ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ СКАЧКООБРАЗНОЙ ПЕРЕСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ МНОГОПОЛОСНЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ
ORDERS OF DISCONTINUOUS OF REORGANISATION OF FREQUINCES FOR MULTIBAND COMMUNICATIONS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в общем к связи и более конкретно к способам формирования и использования последовательностей скачкообразной перестройки частоты (СПЧ) в многополосных системах связи.
Уровень техники
В системе связи расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты (РС СПЧ) данные передаются в различных диапазонах частот в течение разных временных интервалов (которые также могут упоминаться как "интервалы времени"). Эти диапазоны частот можно обеспечивать мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов (МОЧРК), другими методами модуляции с несколькими несущими или некоторыми другими логическими структурами. При РС СПЧ передача данных перескакивает с одного диапазона частот на другой диапазон частот псевдослучайным способом. Это позволяет передаче данных лучше противостоять вредным влияниям тракта типа узкополосных радиопомех, преднамеренных радиопомех, замирания и т.д.
Для заданной передачи данных конкретный диапазон частот, подлежащий использованию в каждом интервале времени, обычно определяется на основании последовательности СПЧ или кода. Одновременно могут посылаться множество передач данных с использованием различных последовательностей СПЧ. Эти последовательности СПЧ обычно выбирают так, чтобы они имели превосходные свойства автокорреляции и взаимной корреляции (описанные ниже). Эти свойства гарантируют минимальные радиопомехи между многочисленными передачами данных вследствие сдвигов во времени и сдвигов частоты в этих передачах.
Последовательности СПЧ с превосходным корреляционным свойством можно получить на основании компьютерных исследований или некоторых других обычных способов. Однако компьютерное исследование последовательностей СПЧ часто бывает трудоемким и занимает много времени. Кроме того, некоторые из этих других обычных способов обеспечивают неоптимальные последовательности СПЧ, имеющие менее чем превосходные корреляционные свойства.
Поэтому в технике имеется потребность в методах эффективного формирования хороших последовательностей СПЧ и использования этих последовательностей СПЧ в многополосных системах связи (например, в системах МОЧРК).
Раскрытие изобретения
y
k
b
k
p
,
k
p
p, b
b
p-
p
p
b, α
p
α
В настоящем описании заявлены способы формирования последовательностей СПЧ, имеющих превосходные корреляционные свойства, и использования этих последовательностей СПЧ для различных применений. В одном аспекте последовательности СПЧ можно формировать на основании алгебраического выражения ()=log/(модуль ) где  - индекс для элементов в последовательности СПЧ,  - нечетное простое число, α - первообразный корень  - целое число, выбираемое так, чтобы оно соответствовало неравенству 1≤≤ (1), а выражение (модуль ) обозначает операцию по модулю . Можно формировать разные последовательности СПЧ с различными значениями  и/или, как описано ниже.
y
k
b
k
p
.
α
d
d
В другом аспекте данные могут передаваться в многополосной системе связи различными способами, используя последовательности СПЧ, формируемые на основании выражения ()=log/ (модуль ) В первой схеме передачи данные могут передаваться на индивидуальных каналах "информационного обмена", каждый из которых может быть связан с соответствующей последовательностью СПЧ, которая определяет конкретный поддиапазон для использования в каждом интервале времени. N поддиапазонов, доступных для передачи данных, могут использоваться для формирования до N каналов информационного обмена. Каждый канал информационного обмена может назначаться статическим ИД (идентификатором) канала, но динамически отображаться на различные поддиапазоны в разные интервалы времени, основываясь на связанной с ним последовательности СПЧ. Во второй схеме передачи каждая передача данных посылается в поддиапазонах, определяемых на основании всей или части последовательности СПЧ. Для этой схемы последовательность СПЧ может быть разобрана на множество сегментов СПЧ, и каждый сегмент СПЧ может назначаться для другой передачи данных. Каждая передача данных может пересылаться в поддиапазонах, определяемых назначенным сегментом СПЧ.
Ниже более подробно описаны различные аспекты и варианты осуществления изобретения.
Краткое описание чертежей
Признаки, сущность и преимущества настоящего изобретения поясняются сформулированным ниже подробным описанием, рассматриваемым в связи с чертежами, на которых подобные ссылочные позиции применяются соответствующим образом по всему тексту и на которых:
y(k)
k
p
α
фиг. 1 изображает процесс формирования последовательности СПЧ на основании алгебраического выражения =log1/ (модуль );
p=
α
фиг. 2A изображает отображение последовательности СПЧ, для 7 и =3, на двумерную плоскую матрицу;
фиг.2B иллюстрирует двумерную автокорреляцию последовательности СПЧ, показанной на фиг. 2A;
фиг.2C изображает формирование различных последовательностей СПЧ посредством вертикального смещения;
фиг.3A изображает структуру поддиапазонов для системы связи МОЧРК;
фиг. 3B изображает структуру поддиапазонов, которую можно использовать для передачи контрольных сигналов и данных в системе МОЧРК;
фиг.4A изображает отображение каналов информационного обмена на поддиапазоны на основании последовательности СПЧ, показанной на фиг. 2A;
фиг. 4B изображает назначение различных сегментов СПЧ для разных пользователей;
фиг. 5 изображает беспроводную многополосную систему связи;
фиг. 6A и 6B изображают блок-схемы базовой станции и терминала соответственно.
