Кодирование множественного доступа с использованием свернутых последовательностей для систем подвижной радиосвязи
Изобретение относится к способам связи с множественным доступом с использованием расширенного спектра или с множественным доступом с кодовым разделением каналов (МДКР), предназначенным для использования в системах радиотелефонной связи. Достигаемым техническим результатом является улучшение пропускной способности системы МДКР путем выделения каждому пользователю малого числа кодовых слов и использование масок скремблирования, имеющих выбранные свойства. Для этого информационным символам, расширенным с использованием ортогональных или би-ортогональных кодовых слов, выделяют уникальную маску скремблирования, которую выбирают из набора масок скремблирования, имеющих определенные корреляционные свойства. Набор масок скремблирования выбирают так, чтобы корреляция между суммой по модулю два двух масок скремблирования с любым кодовым словом имела постоянную величину, независимо от кодового слова и индивидуальных масок, используемых для сравнения. В одном из вариантов, если две маски суммируют с использованием арифметики суммирования по модулю два, то преобразование Уолша этой суммы позволяет получить максимально плоский спектр Уолша. Для сотовых систем радиотелефонной связи, использующей методы демодуляции с вычитанием, система двухуровнего шифрования гарантирует защиту на уровне сотовой системы за счет использования кодового ключа, генерируемого псевдослучайным образом, для селекции одной из масок скремблирования, общей для всех подвижных станций в конкретной ячейке. Кроме того, гарантируется защита частных каналов на уровне индивидуального подвижного абонента за счет использования ключа шифрования, генерируемого псевдослучайным образом, для шифрования индивидуальных информационных сигналов перед осуществлением операции скремблирования. 5 н. и 3 з.п. ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к способам связи с множественным доступом с использованием расширенного спектра или с множественным доступом с кодовым разделением каналов (МДКР), предназначенным для использования в системах радиотелефонной связи. Более конкретно данная заявка относится к системе связи с МДКР, в которой используются маски скремблирования для различения и защиты информационных сигналов.
В обычной системе мультиплексирования с кодовым разделением каналов информационную последовательность, которую необходимо передать, подвергают расширению или отображению в более длинную последовательность путем комбинирования информационной последовательности с последовательностью расширения. В результате один или несколько битов информационной последовательности оказываются представленными последовательностью из N значений кодовых элементов.
Например, в передатчике двоичный информационный символ b (+1 или -1) может быть расширен путем перемножения b на последовательность расширения х, которая может иметь вид +1, -1, +1, -1, т.е. состоит из четырех двоичных элементов. По существу в соответствии с процедурой расширения каждый двоичный информационный символ заменяется на четырехэлементный символ расширения +1,-1,+1,-1, когда b=+1, и -1,+1,-1,+1, когда b=-1. При данном способе, называемом "прямым расширением", каждый символ расширения по существу представляет собой произведение информационного символа на последовательность расширения.
В другом способе расширения, называемом "косвенным расширением", различные возможные информационные символы заменяются различными, не обязательно связанными, последовательностями расширения. Такое отображение информационного символа в символ расширения может рассматриваться как некоторая форма блочного кодирования. В общем случае одиночный М-ичный информационный символ, т.е. символ, который может принимать любое из М возможных значений, отображается в один из М возможных символов расширения. В двоичном случае символ b=+1 может быть заменен на последовательность х=+1,-1,+1,-1, а символ b=-1 может быть заменен последовательностью y=+1, +1, -1, -1.
Как при прямом, так и при косвенном расширении информационный символ может быть получен из дифференциального символа d. Например, двоичный информационный символ b в момент времени n (обозначается b(n)) может быть определен с помощью информационного символа в момент времени n-1 (обозначается b(n-1)) и дифференциального информационного символа d в момент времени n (обозначается d(n)) в соответствии со следующим соотношением:
b(n)=b(n-1) d(n)
откуда может быть получено
d(n)=b(n) b*(n-1)
где символ * обозначает комплексно сопряженную величину. Таким образом, видно, что информационные символы, описанные выше, могут быть сформированы в процессе этапов обработки канального кодирования и/или расширения.
Преимущество такого расширения состоит в том, что информация от множества источников может быть передана одновременно в одной и той же полосе частот при условии, что последовательности расширения, используемые для представления информационных последовательностей различных источников, не создают существенных взаимных помех. В действительности различные последовательности расширения соответствуют различным коммуникационным "каналам".
В общем случае имеется 2N возможных двоичных последовательностей расширения длиной N элементов, что позволяет получить очень большое число возможных каналов МДКР. Это свойство систем МДКР иногда называют "программируемой пропускной способностью", так как число каналов не ограничено N, как было бы в случае системы множественного доступа с частотным разделением каналов (МДЧР) или системы множественного доступа с временным разделением каналов (МДВР) той же самой полосы частот и скорости передачи данных. Различные аспекты обычных систем связи с использованием МДКР описаны в работе К.Gilhоusen еt аl., "Оn thе Сараcty оr а Се11u1аr СDМА System", IЕЕЕ Тrans.Vеh.Тесhnol. vоl.40, рр.303-312 (Мау 1991).
Достижение преимуществ способа МДКР требует, однако, компромисса в отношении эффективности. Для минимизации взаимных помех между каналами ввиду их перекрытия по времени и по частоте последовательности расширения (и, следовательно, каналы МДКР) должны быть взаимно ортогональными, т.е. взаимная корреляция последовательностей расширения должна быть равна нулю. (Две двоичные последовательности являются ортогональными, если они различаются точно половиной их битовых положений.) С другой стороны, имеется только N ортогональных, последовательностей расширения длины N. Это серьезно ограничивает число имеющихся каналов МДКР, в результате чего сокращаются или исключаются такие преимущества системы МДКР, как ее программируемая пропускная способность. Кроме того, для систем с высокой пропускной способностью должно выполняться требование повторного использования каналов в ячейках, которые близки друг к другу, что приводит к повышению взаимных помех.
Как указано выше, можно показать, что расширение информационной последовательности за счет комбинирования ее с одной из набора ортогональных последовательностей расширения сходно с обычной процедурой блочного кодирования. Во многих системах связи информационная последовательность, подлежащая передаче, кодируется таким образом для коррекции ошибок. При ортогональном блочном кодировании число М информационных битов преобразуется в одно из 2м 2м - битовых ортогональных кодовых слов. Декодирование такого ортогонального кодового слова осуществляется коррелированием его со всеми компонентами набора N=2м кодовых слов. Двоичный индекс кодового слова, обеспечивающего наивысшую корреляцию, дает полезную информацию.
Например, если коррелирование принятого кодового слова с каждым из набора шестнадцати ортогональных 16-битовых кодовых слов, имеющих индексы 0-15, формирует наивысшую корреляцию с десятым кодовым словом, то соответствующий информационный сигнал представляет собой 4-битовое кодовое слово 1010 (которое представляет собой число 10 в десятичной записи). Такой код называется ортогональным блочным кодом [16, 4]. Путем инвертирования всех битов кодовых слов может быть передан один дополнительный бит информации на кодовое слово. Этот тип кодирования известен как би-ортогональное блочное кодирование.
Существенная особенность такого кодирования состоит в том, что может быть выполнено одновременное коррелирование со всеми ортогональными блочными кодовыми словами в наборе с использованием устройства быстрого преобразования Уолша (БПУ). В случае блочного кода [128, 7], например, 128 входных сигнальных выборок преобразуются в 128-точечный спектр Уолша, в котором каждая точка спектра представляет значение корреляции входных сигнальных выборок с одним из кодовых слов в наборе. Процессор, осуществляющий БПУ, описан в заявке на патент США №07/735805 от 25 июля 1991.
