Архитектура многопользовательской системы связи с распределенными передатчиками

Архитектура многопользовательской системы связи с распределенными передатчиками

Реферат

 

Новая архитектура обработки сигналов для базовых станций и станций сопряжения, используемая в системах связи с расширением спектра, которая упрощает пересылку данных, снижает требуемую пропускную способность шин и не требует специальной синхронизации сигналов, которые должны быть объединены. Ряд передающих модулей используется для пересылки данных к соответствующим аналоговым передатчикам, используемым для формирования цепей связи для каждого абонента системы. Каждый передающий модуль использует ряд кодеров и модуляторов для формирования сигналов связи с расширенным спектром с использованием соответствующих псевдослучайных шумовых кодов расширения. Сигналы связи с расширенным спектром для каждого передающего модуля для каждого абонента (D) системы суммируются друг с другом и передаются в единый аналоговый передатчик, связанный с этим модулем. Сигналы, подлежащие объединению, автоматически синхронизируются общими сигналами синхронизации, используемыми для элементов в пределах каждого передающего модуля. Число элементов обработки в каждом модуле таково, что доступен только по меньшей мере один тракт обработки для каждого абонента или абонентского канала, по которому желательно передавать информацию через подсоединенный аналоговый передатчик. Данные выводятся из модулей на существенно сниженных скоростях передачи данных, которые можно более легко адаптировать, используя известную технологию. Это очень полезно для спутниковых систем связи или сотовых систем с высокой пропускной способностью; эта системная архитектура может быть рентабельно осуществлена с использованием ряда легко изготавливаемых схемных модулей, что и является достигаемым техническим результатом. 6 с. и 12 з.п.ф-лы, 8 ил.

Настоящее изобретение относится к системам связи множественного доступа, таким как беспроводные системы передачи данных или телефонные системы, а также к системам связи с расширением спектра, использующим спутники. Более конкретно, изобретение относится к архитектуре системы связи, в которой сигналы связи передаются, используя передающие модули, применяющие соединенные наборы модуляторов и элементов расширения, привязанных к соответственным аналоговым передатчикам, для снижения требований к передаче данных.

Разнообразное множество систем связи и технологий множественного доступа уже было разработано для передачи информации между большим числом абонентов системы. Использование технологий модуляции с расширением спектра, такой как множественный доступ с кодовым разделением каналов (МДКР, CDMA), в системах связи множественного доступа раскрывается в сущности патента США 4901307, который опубликован 13 февраля 1990 г. под названием "Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite Or Terrestrial Repeaters", и патента США 5691974, который опубликован 25 ноября 1997 г. под названием "Method And Apparatus For Using Full Spectrum Transmitted Power In A Spread Spectrum Communication System For Tracking Individual Recipient Phase Time And Energy", оба из которых переданы преемнику патентовладельца настоящего изобретения и включены здесь ссылкой.

Эти патенты раскрывают беспроводные системы связи, в которых некоторое число, вообще говоря, подвижных или удаленных пользователей или абонентов системы применяют приемопередатчики для связи с абонентами других систем или желаемыми получателями сигналов, например, через коммутируемую телефонную сеть общего пользования. Приемопередатчики обычно устанавливают связь через станции сопряжения и спутники или базовые станции (также упоминаемые как активные центры сотовых зон или сотовые зоны), используя сигналы связи с множественным доступом и с кодовым разделением каналов (МДКР, CDMA) с расширением спектра.

Базовые станции охватывают ячейки, тогда как спутники имеют зону обслуживания на поверхности Земли. Увеличение пропускной способности может быть достигнуто посредством разбиения на сектора или подразделения географических областей, подлежащих охвату. Ячейки могут быть поделены на "сектора", используя направленные антенны на базовых станциях. Аналогично, зона обслуживания спутника может быть географически поделена на "лучи" посредством использования антенных систем формирования луча. Можно считать эти технологии для дополнительного деления области охвата технологиями создания изолирования, используя относительную направленность антенны и мультиплексирование с пространственным разделением каналов. Кроме того, при условии, что имеется доступная ширина полосы частот, каждому из этих подразделений - либо секторам, либо лучам могут быть присвоены множественные МДКР каналы посредством использования мультиплексирования с частотным разделением каналов (МЧР, FDM). В системах спутниковой связи каждый МДКР канал может называться "суб-лучом", поскольку на один "луч" может приходиться несколько таких каналов, или несколько каналов могут занимать территорию, охватываемую лучом.