Осуществление описания
Термин "примерный" используется в описании для обозначения "служащий в качестве примера, образца или иллюстрации". Любой вариант осуществления или конструкция, описанные здесь как "примерные", не должен обязательно рассматриваться как предпочтительный или выгодный по сравнению с другими вариантами осуществления или конструкциями.
В настоящем описании заявлены способы формирования последовательностей СПЧ, имеющих превосходные свойства двумерной автокорреляции и взаимной корреляции (описанные ниже). Эти последовательности СПЧ можно использовать для различных применений, типа многополосных систем связи, радиолокационной станции, гидроакустической станции и т.д.
В одном аспекте последовательности СПЧ можно формировать на основании следующего алгебраического выражения:
y(k)=
p
,
k
p
α
log(модуль ) для 1 ≤≤ (-1), Ур. (1)
k
где  - индекс для элементов в последовательности СПЧ;
p
- нечетное простое число;
корень
p
α - первообразный ;
p
(модуль p) обозначает операцию по модулю ; и
y(k)
p-
представляет последовательность СПЧ с (1) элементами.
Показанное в уравнении (1) выражение можно оценить на основании алгебраических свойств конечных полей, как описано ниже.
p-
p
.
p
p
Последовательность СПЧ, формируемая на основании уравнения (1), включает в себя (1) элементов или кодовых элементов, каждый из которых имеет значение, которое относится к конечному полю, определяемому полем Галуа GF() В частности, значение каждого элемента последовательности СПЧ относится к диапазону значений [1... (-1)]. Это обеспечивается операцией (модуль ) в уравнении (1).
p
p
p.
α
p
p
p
α
p
p
p
р
Можно формировать последовательности СПЧ разных длин, выбирая собственные значения для простого числа . Для заданного значения  можно формировать одну или более последовательности СПЧ на основании одного или более первообразных корней  Первообразный корень простого числа имеет свойство, заключающееся в том, что его можно использовать для формирования всех (-1) возможных элементов поля Галуа GF(). Это можно получить посредством (1) возведения первообразного корня  в различные степени от 1 до (-1) и (2) выполнения операции (модуль ) на результатах возведения в степень. Для заданного значения  первообразные корни  обычно известны или могут быть установлены.
р
р
p
р
α
Фиг. 1 изображает графическую схему программы процесса 100 формирования последовательности СПЧ на основании алгебраического выражения, показанного в уравнении (1). Вначале выбирают подходящее простое число , которое превышает требуемую длину последовательности СПЧ (этап 112). Для описанного ниже примера простое число выбрано равным =7. Затем выбирают первообразный корень α простого числа  (этап 114). Простое число  может иметь многочисленные первообразные корни, каждый из которых можно использовать для формирования отличающейся последовательности СПЧ. Для описанного ниже примера первообразный корень выбран равным =3.
k, α
k
k
p
p
k
α
α
В последующем описании оценка различных алгебраических выражений, типа 1/, log и log1/, выполнена с помощью операции (модуль ). Это гарантирует, что результаты для всех этих выражений относятся к полю Галуа GF().
p
k
Сначала получают последовательность из (-1) элементов для выражения "1/" (этап 116) на основании следующего свойства:
-1
p
k
p
k·k (модуль )=l, для 1≤≤(-1), Ур. (2)
k
k.
k
k
k
p
-1
-1
где  является другим представлением выражения 1/ Уравнение (2) показывает, что произведение  и его обратной величины, , равно единице. В таблице 1 показаны результаты получения оценки для выражения "1/" на основании уравнения (2) и для =7.
p
α
α
p
k
k
Затем получают последовательность из (-1) элементов для выражения "" (этап 118). В таблице 2 представлены результаты оценки для выражения "" для =7 и α=3.
p
k
α
Затем получают последовательность из (-1) элементов для выражения "log" (этап 120). Эту последовательность можно получить на основании следующего исследования:
является эквивалентным
k
α
k
k.
k
k
k
α
α
k,
k
k.
k
k
k
α
α
α
Уравнения (3a) и (3b) показывают, что отображение  в  является таким же, как отображение logв  Таким образом, отображение  в logможет быть получено посредством замены отображения  на , чтобы получить отображение  в  которое можно затем использовать, как отображение  в log
α
k
k
α
p=7.
p
k.
k
В таблице 3 показаны результаты решения для выражения "log" на основании отображения в , показанного в таблице 1 для  Два крайних левых столбца в таблице 3 получены из второго и первого столбцов в таблице 2, а два крайних правых столбца в таблице 3 получены путем упорядочивания -1 элементов в двух крайних левых столбцах в порядке возрастания для
α
k
k
α
Этап 120 может быть опущен, поскольку последовательность для  можно сохранить в таблице, а последовательность для log можно получить, индексируя эту таблицу надлежащим образом.
p-
k
k
k ≤
p
α
Затем получают последовательность из (1) элементов для выражения "log1/" (этап 122), выполняя следующие этапы для каждого значения  для 1 ≤ (-1):
k
• определения 1/(например, на основании таблицы 1), и
α
k
• определения log1/ (например, на основании таблицы 3).
