Передатчик с когерентным частотно-кодовым разделением каналов и с высокой структурной скрытностью передаваемых сигналов

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в системах беспроводного доступа, сухопутной подвижной и спутниковой связи, призванных функционировать в условиях ограничений на выделенный частотный ресурс. Передатчик с когерентным частотно-кодовым разделением каналов и с высокой структурной скрытностью передаваемых сигналов содержит, в частности, генератор когерентной сетки частот, М+1 информационных модулей, М+1 фазовращателей на π/2, М+1 полосовых фильтров информационных модулей, сумматор сигналов информационных модулей и полосовой фильтр группового сигнала, а также соответствующие связи между ними, благодаря чему удалось существенно повысить спектральную эффективность системы связи при обеспечении высокой структурной скрытности передаваемых сигналов. 3 ил.

 

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в системах радиосвязи, призванных функционировать в условиях противодействия и одновременно обеспечивать при этом передачу больших потоков информации в выделенной полосе частот с требуемым качеством.

Среди основных требований, предъявляемых к перспективным системам радиосвязи, наряду с требованием по обеспечению высокой структурной скрытности передаваемых сигналов, выдвигается требование по обеспечению ими высокой пропускной способности в выделенной полосе частот.

Поскольку весь имеющийся частотный ресурс уже поделен между континентами, странами и системами передачи информации, а требования по расширению предоставляемых телекоммуникационных услуг и их качеству постоянно взрастают, то удовлетворение этих требований в условиях ограничений на выделение полос частот возможно только за счет обеспечения высокой спектральной эффективности как существующих, так и перспективных систем радиосвязи.

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

Известны системы сотовой, беспроводной и спутниковой связи с кодовым разделением каналов, а именно: система сотовой подвижной связи стандарта IS-95 на основе технологии многостанционного доступа с кодовым разделением каналов - МДКР (в иностранной терминологии - CDMA); система спутниковой связи «Глобалстар» (США), перспективные системы с МДКР, такие как CDMA-450, CDMA-2000 и WCDMA и спутниковые: SAT-SDMA (Ю. Корея), SW-CDMA (Европейское космическое агентство-ESA) [1, 2]. Эти системы связи характеризуются низкой спектральной эффективностью. Например, у системы сотовой подвижной связи стандарта IS-95 значение коэффициента спектральной эффективности не превосходит величины, равной 0,5.

Известны устройства [3, 4], у которых значение коэффициента спектральной эффективности несколько выше и составляет 1,65 и 1,875, соответственно, что не в полной мере отвечает современным требованиям по эффективному использованию выделенного спектра частот.

Кроме того, все приведенные выше системы и устройства не в полной мере отвечают требованию по обеспечению ими высокой структурной скрытности передаваемых сигналов, а, следовательно, допускают возможность сторонним лицам перехватывать и контролировать передаваемую информацию из-за ограниченности ансамбля используемых сигналов, их низкой структурной скрытности, а также наличия и доступности сигнала синхронизации.

Известно также устройство [5], которое по сравнению с устройствами [1-4] обладает более высокой структурной скрытностью передаваемых сигналов как за счет отсутствия в нем в явном виде пилот-сигнала, так и за счет значительного расширения ансамбля используемых сигналов, но оно имеет относительно низкий коэффициент спектральной эффективности.