Как отмечено выше, типовая система МДКР осуществляет расширение информационной последовательности в блочные кодовые слова коррекции ошибок и затем комбинирует блочные кодовые слова с кодовой последовательностью, уникальной для каждого пользователя. В системе, описанной в заявке на патент США того же заявителя №07/866865, блочные кодовые слова комбинируются с маской скремблирования, которая не обеспечивает дальнейшего расширения информационной последовательности.
Сущность изобретения
Заявителем было обнаружено, что нет необходимости для всех пользователей использовать весь набор ортогональных кодовых слов коррекции ошибок. Напротив, задачей изобретения заявителя является улучшение пропускной способности системы МДКР путем выделения каждому пользователю малого числа кодовых слов и использования масок скремблирования, имеющих выбранные свойства.
Также задачей изобретения является создание сотовой системы связи, имеющей увеличенное число каналов, предоставляемых в распоряжение в каждой ячейке.
Кроме того, задачей изобретения является создание сотовой системы связи, в которой снижены взаимные помехи между ячейками.
Эти и другие результаты и преимущества достигнуты согласно одному из аспектов заявленного изобретения в передатчике системы для передачи последовательности информационных символов, который содержит средство для расширения каждого информационного символа с помощью соответствующей последовательности расширения для формирования последовательности расширенных символов. Последовательности расширения выбираются из набора последовательностей расширения, которые взаимно ортогональны или би-ортогональны.
Передатчик также включает в себя средство для скремблирования каждого расширенного символа с помощью общей маски скремблирования для формирования последовательности скремблированных символов и средство для передачи последовательности скремблированных символов по каналу связи. Общая маска скремблирования выбирается из набора масок скремблирования, имеющих оптимальные или полуоптимальные корреляционные свойства.
Согласно другому аспекту заявленного изобретения средство для расширения передатчика может осуществлять расширение каждого информационного символа из множества последовательностей информационных символов с помощью соответствующей последовательности расширения для формирования множества последовательностей расширенных символов. Средство скремблирования затем скремблирует каждый расширенный символ в каждой последовательности расширенных символов с помощью соответствующей общей маски скремблирования для формирования множества последовательностей скремблированных символов. Передатчик также содержит средство для объединения множества последовательностей скремблированных символов для формирования последовательности объединенных скремблированных символов, которая передается по каналу связи. Средство для расширения и средство для скремблирования передатчика могут быть объединены в одно средство для расширения и скремблирования каждого информационного символа с помощью соответствующей эффективной последовательности расширения для формирования последовательности скремблированных расширенных символов. Эффективные последовательности расширения выбираются из набора эффективных последовательностей расширения, причем пары эффективных последовательностей расширения либо взаимно ортогональны или би-ортогональны, либо имеют оптимальные или полуоптимальные корреляционные свойства. Скремблированные расширенные символы передаются по каналу связи.
Передатчик может также включать в себя средство для преобразования последовательности информационных символов в последовательность блоков двоичных цифр и средство для генерирования первых псевдослучайных чисел и второго псевдослучайного числа. Каждое псевдослучайное число связано с соответствующим блоком цифр. Передатчик также имеет средство для комбинирования первых псевдослучайных чисел с соответствующими блоками для генерирования последовательности шифрованных символов и средство для смещения второго псевдослучайного числа для формирования индекса маски скремблирования. Средство расширения расширяет каждый шифрованный символ с помощью соответствующей последовательности расширения для формирования последовательности расширенных символов; средство скремблирования скремблирует каждый символ расширения с помощью общей маски скремблирования для формирования последовательности скремблированных символов; причем маска скремблирования выбирается на основе индекса маски скремблирования.
В соответствии с еще одним аспектом заявленного изобретения приемник системы связи с использованием последовательностей информационных символов включает в себя средство для приема составного сигнала, включающего в себя множество спектрально перекрывающихся последовательностей расширенных скремблированных информационных символов. Приемник также содержит средство для дескремблирования составного сигнала с помощью маски скремблирования, выбранной из набора масок скремблирования, имеющих оптимальные или полуоптимальные корреляционные свойства.
Средство дескремблирования формирует последовательность дескремблированных символов, которые сжимаются с помощью средства сжатия с использованием последовательностей расширения, кроме того, средство дескремблирования содержит средство для коррелирования по меньшей мере одного смещенного значения каждого дескремблированного символа по меньшей мере с одной из последовательностей расширения. Средство сжатия формирует по меньшей мере одно корреляционное значение для каждого дескремблированного символа с использованием последовательностей расширения, которые взаимно ортогональны или би-ортогональны. Процессор манипулирует значениями корреляции для обнаружения по меньшей мере одной последовательности информационных символов.
Согласно одному из аспектов заявленного изобретения средство дескремблирования приемника формирует множество последовательностей дескремблированных символов, причем каждая последовательность дескремблированных символов соответствует конкретной последовательности информационных символов. Средство сжатия затем формирует по меньшей мере одно значение корреляции для каждого дескремблированного символа путем коррелирования по меньшей мере одного смещенного значения каждого дескремблированного символа по меньшей мере с одной соответствующей последовательностью расширения. Средство обработки обрабатывает значения корреляции для обнаружения множества последовательностей информационных символов.
Средство дескремблирования приемника и средство сжатия могут быть объединены в средство для дескремблирования и сжатия составного сигнала с помощью эффективной последовательности расширения, которая выбирается из набора эффективных последовательностей расширения. Пары эффективных последовательностей расширения либо имеют оптимальные или полуоптимальные корреляционные свойства, либо взаимно ортогональны или би-ортогональны.
Приемник может также содержать средство для генерирования адреса маски скремблирования и для выбора, на основе адреса маски скремблирования, маски скремблирования из набора масок скремблирования, имеющих оптимальные или полуоптимальные корреляционные свойства. Затем средство дескремблирования дескремблирует составной сигнал с помощью выбранной маски скремблирования для формирования последовательности дескремблированных символов, а средство обработки обрабатывает значения корреляции для обнаружения по меньшей мере одной последовательности шифрованных информационных символов. Предусмотрено также средство для дешифрования по меньшей мере одной полученной последовательности шифрованных информационных символов с использованием псевдослучайного числа, связанного с соответствующими информационными символами.
Согласно другим аспектам заявленного изобретения предложены различные способы передачи последовательности информационных символов и различные способы детектирования информационных символов. Например, способ передачи включает операции расширения каждого информационного символа с помощью соответствующей последовательности расширения, скремблирования каждого расширенного символа с помощью общей маски скремблирования и передачи последовательности скремблированных символов по каналу связи. Возможный способ детектирования включает операции приема составного сигнала, который имеет множество спектрально перекрывающихся последовательностей расширенных скремблированных информационных символов, дескремблирования составного сигнала с помощью маски скремблирования, выбранной из набора масок скремблирования, имеющих оптимальные или полуоптимальные корреляционные свойства, сжатия дескремблированных символов с использованием последовательностей расширения и обработки сигналов, полученных путем сжатия, для обнаружения по меньшей мере одной последовательности информационных символов.
Краткое описание чертежей
Признаки и преимущества заявленного изобретения будут понятны из последующего описания, иллюстрируемого чертежами, на которых показано следующее:
Фиг.1 - обобщенная схема системы связи с расширенным спектром, соответствующей заявленному изобретению;
Фиг.1А - обобщенная схема системы связи с расширенным спектром, использующей эффективные последовательности расширения, соответствующей заявленному изобретению;
Фиг.2 - функциональная схема системы, которая может быть использована для воплощения одного из предпочтительных вариантов осуществления изобретения;
Фиг.3 - блок-схема приемника, соответствующего заявленному изобретению;
Фиг.4 - функциональная схема системы, которая может быть использована для воплощения другого предпочтительного варианта осуществления изобретения;
Фиг.5 - обобщенная блок-схема другого варианта передатчика системы связи с расширенным спектром, соответствующего изобретению;
Фиг.6 - блок-схема, иллюстрирующая альтернативный вариант осуществления передатчика по фиг.5;
Фиг.7 - блок-схема альтернативного варианта осуществления передатчика по фиг.6;
Фиг.8 - обобщенная схема другого варианта осуществления приемника системы связи с расширенным спектром, соответствующего изобретению;
Фиг.9 - блок-схема альтернативного варианта осуществления приемника по фиг.5;
Фиг.10 - блок-схема альтернативного варианта осуществления приемника по фиг.9.
