Способ групповой обработки каналов внутризоновых корреспондентов базовой станции радиотелефонной сети с кодовым разделением каналов и устройство для его реализации

Способ групповой обработки каналов внутризоновых корреспондентов базовой станции радиотелефонной сети с кодовым разделением каналов и устройство для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике цифровой сотовой радиосвязи, и может быть использовано для создания цифровых радиотелефонных сетей нового поколения, оно особенно перспективно для создания мобильных наземных радиосетей для обслуживания мобильных и стационарных абонентов в провинциальных районах.

Задачей любой радиосети как средства коммуникации является организация передачи информации между двумя произвольными корреспондентами сети, находящимися на удалении друг от друга за счет частотного, временного, энергетического и аппаратурного ресурсов в условиях помех естественного происхождения и искусственных помех (радиофона). По способу доступа к информации различают синхронные (детерминированные) и асинхронные сети. По способу доступа к каналам существует частотное, временное и кодовое разделение каналов. Развиваются также и различные комбинации этих основных способов, включая и наиболее бурно развивающееся в последнее время направление сетей с коммутацией пакетов.

В настоящее время в зависимости от целевого назначения, скоростных требований и максимальных расстояний, на которых работают абоненты сети, образовались устойчивые стандартизованные классы радиосетей (ZigBee, Bluetooth, WLAN 802.11, WiMAX, GSM/CDMA, GPRS/3G, INMARSAT, IRIDIUM, GLOBALSTAR и др.), закрывающие основные потребности общества. Первые три из них микромощные, работают в ограниченных зонах (10-100 м), в пределах которых требуемое соотношение сигнал/шум достигается исключительно за счет близкого расположения абонентов. Три следующие используют мощности порядка одного ватта, работают на дистанциях в 10-15 км и используют вышки для подъема антенн базовых станций в целях обеспечения дальности связи и снижения излучаемой мощности. Три последние являются спутниковыми системами, используют в абонентских терминалах абонентов мощности в несколько ватт. Спутниковые системы обслуживают абонентов либо с геостационарной орбиты высотой 35875 км (для которой характерны отсутствие связи в северных широтах и ощутимая на слух задержка передачи сигнала), либо группировкой спутников с низкоорбитальных орбит высотой от 700 до 1500 км от поверхности земли.

Аппаратура базовых станций существующих на сегодняшний день наземных сотовых радиосетей ориентирована в первую очередь на мегаполисы, спроектирована из расчета средней мощности передатчика абонента порядка 1 Вт, предельной дальности до 10-15 км и среднестатистической загрузки каналов в условиях города. Плотность размещения базовых станций в регионе определяется либо предельной дальностью (для малозаселенных районов), либо пропускной способностью базовых станций и их конкретной загрузкой в конкретных районах города. Обработка запросов любых абонентов в базовых станциях осуществляется стандартным образом путем организации в базовой станции индивидуального логического и физического каналов обработки вызова и организации передачи информации для каждой пары корреспондентов. При этом в случае образования экстренных пиковых нагрузок, в отдельных территориальных зонах, из-за ограничений по количеству свободных физических каналов на базовой станции целые территории (как это уже бывало не раз) фактически могут остаться без связи.

В любом случае существующая аппаратура сотовой связи не рассчитана на полное и экономически эффективное покрытие таких крупных территорий как Россия, Канада, Индия, Китай, т.к. физически невозможно осуществить сплошное покрытие территории подобных стран радиовышками на расстоянии 30 км друг от друга и обеспечить их доступ в глобальную телефонную сеть. Большую часть территории таких стран составляют небольшие провинциальные города и поселки, для обслуживания которых достаточно всего одной базовой станции. Такие города имеют специфику - 80-90% информационного обмена, т.е. основной информационный обмен (включая обращения к абонентам местной телефонной сети) сосредоточен в пределах 5-10 километровой зоны, но вместе с тем необходима большая (радиусом порядка 30-50 км) общая зона покрытия базовой станции.