Известно [6], что в широкополосных системах радиосвязи с квадратурным двоичным методом модуляции сигналов и когерентным частотно-кодовым разделением каналов можно значительно повысить пропускную способность в ограниченной выделенной полосе частот.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство [5] (прототип), в состав которого входят N информационных каналов, К каналов вызова, J каналов синхронизации, причем общее число каналов равно L, где L=N+К+J, а также тактовый генератор, генератор несущей частоты, сумматор канальных сигналов, делитель частоты, генератор нелинейной маскирующей последовательности и генератор нелинейных ортогональных кодов, причем каждый n-ый информационный канал включает n-ый преобразователь информации информационного канала, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где n принимает значения от 1 до N, a i=n, первый вход n-ого преобразователя информации информационного канала является первым входом n-ого информационного канала, второй вход n-ого преобразователя информации информационного канала является вторым входом n-ого информационного канала, а третий вход n-ого преобразователя информации информационного канала является третьим входом n-ого информационного канала, первый выход n-ого преобразователя информации информационного канала соединен с первым входом i-ого внутреннего кодера канала, а второй выход n-ого преобразователя информации информационного канала соединен с вторым входом i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, причем каждый k-ый канал вызова включает k-ый преобразователь информации канала вызова, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где k принимает значения от 1 до K, а i=N+k, причем первый вход k-ого преобразователя информации канала вызова является первым входом k-ого канала вызова, а второй вход k-ого преобразователя информации канала вызова является вторым входом k-ого канала вызова, первый выход k-ого преобразователя информации канала вызова соединен с первым входом i-ого внутреннего кодера канала, а второй выход k-ого преобразователя информации канала вызова соединен с вторым входом i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, причем каждый j-ый канал синхронизации включает j-ый преобразователь информации канала синхронизации, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где j принимает значения от 1 до J, а i=N+K+j, причем вход j-ого преобразователя информации канала синхронизации является входом j-ого канала синхронизации, выход j-ого преобразователя информации канала синхронизации соединен с первым и вторым входами i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, выход тактового генератора соединен с входом делителя частоты, с входом генератора нелинейной маскирующей последовательности и с первым входом генератора нелинейных ортогональных кодов, третьи входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с выходом делителя частоты, четвертые входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с вторым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, пятые входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с (L+1)-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, третьи входы формирователей спектра сигнала всех каналов объединены и соединены с первым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, с которого подается нелинейная маскирующая последовательность, четвертый вход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, а пятый вход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с (L-l+1)-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, выход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым входом сумматора канальных сигналов, где l принимает значения от 1 до L=N+К+J, шестые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и соединены с первым выходом генератора несущей частоты, седьмые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и соединены с вторым выходом генератора несущей частоты, второй вход генератора нелинейных ортогональных кодов соединен со вторым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, выход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым входом сумматора канальных сигналов, выход сумматора канальных сигналов является выходом устройства.

Целью настоящего изобретения является повышение спектральной эффективности передачи информации в перспективных системах связи в условиях ограничений на выделение полос частот.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем в себя N информационных каналов, К каналов вызова, J каналов синхронизации, причем общее число каналов равно L, где L=N+К+J, а также тактовый генератор, генератор несущей частоты, сумматор канальных сигналов, делитель частоты, генератор нелинейной маскирующей последовательности и генератор нелинейных ортогональных кодов, причем каждый n-ый информационный канал включает n-ый преобразователь информации информационного канала, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где n принимает значения от 1 до N, а i=n, первый вход n-ого преобразователя информации информационного канала является первым входом n-ого информационного канала, второй вход n-ого преобразователя информации информационного канала является вторым входом n-ого информационного канала, а третий вход n-ого преобразователя информации информационного канала является третьим входом n-ого информационного канала, первый выход n-ого преобразователя информации информационного канала соединен с первым входом i-ого внутреннего кодера канала, а второй выход n-ого преобразователя информации информационного канала соединен с вторым входом i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, причем каждый k-ый канал вызова включает k-ый преобразователь информации канала вызова, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где k принимает значения от 1 до K, a i=N+k, первый вход k-ого преобразователя информации канала вызова является первым входом k-ого канала вызова, а второй вход k-ого преобразователя информации канала вызова является вторым входом k-ого канала вызова, первый выход k-ого преобразователя информации канала вызова соединен с первым входом i-ого внутреннего кодера канала, а второй выход k-ого преобразователя информации канала вызова соединен с вторым входом i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, причем каждый j-ый канал синхронизации включает j-ый преобразователь информации канала синхронизации, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где j принимает значения от 1 до J, a i=N+K+j, вход j-ого преобразователя информации канала синхронизации является входом j-ого канала синхронизации, выход j-ого преобразователя информации канала синхронизации соединен с первым и вторым входами i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, выход тактового генератора соединен с входом делителя частоты, с входом генератора нелинейной маскирующей последовательности и с первым входом генератора нелинейных ортогональных кодов, третьи входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с выходом делителя частоты, четвертые входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с вторым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, пятые входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с (L+1)-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, третьи входы формирователей спектра сигнала всех каналов объединены и соединены с первым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, с которого подается нелинейная маскирующая последовательность, четвертый вход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, а пятый вход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с (L-l+1)-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, выход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым входом сумматора канальных сигналов, где l принимает значения от 1 до L=N+К+J, шестые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и соединены с первым выходом генератора несущей частоты, седьмые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и соединены с вторым выходом генератора несущей частоты, второй вход генератора нелинейных ортогональных кодов соединен со вторым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, выход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым входом сумматора канальных сигналов, выход сумматора канальных сигналов является выходом устройства, внесены следующие изменения: из него исключен генератор несущей частоты, а все оставшиеся элементы и связи между ними объединены в единый информационный модуль, кроме того, в схему устройства дополнительно введены: генератор когерентной сетки частот, М информационных модулей, где М=2Δƒ/R, причем М целая часть числа, Δƒ - величина допустимого ограничения спектра сигнала с каждой стороны на выходе информационного модуля в Гц, a R - величина разноса соседних частот генератора когерентной сетки частот в Гц, численно равная скорости передачи информации в квадратурных каналах информационных модулей, (М+1) фазовращателей на π/2, (М+1) полосовых фильтров информационных модулей, сумматор сигналов информационных модулей и полосовой фильтр группового сигнала, и установлены следующие связи: объединенные шестые входы всех формирователей спектра сигнала каналов информационного модуля являются его первым входом, а объединенные седьмые входы всех формирователей спектра сигнала каналов информационного модуля - его вторым входом, i-ый вход n-ого информационного канала информационного модуля, где i принимает значения от 1 до 3, а n - от 1 до N, является s-ым входом информационного модуля, где s=(2+(n-1)_*3+i), i-ый вход k-ого канала вызова информационного модуля, где i принимает значения от 1 до 2, а k - от 1 до К, является s-ым входом информационного модуля, где s=(2+3N+(k-1)_*2+i), вход j-ого канала синхронизации информационного модуля, где j принимает значения от 1 до J, является s-ым входом информационного модуля, где s=(2+3N+2K+j), выход сумматора канальных сигналов информационного модуля является его выходом, i-ый выход генератора когерентной сетки частот соединен с первым входом i-ого информационного модуля непосредственно и через i-ый фазовращатель на π/2 - со вторым входом i-ого информационного модуля, а выход i-ого информационного модуля через i-ый полосовой фильтр соединен с i-ым входом сумматора сигналов информационных модулей, где i принимает значения от 1 до М+1, выход сумматора сигналов информационных модулей соединен со входом полосового фильтра группового сигнала, выход полосового фильтра группового сигнала является выходом устройства.