Детальное описание вариантов осуществления изобретения
Заявленное изобретение может быть с выгодой использовано как для прямого, так и для косвенного расширения спектра. В соответствии с одним из аспектов изобретения каждое слово из полного набора ортогональных или би-ортогональных кодовых слов Уолша-Адамара не используется для кодирования или расширения множества информационных битов, передаваемых каждым пользователем. Вместо этого только небольшое их число из набора кодовых слов или последовательностей расширения выделяется каждому пользователю, и каждый символ пользовательской двоичной информационной последовательности заменяется одним выделенным кодовым словом соответственно значению информационного символа. Например, кодовое слово и его би-ортогональный "двойник" могут быть выделены каждому пользователю, что будет соответствовать системе, использующей прямое расширение.
В общем случае информационная последовательность состоит из М-ичных информационных символов m, каждый из которых может принимать одно из М возможных значений. Для М-ичной информационной последовательности М кодовых слов выбираются из набора кодовых слов и выделяются каждому пользователю. Для двоичной информационной последовательности два из набора кодовых слов выделяются каждому пользователю, и каждый бит этой пользовательской информационной последовательности заменяется одним или другим из выбранных кодовых слов соответственно значению информационного бита.
Для каждого пользователя выделенные кодовые слова затем комбинируются с маской скремблирования, выделенной различным пользователям для формирования сигнатурных последовательностей, которые передаются. В случае двоичных последовательностей указанные комбинации формируются путем суммирования по модулю 2. Выделенная маска скремблирования, которая имеет ту же длину, что и выделенные кодовые слова, выбирается из набора масок скремблирования, имеющих оптимальные или полуоптимальные свойства, как описано ниже. В соответствии с заявленным изобретением набор масок скремблирования составляется так, как описано в заявке на патент США того же заявителя №07/866865, для обеспечения регулирования взаимной корреляции любого из ортогональных кодовых слов, маскируемых первой маской скремблирования, с любым ортогональным кодовым словом, маскируемым другой маской скремблирования.
На практике кодовое слово и маска скремблирования могут предварительно комбинироваться для формирования эффективной последовательности расширения или сигнатурной последовательности. Таким образом, в передатчике отдельные операции расширения и скремблирования могут быть объединены в одну операцию расширения с использованием эффективных последовательностей расширения. Аналогичным образом в приемнике отдельные операции дескремблирования и сжатия могут быть объединены в одну операцию сжатия.
Поскольку длина маски скремблирования та же самая, что и длина кодового слова, то ясно, что преобразование информационного символа в кодовое слово осуществляется при расширении, когда используются отдельные операции расширения и скремблирования Если операции расширения и скремблирования объединены за счет использования эффективной последовательности расширения (т.е. скремблированного кодового слова), то расширение осуществляется с помощью эффективной последовательности расширения.
Соответствующий набор масок скремблирования может формироваться так, как описано в заявке на патент США того же заявителя №07/866865. Различные наборы эффективных последовательностей расширения могут генерироваться из исходного набора N последовательностей расширения или кодовых слов, которые могут быть ортогональными или би-ортогональными, путем скремблирования каждой последовательности в исходном наборе с помощью каждой маски из такого набора масок скремблирования. Таким образом, каждая маска скремблирования генерирует дополнительное множество N новых эффективных последовательностей расширения. Поскольку каждому пользователю должны быть выделены по меньшей мере две эффективные последовательности расширения (для двоичных информационных символов), эти дополнительные наборы могут быть использованы для увеличения числа каналов в ячейке, т.е. увеличения пропускной способности, и различные ячейки могут использовать различные наборы из дополнительных наборов в целях контролирования взаимных помех между ячейками.
Маски скремблирования предпочтительно представляют собой "идеальный" набор масок скремблирования, имеющих "оптимальные" свойства, как описано в заявке на патент США того же заявителя.№07/866865. Набор двоичных масок скремблирования является идеальным набором, если сумма по модулю 2 любых двух масок в наборе представляет собой "bent ("изогнутую", "свернутую") последовательность.
Заявленная система, использующая такие маски скремблирования, позволяет избежать недостатков, свойственных обычным ортогональным системам МДКР. Во-первых, она может перекрывать потерю "программируемой пропускной способности", т.е. увеличивать число каналов в ячейке с N последовательностей расширения до kN последовательностей расширения путем скремблирования исходных N ортогональных последовательностей расширения с помощью каждой из k различных масок скремблирования. Во-вторых, заявленная система может минимизировать взаимные помехи между ячейками за счет того, что соседние базовые станции могут использовать различные маски скремблирования для генерирования последовательностей скремблирования, используемых в ячейках. Эти маски скремблирования могут повторно использоваться другими базовыми станциями, удаленными на достаточно большое расстояние, аналогично повторному использованию частоты в сотовых системах с МДЧР. Таким образом, заявленная система МДКР может использовать распределение используемых кодов вместо распределения используемых частот. Следует иметь в виду, что в данном описании термин "ячейка" обозначает область, облучаемую одной или более антеннами.
Как описано в заявке на патент США того же заявителя №07/866865, идеальные маски скремблирования, имеющие оптимальные корреляционные свойства, возможны только, если длина N последовательности равна четной степени двух и если квадратный корень из N представляет собой целое число. Такие маски скремблирования приводят в результате к мешающим сигналам, которые имеют плоский спектр Уолша. Заявка на патент США того же заявителя №07/866865 описывает способ А для формирования набора N1|2 идеальных масок скремблирования и способ В для формирования набора N/2 идеальных масок скремблирования.
Если N является нечетной степенью двух, то невозможно сформировать маски скремблирования так, чтобы сумма любых двух представляла собой "bent"-последовательность, равномерно коррелированную по величине со всеми N кодовыми словами Уолша-Адамара. Тем не менее, можно создать набор "полуидеальных" масок скремблирования таких, что сумма любых двух представляет собой "полу-bent" последовательность, которая представляет собой последовательность, равномерно коррелированную по величине с половиной N кодовых слов и имеющую нулевую корреляцию с другой половиной.
В первом способе формирования полуидеальных наборов масок скремблирования для формирования набора (N') 1/2 или N'/2 масок скремблирования соответственно длины N', где N'=2N и N - нечетная степень двух, используется способ А или способ В. Затем последняя половина каждой маски скремблирования опускается с сохранением масок длины N'/2=N. Таким образом, в зависимости от того, какой способ используется, формируется набор либо (2N)1/2 или N масок скремблирования так, что сумма любых двух масок скремблирования является полу-"свернутой".
При втором способе формирования полуидеальных наборов масок скремблирования вновь используется либо способ А, либо способ В для формирования набора (N')1/2 или N'/2 масок скремблирования соответственно, длины N', где N'=N/2 и N - нечетная степень двух. Затем для каждой последовательности длины N' добавляется копия самой этой последовательности, что обеспечивает формирование масок длиной N'=N. Как вариант, также возможно добавить копию другой маски к каждой маске вместо добавления к каждой из них копии самой этой маски. Таким образом, в зависимости от используемого способа формируется набор либо (N/2)1/2, либо N/4 масок скремблирования, так что сумма любых двух масок скремблирования является полу-"свернутой".