Распространение радиоволн у земной поверхности на значительные расстояния является весьма специфическим случаем радиосвязи. Как известно [1], множитель затухания прямой волны для разных длин волн вблизи земной поверхности приблизительно одинаково зависит от расстояния до источника излучения в пределах линии горизонта и совершенно по-разному (для разных длин волн) ведет себя за линией горизонта. В свою очередь, линия горизонта определяется высотой подъема антенн. Известны практические зависимости напряженности электрического поля от удаления до источника [2], существеннейшим параметром у которых является суммарная высота подъема антенн. Теоретически, при размещении антенн базовой станции на высоте 100-150 м можно обеспечить устойчивую связь в зоне 50 км, однако при этом значительно возрастет количество теоретически обслуживаемых абонентов и единовременная нагрузка на базовую станцию, что потребует увеличения пропускной способности базовой станции, существенного увеличения количества одновременно обслуживаемых физических каналов базовой станции и при традиционном подходе потребует не только качественного повышения соотношения сигнал/шум приемников базовых станций, но и приведет к многократному увеличению их стоимости.

Техническая задача радикального снижения себестоимости базовых станций, снятия нагрузки и увеличения их пропускной способности может быть решена только посредством принципиального упрощения и принципиального сокращения требуемого физического каналообразующего оборудования. В предлагаемом способе эта цель достигается со значительной экономией аппаратурных ресурсов, что особенно актуально для провинциальных районов. Создание базовых станций с «нулевой» себестоимостью позволит в дальнейшем эффективно решать вопросы их дублирования, резервирования и замены, что повысит живучесть систем радиосвязи такого типа.

В настоящее время доказано, что наивысшими показателями по эффективности использования радиочастотного ресурса обладают системы связи на основе сложных шумоподобных сигналов [5] стандартов с кодовым разделением каналов (типа CDMA, W-CDMA). Предельные значения пропускной способности систем на основе сложных широкополосных шумоподобных сигналов ограничены теоремой В.Котельникова (К.Шеннона):

где C - пропускная способность [бит/с],

W - ширина полосы канала [1/с],

Рс/Рш - отношение сигнал/шум,

Log₂(…) - измеряется в битах.

Учитывая, что в соответствии с теоремой В.Котельникова (К.Шеннона) скорость передачи информации для широкополосных систем связи определяется шириной полосы пропускания и соотношением мощностей полезного сигнала и помех, существует две основных теоретических возможности повышения скоростей передачи базовой станции для абонентов, работающих в общей полосе - путем улучшения соотношения сигнал/шум (устранения фоновых шумов и помех) и путем увеличения полосы пропускания (переход в высокие частоты и расширение собственно полосы). Вместе с тем, для организации каждого конкретного канала связи между двумя абонентами в классических широкополосных мобильных сетях (CDMA, W-CDMA) требуется индивидуальное физическое канальное оборудование, объем которого в каждой конкретной базовой станции ограничен. Применять временное уплотнение каналов, как это делается в системах класса DECT и GSM, для систем с кодовым разделением каналов является весьма проблематичным, да и себестоимость сетей радиосвязи подобного рода (CDMA, W-CDMA) оставляет желать лучшего.

В практике радиосвязи существует несколько возможностей увеличения дальности связи - за счет увеличения мощности передаваемого сигнала, за счет увеличения высоты подъема антенн и за счет увеличения чувствительности приемников. Увеличение мощности передачи обычно ограничено требованием биологической безопасности абонента. Высота подъема антенн также ограничена предельной высотой порядка 100-150 м. Увеличение чувствительности приемника ограничено среднеквадратичной мощностью помех.

Наиболее перспективными являются способы увеличения дальности действия широкополосной базовой станции за счет повышения высоты подъема антенн и расширения динамического диапазона принимаемых радиосигналов путем уменьшения верхнего порога уровня шумов и помех в эфире, т.е. посредством улучшения помехоподавления. С учетом этого при создании перспективной системы радиосвязи, по-видимому, не стоит отказываться в принципе от концепции базовых станций, обеспечивающих гарантированное поднятие на достаточную высоту хотя бы одной антенны, чем обеспечивается минимизация энергозатрат абонентских комплектов. Одновременно следует приветствовать любые средства и способы подавления помех и расширения динамического диапазона радиоприемных устройств [1]. Таких способов существует достаточно большое количество, но, к сожалению, подавляющее большинство из них не совместимо друг с другом, обеспечивают подавление только определенных классов помех и уровень помехоподавления порядка 3-5 дБ.