Отличительными признаками предлагаемого устройства являются введенные в его схему новые элементы, а именно: М информационных модулей, (М+1) фазовращателей на π/2, (М+1) полосовых фильтров информационных модулей, а также сумматор сигналов информационных модулей и полосовой фильтр группового сигнала и соответствующие связи между ними, благодаря чему удалось сохранить в нем высокую структурную скрытность передаваемых сигналов, достигнутую в устройстве-прототипе, и одновременно существенно повысить его спектральную эффективность, т.е. обеспечить более высокую пропускную способность в выделенной полосе частот.

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

С целью упрощения структурная схема заявляемого устройства представлена на фиг. 1 и 2. Причем на фиг. 1 представлена структурная схема информационного модуля, а на фиг. 2 - структурная схема заявляемого устройства. На фиг. 1 изображены два n-ых информационных канала (n=1 и n=N), два k-ых канала вызова (k=1 и k=K) и два j-ых канала синхронизации (j=1 и j=J), а также элементы, которые обеспечивают функционирование информационного модуля и позволяют пояснить его работу. На фиг. 2 изображены три m-ых информационных модуля (m=1, m=2 и m=М+1), а также элементы, которые обеспечивают функционирование заявляемого устройства и позволяют пояснить его работу в целом.

На фиг. 1 обозначено:

1.n - n-ый преобразователь информации информационного канала (ПИ ИК), причем n принимает значения от 1 до N;

2.i - i-ый внутренний кодер канала (ВКК), причем i принимает значения от 1 до L=N+К+J;

3.i - i-ый формирователь спектра сигнала канала (ФССК), причем i принимает значения от 1 до L=N+К+J;

4.k - k-ый преобразователь информации канала вызова (ПИ КВ), причем k принимает значения от 1 до K;

5.j - j-ый преобразователь информации канала синхронизации (ПИ КС), причем j принимает значения от 1 до J;

6 - тактовый генератор (ТГ);

7 - делитель частоты (ДЧ);

8 - генератор нелинейной маскирующей последовательности (ГНМП);

9 - генератор нелинейных ортогональных кодов (ГНОК);

10 - сумматор канальных сигналов (СКС);

11 - информационный модуль (ИМ).

