полно описана в Патенте США № 5008900, на "Абонентский блок для цифровой системы радиосвязи абонентов". Цепь 622 преобразует пилообразный сигнал регистра 606 в синусоидальную форму. Выходной сигнал системы 622 повторно синхронизируется регистром 624 и затем подается на один из входов фильтра 632 формирователя шума. Выходной сигнал фильтра 632 подается на другой вход сумматора 634. Выход сумматора 634 соединен с входом данных фильтра 632 и с входом регистра 636 ресинхронизации. Этот фильтр 632 формирователя шума с переменным коэффициентом более полно описан в патенте США № 5008900. Характеристики формирователя шума регулируются по принципу "интервал за интервалом" при помощи 7-битового поля управления формирователем шума, которое объединено с наименьшим значащим байтом поля отсчета частоты, полученным из шины DSP/MDM. Формирователь шума может быть включен или блокирован, могут быть выбраны до 16 коэффициентов фильтра, округление может быть разрешено или запрещено, и характеристики обратной связи внутри формирователя шума могут быть изменены для обеспечения использования 8-битового выхода ЦАП (как показано в фиг.6) или 10-битового выхода ЦАП (не показано) путем использования подходящих полей в поле управления формирователем шума для каждого интервала, в четырех регистрах RN16-RN46. Мультиплексор МРХ66 выбирает один из четырех регистров RN16-RN46 для каждого временного интервала, и полученная информация повторно синхронизируется регистром 630 и выдается на управляющий вход фильтра 632 формирователя шума.

Фиг.7._DDF - Цифровая модуляция сигналов ПЧ

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

После формирования импульсов используют несколько этапов линейной интерполяции. Первоначальную интерполяцию выполняют для увеличения частоты выборки модулирующего сигнала, последующие дополнительные интерполяции в конечном счете увеличивают частоту выборки и повышают частоту, на которой возникают основные спектральные отклики, до 21,76 МГц. Подходящие способы интерполяции описаны, например, в книге "Multirate Digital Signal Processing" Crochiere and Rabiner, Prentice-Hall 1993. Синфазные и квадратурные составляющие сформированного и интерполированного модулирующего сигнала подаются на I и Q входы смесителей МХ1 и МХ0 модуляторной части схемы, показанной на Фиг.7.

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

Счетчик временных интервалов (не показан) генерирует число повторяющихся двухбитовых временных интервалов, полученное из сигналов синхронизации, получаемых через объединительную плату, как описано ранее. Сигнал отсчета временных интервалов имеет место каждые 11,25 мс, независимо от того, используется этот временной интервал для модуляции ДФМн, КФМн или 16ФМн. Когда временной интервал, за которым будет закреплена эта частота, достигается счетчиком временных интервалов, этот отсчет временного интервала выбирает соответствующий один из регистров R17-R47, с использованием мультиплексоров МРХ71, для подачи его содержимого на регистр 702 повторной синхронизации и в конечном счете на верхний вход сумматора 704. Таким образом, другая (или та же самая) ПЧ в виде 24-битового отсчета может быть использована для каждого последовательного временного интервала. Этот 24-битовый отсчет частоты используют в качестве скачка фазы для обычной схемы накопителя фазы, содержащей сумматор 704 и регистр 706. Комплексная несущая генерируется путем преобразования накопленной фазовой информации пилообразной формы в регистре 706 в синусоидальный и косинусоидальный сигналы с использованием схемы 708 косинусоидальной аппроксимации и схемы 722 синусоидальной аппроксимации. Эти схемы 708 и 722 подробно описаны в патенте США № 5008900.

Выходные сигналы схем 708 и 722 повторно синхронизируются регистрами 710 и 724, соответственно, и подаются на смесители 712 и 714, соответственно. Выходные сигналы смесителей 712 и 714 подаются на регистры 714 и 728 ресинхронизации, соответственно. Смесители 712 и 714 вместе с сумматором 716 образуют обычный комплексный (I, Q) модулятор. Выходной сигнал сумматора 716 объединяется с косинусной опорной ПЧ мультиплексором 718, который управляется сигналом DIF_CW_MODE из внутреннего регистра (не показан) схемы DDF ASIC (Фиг.3). Выходной сигнал мультиплексора 718 повторно синхронизируется регистром 720, выход которого соединен со схемой формирователя шума с переменными коэффициентами, такой, как описано со ссылками на Фиг.6, состоящей из сумматора 734 и фильтра 732, со связанными с ними регистрами управления RN17-RN47, мультиплексором управления МРХ76 и регистрами 730 и 736 ресинхронизации.

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

Фиг.8. Генерирование синхроимпульсов системы

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

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

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

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

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