Известен «Способ корреляционной обработки широкополосных сигналов» (RU 2153701, Кл⁷: G06G 7/19, H04B 1/10, 16.04.1998), состоящий в выделении помехи путем перемножения входной смеси помехи и полезного сигнала с опорным широкополосным сигналом, синхронным с полезным широкополосным сигналом и дальнейшей режекции полученного сигнала. Способ предусматривает выход из реального времени прохождения сигнала путем задержки его на время, превышающее длительность шумоподобного сигнала, что при большой загрузке базовой станции приводит к ограничению количества одновременного обслуживания абонентов и снижению скорости передачи информации. Кроме того, усложняется канал обработки из-за использования нескольких перемножителей, вычитателей сигналов, полосовых фильтров. Но самое главное, применение способа эффективно только в случае отсутствия перегрузки входных каскадов - усилителей и смесителей.

Известна «Система широкополосной связи» (SU 930700, Кл.³ H04B 1/62, 09.06.1980), обеспечивающая повышение помехозащищенности, содержащая на передающей стороне блок формирования сигнала и выходной согласующий блок, выход которого соединен с антенной, а на приемной стороне - две антенны, которые соединены соответственно с входами первого и второго приемных блоков, причем выход первого приемного блока подключен к одному входу сумматора, другие входы которого соединены с выходами блока регуляторов, сигнальные входы которого соединены с выходами второго приемного блока и входами коррелятора, выходы которого подключены к управляющим входам блока регуляторов, а выход сумматора соединен с входом демодулятора и с первым входом блока сравнения, выход которого подключен к соответствующему входу коррелятора, отличающаяся тем, что с целью повышения помехоустойчивости введены на передающей стороне блок сравнения и последовательно соединенные генератор «пилот-сигнала», регулирующий усилитель и сумматор, второй вход которого соединен с выходом блока формирования сигнала и с первым входом блока сравнения, выход которого подключен к управляющему входу регулирующего усилителя, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, причем выход сумматора подключен к входу выходного согласующего блока, а на приемной стороне введены последовательно соединенные полосовой фильтр, фазовращатель и усилитель, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, при этом выход сумматора соединен со входом полосового фильтра. Недостатком данного способа является собственно его высокая сложность, высокая сложность воспроизводства антенн, низкий уровень помехозащищенности, а также необходимость передачи и обработки специального «пилот-сигнала» в полосе передачи индивидуально для каждого канала.

Известен «Способ повышения помехозащищенности при передаче и приеме широкополосного сигнала с расширением спектра» (RU (11), 2127021, Кл.⁷: H04B 1/62, H04K 1/00, 25.06.1998) [6], при котором в передающем тракте формируют передаваемый полезный сигнал, измеряют частотный параметр такта псевдослучайного сигнала F_псп в соответствии с заданной информацией, формируют цифровой фазовый шумовой сигнал с центральной частотой F₀, суммируют его с полученным ранее цифровым псевдослучайным сигналом, усиливают полученный сигнал и передают через среду распространения, а в приемном устройстве принимают передаваемый сигнал с наложенным на него в среде распространения узкополосным сигналом с полосой F_узк<<F_псп, фильтруют принятый сигнал путем пропускания через высокочастотный полосовой фильтр с полосой пропускания 2 F_псп и центральной частотой F₀, преобразуют входной сигнал в напряжение, пропорциональное мощности, полученный сигнал фильтруют в полосе (F_узк-F_псп), усиливают, ограничивают полученный сигнал, а затем корреляционным методом обработки получают сигнал рассогласования между тактом F_псп передаваемого сигнала и соответствующей тактовой частотой приемного устройства. Недостатками данного способа являются относительно низкий, порядка 20 дБ, коэффициент подавления узкополосных помех, создаваемых мощными узкополосными станциями, и потери амплитуды полезного сигнала в процессе его преобразования.