На фиг. 2 обозначено:

11.i - i-ый ИМ, причем i принимает значения от 1 до М+1;

12.i - i-ый фазовращатель на π/2 (ФВ), причем i принимает значения от 1 до М+1;

13 - генератор когерентной сетки частот (ГКСЧ);

14.i - i-ый полосовой фильтр (ПФ), причем i принимает значения от 1 до М+1;

15 - сумматор сигналов информационных модулей (ССИМ);

16 - полосовой фильтр группового сигнала (ПФГС).

Работа устройства. Порядок работы предлагаемого устройства рассмотрим по схемам, которые изображены на фиг. 1 и фиг. 2.

При рассмотрении работы предлагаемого устройства будем исходить из следующего:

1. Алгоритм работы каналов (информационного, вызова и синхронизации) заявляемого устройства и устройства-прототипа одинаков. Поэтому для уяснения характера обработки информации в передатчике достаточно рассмотреть обработку информации в одном ИМ.

2. Скорость передачи информации в квадратурных каналах всех ИМ одинакова и равна R;

3. Полоса частот, формируемая ИМ, равна полосе частот, выделенной для работы системы.

4. Алгоритм формирования группового сигнала передатчика представлен на фиг. 3. На фиг. 3 обозначено:

ΔF - полоса частот, которая выделена для работы системы;

Δƒ - допустимая величина ограничения полосы частот спектра ИМ с каждой стороны (слева и справа);

ƒ_вн - нижняя граница выделенной полосы частот;

ƒ_вв - верхняя граница выделенной полосы частот;

R_p - величина разноса соседних частот генератора когерентной сетки частот в Гц, численно равная скорости передачи информации в квадратурных каналах ИМ, т.е. R_p=R;

Δƒ_фiм - полоса пропускания i-ого полосового фильтра i-ого ИМ, причем Δƒ_фiм каждого фильтра равняется ΔF-2Δƒ, где i принимает значения от 1 до М+1, a M=2Δƒ/R (на фиг. 3 представлен вариант формирования группового сигнала ИМ при Δƒ=2R, тогда М=4, а i принимает значения от 1 до 5);

ƒ_iког - i-ая когерентная частота, формируемая генератором когерентной сетки частот и обеспечивающая формирование спектра сигнала i-ого ИМ, где i принимает значения от 1 до М+1.

Работа информационного модуля. Работу ИМ (11) рассмотрим по структурной схеме, представленной на фиг. 1. Для уяснения характера обработки информации в ИМ достаточно рассмотреть процесс обработки информации в трех его каналах: информационном, канале вызова и канале синхронизации.

Работа информационного канала. Работу информационного канала рассмотрим на примере первого ИК (n=1), который включает ПИ ИК (1.1), ВК (2.1) и ФССК (3.1). Пусть на третий вход ИМ (11) поступает информация об адресе абонента, которая через первый вход первого ИК подается на первый вход ПИ ИК (1.1)), а на четвертый вход ИМ (11) - информация, которую необходимо передать другому абоненту, и которая через второй вход первого ИК поступает на второй вход ПИ ИК (1.1)). Информация, поступающая на первый и второй входы ПИ ИК (1.1), представляет собой поток двоичных символов.

Поток двоичных символов, поступающий на первый вход ПИ ИК (1.1), обеспечивает формирование в ПИ ИК (1.1) адреса вызываемого абонента. Поток двоичных символов, поступающий на второй вход ПИ ИК (1.1) преобразуется в нем в два потока для создания синфазной I и квадратурной Q составляющих. Далее каждый из этих информационных потоков кодируется избыточным кодом с целью обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне, затем эта уже кодированная информация «перемешивается» таким образом, чтобы исключить возможность группирования ошибок на приемной стороне. Далее в эти потоки (уже кодированные и «перемешанные») «замешивается» информация об адресе вызываемого абонента. И наконец в информационные потоки уже содержащие признак адреса вызываемого абонента «замешивается» дополнительная информация, которая позволяет управлять уровнем излучаемой мощности передатчика абонента. Эта дополнительная информация поступает в ПИ ИК (1.1) на его третий вход через пятый вход ИМ (11) и через третий вход первого ИК. Сформированные указанным выше способом информационные потоки поступают на первый (синфазная составляющая) и второй (квадратурная составляющая) выходы ПИ ИК (1.1).