Таким образом, идеальные и полуидеальные наборы масок скремблирования могут быть улучшены за счет использования специальных масок, как описано в заявке на патент США №07/866865.
Если набор масок скремблирования является полуидеальным или дополнительно улучшен, то корреляционные свойства набора могут быть определены как "полуоптимальные". При выделении масок скремблирования различным ячейкам следует стремиться к тому, чтобы маски скремблирования с оптимальными свойствами использовались в ячейках, близких одна к другой, чтобы избежать избыточных взаимных помех; маски скремблирования, имеющие полуоптимальные свойства, могут использоваться в ячейках, отделенных одна от другой значительно большими расстояниями.
При передаче расширенных символов по отношению к значениям элементов последовательностей предпочтительно применяется процедура выбора формы импульсов. Обычно желательными являются найквистовы формы импульсов, например такая, как косинусоидальная с приподнятым основанием. Одним их способов является пропускание значений элементов последовательностей через фильтр, имеющий импульсный отклик, который представляет собой желательную форму импульса. Такой фильтр может быть реализован в виде аналогового или цифрового фильтра. Другим способом является использование значений элементов последовательностей в качестве адреса просмотровых таблиц для поиска форм колебаний с супердискретизацией, которые пропускают на цифроаналоговый преобразователь.
Расширенные символы с определенной формой импульсов затем модулируют сигнал несущей частоты и передаются. Для одновременной передачи на одной и той же несущей частоте расширенных символов от множества информационных каналов расширенные символы могут объединяться после расширения, после преобразования формы импульсов или после модуляции. Такое комбинирование может происходить также при расширении, так как расширение может достигаться за счет пропускания множества информационных символов через устройство быстрого преобразования Уолша, как раскрыто в заявке на патент США №07/735 805.
Для обеспечения более равномерного распределения энергии сигнала может оказаться предпочтительным использовать как синфазные (I), так и квадратурные (Q) компоненты, как это предусматривается стандартом на системы МДКР, обозначенным 1S-95 ТIА. Как вариант, весь сигнал может быть помещен либо на I-несущую, либо на Q-несущую.
В приемнике принятый модулированный сигнал несущей обычно фильтруется и смешивается с сигналом гетеродина, имеющим частоту несущей, что позволяет сформировать демодулированный сигнал в полосе частот модуляции, который затем дискретизируется. Возможный пример такой обработки, использующий логарифмически полярную обработку, описан в патенте США №5048059.
Выборки демодулированного сигнала затем коррелируются с комплексно-сопряженной последовательностью (последовательностями) расширения согласно определенной используемой форме расширения и числу каналов, требуемых для детектирования. Эта процедура дескремблирования и сжатия демодулированного сигнала может быть реализована путем непосредственного коррелирования по отношению к выделенной эффективной последовательности расширения, которая, как описано выше, представляет собой комбинацию маски скремблирования и ортогональной или би-ортогональной последовательности расширения, или кодового слова. Как вариант, дескремблирование и сжатие могут быть выполнены отдельно: (1) дескремблирование путем коррелирования с помощью соответствующей маски (масок) скремблирования, и (2) сжатие путем коррелирования с использованием соответствующей ортогональной или би-ортогональной последовательности (последовательностей) расширения.
После дескремблирования и сжатия возможно использование различных схем детектирования для детектирования расширенных информационных символов. На каждом периоде расширенного информационного символа формируется корреляционное значение для каждого луча (или эхо-сигнала), соответствующего переданному сигналу для каждой последовательности расширения. В зависимости от параметров системы принятый сигнал может включать в себя либо только один луч, либо множество лучей. Методы RАКЕ для обработки множества лучей описаны в патенте США №5237586 на имя Боттомли.
Для случая когерентного детектирования корреляционные значения, связанные с различными лучами одной и той же информационной последовательности, могут когерентно комбинироваться по методу RАКЕ путем перемножения каждого значения корреляции на комплексно сопряженное значение оценки, полученной на отводе соответствующего канала, и затем суммирования действительных частей произведений (см. J.G.Рroakis, Digitаl Communications, 2nd еd., Nеw York, МсGraw-Нill, 1989). Каждое комбинированное значение затем используется для определения того, какой расширенный символ был передан. В случае некогерентного детектирования корреляционные значения, связанные с различными лучами одной и той же информационной последовательности, могут некогерентно объединяться по методу RАКЕ путем формирования квадратов величин и затем суммирования результатов. Комбинированные значения по одному на каждую информационную последовательность затем сравниваются для определения наибольшего значения. Следует иметь в виду, что как когерентный, так и некогерентный способы обработки могут использовать различные варианты процедуры комбинирования значений в зависимости от того, комбинируются ли лучи с использованием комбинирования по методу максимального отношения, или по методу равного усиления, или селективного комбинирования.
Продетектированные расширенные символы используются для определения информационных символов. Следует иметь в виду, что система, соответствующая заявленному изобретению, может использовать различные способы совместного демодулирования, например совместное детектирование по методу максимально вероятностной оценки последовательности (метод МLSЕ). декоррелирование и псевдо-МLSЕ, как описано в заявке на патент США №08/155557 от 22 ноября 1993. Система может такжe использовать демодуляцию вычитанием, как описано в патенте США №5151919 на имя Дента.
Обобщенная система МДКР, соответствующая заявленному изобретению, будет описана ниже со ссылками на фиг.1. Информационный источник, например речевой сигнал, преобразуется из аналогового формата в цифровой формат в обычном кодере исходного сигнала. Генератор 21 кодовых слов передатчика формирует набор из одного или более ортогональных или би-ортогональных кодовых слов, а расширитель 22 передатчика использует эти кодовые слова для расширения цифрового потока битов, генерируемого кодером 20 передатчика. Расширитель 22 передатчика расширяет каждый информационный символ с использованием одного соответствующего кодового слова, формируя ортогональную последовательность расширения или кодовое слово, соответственно значению каждого информационного символа.
В ответ на сигнал селекции маски скремблирования от соответствующего блока управления, например программируемого микропроцессора (не показан), генератор 24 маски скремблирования передатчика генерирует конкретную маску скремблирования. Выбранная маска скремблирования суммируется в сумматоре 26 по модулю 2 с кодовыми словами с расширителя 22 передатчика. Следует иметь в виду, что суммирование по модулю 2 двух двоичных последовательностей по существу представляет собой операцию "исключающее ИЛИ" в двоичной логике, т.е. суммирование по модулю 2 эффективно скремблирует каждое кодовое слово. Скремблированные кодовые слова, сформированные сумматором 26, модулируют радиочастотную несущую с использованием любого из ряда известных способов модуляции, например двоичной фазовой манипуляции, осуществляемой модулятором 28.
Модулированная несущая передается в среде распространения (по воздуху) с помощью соответствующего радиопередатчика 30. Множество кодированных сигналов, перекрывающихся в выделенной полосе частот, принимаются вместе в форме составного сигнала радиоприемником 32, например сотовой базовой станцией. После демодуляции демодулятором 34 в полосу частот модуляции составной сигнал декодируется.