p
α=
k=
/k=
k=
k
k
/k
k
k
k
p
k
p
α
α
α
α
α
α
α
Для приведенного выше примера с =7 и 3 для первого элемента 1 обратная величина из таблицы 1 составляет 11, а log1/log=6 из двух крайних правых столбцов в таблице 3. Для второго элемента =2 обратная величина составляет 1=4 из таблицы 1, а log1/=log4=4 из таблицы 3. Каждый из оставшихся элементов последовательности для выражения log1/ может быть получен аналогичным образом. В таблице 4 показана последовательность элементов для log1/для =7 и α=3 (второй столбец). Таблица 4 также показывает последовательность элементов для log1/для =7 и α=5 (третий столбец).
k, α
k
k
k
k,
k
k
.
k
α
α
α
Для простоты в вышеупомянутом описании предполагается, что для использования получают всю последовательность элементов для каждого промежуточного выражения (1/ и log), чтобы вывести последовательность элементов для выражения log1/. Последовательность для log1/можно также получать постепенно, например, для каждого значения  по одному элементу, от = 1 до =p-1
y
k
u
t, y
k
u
t
τ, y
k
+
f
f
τ
τ
f
p
u
t, y
k
y
k
u
t, y
k
y
k
y
k
p
α.
i
i
i
i
Можно показать, что последовательности СПЧ, формируемые на основании уравнения (1), имеют превосходные свойства двумерной (2-D) автокорреляции и взаимной корреляции. Превосходное свойство автокорреляции происходит из факта, что для последовательности СПЧ (), формируемой на основании уравнения (1), свертка сигнала скачкообразной перестройки частоты(()), формируемого с использованием этой последовательности СПЧ с сигналом (+()Δ), обеспечивает (a) максимальное значение (то есть высокое пиковое значение) при нулевом сдвиге частоты (Δ=0) и нулевом сдвиге во времени (=0) и (b) минимальное значение при других сдвигах частоты и/или сдвигах во времени (то есть маленький боковой лепесток максимальной высоты 1/N, где N - длина последовательности СПЧ для ≠0 и Δ≠0). Превосходное свойство взаимной корреляции происходит из факта, что для некоторых значений  свертка сигнала скачкообразной перестройки частоты(()), формируемого с использованием последовательности СПЧ (), с другими сигналами скачкообразной перестройкой частоты (()), формируемыми с использованием других последовательностей СПЧ (), также обеспечивает минимальное значение, где другие последовательности СПЧ () также получены на основании уравнения (1), но с другими подходящими значениями для  и/или
p
p
p
y
k
,
k
Фиг. 2A изображает отображение примерной последовательности СПЧ, формируемой на основании уравнения (1) с =7 и α=3, на квадратную двумерную плоскую матрицу с размером (-1)x(-1). Это отображение получено посредством маркировки "x" в прямоугольнике, соответствующем значению () для каждого значения  (то есть отображения значений, показанных во втором столбце в таблице 4, относительно значений в первом столбце).
x, y
.
y
Превосходные свойства двумерной автокорреляции и взаимной корреляции можно проиллюстрировать графически, используя двумерную плоскую матрицу. Превосходное свойство автокорреляции происходит из факта, что последовательность СПЧ, формируемая на основании уравнения (1), совпадет с 2-D сдвинутой версией такой же последовательности СПЧ в одном или незначительном количестве местоположений или прямоугольников для любого сдвига () Для сдвинутой последовательности СПЧ x обозначает количество сдвигов по горизонтальной оси, а  обозначает количество сдвигов в вертикальном направлении, где сдвинутая последовательность может заворачиваться по кругу. Одно или незначительное количество совпадений для всех возможных 2-D сдвигов является идеальным, поскольку ясно, что для некоторых 2-D сдвигов последовательности должны быть совпадения. Последовательность СПЧ, которая удовлетворяет этому свойству двумерной автокорреляции, упоминается как массив Костаса.
α,
α
x, y
.
2
1
Превосходное свойство двумерной взаимной корреляции происходит из факта, что последовательность СПЧ, формируемая на основании уравнения (1), совпадет с 2-D сдвинутой версией другой последовательности СПЧ (формируемой на основании уравнения (1) с другими подходящими значениями для p и/или  например α=1/) самое большее в двух местоположениях для любого сдвига ()
.
k
y
k
Фиг 2B иллюстрирует двумерную автокорреляцию примерной последовательности СПЧ, показанной на фиг. 2A. На фиг. 2B версия, которая сдвинута на (1, 1) (то есть на единицу вправо и на единицу вверх), обозначена символом "o". Эта сдвинутая версия совпадает с несдвинутой версией в одном местоположении при =3 и ()=5.
y
p-
p
p-
p-
.
y(k)
y(k)
p
α
p-λ-
p-λ
Одно свойство последовательностей СПЧ, формируемых на основании уравнения (1), заключается в том, что первым элементом всегда является (1)=1. Таким образом, для последовательности СПЧ длиной -1, формируемой на основании уравнения (1), более короткая последовательность СПЧ с длиной 2 может быть получена при отбрасывании первого элемента в первоначальной последовательности СПЧ с длиной 1 Для примерной последовательности СПЧ =6, 4, 5, 2, 1, 3, показанной на фиг.2A, более короткая последовательность СПЧ =4, 5, 2, 1, 3 может быть получена при отбрасывании первого элемента "6" в первоначальной последовательности СПЧ. Более короткая последовательность СПЧ также может иметь превосходные свойства двумерной автокорреляции и взаимной корреляции. Для некоторых последовательностей СПЧ (то есть для некоторых значений  и ) последовательно более короткая последовательность СПЧ с длиной 1 может быть получена посредством (1) смещения элементов более длинной последовательности СПЧ с длиной  влево до тех пор, пока первый элемент не станет элементом с самым большим значением и (2) удаления этого первого элемента из последовательности.