Поток двоичных символов с первого и второго выходов ПИ ИК (1.1) подается соответственно на первый и второй входы ВК (2.1). На третий вход ВК (2.1) с выхода ДЧ (7) поступают тактовые импульсы, которые обеспечивают ввод информации в ВК (2.1). Частота тактовых импульсов с выхода ДЧ (7) соответствует скорости потока двоичных символов, поступающих с первого и второго выходов ПИ ИК (1.1) на первый и второй входы ВК (2.1). Со второго выхода ГНМП (8) на четвертый вход ВК (2.1) и на второй вход ГНОК (9) поступают тактовые импульсы, которые осуществляют цикловую синхронизацию ВК (2.1) и синхронизацию ГНОК (9). Частота следования импульсов цикловой синхронизации определяется периодом нелинейной маскирующей последовательности. На пятый вход ВК (2.1) поступают тактовые импульсы с (L+1)-ого выхода ГНОК (9), которые обеспечивают вывод информации из ВК (2.1). Частота следования этих тактовых импульсов определяется периодом последовательности, генерируемой ГНОК (9). Обработка передаваемой информации в ВК (2.1) обеспечивает дополнительную защиту ее от интерференционных помех и замираний сигнала.

Информация с первого выхода ВК (2.1) подается на первый вход ФССК (3.1), а со второго выхода ВК (2.1) - на второй вход ФССК (3.1). На третий вход ФССК (3.1) подается нелинейная маскирующая последовательность с первого выхода ГНМП (8). На четвертый и пятый входы ФССК (3.1) подаются нелинейные ортогональные кодовые последовательности от ГНОК (9), причем на четвертый вход ФССК (3.1) подается нелинейная ортогональная кодовая последовательность с первого выхода ГНОК (9), а на пятый вход ФССК (3.1) - нелинейная ортогональная кодовая последовательность с L-ого выхода ГНОК (9). На шестой и седьмой входы ФССК (3.1) с i-ого выхода ГКСЧ (13) через первый и второй входы ИМ (11) соответственно подаются квадратурные (косинусная (I) и синусная (Q)) составляющие когерентной частоты ƒ_iког, где i=1.

В результате взаимодействия потоков информации, поступающих на входы ФССК (3.1), в ФССК (3.1) выполняются следующие операции: потоком двоичных символов, которые поступают на первый и второй входы ФССК (3.1) от ВК (2.1), осуществляется модуляция нелинейных ортогональных кодовых последовательностей, которые поступают на третий и четвертый входы ФССК (3.1), далее происходит сложение нелинейной маскирующей последовательности, которая поступает на третий вход ФССК (3.1), с уже модулированными нелинейными ортогональными последовательностями, а суммарные последовательности (нелинейная маскирующая последовательность + модулированная нелинейная ортогональная последовательность) осуществляют модуляцию квадратурных составляющих когерентной частоты ƒ_1ког, которые поступают на шестой и седьмой входы ФССК (3.1). Далее происходит линейное сложение модулированных квадратурных составляющих, а результат сложения подается на выход ФССК (3.1). Выход ФССК (3.1) соединен с первым входом сумматора канальных сигналов (10). В остальных ИК информационного модуля происходит аналогичное преобразование информации.

Работа канала вызова. Работу канала вызова рассмотрим на примере первого КВ (k=1), который включает ПИ КВ (4.1), ВК (2.N+1) и ФССК (3.N+1). Пусть на (3N+3)-ий вход ИМ (11) поступает информация об адресе абонента, которая через первый вход первого КВ подается на первый вход ПИ КВ (4.1), а на (3N+4)-ый вход ИМ (11) - информация, из которой формируется сигнал вызова, и которая через второй вход первого КВ поступает на второй вход ПИ КВ (4.1). Информация, поступающая на первый и второй входы ПИ ИК (4.1), представляет собой поток двоичных символов.