Известен «Способ «МетаСВЯЗЬ» - эфирной передачи-приема информации и устройство для его реализации» (RU 20022123510, М. Кл.⁷: H04B 1/10, 7/10; H01Q 21/24, 28; H04K 1/04; G01V 3/17, 03.09.02). Он заключается в организации системы антенн, содержащей одну передающую и две приемные антенны, причем все антенны являются поляризованными, причем приемные антенны имеют взаимно противоположную направленность поляризации, но расположены соосно и подключены параллельно и в противофазе (параллельно-последовательно), а их выходы подключены к входным цепям приемного устройства для обеспечения приема разностного информационного сигнала с антенн при приеме. Как вариант - передающих антенн может быть две, они расположены соосно, имеют противоположную направленность поляризации и соединены так же, как и приемные - параллельно-последовательно, для противофазного возбуждения на передаче, что увеличивает амплитуду принимаемого полезного разностного сигнала вдвое в сравнении с первичным сигналом, принимаемым одной из антенн. При этом эффективно подавляются все сигналы, отличающиеся от полезного сигнала тем, что поступают на антенны разной поляризации софазно. Данный способ применим для передачи радиосигналов любого типа, позволяет серьезно подавить любые внешние узкополосные и широкополосные помехи. Недостатками данного способа, помимо чисто конструктивных, является то, что он не позволяет подавить помехи от аналогичных же устройств, работающих по способу «МетаСВЯЗЬ» и все помехи в одной из плоскостей поляризации сигнала, что частично снижает общий уровень помех, но не позволяет принципиально расширить динамический диапазон приемников и ретрансляторов.

Наиболее перспективен и эффективен в этом плане - «Способ подавления узкополосной помехи в системе широкополосной связи» (RU 2002122545, Кл.⁷: H04B 1/66, H04K 1/00, 22.08.2002) [7, 8] рассчитан на подавление мощных узкополосных помех при передаче сложных шумоподобных сигналов. Он заключается в повышении коэффициента подавления узкополосной помехи в приемном устройстве и практически полном избавлении от мощной узкополосной помехи или группы узкополосных помех, в том числе сканирующих, в ограниченной полосе частот. Это достигается тем, что в системе широкополосной связи в передающем тракте формируют широкополосный шумовой сигнал в полосе частот (F₀, F₁), модулируют его по заданному закону модуляции для модуляции мощности с частотой модуляции F_мод<<(F₁-F₀), пропускают полученный сигнал через среду распространения, принимают его в приемном устройстве с наложенным на него в среде распространения сигналом узкополосной помехи с частотой F₀<F_узк<F₁, фильтруют в полосе частот (F₀, F₁), полученный сигнал разделяют на два сигнала, один из которых получают в результате усиления отфильтрованного в полосе частот (F₀, F₁) сигнала и ограничения его по амплитуде, а в качестве второго сигнала используется упомянутый отфильтрованный сигнал или линейно усиленный упомянутый отфильтрованный сигнал без изменения его формы, перемножают полученные два сигнала, результирующий сигнал фильтруют в полосе частот [ΔF_узк, (F₁-F₀)], выделяют огибающую сигнала, полученного после фильтрации в полосе частот сигнала [ΔF_узк, (F₁-F₀)], и демодулируют ее для получения информационного сигнала, где ΔF_узк - частотная полоса спектра изменения квадрата амплитуды напряжения помехи. Недостатком этого способа является то, что он обеспечивает подавление только наиболее мощных узкополосных помех. Тем не менее, удаление именно таких помех позволяет принципиально расширить входной динамический диапазон приемника (или ретранслятора).