Отдельный информационный сигнал дескремблируется путем перемножения составного сигнала на соответствующую уникальную маску скремблирования, формируемую генератором 36 маски скремблирования приемника. Эта уникальная маска соответствует маске скремблирования, использованной первоначально для скремблирования этого информационного сигнала в генераторе 24 маски скремблирования передатчика. Маска скремблирования и демодулированный составной сигнал комбинируются с помощью перемножителя 38. Результирующий дескремблированный сигнал подается на устройство сжатия 40 приемника, которое коррелирует его с одним или более ортогональных кодовых слов или последовательностей расширения, вырабатываемых генератором 41 кодовых слов приемника. В частности, перемножитель 38 и устройство сжатия 40 приемника предпочтительно сжимают по меньшей мере одно смещение демодулированного выходного сигнала. Если необходимо, то устройство сжатия 40 может также обеспечить комбинирование по методу RАКЕ различных корреляционных значений, соответствующих дескремблированию и сжатию нескольких смещений демодулированного выходного сигнала. В любом случае полученный сжатый или продетектированный сигнал преобразуется в аналоговый формат (т.е. речевой сигнал) с помощью декодера 42 сигнала источника.
Как указано выше, кодовые слова, сформированные расширителем 22 передатчика, и маска скремблирования, сформированная генератором 24, могут предварительно объединяться для образования эффективных последовательностей расширения или скремблированных кодовых слов. На фиг.1А показана обобщенная система МДКР, соответствующая показанной на фиг.1, но модифицированная для использования эффективных последовательностей расширения. В передатчике отдельные операции расширения и скремблирования комбинируются в одну операцию расширения, выполняемую расширителем 22 передатчика, использующим эффективные последовательности расширения, формируемые генератором 23 скремблированных кодовых слов передатчика, который заменил собой генератор 21 кодовых слов передатчика, генератор 24 маски скремблирования передатчика и сумматор 26. Аналогичным образом, в приемнике отдельные операции дескремблирования и сжатия комбинируются в одну операцию сжатия, выполняемую устройством сжатия 40 приемника, использующим соответствующие эффективные последовательности расширения, формируемые генератором 43 скремблированных кодовых слов, что позволило заменить генератор 41 кодовых слов приемника, перемножитель 38 и генератор 36 маски скремблирования. В других аспектах система, показанная на фиг.1А, работает аналогично системе по фиг.1.
Важное различие между системами по фиг.1 и фиг.1А состоит в последовательностях, используемых расширителем 22 передатчика и устройством сжатия 40 приемника. Система по фиг.1 использует ортогональные последовательности, а система по фиг.1А использует скремблированные ортогональные последовательности. В действительности расширители 22 передатчика являются просто селекторами, которые выбирают соответствующее кодовое слово или скремблированное кодовое слово соответственно значениям их соответствующих входных сигналов. Для системы, показанной на фиг.1А, следует иметь в виду, что, как описано в настоящей заявке, любые две эффективные последовательности расширения либо взаимно ортогональны, либо имеют хорошие корреляционные свойства. Так как кодовые слова взаимно ортогональны, то две эффективные последовательности расширения взаимно ортогональны, если они были сформированы с использованием той же самой маски скремблирования, и они имеют "хорошие" (т.е. оптимальные или полуоптимальные) корреляционные свойства, если они были сформированы с использованием различных масок скремблирования.
Заявленное изобретение может быть легко введено в систему связи коллективного доступа с расширенным спектром путем запоминания масок скремблирования в просмотровой таблице в ОЗУ или ПЗУ, например, откуда конкретная маска может извлекаться с использованием связанного с ней адреса. Система, воплощающая в себе использование масок скремблирования в системе с расширенным спектром, показана на фиг.2, которая в принципе соответствует фиг.1. Хотя выше было упомянуто о просмотровых таблицах памяти, однако следует иметь в виду, что также может быть использован соответствующий генератор масок скремблирования, например цифровая логическая схема или микрокомпьютер, который в реальном времени формирует маски скремблирования, указанные входными сигналами управления выбором масок. Методы с использованием просмотровых таблиц памяти и формирования в реальном времени могут быть также использованы для получения ортогональных или би-ортогональных последовательностей расширения, а также эффективных последовательностей расширения.
Источник информации, например речевой сигнал, преобразуется в блоки из М двоичных битов в кодере исходного сигнала 50, а каждый бит в этих блоках преобразуется в одно или другое кодовое слово из пары N-битовых ортогональных кодовых слов с помощью расширителя 52 передатчика в соответствии с значением каждого бита. Каждое ортогональное кодовое слово скремблируется с помощью N-битового сумматора 53 по модулю 2 с использованием маски скремблирования, которая формируется, как описано выше, и выдается средством 60 генерирования масок скремблирования. В случае идеальных масок скремблирования набор масок скремблирования включает либо n A=N1/2, либо nB=N/2 масок скремблирования в зависимости от того, какой способ использовался для генерирования набора масок скремблирования.
Поскольку требуется только одна маска скремблирования из набора, то средство 60 генерирования может представлять собой регистр или иное устройство запоминания, способное хранить N битов выделенной маски скремблирования. С другой стороны, весь набор может быть запомнен в виде просмотровой таблицы в памяти, в этом случае число битов, необходимых для адресации каждой маски в памяти 60, равно либо bA=log 2(nA), либо bB=log2 (nB). Путем передачи bA-битового или b B-битового адреса выбора маски скремблирования, связанного с конкретной маской скремблирования, в память 60 эту маску можно извлечь из памяти и просуммировать по модулю 2 с сигналом блочного кодирования.
Возможность селективной адресации и поиска конкретной маски скремблирования становится важной в системе МДКР вычитающего типа. Например, если более сильные кодированные информационные сигналы декодируются первыми и удаляются из составного сигнала, прежде чем будут декодироваться более слабые сигналы, маски скремблирования должны быть упорядочены по уровню связанных с ними кодированных информационных сигналов. При демодуляции вычитающего типа в системе МДКР согласно патенту США №5151919 для декодирования должна быть выбрана маска скремблирования, соответствующая наиболее сильному информационному сигналу. После того, как этот сигнал удален, должна выделяться маска скремблирования, соответствующая следующему по уровню информационному сигналу, и данный сигнал должен затем удаляться и т.д., пока не будет декодирован самый слабый сигнал.
Маскированные кодовые слова с N-битового сумматора 53 подаются на параллельно-последовательный преобразователь и модулятор 54, который переносит их на радиочастотную несущую. Сигнал модулированной несущей усиливается и передается с помощью передатчика 56 и антенны 58.
В приемнике составной сигнал, принятый антенной 61, подается на демодулятор 62 приемника, который демодулирует, дискретизирует и оцифровывает составной сигнал. Последовательно-параллельный преобразователь 64 преобразует последовательные выборки в параллельные блоки сигнальных выборок (которые могут быть комплексными в соответствии с синфазной и квадратурной составляющими сигнала). Порядок, в котором декодируется каждый информационный сигнал в приемнике, определяется адресом bA или bB выбора маски скремблирования приемника, подаваемым в память 66 масок скремблирования.
В специализированном перемножителе N выборок каждая из N параллельных выборок, буферизованная в последовательно-параллельном преобразователе 64, умножается на +1 или -1, в зависимости от маски скремблирования, извлеченной из памяти 66. Возможным способом выполнения такого перемножения является выполнение операции "исключающее ИЛИ" для каждого бита цифровой выборки с соответствующим битом маски скремблирования. Например, если первая из N цифровых выборок представляет собой 1011, а первая маска скремблирования соответствует -1, то первая из N выходных выборок будет иметь вид 0100. Если принимаемые выборки комплексные, то различные маски скремблирования должны использоваться для синфазной и квадратурной составляющих.