Другое свойство последовательности СПЧ, формируемой на основании уравнения (1), заключается в том, что вертикально сдвинутые версии последовательности СПЧ также имеют превосходные свойства двумерной автокорреляции и взаимной корреляции, точно так же, как несдвинутая последовательность СПЧ. Вертикально сдвинутые версии последовательности СПЧ могут быть выражены как:
b,
<b
p
p
где  для 1 ≤ (-1), обозначает количество сдвигов в вертикальном направлении. Когда элемент последовательности СПЧ сдвигается вертикально, он заворачивается по кругу от вершины матрицы к основанию благодаря операции (модуль ).
.
b
b
Фиг 2C изображает показанную на фиг. 2A примерную последовательность СПЧ и две другие последовательности СПЧ, формируемые посредством вертикального сдвига примерной последовательности СПЧ. Последовательность СПЧ, формируемая с помощью =2 (то есть один вертикальный сдвиг), изображается символом "o", а последовательность СПЧ, формируемая с помощью =4 (то есть три вертикальных сдвига), изображается символом "Δ".
Последовательности СПЧ, формируемые алгебраически на основании уравнения (1), можно использовать для различных применений. Одним таким применением является применение для скачкообразной перестройки частоты в многополосных системах связи, которые используют для передачи данных множество частотных диапазонов. Это множество частотных диапазонов можно обеспечивать с помощью МОЧРК или некоторой другой логической структуры. МОЧРК эффективно разбивает всю ширину полосы пропускания системы на N ортогональных поддиапазонов, которые также упоминаются как тональные сигналы, элементы разрешения по частоте и т.д. Для МОЧРК каждый из N поддиапазонов связан с соответствующей (цифровой) несущей, на которой могут модулироваться данные.
.
Фиг 3A изображает примерную структуру 300 поддиапазонов для системы связи МОЧРК. Система имеет полную ширину полосы пропускания системы W МГц, которая разбита на N ортогональных поддиапазонов с использованием МОЧРК. В обычной системе МОЧРК для передачи контрольных сигналов и данных используется только М из N полных поддиапазонов, где М<N. Остальные N-М поддиапазонов не используются и служат в качестве защитных поддиапазонов, чтобы обеспечить возможность системе удовлетворять требованиям спектрального маскирования. М используемых поддиапазонов включают в себя поддиапазоны F - F+M-1, где F - целое число, обычно выбираемое таким образом, что М используемых поддиапазонов сконцентрированы в середине рабочего диапазона частот.
p
p
p
p
d
p
d
Фиг. 3B изображает примерную структуру 350 поддиапазонов, которая может использоваться для передачи контрольных сигналов и данных в системе МОЧРК. В этом варианте осуществления для передачи контрольных сигналов используются N поддиапазонов, где N можно выбирать на основании различных соображений, типа разброса по задержке или избирательности по частоте канала связи. Поддиапазоны контрольных сигналов N (которые обозначены затененными прямоугольниками с символом "P" на фиг. 3B) могут быть равномерно распределены по М используемым поддиапазонам. Поддиапазоны контрольных сигналов могут быть фиксированными (то есть не изменяющимися со временем) или динамически изменяющимися. В общем, выбор N и конкретных поддиапазонов, предназначенных для использования для передачи контрольных сигналов, является таким, что приемные устройства в системе способны (1) получать хорошие оценки характеристик каналов, которые могут использоваться для когерентной демодуляции данных, и (2) надежно выявлять принимаемый контрольный сигнал, который может использоваться для вхождения в синхронизм системы, отслеживания по времени, отслеживания по частоте и т.д. Остальные N=М-N используемые поддиапазоны могут использоваться для передачи данных (то есть передачи служебных данных и данных, конкретных для пользователя). Эти поддиапазоны N упоминаются как поддиапазоны данных и на фиг. 3B обозначены символом "D".
Данные могут передаваться различными способами с использованием последовательностей СПЧ, формируемых на основании уравнения (1). В первой схеме передачи данные могут передаваться на индивидуальных каналах "информационного обмена", каждый из которых может быть связан с соответствующей последовательностью СПЧ, которая определяет конкретный поддиапазон для использования для передачи данных в каждом интервале времени, как описано ниже. Во второй схеме передачи данные могут передаваться на основании всей или части последовательности СПЧ, как также описано ниже.
d
d
Для первой схемы передачи N поддиапазонов данных могут использоваться для формирования до N каналов информационного обмена. Каждый канал информационного обмена может быть назначен статическим ИД канала. Для реализации скачкообразной перестройки частоты каждый канал информационного обмена может динамически отображаться в различные поддиапазоны в различных интервалах времени. Продолжительность интервала времени определяет частоту скачкообразной перестройки и может быть выбрана на основании различных соображений, например, на основании времени когерентности канала связи (которое представляет собой время, в течение которого канал является по существу постоянным), независимо от того, работает ли система синхронно или асинхронно, и т.д. В общем, интервал времени может охватывать один или множество периодов символов МОЧРК (определяемых ниже).