В обычной системе связи с расширением спектра используется одна или более, как правило, или набор, или пара предварительно выбранных псевдошумовых (PN) кодовых последовательностей для того, чтобы модулировать или "расширять" абонентские информационные сигналы в пределах заданной спектральной полосы перед модуляцией на сигнал несущей частоты для передачи в качестве сигналов связи. Расширение спектра псевдошумовым кодом, который является хорошо известным в технике способом передачи сигналов с расширенным спектром, производит сигнал для передачи с такой шириной полосы, которая намного больше ширины полосы сигнала данных. В линии связи от базовой станции или от станции сопряжения к абонентскому терминалу псевдошумовые коды расширения или двоичные последовательности используются для различения сигналов, передаваемых различными базовыми станциями или по другим различным радиолучам, а также многолучевых сигналов. Эти коды обычно совместно используются всеми сигналами связи в пределах заданного МДКР канала или суб-луча.

Ортогональные канализирующие коды используются для того, чтобы уменьшить интерференцию, а также чтобы различать сигналы между различными абонентами в пределах сотовой зоны или между абонентскими сигналами, передаваемыми в пределах спутникового суб-луча по прямой линии связи. Т.е. каждый абонентский терминал имеет свой собственный ортогональный канал, обеспеченный на прямой линии связи путем использования уникального "покрывающего" ортогонального кода. Для реализации канализирующих кодов, в основном, используются функции Уолша с обычной длиной порядка 64 кодовых чипов для наземных систем и 128 кодовых чипов для спутниковых систем.

Кроме того, для уменьшения вредных эффектов замирания и дополнительных проблем, связанных с относительным перемещением абонента или спутника в пределах системы связи, используется некоторая форма разнесения сигналов. В основном, в системах связи с расширением спектра используется три типа разнесения, включая временное, частотное и пространственное разнесение. Временное разнесение достижимо посредством использования кодирования с исправлением ошибок или простого повторения или временного перемежения составляющих сигнала. Форма частотного разнесения в своей основе обеспечивается распределением энергии сигнала по широкой полосе частот. Следовательно, избирательное по частоте замирание затрагивает только малую часть ширины полосы частот МДКР сигнала. Пространственное разнесение обеспечивается использованием множественных путей прохождения сигнала обычно через различные антенны или лучи сигнала связи.

Базовые станции для наземных сотовых систем связи обычно имеют шесть антенн, две на каждый из трех секторов в подразделенной сотовой зоне. Некоторые разработки для конструкции планируются для использования дополнительных антенн и режимов поляризации, обеспечивающих дополнительные МДКР каналы. Базовые станции, используемые вместе со спутниками, также называемые как станции сопряжения или концентраторы, используют массив передатчиков порядка 32 или более, присоединенных к одной или более антеннам для аккомодирования множественных лучей на каждой несущей частоте. Станции сопряжения обеспечивают также обслуживание для многочисленных спутников, обычно порядка трех или четырех, в любой заданный момент времени. В одной из иллюстративных систем используется порядка шести спутников в каждой из восьми орбитальных плоскостей, а для некоторых систем предполагается даже большее число спутников. Кроме того, число каналов или цепей связи, приходящихся на один суб-луч, в спутнике составляет порядка 128 каналов, а не 64 канала, обычно имеющихся в наземных сотовых системах. Эти факторы существенно увеличивают по сравнению с обычными базовыми станциями объем потока данных и обработки сигналов, который должен обрабатываться в станции сопряжения системы.