Дескремблированные сигналы сжимаются в устройстве сжатия 70 приемника, которое может содержать схему 72 быстрого преобразования Уолша (БПУ). При прямом расширении схема БПУ будет сжимать параллельно все сигналы, имеющие общую маску скремблирования; тогда детектирование должно выполняться, возможно, с использованием оценок каналов. При косвенном расширении квадраты значений величин, соответствующих М возможным последовательностям конкретного пользователя, будут сравниваться в блоке 74 упорядочения и выбора. Максимальное значение будет указывать детектируемую последовательность. Схема БПУ 72 предпочтительно работает с комплексными числами, если демодулятор 62 и преобразователь 64 вырабатывают комплексные сигнальные выборки, что зачастую имеет место, когда фаза принимаемого сигнала неизвестна. Декодированные или продетектированные биты информации с расширением поступают на декодер исходного сигнала 76 для преобразования в аналоговую форму, т.е. речевой сигнал.
В системах связи коллективного доступа с расширенным спектром в приемнике обычно не используется способ RАКЕ, предназначенный для объединения корреляционных значений для различных сигнальных лучей (т.е. суммирование энергии сигнала и его отражений). Для системы, показанной на фиг.2, это имеет место в виде элемента 73 объединения по методу RАКЕ, включенного между схемой БПУ 72 и схемой 74 упорядочения и выбора, как показано на фиг.3. Для каждого из N выходов схемы БПУ результаты, обусловленные различным временем прихода сигналов, взвешиваются и накапливаются, прежде чем они будут переданы на схему упорядочения и выбора. Данные, соответствующие различным временам прихода, будут формироваться последовательно-параллельным преобразователем 64. Кроме того, может использоваться новый способ, названный объединением по методу WRАКЕ, вместо обычного метода RАКЕ. Оба эти метода детально раскрыты в патенте США №5237586 на имя Боттомли.
В системах МДКР обычным является использование различных этапов расширения. Так, следует иметь в виду, что вышеприведенное описание не исключает возможности предшествующего или последующего расширения сигнала перед его передачей. Также оно не исключает возможности использования дополнительного скремблирования другими последовательностями, которые могут иметь длину во много раз больше, чем длина N последовательностей расширения. Например, возможно использование комплексных передаваемых сигналов, получаемых посредством дополнительного скремблирования каждого сигнала так, что некоторые элементы последовательности передаются по синфазному (I) каналу, а некоторые - по квадратурному (Q) каналу.
Возможны и другие ситуации для генерирования комплексных сигналов. В одном из примеров скремблированный расширенный по спектру сигнал может быть передан как по I-каналу, так и по Q-каналу. В другом примере может быть использована последовательность расширения длины 2N, причем четные элементы соответствуют последовательности расширения длины N и передаются по I-каналу, а нечетные элементы соответствуют возможной другой последовательности расширения длины N и передаются по Q-каналу. В этом случае должны быть две маски скремблирования, которые, возможно, будут одной и той же маской, примененной отдельно для четных и для нечетных элементов последовательности.
Кроме того, маски скремблирования могут быть использованы с различными наборами ортогональных последовательностей для формирования полезных эффективных последовательностей расширения. В примере, описанном выше, набор ортогональных последовательностей представляет собой набор Уолша-Адамара, и непосредственно используются маски скремблирования, описанные в заявке на патент США №07/866865 того же заявителя. Описанные маски скремблирования могут также быть использованы непосредственно с набором ортогональных последовательностей, образованных путем скремблирования каждого кодового слова набора Уолша-Адамара посредством общей базовой последовательности.
В качестве еще одного примера набор ортогональных последовательностей может быть образован из набора Уолша-Адамара путем пермутации (перестановки) или переупорядочения каждого кодового слова Уолша-Адамара; для такого ортогонального набора будет использован новый набор масок скремблирования, образованный пермутацией описанных масок скремблирования таким же образом. Следовательно, если набор ортогональных последовательностей был сформирован из ортогонального набора путем скремблирования общей базовой последовательностью и пермутацией, то после пермутации могут быть использованы описанные маски скремблирования.
Как описано в вышеуказанной заявке на патент США №07/866865, компоненты набора масок скремблирования могут сами быть скремблированы общей базовой последовательностью, при этом формируя другой набор масок скремблирования.
В типовой сотовой системе связи, основанной на предшествующем описании, "элемент" должен представляет собой значение +1 или -1, возникающее в конкретном временном интервале (слоте), но, как описано выше, значения элемента могут в общем случае быть М-ичными. Также следует иметь в виду, что элементы могут быть связаны с конкретными частотными интервалами вместо конкретных временных интервалов или слотов. Такая система должна использовать "множественный доступ с расширением по частоте", как описано в работе О.-С.Yue, "Spread sреctrum mobilе radio, 1977-1982," IEEE Тrans.Veh.Тесhnol., vol. VT-32, рр.98-105 (Fеb.1983). Кроме того, следует иметь в виду, что "элемент" может сам представлять собой кодовую последовательность; например, значение "элемента" +1 может представлять собой последовательность +1, -1, а значение "элемента" -1 может представлять собой последовательность -1, +1. Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что эти возможности могут легко комбинироваться, приводя к гибридным определениям "элемента".
Ортогональная система МДКР, использующая оптимальные или субоптимальные маски скремблирования, описанная выше, может, таким образом, обеспечивать защиту системы и характеристики индивидуальных закрытых каналов, описанные в заявке на патент США №07/866865, с использованием способов, описанных в настоящей заявке.
Как показано на фиг.4, кодер 80 исходного сигнала преобразует речевую информацию в цифровую форму. Кодер 80 исходного сигнала может также включать средства исправления ошибок кодирования, хотя это не является существенным аспектом изобретения. Перед расширением или кодированием ортогональной последовательностью М-битовые блоки информационных битов индивидуально шифруются путем суммирования по модулю в М-разрядном сумматоре 82 с уникальной последовательностью битов шифрования, формируемой генератором последовательности 84 передатчика в функции ключа шифра К1 и ключа кода К2. Каждый бит шифрованных информационных сигналов затем преобразуется в одно из предпочтительно ортогональных или би-ортогональных кодовых слов в ортогональном кодере 86.
Кодовые слова, формируемые кодером 86, комбинируются поразрядно с выбранной маской скремблирования передаваемого сигнала с помощью схемы "исключающее ИЛИ" 88. Маска скремблирования извлекается из памяти 90 масок скремблирования передаваемого сигнала. Скремблированное кодовое слово затем преобразуется в последовательный поток битов, который модулирует несущую радиочастотного сигнала, как показано функциональным блоком 92. Модулированный сигнал несущей усиливается соответствующим усилителем 94 и передается антенной 96.
Приемная часть на фиг.4 имеет аппаратные средства, аналогичные соответствующим средствам передающей части. Приемник/демодулятор 102 принимает составной сигнал с антенны 104, демодулирует его с преобразованием в полосу частот модуляции и преобразует последовательный сигнал в параллельные выборки сигнала или блоки из N бит. Как описано выше, сигнальные выборки могут быть комплексными, что является результатом наличия синфазной и квадратурной компонент. Эти сигнальные блоки комбинируются в специализированном перемножителе 106 N выборок с соответственно выбранной маской скремблирования, извлеченной из устройства хранения 108 масок скремблирования приемника.
Дескремблированный сигнал, сформированный перемножителем 106, сжимается в ортогональном декодере 110, который использует, например, процедуру демодуляции с вычитанием, описанную выше. Сжатый или продетектированный сигнал дешифруется путем комбинирования соответствующего ключа шифрования К1, генерируемого генератором 112 последовательности приемника, со сжатым сигналом в М-разрядном сумматоре 114. Коды коррекции ошибок устраняются из дескремблированной цифровой информации в декодере 116 исходного сигнала, и результат преобразуется в речь.
На фиг.4 элемент комбинирования по методу RАКЕ, который был описан в связи с фиг.3, должен представлять собой часть ортогонального блочного декодера 110. Данные, соответствующие различным временам прихода, должны обеспечиваться приемником/демодулятором 102.
Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что заявленное изобретение может быть использовано при передаче множества информационных сигналов. Более высокая эффективность может быть достигнута путем дублирования только части передающего тракта для каждого сигнала вместо дублирования всего передающего тракта для каждого сигнала. В соответствии с фиг.1, множество сигналов могут быть скомбинированы в любой из по меньшей мере трех точек схемы: между модулятором 28 и передатчиком 30; между сумматором 26 по модулю 2 и модулятором 28; и между расширителем 22 передатчика и сумматором 26 по модулю 2. Последние два случая описываются более детально ниже с использованием простых примеров двух информационных сигналов, но следует иметь в виду, что эти примеры легко могут быть распространены на любое большее число информационных сигналов.
На фиг.5 представлена обобщенная блок-схема передатчика для системы связи с расширенным спектром, соответствующая заявленному изобретению. Одинаковые элементы на фиг.1 и 5 обозначены одними и теми же позициями. Первый и второй исходные информационные сигналы, например речевые, преобразуются в цифровые потоки битов с помощью соответствующих кодеров 20-1, 20-2 исходного сигнала. Информационные символы в этих цифровых потоках битов расширяются с помощью соответствующих расширителей 22-1, 22-2 передатчика с использованием кодовых слов, обеспечиваемых генератором кодовых слов 21 передатчика. Различные кодовые слова используются для различных исходных информационных сигналов.
Генератор 24 масок скремблирования передатчика обеспечивает одну и ту же или разные маски скремблирования для различных исходных информационных сигналов, и соответствующие маски скремблирования суммируются с кодовыми словами или расширенными символами, поступающими с выходов соответствующих расширителей передатчика, в соответствующих сумматорах 26-1, 26-2 по модулю 2. Последовательности скремблированных кодовых слов, сформированные сумматорами 26-1, 26-2, объединяются в сумматоре 27, и последовательность объединенных скремблированных символов, сформированных сумматором 27, подается на модулятор 28. Поскольку скремблированные кодовые слова комбинируются до модуляции, сумматор 27 может представлять собой цифровую логическую схему или цифровой процессор сигналов. Также, поскольку оба исходных информационных сигнала расширяются по спектру и скремблируются до их объединения, то операции расширения и скремблирования могут быть объединены, как показано на фиг.1А.
Если для обоих исходных информационных сигналов использовалась одна и та же маска скремблирования, то более эффективным является просуммировать последовательности кодовых слов, выработанных расширителями 22-1, 22-2 передатчика, и затем скремблировать суммарную последовательностью. Такой передатчик показан на фиг.6, где имеется сумматор 25 вместо сумматора 27. Одинаковые элементы на фиг.1 и 6 обозначены одними и теми же позициями.
В соответствии с фиг.6 генератор 21 кодовых слов передатчика вновь формирует различные кодовые слова для двух цифровых последовательностей расширенных символов, формируемых расширителями 22-1, 22-2 передатчика. Расширенные информационные символы, сформированные расширителями передатчика, суммируются в суматоре 25, который может представлять собой соответствующую цифровую логическую схему или процессор, поскольку сигналы суммируются до модуляции. С другой стороны, поскольку последовательность суммированных расширенных символов, формируемых сумматором 25, уже не является двоичной, то скремблирование уже не может выполняться путем суммирования по модулю 2. Как показано на фиг.6, перемножитель 29 скремблирует суммарные расширенные символы путем формирования произведения суммарных расширенных символов с значениями либо -1, либо +1 маски скремблирования. На практике такое перемножение может быть осуществлено просто путем выполнения операции логического отрицания или отсутствия такого отрицания по отношению к значениям суммарных расширенных символов. Данный метод может быть также применен в операциях скремблирования в любом варианте осуществления приемника, описанном в данной заявке.
Ясно, что передатчик, показанный на фиг.6, может быть использован для передачи исходных информационных двоичных символов путем передачи кодовых слов или инверсного состояния кодовых слов, как это требуется. В таком случае генератор 21 кодовых слов передатчика, расширители 22-1, 22-2 передатчика и сумматор 25 могут быть заменены конфигурацией, показанной на фиг.7. Процессор БПУ 100 выполняет быстрое преобразование Уолша над битами с кодеров 20-1, 20-2 исходного сигнала и генерирует поток параллельных данных, который преобразуется в поток последовательных данных с помощью параллельно-последовательного преобразователя 101. Поток последовательных данных эквивалентен последовательности суммарных расширенных символов, формируемых сумматором 25, показанным на фиг.6, и подается на перемножитель 29 (фиг.6). Произведение потока последовательных данных и маски скремблирования передаваемого сигнала, формируемое перемножителем 29, представляет собой последовательность скремблированных объединенных символов, которая в конечном счете передается.
Специалисту в данной области техники должно быть ясно, что заявленное изобретение может быть использовано для приема множества информационных сигналов. В соответствии с фиг.1 множество сигналов могут быть разделены в любой из по меньшей мере трех точек схемы: между приемником 32 и демодулятором 34; между демодулятором 34 и перемножителем 38; и между перемножителем 38 и устройством сжатия 40 приемника. Последние два случая описаны более детально ниже с использованием простых примеров двух информационных сигналов, но следует иметь в виду, что эти примеры легко могут быть распространены на любое большее число информационных сигналов.
На фиг.8 представлена обобщенная блок-схема приемника системы связи с расширенным спектром, в которой принимаемый составной сигнал разделяется перед перемножителем 38, в соответствии с заявленным изобретением. Одинаковые элементы на фиг.1 и 8 обозначены одними и теми же позициями. Генератор 36 масок скремблирования приемника выдает одну и ту же или разные маски скремблирования, соответствующие различным последовательностям исходных информационных символов, которые должны быть восстановлены, на перемножители 38-1, 38-2. Генератор 41 кодовых слов приемника обеспечивает различные кодовые слова, соответствующие различным исходным информационным символам, на соответствующие устройства сжатия 40-1, 40-2 приемника. Дескремблированные сжатые сигналы, формируемые устройствами сжатия (т.е. продетектированные сигналы, формируемые по меньшей мере из одного корреляционного значения для каждого дескремблированного сжатого символа), подаются на соответствующие декодеры 42-1, 42-2 исходного сигнала. Хотя на фиг.8 показано, что исходные информационные сигналы отдельно дескремблируются и сжимаются, однако эти операции могут быть объединены, как показано на фиг.1А.
Если одна и та же маска скремблирования используется для обоих исходных информационных сигналов, то более эффективно разделять эти сигналы после перемножителя 38. Такой приемник показан на фиг.9, на которой элементы, одинаковые с элементами на фиг.1, обозначены теми же позициями. Как показано на фиг.9, генератор 41 кодовых слов приемника вновь формирует различные кодовые слова, соответственно различным последовательностям исходных информационных символов, которые должны быть восстановлены. Поскольку эти кодовые слова ортогональны, то вновь отдельные устройства сжатия 40-1, 40-2 и генератор 41 кодовых слов приемника могут быть объединены.
Очевидно, что приемник, показанный на фиг.9, может быть использован для восстановления исходных информационных двоичных символов путем детектирования кодовых слов и инверсных значений кодовых слов, как это может потребоваться. В таком варианте осуществления генератор 41 кодовых слов приемника и устройства сжатия 40-1, 40-2 могут быть заменены конфигурацией, показанной на фиг.10. Дескремблированный сигнал, формируемый перемножителем 38, преобразуется в поток параллельных данных с помощью последовательно-параллельного преобразователя 200. Процессор БПУ 202 затем выполняет быстрое преобразование Уолша над параллельными значениями, которые могут представлять собой двоичные или М-ичные значения, и преобразованные значения подаются на процессор 204 сигналов. Процессор 204 может выполнять дальнейшие операции над преобразованными значениями в зависимости от конкретного применения; например, результаты, полученные из смещений принимаемых сигналов, могут комбинироваться согласно методу RАКЕ. Продетектированные сигналы, полученные в результате такой обработки (т.е. по меньшей мере одно корреляционное значение для каждого дескремблированного сжатого символа), выдаются процессором 204 на декодеры 42-1, 42-2 исходного сигнала.