Этот способ используется в настоящем изобретении для повышения помехозащищенности, но не решает главную техническую задачу, связанную со снижением стоимости оборудования базовых станций, с увеличением радиуса зоны обслуживания и квадратичным, по отношению к увеличению этого радиуса, увеличением количества одновременно работающих корреспондентов (что при традиционном подходе требует соответственно квадратичного увеличения количества физических каналов, т.е. оборудования базовой станции) - т.е. не решает задачу снятия нагрузки на физические каналы базовой станции и глобального сокращения физического канального оборудования аппаратуры базовых станций с увеличенной зоной обслуживания. Эта задача может быть решена путем групповой (без образования физических каналов) обработки в базовой станции сигналов между «внутризоновыми» мобильными корреспондентами (находящимися в пределах зоны действия данной базовой станции) и переноса логической процедуры обработки вызовов, образования речевого канала для таких корреспондентов, «мягкой» передачи каналов при перемещении корреспондента в зоны действия смежных базовых станций с аппаратуры базовых станций на аппаратуру абонентов, причем без существенного увеличения сложности последней, а также путем передачи функций обработки информационных потоков между мобильными абонентами и местной телефонной сетью общего пользования (ТФОП) с аппаратуры и физических каналов базовой станции на специальную, достаточно простую (без функций регистрации, роуминга и т.п.) специальную аппаратуру многоканального радиодоступа к ТФОП, либо даже на персональные абонентские контроллеры частных телефонных линий, что существенно снизит нагрузку на физическое канальное оборудование самой базовой станции, высвобождает ее аппаратурные ресурсы для межсетевого обмена и выхода в глобальную телефонную сеть, повышает пропускную способность и живучесть системы в целом.

Наиболее близким по существу и принятым в качестве прототипа настоящего изобретения является способ обработки сигналов от корреспондентов в базовых станциях стандарта CDMA (Стандарт IS-95 - в части радиоинтерфейса и стандарт IS-98 - в части работы базовых станций [3]). В данном стандарте определен ряд требований к системе передачи, в частности виды сверточного кодирования, модуляции, виды и количество каналов, количество корреляторов, необходимых для устранения эффекта многолучевости, режим эстафетной передачи абонентов между базовыми станциями, форматы кадров, процедуры установления связи и многие другие механизмы.

Обобщенная структурная схема сети сотовой радиосвязи стандарта CDMA приведена на фиг.1. Основные элементы этой схемы аналогичны используемым в сотовых сетях с частотным и временным разделением каналов (GSM, DCS-1800, PCS-1900, DAMPS). Она состоит из базовых приемных станций 1, центра управления и обслуживания, 2, центра коммутации подвижной связи 3, системы управления базами данных 4. Основное отличие данной сети заключается в том, что в состав сети CDMA включены устройства 5 оценки качества и выборки кадров. Кроме того, для реализации процедуры «мягкого переключения» между базовыми станциями, управляемыми разными контроллерами 6, введены линии передачи информации между устройствами оценки качества и выборки кадров и контроллерами базовых станций. Протоколы установления связи в CDMA, также как в стандартах AMPS, N-AMPS, основаны на использовании логических каналов. В CDMA имеются прямые каналы для передачи с базовой станции и обратные для приема базовой станцией. Структура каналов в CDMA стандарте IS-95 основана на принципе кодового разделения каналов. В пределах общей полосы пропускания формируются следующие прямые каналы:

- «пилотный» канал, канал синхронизации;

- канал вызова, используемый для вызова подвижной станции и приема сигнала подтверждения на базовую станцию (по каналу вызова на подвижную станцию передается информация об установлении соединения и назначении канала связи);

- канал прямого трафика для передачи оцифрованной речевой информации и данных, а также управляющей информации с базовой станции на подвижную.

Обратные каналы в CDMA:

- канал доступа обеспечивает связь подвижной станции с базовой станцией, когда подвижная станция еще не использует канал трафика. Канал доступа используется для установления вызовов и ответов на сообщения, передаваемые по каналу вызова, передачи команд и запросов на регистрацию в сети;

- канал обратного трафика обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации с подвижной на базовую станцию.

Данные каналы для базовой станции являются логическими (виртуальными) и организовываются путем кодового разделения в пределах спектра полосы пропускания. В стандарте IS-95 предусмотрены: 1 пилот-канал, 1 канал сигнализации, 7 каналов персонального вызова и 55 речевых каналов связи. Таким образом, базовая станция одновременно может передавать 64 логических канала. Для передачи всех 64 каналов используется одна и та же псевдослучайная последовательность. После выполнения процедуры установления обычного соединения на входящий вызов к подвижной станции или исходящего вызова от подвижной станции базовая станция на продолжительное время выделяет в распоряжение абонентов один из речевых логических каналов. При этом для каждого речевого канала в базовой станции осуществляется индивидуальная демодуляция радиосигнала (на приеме) и модуляция (на передаче) посредством предоставления соответствующего канального оборудования. Количество канального оборудования строго ограничено и рассчитано на обработку максимум 55 речевых логических каналов, что является серьезным ограничением системы в смысле количества одновременно работающих корреспондентов и особенно критично в случае пиковых нагрузок и значительного увеличения размеров соты.