Когда информация в виде цифровых данных, включая голосовую информацию, должна передаваться станцией сопряжения к пользователям или абонентам системы, она сначала кодируется или перемежается желаемым образом, а затем "покрывается" или "расширяется" с использованием подходящих ортогональных кодов или кодов расширения. Каждый сигнал данных обрабатывается по меньшей мере одним модулятором для каждого аналогового тракта сигнала, по которому он должен передаваться, для целей разнесения. Затем данные, закодированные с расширением спектра, передаются к одному или нескольким аналоговым передатчикам, где они преобразуются с повышением частоты к подходящей промежуточной частоте и используются для модуляции сигнала несущей для формирования желаемого сигнала связи.

Каждый аналоговый передатчик предоставляет для сигнала один предварительно выбранный путь прохождения разнесенного сигнала и в произвольное время через каждый аналоговый передатчик обычно передаются многочисленные абонентские сигналы. Сигналы для каждого аналогового передатчика принимаются из массива или набора элементов модуляторов, находящихся в станции сопряжения или базовой станции, каждый из которых назначается, чтобы обрабатывать сообщения для конкретных абонентов, используя конкретные пути разнесения прохождения сигнала. Сигналы из нескольких модуляторов объединяются, чтобы сформировать форму выходного сигнала для каждого аналогового передатчика. Это означает, что данные, предназначенные для каждого аналогового передатчика, должны передаваться по общим шинам и кабельным сборкам, присоединенным к выходам всех модуляторов. Т.е. все модуляторы и аналоговые передатчики соединяются между собой или соединяются посредством использования общих шин данных для того, чтобы потенциально обрабатывать (разнесенные) сигналы множественных путей прохождения для любой заданной комбинации аналогового передатчика, антенны, спутника и абонента.

Для существующих в настоящее время скоростей передачи данных канала потокообмена, имеющихся в системах связи, шины станций сопряжения, передающие сигналы между цифровыми модуляторами и аналоговыми передатчиками, должны работать на скоростях порядка нескольких гигабит в секунду (Гбит/с) или более. Выход каждого модулятора обеспечивает данные со скоростями порядка 40 мегабит в секунду (Мбит/с). Потенциально, сигналы до 128 абонентских каналов могут передаваться по каждому МДКР каналу или на каждой частоте с использованием от 2 до 64 трактов разнесения. В результате, это приводит к полным скоростям передачи шины данных, которые превышают 5-10 Гбит/с (например 40 Мбит/с1282). Скорости передачи данных такой величины превышают существующие в настоящее время пределы коммерческих практически осуществимых схем передающих шин в рамках разумной стоимости и надежности. Кроме того, кабельные системы или системы, основанные на использовании физических соединений, также становятся неприемлемо сложными и потенциально ненадежными. Вероятно, в будущем наземные или сотовые базовые станции с более высокой пропускной способностью также будут иметь аналогичные требования по передаче и обработке данных.

Управление, переключение, синхронизация и т.д., которые должны выполняться для этого объема передачи данных, являются также неприемлемо сложными для использования в рентабельных системах станций сопряжения. Относительная синхронизация каждого абонентского сигнала, передаваемого к заданному аналоговому передатчику, должна производиться до интервала, составляющего менее половины интервала чипов для кода расширения, используемого для всех других абонентских сигналов, передаваемых к одному и тому же аналоговому передатчику, чтобы объединить все эти сигналы для передачи общим аналоговым передатчиком. Такая синхронизация требует чрезмерно сложных и изощренных механизмов управления и влияет на гибкость обработки сигналов.

Следовательно, желательно уменьшить количество данных, которые должны передаваться от одного функционального элемента или каскада к другому в пределах архитектуры станции сопряжения или базовой станции, особенно для спутниковых систем. Также необходимо сделать более эффективным использование более дешевых модульных компонентов для обеспечения более легкого исполнения сложных структур обработки сигналов рентабельным способом.

Сущность изобретения Ввиду вышеупомянутых и других проблем, имеющихся в уровне техники, связанных с обрабатываемыми сигналами связи в станциях сопряжения и базовых станциях в системах связи с расширением спектра, одна из целей настоящего изобретения состоит в том, чтобы распределять задачи обработки сигналов для модулируемых ортогональных каналов в пределах сигналов связи, подлежащих передаче из станции сопряжения или базовой станции.