Фиг.8 и 9 иллюстрируют варианты осуществления заявленного изобретения с использованием раздельного детектирования исходных информационных сигналов. В варианте осуществления, в котором используется детектирование совместного сигнала, отдельные устройства сжатия 40-1, 40-2 приемника могут объединяться в общее устройство сжатия. Например, процессор 204 сигналов, показанный на фиг.10, мог бы выполнять соответствующие операции сжатия и совместного детектирования. Могут использоваться различные формы совместного детектирования сигналов или совместной демодуляции, включая обнаружение по методу максимума правдоподобия, обнаружение с использованием декорреляции, способы с вычитанием или компенсацией взаимных помех, как отмечено выше.
Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что вышеописанные способы и функции могут быть осуществлены с помощью соответственно конфигурированных схем и компонентов универсального цифрового процессора сигналов. Более высокая эффективность, однако, может быть достигнута при использовании специализированных интегральных схем, ориентированных на конкретное применение.
Хотя описаны и проиллюстрированы конкретные варианты осуществления изобретения, следует иметь в виду, что изобретение не ограничивается приведенными вариантами и специалисты в данной области техники могут осуществить различные модификации и изменения. Настоящее изобретение охватывает все такие модификации и изменения, которые соответствуют сущности и объему изобретения, как оно раскрыто и заявлено в формуле изобретения.
Формула изобретения
1. Терминал системы связи, которая содержит базовую станцию и терминал и в которой между терминалом и базовой станцией обмениваются информацией посредством связи с расширенным спектром прямой последовательности, содержащий средство кодера исходного сигнала для преобразования передаваемой информации в цифровую форму, средство для преобразования информации цифровой формы в соответствующие кодовые слова Уолша-Адамара, средство для комбинирования кодовых слов Уолша-Адамара с маской скремблирования для формирования комбинированных кодовых слов, модулятор, использующий комбинированные кодовые слова для модулирования сигнала несущей частоты, и генератор маски скремблирования, генерирующий маску скремблирования посредством тактирования по множеству внутренних состояний на основании двоичной маски, которая известна только терминалу и базовой станции.
2. Терминал, обеспечивающий закрытость связи при связи с сетью, в системе связи, использующей множественный доступ с расширенным спектром прямой последовательности для связи между сетью связи и терминалом, содержащий генератор последовательности, который выдает последовательность с расширенным спектром и последовательность битов шифрования, причем последовательность битов шифрования зависит от первой битовой комбинации, которая известна только терминалу и сети, а последовательность с расширенным спектром зависит от второй битовой комбинации, кодер исходного сигнала, преобразующий речевой сигнал для связи в цифровую форму, содержащую блоки из М битов, шифрующий сумматор, объединяющий блоки из М битов с последовательностью битов шифрования для выработки шифрованных блоков, причем каждый шифрованный блок имеет соответствующее число битов, кодер расширенного спектра, комбинирующий шифрованные блоки с последовательностью расширенного спектра для выработки цифрового сигнала с расширенным спектром, и средство для генерирования несущего сигнала радиочастоты, который модулирован цифровым сигналом с расширенным спектром, для связи с сетью.
3. Терминал по п.2, в котором генератор последовательности тактирован по множеству внутренних состояний для выработки по меньшей мере одной из следующих последовательностей: последовательность битов шифрования и последовательность с расширенным спектром.
4. Приемник в сети связи для сигналов, переданных подвижным терминалом, в системе подвижной связи, использующей множественный доступ с расширенным спектром прямой последовательности для связи между сетью связи и множеством подвижных терминалов, содержащий радиоприемник, вырабатывающий поток цифровых выборок основной полосы частот, генератор последовательности, который выдает последовательность с расширенным спектром и последовательность битов шифрования, причем последовательность битов шифрования зависит от первой битовой комбинации, которая известна только подвижному терминалу и сети, а последовательность с расширенным спектром зависит только от второй битовой комбинации, декодер расширенного спектра, комбинирующий поток цифровых выборок и последовательность с расширенным спектром для выработки групп выборок, причем каждая группа выборок содержит первое число декодированных цифровых выборок, дешифратор, комбинирующий группы выборок и последовательность битов шифрования для выработки дешифрованных блоков из битов, причем каждый дешифрованный блок из битов имеет соответствующее число битов, и декодер, преобразующий дешифрованные блоки из битов в речевой сигнал для передачи по сети связи.
5. Приемник по п.4, в котором генератор последовательности тактирован по множеству внутренних состояний для выработки по меньшей мере одной из следующих последовательностей: последовательность битов шифрования и последовательность с расширенным спектром.
6. Базовая станция в сети связи для обеспечения закрытости связи при связи с подвижным терминалом, в системе подвижной связи, использующей множественный доступ с расширенным спектром прямой последовательности для связи между сетью связи и множеством подвижных терминалов, содержащая генератор последовательности, который выдает последовательность с расширенным спектром и последовательность битов шифрования, причем последовательность битов шифрования определена первой битовой комбинацией, которая известна только подвижному терминалу и сети связи, а последовательность с расширенным спектром определена второй битовой комбинацией, средство кодера исходного сигнала для преобразования речи для передачи подвижному терминалу в цифровую форму, содержащую блоки из М бит, шифрующий сумматор для комбинирования блоков из М битов с последовательностью битов шифрования для выработки шифрованных блоков, причем каждый шифрованный блок имеет М битов, преобразователь, преобразующий шифрованные блоки в кодовые слова с использованием по меньшей мере одного кодового слова Уолша-Адамара, причем каждое кодовое слово имеет второе число битов и это второе число больше, чем М, средство для генерирования сигнала с расширенным спектром на основании кодовых слов и последовательности с расширенным спектром, и средство для генерирования несущего сигнала радиочастоты, который модулирован сигналом с расширенным спектром, для передачи подвижному терминалу.
7. Базовая станция по п.6, в которой генератор последовательности тактирован по множеству внутренних состояний для генерирования по меньшей мере одной из следующих последовательностей: последовательность битов шифрования и последовательность с расширенным спектром.
8. Приемник подвижного терминала для сигналов, переданных базовой станцией в сети связи, в системе подвижной связи, использующей множественный доступ с расширенным спектром прямой последовательности для связи между сетью связи и множеством подвижных терминалов, содержащий генератор последовательности, который выдает последовательность битов шифрования, зависящую от первой битовой комбинации, и последовательность с расширенным спектром, зависящую от второй битовой комбинации, причем первая битовая комбинация известна только подвижному терминалу и сети связи, радиоприемник, вырабатывающий поток цифровых выборок, которые представляют радиосигнал, переданный базовой станцией, средство для генерирования групп выборок на основании цифровых выборок и последовательности с расширенным спектром, причем каждая группа выборок содержит первое число декодированных цифровых выборок, преобразователь, преобразующий группу выборок в символы с использованием по меньшей мере одного кодового слова Уолша-Адамара, причем каждый символ содержит по меньшей мере один бит, средство дешифрования для комбинирования символов и последовательности битов шифрования для выработки дешифрованных символов, и средство декодирования для преобразования дешифрованных символов в речевой сигнал.
9. Приемник по п.8, в которой генератор последовательности тактирован по множеству внутренних состояний для генерирования по меньшей мере одной из следующих последовательностей: последовательность битов шифрования и последовательность с расширенным спектром.
РИСУНКИ