Важной особенностью аппаратуры стандарта CDMA является регулировка уровня мощности. В стандарте IS-95 регулировка уровня мощности сигнала, излучаемого подвижной станцией, осуществляется в динамическом диапазоне 84 дБ с шагом 1 дБ. Механизм регулировки мощности ограничивает мощность, излучаемую как каждым абонентом, так и соответствующим каналом базовой станции до получения необходимого уровня приемлемой вероятности ошибки. Цель регулировки мощности в обратном канале - оптимизация площади соты. Для регулировки мощности в прямом канале используются два механизма - грубый и точный. Грубый - заключается в замере абонентом каждые 20 мс мощности сигнала базовой станции, учета затухания сигнала и корректировки своей излучаемой мощности до необходимого уровня. Точный - заключается в оценке базовой станцией количества ошибок в сигнале, принимаемом от абонентов и выдаче через каждые 1.25 мс команд абоненту на корректировку излучаемой мощности. Цель регулировки мощности в прямом канале - минимизация суммарной мощности, уменьшение взаимовлияния абонентов и как результат - увеличение абонентской емкости системы [4].

Приемники стандарта CDMA предполагают использование четырех корреляторов для обработки четырех каналов одновременно. В трех каналах обрабатываются одновременно три наиболее сильных сигнала, в четвертом постоянно осуществляется поиск сигнала с более высоким уровнем. Эти сигналы складываются - формируется результирующий сигнал. Многолучевое распространение радиосигнала, с которым приходится бороться всем стандартам сотовой связи, в данном случае является даже полезным. Кроме того, абонентская станция может принимать и обрабатывать одновременно сигналы нескольких базовых станций, что позволяет осуществлять «мягкую» эстафетную передачу абонента между базовыми станциями. Недостатком такого процесса передачи является одновременная загрузка оборудования (физических каналов) сразу двух базовых станций для обслуживания одного абонента.