Вторая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы уменьшить полный объем данных в единицу времени, который передается по общим сигнальным шинам между цифровым и аналоговым отделами обработки сигналов станции сопряжения в системе связи с расширением спектра.

Другая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить более рентабельное выделение ресурсов обработки в связи с каждым аналоговым передатчиком в станции сопряжения.

Одно из преимуществ настоящего изобретения состоит в том, что оно использует модуль расширения спектра и другие модули обработки цифровых сигналов, которые являются очень надежными, легко изготавливаемыми и рентабельными для распределения сигнала в параллельные массивы для использования с аналоговыми передатчиками станций сопряжения.

Другие преимущества настоящего изобретения состоят в том, что оно упрощает передачу данных, снижает требуемую пропускную способность шины и не требует специальной синхронизации сигналов, которые должны быть объединены в единый аналоговый выходной сигнал. Изобретение снижает скорости передачи данных на монтажных задних панелях, а также число кабелей, проводов или других требуемых элементов распределения.

Эти и другие цели, задачи и преимущества воплощаются в архитектуре обработки сигналов для использования в базовой станции системы связи множественного доступа с расширением спектра, такой как беспроводные телефонные системы/системы передачи данных с множественным доступом с кодовым разделением каналов (МДКР, CDMA). В этих системах пользователи или абоненты системы устанавливают связь через базовые станции или спутники и станции сопряжения, используя различные каналы закодированных сигналов связи в пределах заданных несущих частот или МДКР каналов. Каждый из сигналов цифровых данных, предназначенных для передачи к одному или более абонентам системы, передается к одному или более из множества передающих модулей, каждый из которых связан с соответствующим аналоговым выходным трактом связи, по которому должны передаваться сигналы данных. Число модулей, к которым передается сигнал данных каждого абонента, равно числу аналоговых трактов связи, по которым желательно передавать сигнал данных заданного абонента.

В каждом передающем модуле сигналы цифровых данных принимаются и кодируются, а также, вообще говоря, подвергаются перемежению для получения символов закодированных данных. Символы закодированных данных затем также расширяются или модулируются с расширением спектра, используя по меньшей мере один предварительно выбранный псевдослучайный шумовой (PN) код расширения для формирования сигналов связи с расширением спектра. Выходные данные каждого из множества модуляторов с расширением спектра в каждом модуле суммируются и передаются в единый аналоговый передатчик, связанный с передающим модулем. Аналоговый передатчик составляет часть заданного аналогового выходного тракта сигнала связи. Он создает единый сигнал связи с расширенным спектром или канал на предварительно заданной несущей частоте для каждого модуля и соответствующего аналогового передатчика.

Передающие модули задаются или каждый содержит блок кодирования и/или перемежения, а также блок модуляции или канализирования и блок расширения. Массив кодеров, а также последующих желательных соответствующих перемежителей, образует блок кодирования, тогда как массив модуляторов с расширением спектра образует блок модуляции.

В некоторых вариантах воплощения имеется эквивалентное число перемежителей и модуляторов. Однако в других вариантах воплощения может использоваться некоторая предопределенная часть времени, выделенная для этих элементов. В этих конфигурациях используется предварительно выбранное число кодеров и/или перемежителей, которое меньше полного числа абонентских каналов, подлежащих обслуживанию посредством аналогового передатчика. Число соответствующих модуляторов с расширением спектра, в основном, больше числа кодеров и/или перемежителей, но может при этом быть меньше полного числа абонентов или абонентских каналов. В некоторых конфигурациях может быть использовано мультиплексирование сигналов.

Данные абонента или информация, подлежащие передаче к одному или более абонентам, принимаются и кодируются блоком кодирования и полученные закодированные данные обрабатываются в блоке расширения для генерации символов данных расширения для каждого тракта разнесения для каждого абонента. Число обрабатывающих элементов, в первую очередь кодеров и элементов расширения, в каждом модуле таково, что доступен только один тракт обработки для каждого абонента или абонентского канала связи, по которому желательно передавать информацию, используя заданный аналоговый передатчик. Изобретение допускает большую степень интеграции модульной конструкции и интеграции схем в целях надежности и снижения стоимости.