Отображение данного канала информационного обмена в поддиапазоны может быть выражено как:
s
где  - ИД канала для канала информационного обмена;
k -
индекс для интервалов времени;
y
s,k
() - функция, которая определяет последовательность СПЧ для канала информационного обмена; и
j -
k.
индекс для поддиапазона, предназначенного для использования для канала информационного обмена в интервале времени
.
Алгебраическое выражение, показанное в уравнении (1), можно использовать для функции СПЧ в уравнении (6). Каналам информационного обмена могут ставиться в соответствие разные последовательности СПЧ различными способами, некоторые из которых описаны ниже
d
p
α,
b.
b
s
b).
b=
В первом варианте осуществления каждому из N каналов информационного обмена ставится в соответствие последовательность СПЧ, полученная с тем же самым простым числом  и первообразным корнем но отличающимся значением для  Канал ИД для каждого канала информационного обмена может быть отображен в  (например, =Тогда последовательности СПЧ для каналов информационного обмена могут быть вертикально сдвинутыми версиями "базовой" последовательности СПЧ, формируемой с 1.
.
d
j
p
α
y(k)
p
α
b
b
,
b
Фиг4A изображает примерное отображение каналов информационного обмена на поддиапазоны на основании примерной последовательности СПЧ, показанной на фиг. 2A. Для этого примера N=6, а шести поддиапазонам данных ставятся в соответствие индексы  = 1, 2,..., 6. Эти поддиапазоны данных могут не быть непрерывными из-за поддиапазонов контрольных сигналов, которые на фиг. 4A для простоты не показаны. Последовательность СПЧ, формируемая на основании уравнения (1) с =7 и =3 (то есть =6, 4, 5, 2, 1, 3), используется для отображения каналов информационного обмена на поддиапазоны. На фиг. 4A каналам информационного обмена ставятся в соответствие разные последовательности СПЧ, формируемые на основании того же простого числа (=7) и первообразного корня (=3), но с различными вертикальными сдвигами (=1, 2,... 6). В этом примере канал 1 информационного обмена связан с =1 канал 2 информационного обмена связан с =2 и так далее.
Поддиапазоны, используемые для канала 1 информационного обмена, на фиг. 4A показаны затененными прямоугольниками. В частности, для канала 1 информационного обмена в интервале 1 времени используется поддиапазон с индексом 6, в интервале 2 времени используется поддиапазон с индексом 4 и так далее. Поскольку эта последовательность СПЧ имеет длину 6, последовательность СПЧ может повторяться через каждые 6 интервалов времени. Поддиапазоны, используемые для канала 3 информационного обмена, на фиг. 4A изображаются посредством хэшированных прямоугольников.
α
p.
c
c
d
d
Во втором варианте осуществления различным каналам информационного обмена ставятся в соответствие последовательности СПЧ, полученные с разными первообразными корнями (то есть разными значениями для ) одного и того же простого числа  Количество каналов (N) информационного обмена, используемых для передачи данных, может быть выбрано меньше чем количество поддиапазонов данных (то есть N < N), так что никакие два канала информационного обмена не используют один и тот же поддиапазон в любом интервале времени (то есть "конфликтная ситуация" отсутствует). Это приводит к меньшему количеству поддиапазонов, чем N, используемых (в среднем) для передачи данных в каждом интервале времени, то есть к состоянию, которое часто упоминается как "частичная загрузка". Этот вариант осуществления может обеспечивать улучшенные характеристики по сравнению с первым вариантом осуществления для асинхронной системы, поскольку ортогональность среди вертикально сдвинутых версий последовательности СПЧ может быть компромиссной из-за асинхронного согласования во времени источников передачи.
p
c
d
В третьем варианте осуществления различным каналам информационного обмена ставятся в соответствие последовательности СПЧ, полученные с различными простыми числами . Снова, количество каналов информационного обмена может быть меньше, чем количество поддиапазонов данных (то есть N<N), так что в любой интервал времени никакие два канала информационного обмена не используют один и тот же поддиапазон.
В общем, каналам информационного обмена могут ставиться в соответствие последовательности СПЧ различными способами, чтобы избегать конфликтных ситуаций и достигать ортогональности. Эти последовательности СПЧ могут быть получены с различными вертикальными сдвигами, первообразными корнями, простыми числами или любой их комбинацией.
Для второй схемы передачи каждая передача данных посылается в поддиапазонах, определяемых на основании всей или части последовательности СПЧ. Для этой схемы последовательность СПЧ может быть разобрана на множество сегментов СПЧ, и каждый сегмент СПЧ может быть назначен для отличающейся передачи данных. Множество сегментов СПЧ могут иметь одинаковую длину, что может упростить обработку в передающем и приемном устройствах. Однако также возможно использовать сегменты СПЧ разных длин.