Поток двоичных символов, поступающий на второй вход ПИ КВ (4.1) преобразуется в нем в два потока для создания синфазной I и квадратурной Q составляющих. Далее каждый из этих информационных потоков кодируется избыточным кодом с целью обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне, затем эта уже кодированная информация «перемешивается» таким образом, чтобы исключить возможность группирования ошибок на приемной стороне. Далее в эти потоки (уже кодированные и «перемешанные») «замешивается» информация об адресе вызываемого абонента. Сформированные указанным выше способом информационные потоки поступают на первый (синфазная составляющая) и второй (квадратурная составляющая) выходы ПИ КВ (4.1). Поток двоичных символов с первого и второго выходов ПИ КВ (4.1) подается соответственно на первый и второй входы ВК (2.N+1), а информация с первого и второго выхода ВК (2.N+1) подается соответственно на первый и второй входы ФССК (3.N+1), а информация с выхода ФССК (3.N+1) подается на (N+1)-ый вход СКС (10). Процесс обработки информации в ВК (2.N+1) и в ФССК (3.N+1) аналогичен процессу, рассмотренному в ВК (2.1) и ФССК (3.1), за исключением того, что четвертый вход ФССК (3.N+1) соединен с (N+1)-ым выходом ГНОК (9), а пятый вход ФССК (3.N+1) соединен с (L-N)-ым выходом ГНОК (9). В остальных каналах вызова происходит аналогичное преобразование информации.

Работа канала синхронизации. Работу канала синхронизации рассмотрим на примере последнего КС (j=J), который включает ПИ КС (5.J), ВК (2.N+K+J) и ФССК (3.N+K+J). Пусть на (3N+2K+J+2)-ий вход ИМ (11) поступает служебная информация, которая через вход J-ого КС подается на вход ПИ КС (5.J) и представляет собой поток двоичных символов. В ПИ КС (5.J) эта информация для обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне подвергается избыточному кодированию, а ее скорость на выходе ПИ КС доводится до скорости потока двоичных символов на выходе ПИ ИК и ПИ КВ. Сформированный указанным выше способом информационный поток поступает на выход ПИ КС (5.J), а с его выхода подается одновременно на первый и второй входы ВК (2.N+K+J), а информация с первого и второго выхода ВК (2.N+K+J) подается соответственно на первый и второй входы ФССК (3.N+K+J), а с выхода ФССК (3.N+K+J) - на (L)-ый вход СКС (10).

Процесс обработки информации в ВК (2.N+K+J) и в ФССК (3.N+K+J) аналогичен процессу, рассмотренному в ВК (2.1) и ФССК (3.1) первого ИК, за исключением того, что четвертый вход ФССК (3.N+K+J) соединен с L-ым выходом ГНОК (9), а его пятый вход соединен с первым выходом ГНОК (9). В остальных каналах синхронизации происходит аналогичное преобразование информации.

Сигналы, поступающие в СКС (10) с выходов всех ФССК информационного модуля, линейно складываются в нем и поступают на его выход. Выход СКС (10) является выходом информационного модуля.

Работа передающего устройства. Работу передающего устройства рассмотрим по структурной схеме, представленной на фиг. 2. С i-ого выхода ГКСЧ (13) на первый вход i-ого ИМ (11.i) непосредственно, а на его второй вход через i-ый фазовращатель на π/2 (12.i) подаются квадратурные (косинусная (I) и синусная (Q)) составляющие когерентной частоты ƒ_iког соответственно, где i принимает значения от 1 до М+1. На все остальные входы (с 3 по 3N+2K+J+2) i-ого ИМ (11.i) поступает соответствующая информация: информация об адресе абонента; информация, которую необходимо передать абоненту; служебная информация и информация об уровне сигнала (см. обозначения на фиг. 1). После определенных преобразований сигналов, поступивших в ИМ (11.i) (последовательность преобразований описана выше в разделе «работа информационного модуля»), групповой сигнал i-ого информационного модуля (11.i) поступает на вход i-ого полосового фильтра (14.i). Причем групповой сигнал на выходе i-ого информационного модуля (11.i) (на входе i-ого полосового фильтра (14.i)) занимает полосу ΔF, т.е. соответствует выделенной полосе частот, но на частотной оси групповой сигнал на выходе соседних ИМ относительно друг друга сдвинут на величину R (на фиг. 3 спектры сигналов на выходе ИМ показаны пунктирной линией). Для того, чтобы избежать превышения выделенной полосы ΔF необходимо ограничить полосу группового сигнала каждого ИМ с обеих сторон, слева и справа, на величину Δƒ, как это показано на фиг. 3. Эта задача решается с помощью ПФ (14.i), полоса пропускания каждого из которых равна Δƒ_фiм=ΔF-2Δƒ, (на фиг. 3 полоса пропускания фильтров показана сплошной линией), а положение полосы пропускания i-ого ПФ (14.i) на частотной оси (через положение нижней ƒ_iниж. и верхней ƒ_iвер. частот полосы пропускания i-ого ПФ (14.i)) можно определить из выражений

ƒ_iниж=ƒ_вн+(i-1)R; ƒ_iвер=ƒ_iниж+Δƒ_фiм.