В других вариантах воплощения изобретения символы закодированных данных для каждого аналогового тракта связи, предназначенного для заданного абонента, покрываются одной из множества ортогональных функций. Одна и та же функция используется для каждого сигнала, передаваемого по каждому аналоговому тракту связи для заданного абонента. В передающих модулях также располагаются преобразователи или схемы преобразования ортогонального кода, которые работают вместе с блоками расширения для выполнения ортогональных преобразований или отображений над символами закодированных данных. Они генерируют специфические данные ортогонального абонентского канала для каждого абонентского канала, функционирующего через соответствующий аналоговый передатчик. Для ортогональных функций, в основном, используются функции Уолша.

В других вариантах воплощения изобретения модуляционные модули расширяют каждый из цифровых сигналов связи, используя синфазные (I) и квадратурные (Q) последовательности псевдослучайного шумового кода для конкретной системы связи, с подходящими смещениями или временными сдвигами. Эти предварительно выбранные псевдошумовые последовательности также используются для демодуляции синфазной и квадратурной составляющих сигнала, когда сигналы принимаются соответствующими приемниками.

Таким образом, некоторое число сигналов связи или сигналов информации абонента передаются по одному или более передающим трактам разнесения для многочисленных абонентов системы, используя аналоговые передатчики, связанные с передающими модулями, которые кодируют, перемежают и расширяют сигналы, передающиеся по меньшей мере на одной несущей частоте. Аналоговые передатчики преобразуют цифровые сигналы связи в аналоговые сигналы связи на предопределенных частотах дискретизации.

Настоящее изобретение очень полезно для уменьшения сложности структурных схем передачи сигнала в базовых станциях типа станций сопряжения, которые устанавливают связь по меньшей мере с одним спутниковым ретранслятором для передачи сигналов канала связи от аналоговых передатчиков к абонентским терминалам в пределах системы связи. Оно особенно полезно там, где имеется по меньшей мере два спутника, имеющих связь со станцией сопряжения в любое заданное время.

Краткое описание чертежей В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых: фиг.1 изображает иллюстративную беспроводную систему связи, фиг. 2 изображает иллюстративное устройство станции сопряжения для модуляции и передачи сигнала для беспроводной системы связи фиг.1, фиг. 3 изображает иллюстративные схемы модуляции, пригодные для конструирования передающих модулей, изображенных в устройстве фиг.2, фиг. 4а иллюстрирует типичную архитектуру станции сопряжения, использующую многочисленные независимые модуляторы данных, сумматоры и аналоговые передатчики, фиг. 4б иллюстрирует более общую форму архитектуры станции сопряжения фиг.4а, фиг. 5а иллюстрирует новую архитектуру станции сопряжения, использующую многочисленные распределенные модули обработки и передачи данных, фиг. 5б иллюстрирует более общую форму архитектуры станции сопряжения фиг.5а, и фиг. 6 иллюстрирует архитектуру многочисленных распределенных модулей передачи, использующую переключение пакетов.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения Настоящее изобретение обеспечивает новую архитектуру обработки сигналов для базовых станций и станций сопряжения, используемых в системах связи с расширением спектра. Способ и устройство настоящего изобретения обеспечивают передачу сигналов данных, предназначенных для каждого из ряда аналоговых передатчиков, используемых для формирования цепей связи или линий связи для абонентов системы, к передающим модулям, связанным с каждым аналоговым передатчиком. Каждый передающий модуль имеет ряд или набор модуляторов сигналов, который может быть присвоен каждому из сигналов, подлежащих аккомодированию единым соответствующим аналоговым передатчиком. Сигналы сначала желаемым образом кодируются и перемежаются кодерами, соединенными последовательно с каждым модулятором, а затем модулируются, используя подходящие псевдослучайные шумовые коды расширения. Используются общие сигналы синхронизации или управления для каждого набора модуляторов в пределах каждого передающего модуля или же они присваиваются заданному аналоговому передатчику, в результате приводя к автоматически синхронизируемым модулированным сигналам данных. Эти сигналы могут легко быть суммированы и объединены. Затем окончательный объединенный сигнал вводится в соответствующий аналоговый передатчик для передачи к абонентам системы.