Сложность аппаратуры базовых станций и жесткая ограниченность количества одновременно работающих корреспондентов обусловлена необходимостью индивидуальной обработки базовой станцией каждого входящего и исходящего вызова, включая процесс демодуляции радиосигнала, обработки запроса, предоставления речевого канала в глобальной телефонной сети и оборудования для организации каждого физического радиоканала с обратной модуляцией и передачей в полосе передачи. Такой единый подход, требующий демодуляции и обработки информационного сигнала в базовой станции, целесообразен для мегаполисов (для которых собственно и разрабатывались первые радиосети), где в подавляющем большинстве случаев прохождение информации между корреспондентами происходит с участием телефонной сети общего пользования, волоконно-оптических, радиорелейных или спутниковых каналов, или осуществляется с участием двух базовых станций. Вместе с тем, для большинства провинциальных городов и поселков, где проживает 50% населения страны, ситуация выглядит иначе - 80-90% информационного обмена происходит в пределах зоны действия одной соты, но требуется значительно большая (до 30-50 км) предельная дальность действия базовой станции. Увеличение дальности в принципе возможно различными способами, но это автоматически приводит к квадратичному росту числа одновременно обслуживаемых ей корреспондентов, т.е. квадратичному увеличению нагрузки на базовую станцию. Кроме того, второй серьезной проблемой для базовых станций дальнего радиуса действия станет проблема синхронизации, непосредственно связанная с приемом сложных широкополосных сигналов с кодовым разделением каналов. Если для обычных сотовых сетей синхросигналы формируются базовой станцией и по ним синхронизируются приемо-передатчики абонентов, причем сигналы синхронизации могут быть даже узкополосными, чем обеспечивается упрощение синхронизации и корреляционной обработки сигналов, то для систем дальнего радиуса действия сами расстояния между корреспондентами и базовой станцией могут значительно варьироваться и значительно изменяться в процессе сеанса связи, что делает затруднительной либо даже невозможной «привязку» синхронизации абонентов к сигналам синхронизации базовых станций для случая групповой обработки (без демодуляции принимаемого сигнала абонентов) в базовой станции, ведь задержки распространения сигнала на таких расстояниях будут варьироваться от сотых до десятых долей миллисекунд. Поэтому функции взаимной синхронизации приемо-передатчиков каждой пары корреспондентов для систем сверхдальнего радиуса действия предлагается перенести с аппаратуры базовой станции на аппаратуру абонентов. Однако для упрощения аппаратуры абонентов микромощных радиосетей и сетей ближнего радиуса действия формирование сигналов синхронизации может быть сохранено за базовой станцией радиосети.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи принципиального снижения аппаратурных затрат (себестоимости базовых станций), повышения пропускной способности (количества одновременно действующих речевых каналов и одновременно обслуживаемых корреспондентов) в радиотелефонных сетях с кодовым разделением каналов, значительного расширения зоны обслуживания и повышения живучести радиотелефонных сетей, благодаря возможности многократного дублирования, резервирования (включая горячий резерв) при многократном увеличении радиуса действия путем групповой обработки (без демодуляции) в базовой станции «каналов» связи как «внутризоновых» корреспондентов, т.е. корреспондентов, находящихся в зоне действия базовой станции, так и корреспондентов в зонах действия смежных с ней базовых станций и переноса процесса синхронизации, процедуры обработки вызовов, образования речевого канала, процедуры «мягкой передачи» каналов «внутризоновых» корреспондентов при их перемещении в пределах смежных зон, с аппаратуры базовых станций на аппаратуру абонентов без увеличения ее сложности.

Данный технический результат достигается следующим образом. В организации работы базовой станции, заключающейся в приеме базовой станцией спектра сигналов от абонентов в полосе частот приема (F0, F1), организации управления уровнем мощности, излучаемой абонентами, формировании сигналов синхронизации, обработке вызовов, организации обработки логических и физических каналов, организации регистрации абонентов, организации роуминга, передачи каналов корреспондентов при их переходе в зону обслуживания смежных базовых станций, организации выхода в глобальную телефонную сеть и передаче спектра сигналов абонентам в полосе частот передачи (F3, F4), предполагается принципиальное разделение исходящих от абонентов вызовов на два типа: первый тип - «внутризоновый» вызов, это вызов корреспондентов находящихся в зоне действия данной базовой станции и корреспондентов, находящихся в зонах действия смежных с ней базовых станций - т.е. если вызывающий и вызываемый мобильные корреспонденты находятся в зоне действия одной или двух смежных базовых станций. Второй тип вызова - «внешние» вызовы, это вызовы, при которых один из корреспондентов находится или вне зоны действия данной и смежных базовых станций либо вообще не относится к мобильным абонентам данной сети. Для обработки этих двух различных типов вызовов предлагается два различных, последовательно применяемых, механизма организации связи. При этом процедура исходящего вызова для любого абонента базовой станции разбивается на два этапа.

Первый этап заключается в выставлении абонентом, посылающим запрос, уровня минимально-необходимой мощности (по уровню «пилот-сигнала» базовой станции) и проверке наличия вызываемого корреспондента в пределах зоны действия данной базовой станции путем открытия канала вызова и посылки запроса корреспонденту через конвертор-усилитель базовой станции (с его ретрансляцией в зонах действия смежных базовых станций посредством специального механизма, который будет рассмотрен далее) без демодуляции сигнала в конверторе, с последующим открытием прямого логического речевого канала связи с корреспондентом через конвертор-усилитель базовой станции в случае получения подтверждения присутствия абонента в пределах зоны действия данной и смежных базовых станций и ответа корреспондента по каналу доступа.