Ограниченный с обеих сторон ПФ (14.i) спектр i-ого ИМ поступает на i-ый вход ССИМ (15). В ССИМ (15) все поступившие спектры линейно складываются и через ПФГС (16) групповой сигнал подается на усилитель мощности (не показан).

Сравнительная оценка спектральной эффективности заявляемого устройства и прототипа. При оценке спектральной эффективности прототипа будем исходить из следующих фактов:

заявляемое устройство и устройство-прототип работают в выделенной полосе частот равной ΔF;

число каналов в устройстве-прототипе равно L;

число каналов в ИМ заявляемого устройства равно L;

скорость передачи информации в каналах устройства-прототипа и заявляемого устройства одинакова и равна R;

число информационных модулей в заявляемом устройстве равно М+1, где M=2Δƒ/R, а Δƒ - величина допустимого ограничения спектра сигнала ИМ с каждой стороны.

Основываясь на определении спектральной эффективности системы, ее значение можно определить из выражения

где П - пропускная способность устройства;

ΔF - ширина спектра, занимаемая сигналом, соответствует выделенной полосе частот.

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

Пропускная способность заявленного устройства П в случае одинаковой скорости передачи информации в каждом канале всех ИМ, равной R, равна произведению трех сомножителей: скорости передачи информации в одном канале R, числа используемых каналов в одном ИМ L и числа ИМ (М+1). В этом случае выражение (1) для заявляемого устройства примет вид

Сравнивая значения коэффициентов спектральной эффективности прототипа ε_пр и заявляемого устройства ε_зу, легко установить, что заявляемое устройство в (М+1) раз превосходит его по эффективности.

Определим численное значение коэффициента спектральной эффективности для прототипа и заявляемого устройства при определенных значениях переменных. Пусть значения R, L и ΔF одинаковы как для заявляемого устройства, так и для прототипа, а Δƒ=2R. При таких значениях параметров систем коэффициент спектральной эффективности заявляемого устройства ε_зу в пять превышает значение коэффициента спектральной эффективности прототипа ε_пр.

Из изложенного выше следует, что заявляемое устройство имеет явные преимущества по сравнению с прототипом в части эффективного использования системой выделенного спектра частот и не уступает прототипу в части обеспечения высокой структурной скрытности передаваемых сигналов.

Методы формирования когерентной сетки частот и варианты технической реализации генератора когерентной сетки частот представлены в [7].

Источники информации

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

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

3. Патент на изобретение №2287904, приоритет изобретения от 04.02.2005 г., опубликовано: 20.11.2006 г., Бюл. №32.

4. Патент на изобретение №2303331, приоритет изобретения от 20.12.2005 г., опубликовано: 20.07.2007 г., Бюл. №20.

5. Патент на изобретение №2494550, приоритет изобретения от 19.12.2011 г., опубликовано: 27.09.2013 г., Бюл. №27 (прототип).

6. Сивов В.А., Васильев В.А., Моисеев В.Ф., Савельева М.В. Оценка пропускной способности систем радиосвязи с когерентным частотно-кодовым разделением каналов. Электросвязь, №6. 2018, с. 53-55.

7. Манассевич В. Синтезаторы частот (Теория и проектирование): Пер. с анг. / Под ред. А.С. Галина. М.: Связь, 1979. - 384 с.