Из находящихся на станции сопряжения каскадов обработки цифрового сигнала на сниженной скорости передачи в битах выводятся данные, которыми можно легко манипулировать или управлять, используя известную в настоящее время технологию. Данные, обеспеченные на этом уровне обработки, более легко передаются в последовательность кодеров при более низких скоростях передачи данных, чем обычно используемые символы закодированных /подверженных перемежению/ расширенных данных для большого числа сигналов связи, ограниченных скоростью передачи данных. Это очень полезно для систем связи, основанных на использовании спутников, или для сотовых систем с более высокой пропускной способностью. Используя ряд легко изготавливаемых схемных модулей, может быть рентабельно выполнена передающая элементная база этой системной архитектуры.

На фиг.1 изображается иллюстративная беспроводная система связи, в которой используется настоящее изобретение, такая как беспроводная телефонная система. Система 100 связи, иллюстрируемая на фиг.1, использует технологии модуляции с расширением спектра при установлении связи между удаленными или подвижными абонентскими терминалами системы связи и станциями сопряжения или базовыми станциями системы. В части системы связи, иллюстрируемой на фиг.1, показаны одна базовая станция 112, два спутника 114 и 116 и две связанных станции сопряжения или концентратора 124 и 126, предназначенные для осуществления связи с двумя абонентскими терминалами 120 и 122.

Каждый из абонентских терминалов 120 и 122 имеет или содержит устройство беспроводной связи, такое как телефон сотовой связи, но не ограничивается им. Обычно, по желанию, такие терминалы бывают ручными или установленными на транспортном средстве. Также предусматриваются другие беспроводные устройства, такие как приемники сообщений и устройства передачи данных (например, переносные компьютеры, персональные базы данных, модемы, факсы). Здесь абонентский терминал 120 иллюстрируется в виде переносного ручного телефона. Хотя эти абонентские терминалы обсуждаются как мобильные, также понятно, что концепции изобретения применимы к неподвижным модулям и другим типам терминалов, где желательно наличие службы сервиса дальней беспроводной связи. Этот тип службы сервиса особенно актуален для установления линий связи на многих удаленных территориях мира, иначе говоря, там, где испытывается недостаток в коммуникационной инфраструктуре. Сюда можно включить, например, телефоны, телефоны-автоматы, беспроводные локальные замкнутые службы сервиса или удаленные устройства и аппаратуру поиска и анализа данных. Последнее полезно в тех условиях, когда вовлекаются чрезвычайно удаленные территории, суровые и жесткие условия окружающей среды.

Термины "базовая станция", "станция сопряжения" и "концентратор" иногда попеременно используются в технике, при этом станции сопряжения обычно понимаются, как содержащие специализированные базовые станции, которые направляют сообщения через спутники. В некоторых системах связи пользовательские терминалы также упоминаются как абонентские модули, подвижные станции, просто "пользователи", "мобильные абоненты" или "абоненты" в зависимости от того, что предпочтительнее.

На фиг. 1 некоторые возможные пути прохождения сигналов иллюстрируются для коммуникаций, линий связи или "цепей" связи, устанавливаемых между абонентскими терминалами 120 и 122 и базовой станцией 112, или через спутники 114 и 116 с одной или более станциями сопряжения или централизованными концентраторами 124 и 126. Участки базовая станция-абонентский терминал линии связи между базовой станцией 112 и абонентскими терминалами 120 и 122 показаны соответственно линиями 130 и 132. Участки спутник-абонент линий связи между станциями сопряжения 124 и 126 и абонентскими терминалами 120 и 122 через спутник 114 показаны линиями 134 и 136 соответственно. Участки спутник-абонент линий связи между станциями сопряжения 124 и 126 и абонентскими терминалами 120 и 122 через спутник 116 показаны линиями 138 и 140 соответственно. Участки станция сопряжения-спутник этих линий связи показаны набором линий 142, 144, 146 и 148. Острия стрелок этих линий показывают иллюстративные направления сигналов для каждой линии связи в виде либо прямой, либо обратной линии связи лишь с целью ясности, но не ограничения. В некоторых конфигурациях также может быть возможность устанавливать прямые коммуникации спутник-спутник, например, по линии связи, показанной линией 150.