Фиг.4B изображает примерное назначение различным пользователям разных сегментов СПЧ. Для этого примера трем пользователям назначены три сегмента СПЧ примерной последовательности СПЧ, показанной на фиг. 2A, причем пользователю 1 назначен первый сегмент СПЧ, состоящий из элементов 1 и 2 в последовательности СПЧ, пользователю 2 назначен второй сегмент СПЧ, состоящий из элементов 3 и 4, а пользователю 3 назначен третий сегмент СПЧ, состоящий из элементов 5 и 6. Тогда пользователь 1 может посылать данные в поддиапазонах 6 и 4 для элементов 1 и 2, пользователь 2 может посылать данные в поддиапазонах 5 и 2 для элементов 3 и 4, а пользователь 3 может посылать данные в поддиапазонах 3 и 1 для элементов 5 и 6. Эти три пользователя могут одновременно посылать данные в поддиапазонах, указанных своими назначенными сегментами СПЧ, как показано на фиг. 4B. Кроме того, поскольку сегменты СПЧ имеют длины, равные 2, сегменты СПЧ могут повторяться через каждые 2 интервала времени.
Для третьей схемы передачи каждой передаче данных ставится в соответствие последовательность СПЧ и она может пересылаться в поддиапазонах, определяемых на основании части последовательности СПЧ. Для этой схемы последовательность СПЧ, назначаемая для каждой передачи данных, может быть отображена на канал информационного обмена способом, описанным выше для фиг. 4A. Однако каждая передача данных не посылается во всех интервалах времени для этого канала информационного обмена. Конкретные интервалы времени для использования могут быть определены конкретным сегментом, назначенным для передачи данных. Многочисленным передачам данных могут ставиться в соответствие различные части одной и той же последовательности СПЧ.
Также могут быть реализованы другие схемы передачи, и все они находятся в пределах объема изобретения.
Фиг. 5 изображает беспроводную многополосную систему 500 связи, которая может поддерживать некоторое количество пользователей. Система 500 включает в себя некоторое количество базовых станций 510, которые обеспечивают связь для некоторого количества терминалов 520. Базовой станцией является стационарная станция, используемая для установления связи с терминалами, и также может упоминаться как точка доступа, Узел В или может использоваться некоторая другая терминология.
Различные терминалы 520 могут быть рассредоточены по всей системе, и каждый терминал может быть фиксированным (то есть стационарным) или мобильным. Терминал также может упоминаться как мобильная станция, удаленная станция, пользовательское оборудование (ПО), терминал доступа или может использоваться некоторая другая терминология. Каждый терминал может устанавливать связь с одной или, возможно, множеством базовых станций на нисходящей линии связи и/или восходящей линии связи в любой данный момент времени. На фиг. 5 терминалы 520a-520o могут принимать контрольные сигналы, сигнализацию и передачи конкретных для пользователя данных от базовых станций 510a-510g.
Система 500 может быть системой МОЧРК или системой беспроводной связи некоторого другого типа. Система 500 также может быть разработана для реализации любого из известных стандартов и конструкций для CDMA (множественного доступа с кодовым разделением), TDMA (множественного доступа с разделением по времени) и FDMA (множественного доступа с разделением по частоте).
Каждая базовая станция 510 в системе обеспечивает зону уверенного приема для конкретной географической зоны 502. Зона обслуживания каждой базовой станции обычно зависит от различных факторов (например, ландшафта, преград и т.д.), но для простоты ее часто представляют идеальным шестиугольником. Базовая станция и/или ее зона обслуживания также часто упоминаются как "ячейка", в зависимости от контекста, в котором используется этот термин.
Для увеличения пропускной способности зона обслуживания каждой базовой станции может быть разбита на множество секторов. Если каждая ячейка разбита на три сектора, то каждый сектор разделенной на секторы ячейки часто представляют идеальным 120° клином, который составляет 1/3 ячейки. Каждый сектор может обслуживаться соответствующей базовой приемопередающей подсистемой (БППС). Для разделенной на секторы ячейки базовая станция для этой ячейки часто включает в себя все БППС, которые обслуживают секторы этой ячейки. Термин "сектор" также часто используется для обозначения БППС и/или ее зоны обслуживания, в зависимости от контекста, в котором используется термин.
b
Для каждого сектора последовательности СПЧ, используемые для каналов информационного обмена в этом секторе, могут быть выбраны таким образом, чтобы каналы информационного обмена были ортогональны друг другу. Эта ортогональность достигается наличием различных каналов информационного обмена, использующих различные поддиапазоны данных для каждого интервала времени. Ортогональность может быть получена при использовании разных последовательностей СПЧ (то есть полученных с разными значениями ) для различных каналов информационного обмена, как описано выше и показано на фиг. 4A).
Различные секторы могут использовать разные наборы последовательностей СПЧ, чтобы радиопомехи, воспринимаемые каналами информационного обмена данного сектора из-за каналов информационного обмена других секторов, были рандомизированы. Например, различные секторы могут использовать последовательности СПЧ одинаковой длины, но формируемые на основании разных первообразных корней. В качестве другого примера различные секторы могут использовать последовательности СПЧ разных длин, формируемые на основании различных простых чисел. Если секторы частично загружены, то используемые каждым сектором последовательности СПЧ могут быть выбраны так, чтобы вероятность конфликтной ситуации с последовательностями СПЧ, используемыми другими секторами, была снижена до минимума.
.