Системы, выполняющие функции групповой обработки вызовов, характерные для первого этапа, ранее просто не могли быть созданы даже для весьма ограниченных (территориально) зон по следующим причинам. Для реализации предлагаемой схемы обработки запросов абонентов и организации речевых каналов требуется создать «идеальный» конвертор-усилитель, который усиливал бы до значительного уровня только спектр полезных сложных широкополосных сигналов от абонентов (амплитуда которых в точке приема базовой станцией, кстати сказать, гораздо ниже уровня радиофона местности) и не усиливал бы этот радиофон, т.е. не усиливал бы весь спектр естественных и промышленных широкополосных помех, сам становясь при этом мощнейшим источником радиофона в полосе приема абонентов. Кроме того, в реальном радиоэфире в спектре полосы приема базовой станции всегда имеются узкополосные помехи, в том числе сканирующие, наличие которых принципиально ограничивает динамический диапазон усиления усилителя конвертора, переводя его в режим насыщения и также превращает конвертор в источник мощнейших помех (узкополосных) в полосе приема абонентов, выводя всю систему связи из строя. В предлагаемом в настоящем изобретении способе групповой обработки каналов внутризоновых абонентов создание такого «идеального» конвертора заменяется совокупностью взаимодополняющих друг друга способов (описанных ниже), в определенной комбинации обеспечивающих требуемый результат.

При неполучении от аппаратуры вызываемого корреспондента сигнала о нахождении его в зоне действия данной и смежных базовых станций в течение определенного, достаточного для этого, промежутка времени Tmax, где Tmax - максимальное время отклика корреспондентов на внутризоновый вызов (порядка нескольких сотен миллисекунд), абонент, пославший вызов, переходит ко второму этапу вызова, при этом он направляет на базовую станцию сигнал внешнего вызова, а в базовой станции для таких вызовов осуществляется демодуляция сигнала с выделением корреляционным способом информационной составляющей сигнала для каждого внешнего вызова, затем полученную информацию обрабатывают программно-техническими средствами базовой станции индивидуально для каждого внешнего вызова и предоставляют абоненту, запросившему внешний вызов, физическое оборудование (физический канал) базовой станции для организации логических каналов связи, каналов выхода в глобальную телефонную сеть и необходимый сервис, включая процедуру организации роуминга, с одновременным формированием, выдачей в передающее устройство (устройство групповой передачи сигналов) и последующим излучением в эфир в полосе частот передачи (F3, F4) соответствующего спектра широкополосных сигналов, промодулированых псевдослучайной кодовой последовательностью по заданному, в соответствии с принципом кодового разделения каналов, закону модуляции мощности, для каждого абонента, запросившего внешний вызов.

Второй этап выполняется в случае отсутствия корреспондента в пределах зоны действия данной (или смежных) базовой станции, т.е. только для «внешних» вызовов, и осуществляется традиционными (с демодуляцией радиосигнала и организацией как логического, так и физического канала) способами, по «традиционной схеме», аналогичной обычной обработке вызова и установлению соединения в стандартах CDMA. При этом все вызовы, поступающие на базовую станцию по специальным штатным каналам связи от других базовых станций, относятся к категории «внешних» и обслуживаются по традиционной схеме. Механизм регистрации абонентов в сети (если это требуется) и организации роуминга также строится по традиционной схеме на основе каналов внешних вызовов аппаратуры базовой станции, т.е. периодически и автоматически, независимо от осуществления вызовов абонентами корреспондентов, аппаратурой абонентов осуществляется регистрация абонентов в базовой станции (аппаратуре сети) для обеспечения возможности последующего вызова его из внешних сетей в режиме роуминга.

Организация системы синхронизации и механизм передачи каналов корреспондентов, запросивших внешний вызов при их переходе из зоны действия одной базовой станции в зону действия другой, смежной, могут быть различными в зависимости от класса создаваемой сети и предъявляемых к ней требований.

Суть решения, предлагаемого для реализации функций групповой передачи сигналов «внутризоновых» корреспондентов (включая обработку сигналов корреспондентов смежных базовых станций) на первом этапе вызова, заключается в создании специального конвертора-усилителя (при помощи совокупности взаимодополняющих друг друга способов, в определенной комбинации обеспечивающих требуемый результат) и передачи функций организации синхронизации (прим. авторов: для некоторых типов сетей возможна и организация синхронизации цен