Как видно на фиг.1, система 100 связи, в основном, использует один или более центров 152 управления системой или коммутирующей сети, который также называется как служба переключения мобильной телефонной связи (MTSO, СПМТ) или центр управления наземными операциями (GOCC, ЦУНО) в спутниковых системах связи. Системный контроллер 152 обычно включает интерфейс и схемы обработки для обеспечения общесистемного управления станциями сопряжения, спутниками или базовыми станциями для осуществления общесистемного управления радиообменом и синхронизации сигналов, например, для выделения псевдошумовых и ортогональных кодов и временной селекции. Системный контроллер 152 также управляет маршрутизацией телефонных звонков между коммутируемой телефонной сетью общего пользования (PSTN, КТСОП) и станциями сопряжения, а также абонентскими терминалами. Однако каждая станция сопряжения в основном имеет КТСОП или подобный интерфейс для подключения к таким сетям. Линия 154 связи, соединяющая системный контроллер 152 с различными станциями сопряжения или базовыми станциями системы, может быть установлена, используя известные методы, такие как стационарные телефонные линии, оптоволоконные линии связи, или микроволновые, или выделенные линии спутниковой связи, но не ограничиваясь ими.

Хотя на фиг.1 иллюстрируется только два спутника, система связи, в основном, использует многочисленные спутники 114 и 116, перемещающиеся по разным орбитальным плоскостям. К настоящему времени было предложено большое количество многоспутниковых систем связи с иллюстративной системой, использующей порядка 48 или более спутников, движущихся в восьми различных орбитальных плоскостях на низкой околоземной орбите (LEO). Однако специалист легко поймет, каким образом концепции настоящего изобретения применимы к разнообразным спутниковым системам и конфигурациям станций сопряжения или базовых станций, включая другие орбитальные расстояния и расположения спутников.

В этом примере предполагается, что базовая станция 112 обеспечивает обслуживание одной отдельной географической территории или "сотовой зоны", тогда как множественные лучи от спутников 116 и 118 предназначены для того, чтобы охватывать другие, вообще говоря, не перекрывающиеся географические территории. Вообще говоря, множественные лучи на различных частотах, также называемые, как МДКР каналы, "суб-лучи" или МЧР сигналы или каналы, могут направляться так, чтобы перекрывать одну и ту же область. Однако легко понять то, что зона охвата луча или зона обслуживания для различных спутников и сотовых базовых станций могут перекрыться полностью или частично в заданной области в зависимости от структуры системы связи и типа предлагаемой службы сервиса. Например, можно обеспечить обслуживание для различных групп абонентов, имеющих отличающиеся характеристики на различных частотах, и заданный абонентский терминал может использовать множественные частоты и многочисленных поставщиков услуг с перекрывающейся геофизической зоной обслуживания. Соответственно, в некоторых системах в различные моменты процесса связи может производиться перераспределение каналов связи между базовыми станциями или станциями сопряжения, обслуживающими различные области или сотовые зоны, а также может быть достигнуто разнесение между любыми из этих зон связи или устройств.

В системе 100 связи пространственное разнесение или разнесение трактов может быть получено посредством обеспечения множественных путей прохождения сигналов по текущим линиям связи с подвижной станцией или абонентским терминалом через две или более базовые станции (или сектора) - для наземных ретрансляционных систем или по двум или более спутниковым лучам или через отдельные спутники - для спутниковых систем. Т.е. разнесение трактов может быть получено посредством передачи или приема сообщений для одного абонента, используя множественные тракты связи (антенны или приемопередатчики). Кроме того, разнесение трактов может быть получено путем использования условий многолучевого распространения посредством обеспечения возможности для сигнала, проходящего по различным трактам, в каждом с различной задержкой, приниматься и обрабатываться отдельно для каждого тракта. Если доступны два или более тракта с достаточной разницей задержек, например более одной микросекунды, можно использовать два или более приемника, чтобы отдельно принимать эти сигналы.