Передатчик с когерентным частотно-кодовым разделением каналов и с высокой структурной скрытностью передаваемых сигналов, в состав которого входят N информационных каналов, К каналов вызова, J каналов синхронизации, причем общее число каналов равно L, где L=N+К+J, а также тактовый генератор, сумматор канальных сигналов, делитель частоты, генератор нелинейной маскирующей последовательности и генератор нелинейных ортогональных кодов, каждый n-ый информационный канал включает n-ый преобразователь информации информационного канала, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где n принимает значения от 1 до N, а i=n, причем первый вход n-ого преобразователя информации информационного канала является первым входом n-ого информационного канала, второй вход n-ого преобразователя информации информационного канала является вторым входом n-ого информационного канала, а третий вход n-ого преобразователя информации информационного канала является третьим входом n-ого информационного канала, первый выход n-ого преобразователя информации информационного канала соединен с первым входом i-ого внутреннего кодера канала, а второй выход n-ого преобразователя информации информационного канала соединен со вторым входом i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен со вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, каждый k-ый канал вызова включает k-ый преобразователь информации канала вызова, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где k принимает значения от 1 до K, а i=N+k, причем первый вход k-ого преобразователя информации канала вызова является первым входом k-ого канала вызова, а второй вход k-ого преобразователя информации канала вызова является вторым входом k-ого канала вызова, первый выход k-ого преобразователя информации канала вызова соединен с первым входом i-ого внутреннего кодера канала, а второй выход k-ого преобразователя информации канала вызова соединен со вторым входом i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-го формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен со вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, каждый j-ый канал синхронизации включает j-ый преобразователь информации канала синхронизации, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где j принимает значения от 1 до J, a i=N+K+j, причем вход j-ого преобразователя информации канала синхронизации является входом j-ого канала синхронизации, выход j-ого преобразователя информации канала синхронизации соединен с первым и вторым входами i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен со вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, выход тактового генератора соединен с входом делителя частоты, с входом генератора нелинейной маскирующей последовательности и с первым входом генератора нелинейных ортогональных кодов, третьи входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с выходом делителя частоты, четвертые входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены со вторым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, пятые входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с (L+1)-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, третьи входы формирователей спектра сигнала всех каналов объединены и соединены с первым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, с которого подается нелинейная маскирующая последовательность, четвертый вход формирователя спектра сигнала канала соединен с выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, а пятый вход формирователя спектра сигнала канала соединен с выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, выход формирователя спектра сигнала канала соединен с входом сумматора канальных сигналов, где принимает значения от 1 до L=N+К+J, шестые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены, седьмые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены, второй вход генератора нелинейных ортогональных кодов соединен со вторым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, выход формирователя спектра сигнала канала соединен с входом сумматора канальных сигналов, отличающийся тем, что все вышеперечисленные элементы и связи между ними объединены в единый информационный модуль и в схему устройства дополнительно введены генератор когерентной сетки частот, М информационных модулей, где , причем М - целая часть числа, - величина допустимого ограничения спектра сигнала с каждой стороны на выходе информационного модуля в Гц, a R - величина разноса соседних частот генератора когерентной сетки частот в Гц, численно равная скорости передачи информации в квадратурных каналах информационных модулей, (М+1) фазовращателей на π/2, (М+1) полосовых фильтров информационных модулей, сумматор сигналов информационных модулей и полосовой фильтр группового сигнала, причем объединенные шестые входы всех формирователей спектра сигнала каналов информационного модуля являются его первым входом, а объединенные седьмые входы всех формирователей спектра сигнала каналов информационного модуля - его вторым входом, i-ый вход n-ого информационного канала информационного модуля, где i принимает значения от 1 до 3, а n - от 1 до N, является s-ым входом информационного модуля, где s=(2+(n-1)_*3+i), i-ый вход k-ого канала вызова информационного модуля, где i принимает значения от 1 до 2, а k - от 1 до К, является s-ым входом информационного модуля, где s=(2+3N+(k-1)_*2+i), вход j-ого канала синхронизации информационного модуля, где j принимает значения от 1 до J, является s-ым входом информационного модуля, где s=(2+3N+2K+j), выход сумматора канальных сигналов информационного модуля является его выходом, i-ый выход генератора когерентной сетки частот соединен с первым входом i-ого информационного модуля непосредственно и через i-ый фазовращатель на π/2 - со вторым входом i-ого информационного модуля, а выход i-ого информационного модуля через i-ый полосовой фильтр информационного модуля соединен с i-ым входом сумматора сигналов информационных модулей, где i принимает значения от 1 до М+1, выход сумматора сигналов информационных модулей соединен со входом полосового фильтра группового сигнала, выход полосового фильтра группового сигнала является выходом устройства.