Фиг 6A изображает блок-схему варианта осуществления базовой станции 510х в многополосной системе 500 связи. Для простоты на фиг. 6A изображена только часть передающего устройства базовой станции 510х. Также для простоты ниже описана передача данных только для одного канала информационного обмена.
В базовой станции 510х кодер 614 принимает данные информационного обмена от источника 612 данных и управляющие данные и другие данные от контроллера 630. Данные информационного обмена предназначены для передачи на конкретном канале информационного обмена. Управляющие данные могут включать в себя ИД канала и/или последовательность СПЧ для канала информационного обмена, используемого для передачи данных. Кодер 614 форматирует, кодирует и перемежает принимаемые данные для обеспечения кодированных данных. Затем модулятор (МОД) 616 модулирует (то есть посимвольно отображает) кодированные данные на основании одной или более модуляционных схем для обеспечения символов модуляции данных (или просто - символов данных).
Переключатель 618 принимает символы данных и символы контрольных сигналов и мультиплексирует эти символы для надлежащих поддиапазонов данных и контрольных сигналов. В частности, переключатель 618 обеспечивает символы контрольных сигналов для поддиапазонов контрольных сигналов, символы (управляющих) данных для поддиапазонов, используемых для канала управления, и символы данных (информационного обмена) для поддиапазонов, используемых для канала информационного обмена. Канал информационного обмена динамически перескакивает с поддиапазона на поддиапазон способом, определяемым последовательностью СПЧ, назначенной для канала информационного обмена (например, как показано на фиг. 4A). Конкретный поддиапазон, предназначенный для использования для канала информационного обмена для каждого интервала времени, определяется значением соответствующего элемента в последовательности СПЧ. Переключатель 618 также обеспечивает нулевое значение сигнала для каждого поддиапазона, не используемого для контрольного сигнала или передачи данных. В течение каждого периода символов МОЧРК переключатель 618 обеспечивает набор N выходных символов (состоящих из символов контрольных сигналов, символов данных и нулей) для всех N поддиапазонов.
p
p
p
Модуль 620 обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ) принимает и преобразовывает N символов в течение каждого периода символов МОЧРК во временную область, используя обратное быстрое преобразование Фурье, чтобы получить "преобразованный" символ, который содержит N выборок временной области. Чтобы бороться с межсимвольными помехами (МСП), вызываемыми избирательным замиранием частоты, часть каждого преобразованного символа повторяется генератором 622 циклических префиксов с целью формирования соответствующего символа МОЧРК, который содержит N+C выборок, где C обозначает количество повторяемых выборок. Повторяемая часть часто упоминается как циклический префикс. Период символов МОЧРК соответствует продолжительности одного символа МОЧРК, которая составляет N+C периодов выборок. Генератор 622 циклических префиксов обеспечивает поток символов МОЧРК. Затем модуль 624 передающего устройства (ПРД) обрабатывает поток символов МОЧРК, чтобы обеспечить сигнал нисходящей линии связи, который затем передается от антенны 626 на терминалы.
.
Фиг 6B изображает блок-схему варианта осуществления терминала 520x в многополосной системе связи 500. Для простоты на фиг. 6B показана только часть приемного устройства терминала 520x.
Сигнал нисходящей линии связи, посылаемый базовой станцией 510х, принимается антенной 652, и принимаемый сигнал направляется в модуль (654) приемного устройства (ПРМ) и обрабатывается там, чтобы обеспечить выборки. Каждый набор выборок в течение одного периода символов МОЧРК представляет один принятый символ МОЧРК. Модуль 656 удаления циклических префиксов удаляет циклический префикс, добавленный к каждому символу МОЧРК, чтобы получить соответствующий принятый преобразованный символ. Затем модуль БПФ 658 (быстрого преобразования Фурье) преобразовывает каждый принятый преобразованный символ в частотную область с целью получения N принятых символов для N полных поддиапазонов.
Переключатель 660 получает N принятых символов в течение каждого периода символов МОЧРК, направляет принятые символы для поддиапазонов контрольных сигналов в процессор контрольных сигналов (не показан) и направляет принятые символы для канала управления и канала информационного обмена в демодулятор 662 (ДЕМОД). Поскольку канал информационного обмена динамически перескакивает с поддиапазона на поддиапазон, переключатель 660 действует согласованно с переключателем 618 на базовой станции 510х, чтобы обеспечивать принимаемые символы для канала информационного обмена из надлежащего поддиапазона. Последовательность СПЧ, обеспечиваемая для переключателя 660 и используемая им, является такой же, как последовательность СПЧ, используемая для переключателя 618 на базовой станции. Последовательности СПЧ на базовой станции и в терминале дополнительно синхронизируются.
Затем демодулятор 662 демодулирует (то есть посимвольно восстанавливает) принятые символы для канала информационного обмена, обеспечивая демодулированные данные. Затем декодер 664 декодирует демодулированные данные, чтобы обеспечить декодированные данные для канала информационного обмена, которые можно направлять к приемнику 666 данных для хранения. Обработка для канала управления может быть выполнена аналогичным способом. Обработка демодулятором 664 и декодером 664 является комплементарной с обработкой, выполняемой модулятором 616 и кодером 614 соответственно.