Примеры использования разнесения трактов в системах связи множественного доступа иллюстрируются в патенте США 5101501, озаглавленном "Soft Handoff In A CDMA Cellular Telephone System", опубликованном 31 марта 1992, и в патенте США 5109390, озаглавленном "Diversity Receiver In A CDMA Cellular Telephone System", опубликованном 28 апреля 1992, оба из которых включены здесь ссылкой.

Иллюстративные системы связи типа систем с расширением спектра, такие как обсуждались в вышеупомянутых патентных документах и изображены на фиг.1, используют форму сигнала, содержащую несущую с расширением спектра посредством модуляции прямой последовательностью псевдослучайных шумовых кодов. Т.е. передаваемый сигнал модулируется с использованием псевдослучайной шумовой двоичной последовательности или пары последовательностей для достижения желаемого эффекта расширения. Псевдослучайные шумовые коды используются для расширения спектра всех сигналов связи, передаваемых по линиям связи от станции сопряжения к абоненту, для различения сигналов, передаваемых по различным суб-лучам, а также для различения многолучевых сигналов. Такие псевдослучайные шумовые последовательности обычно называются кодами "расширения".

Каждая псевдослучайная шумовая последовательность состоит из ряда "чипов", возникающих на предварительно выбранном периоде псевдослучайных шумовых кодов, на частоте, которая намного выше полосы частот, на которой расширяется сигнал связи. Примерная частота чипов для спутниковых систем составляет приблизительно 1.2288 МГц или Мчип/с (мега-чип в секунду) с длиной псевдослучайной шумовой кодовой последовательности 1024 чипа. Однако специалистам должно быть очевидно, что настоящее изобретение также применимо с другими частотами чипов и длинами кодов. Например, некоторые околоземные спутниковые системы используют коды расширения, имеющие 2¹⁵=32678 чипов. Каждая структура системы связи задает тип и распределение кодов расширения в пределах системы связи согласно хорошо известному в технике критерию, например желаемой полной ширине полосы частот или допустимой интерференции сигналов. Иллюстративная схема генерации этих последовательностей раскрывается в патенте США 5228054, озаглавленном "Power Of Two Length Pseudo-Noise Sequence Generator With Fast Offset Adjustments", опубликованном 13 июля 1993, который передан преемнику патентовладельца настоящего изобретения и включен здесь ссылкой.

В системе 100 связи могут быть использованы несколько волновых форм несущей с типичным вариантом воплощения, использующим синусоидальную несущую, которая модулируется парой двоичных псевдослучайных последовательностей. В этом подходе последовательности с одинаковыми длинами генерируются парой различных генераторов псевдослучайных последовательностей. Одна последовательность двухфазно модулирует (т.е. дважды модулирует по фазе) синфазный канал (I канал) несущей, а другая последовательность двухфазно модулирует сдвинутый по фазе на 90^o или просто квадратурный канал (Q канал) несущей. Результирующие сигналы суммируются, чтобы сформировать составной сигнал.

В типичных конфигурациях все сигналы, передаваемые станцией сопряжения или базовой станцией, совместно используют одни и те же псевдослучайные шумовые коды расширения для обоих I и Q каналов, причем один код сдвинут по фазе относительно другого. Сигналы также кодируются, или покрываются, ортогональным кодом, генерируемым посредством использования функций Уолша, как отмечалось выше. Используемые размер и длина функций Уолша обычно составляют порядка 128 чипов, создающих до ста двадцати восьми ортогональных сигналов связи или каналов прямой линии связи для каждой частоты несущей. Для каждого суб-луча (МДКР-канала или сигнала) могут быть выделены одна или более из этих последовательностей для функций пилот