Контроллеры 630 и 670 управляют операцией в базовой станции и терминале соответственно. Запоминающие устройства 632 и 672 обеспечивают запоминание для кодов программ и данных, используемых контроллерами 630 и 670, соответственно. Контроллеры 630 и 670 в случае необходимости могут использоваться для выведения последовательностей СПЧ, используемых для передачи и приема данных. Запоминающие устройства 632 и 672 могут использоваться для хранения последовательностей СПЧ.
Для ясности фиг. 6A и 6B изображают соответственно передачу и прием данных, передаваемых по нисходящей линии связи со скачкообразной перестройкой частоты, с использованием последовательности СПЧ, формируемой на основании уравнения (1). Эти способы также можно использовать для данных, передаваемых по восходящей линии связи.
Последовательности СПЧ, используемые для передачи и приема данных, могут быть статическими или динамическими. В одном варианте осуществления каналам информационного обмена могут ставиться в соответствие статические последовательности СПЧ, и конкретная последовательность СПЧ, подлежащая использованию, зависит от конкретного канала информационного обмена, выбранного для использования. Для этого варианта осуществления последовательности СПЧ для всех каналов информационного обмена могут сохраняться в запоминающем устройстве, и последовательность СПЧ для выбранного канала информационного обмена извлекается из запоминающего устройства и используется для определения поддиапазонов, подлежащих использованию для передачи данных. В другом варианте осуществления каналам информационного обмена могут ставиться в соответствие последовательности СПЧ в процессе работы. Для этого варианта осуществления конкретную последовательность СПЧ, подлежащую использованию для выбранного канала информационного обмена, можно формировать по мере необходимости. Последовательности СПЧ можно формировать значительно легче на основании алгебраического выражения, показанного в уравнении (1).
u
t
y
k
Последовательности СПЧ, формируемые на основании уравнения (1), также можно использовать для других применений, например для радиолокационной станции, гидроакустической станции и т.д. Сигнал () с ЛЧМ (с линейной частотной модуляцией) можно формировать на основании последовательности СПЧ () следующим образом:
w
C
где  - несущая частота;
w
k
k
- сдвиг частоты от несущей частоты для -го интервала времени;
T - продолжительность или длина сигнала с ЛЧМ;
p
N - количество импульсов в сигнале с ЛЧМ; и
q
t
() - импульс, который определяется как:
q(t)
=  .
w
k
Сдвиг  частоты задается как:
w
y
k
k
=(),
k
p
для 1 ≤  ≤ N,
W
где  - ширина полосы пропускания системы.
u
t
Сигнал () с ЛЧМ можно использовать для определения как расстояния до целевого объекта (или удаленности), так и скорости (или быстроты) целевого объекта относительно контрольной точки. Удаленность целевого объекта может быть определена на основании задержки прохождения сигнала туда и обратно, которая является временем, требуемым для прохождения сигнала с ЛЧМ от контрольной точки до целевого объекта и обратно. Скорость целевого объекта может быть определена на основании сдвига частоты сигнала с ЛЧМ, обусловленного эффектом Доплера, вызываемым отражением сигнала с ЛЧМ от перемещающегося целевого объекта. Превосходные двумерные корреляционные свойства последовательности СПЧ, формируемой на основании уравнения (1), можно использовать для точного определения и сдвига во времени и сдвига частоты принимаемого сигнала с ЛЧМ. Определяемый сдвиг во времени можно затем использовать для вычисления удаленности целевого объекта. Определяемый сдвиг частоты можно использовать для вычисления скорости целевого объекта.
Описанные в настоящем описании способы формирования и использования последовательностей СПЧ могут быть реализованы различным образом. Например, эти способы могут быть реализованы в аппаратном обеспечении, программном обеспечении или их комбинации. Для аппаратной реализации элементы, используемые для реализации какого-либо из описанных способов, могут быть реализованы в одной или более интегральных схемах прикладной ориентации (ИСПО), процессорах цифровых сигналов (ПЦС), устройствах обработки цифровых сигналов (УОЦС), программируемых логических устройствах (ПЛУ), программируемых пользователем вентильных матрицах (ППВМ), процессорах, контроллерах, микроконтроллерах, микропроцессорах, других электронных модулях, предназначенных для выполнения описанных здесь функций, или их комбинации.
Для программной реализации описанные способы могут быть реализованы с помощью модулей (например, процедур, функций и т.д.), которые осуществляют описанные функции. Программные коды могут сохраняться в запоминающем устройстве (например, в запоминающих устройствах 632 и 672 на фиг. 6A и 6B) и выполняться процессором (например, контроллерами 630 и 670). Запоминающее устройство может быть реализовано в процессоре или вне процессора, и в этом случае оно может быть сообщающимся образом подсоединено к процессору через различные средства, как известно в технике.
Предшествующее описание раскрытых вариантов осуществления представлено для обеспечения возможности любому специалисту в данной области техники выполнять или использовать настоящее изобретение. Специалистам в данной области техники будут очевидны различные модификации к этим вариантам осуществления, а определяемые универсальные принципы можно применять к другим вариантам осуществления, не выходя при этом за рамки объема и сущности изобретения. Таким образом, настоящее изобретение не должно быть ограничено показанными вариантами осуществления, но должно соответствовать самому широкому объему, совместимому с раскрытыми принципами и новыми признаками.