RU2153776C2

RU2153776C2 - Technique of reception-transmission of multibeam signals ( versions ), of reception-transmission of signals with code division of channels ( versions )

Info

Publication number: RU2153776C2
Application number: RU98119685A
Authority: RU
Inventors: А.В. Гармонов; М.И. Другов; Ю.А. Соловьев; А.И. Сергиенко
Original assignee: Корпорация "Самсунг Электроникс"
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2000-07-27

Abstract

FIELD: radio engineering, cellular radio communication systems. SUBSTANCE: technique of reception-transmission of multibeam signals in cellular radio communication system with code division of channels consists in formation on mobile station of L spatially-spaced channels for reception-transmission of signal and in search of beams of signal in each channel across interval of uncertainty by delay. Out of M detected beams there are selected N≤ beams highest by level of energy and their demodulation is conducted. Device for realization of technique has antenna, diplexer, analog receiver, search receiver, L data receivers. controlling processor, unit for integration of signals with decoder, unit of user's data, modulator of transmitter, power controller of transmitter, power amplifier of transmitter. There are formed L identical branches for reception- transmission of signal arranged in parallel. Antenna of each branch is spatially- oriented and has narrow radiation pattern. There are inserted two commutation units: one for selection of maximum information signals from data receivers, the other for connection of output signal of transmitter to channel over which signal of maximum level is received. EFFECT: provision for parallel search modes across interval of uncertainty y delay and for tracking in each of L spatially-spaced channels of signal reception-transmission. 6 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, более конкретно к способам и устройствам приема-передачи многолучевых сигналов, и может быть использовано в системах цифровой радиосвязи с кодовым разделением каналов и других областях. The invention relates to radio engineering, and more particularly to methods and devices for the reception and transmission of multipath signals, and can be used in digital radio communication systems with code division multiplexing and other fields.

Уровень техники
Наиболее перспективными для подвижной и персональной связи в настоящее время являются системы множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA). В качестве носителя информации в CDMA используются шумоподобные сигналы (широкополосные сигналы, ШПС). Чем шире спектр широкополосных сигналов и свободнее от преднамеренных помех соответствующая для его передачи частотная полоса, тем более помехозащищенная и емкая по числу абонентов система связи может быть создана на ее основе. Этим требованиям удовлетворяют полосы частот в диапазоне не ниже ДМВ. Поэтому сотовые системы с кодовым разделением каналов (CDMA) ориентированы на диапазоны частот (815-870) МГц, 1800 МГц, 1900 МГц и выше, вплоть до оптического диапазона. Распространение радиоволн этих диапазонов в условиях больших городов (плотная, сплошная и высотная застройка улиц, транспортные развязки в виде эстакад, тоннелей и т.п. ), а также вне городов в условиях сильнопересеченной местности (холмистость, горы, лес) сопровождается явлением многолучевости и интерференции этих лучей. В результате чего возникают локальные замирания, вплоть до полного пропадания сигналов при противофазном сложении лучей и усиление сигнала при их синфазном суммировании. По этой причине образуются зоны затрудненного и уверенного приема. В подвижных системах связи вследствие относительного перемещения базовой станции и подвижной станции дополнительно возникает нестационарность параметров входного сигнала за счет изменяющихся комбинаций лучей, принимаемых подвижной и базовой станциями, имеющих разные по каждому лучу доплеровские сдвиги частоты несущей широкополосных сигналов, и вследствие нестационарных свойств самого радиоканала.State of the art
The most promising for mobile and personal communications at present are code division multiple access (CDMA) systems. Noise-like signals (broadband signals, ShPS) are used as the information carrier in CDMA. The wider the spectrum of broadband signals and freer from intentional interference is the frequency band appropriate for its transmission, the more noise-immune and capacious in terms of the number of subscribers communication system can be created on its basis. These requirements are met by frequency bands in the range of at least UHF. Therefore, cellular code division multiplexing (CDMA) systems are focused on the frequency ranges (815-870) MHz, 1800 MHz, 1900 MHz and higher, up to the optical range. The propagation of radio waves of these ranges in large cities (dense, continuous and high-rise building of streets, traffic interchanges in the form of overpasses, tunnels, etc.), as well as outside cities in highly rugged terrain (hills, mountains, forests) is accompanied by the phenomenon of multipath and interference of these rays. As a result, local fading occurs, up to the complete disappearance of signals during antiphase beam addition and signal amplification during their in-phase summation. For this reason, zones of difficult and confident reception are formed. In mobile communication systems, due to the relative movement of the base station and the mobile station, an additional non-stationarity of the input signal parameters arises due to the changing combinations of beams received by the mobile and base stations having Doppler frequency shifts of the carrier of broadband signals different for each beam, and due to the non-stationary properties of the radio channel itself.

В такой сложной динамической интерференционной картине при обработке входного сигнала возникает фединг с частотой, равной алгебраической сумме допплеровских сдвигов несущих частот в принимаемых лучах (Уильям К. Ли. Техника подвижных систем связи. М., "Радио и связь", 1985 г., главы 1, 3-7) [1]. In such a complex dynamic interference pattern, when the input signal is processed, fading occurs with a frequency equal to the algebraic sum of the Doppler shifts of the carrier frequencies in the received beams (William K. Lee. Technique of mobile communication systems. M., Radio and Communication, 1985, chapters 1, 3-7) [1].

Известны "Способ и устройство формирования сигнала в сотовых системах связи" (патент США N 5309474 МПК⁵ H 04 L 27/30) [2].Known "Method and device for signal formation in cellular communication systems" (US patent N 5309474 IPC ⁵ H 04 L 27/30) [2].

Способ заключается в том, что в прямом направлении на мобильной станции образуют L пространственно-разнесенных каналов приема-передачи сигнала, в каждом канале ведут поиск лучей сигнала на интервале неопределенности по задержке, из М обнаруженных лучей выделяют N ≤ М лучей, наибольших по уровню энергии, осуществляют их демодуляцию, выделяют информацию, а в обратном направлении передают информацию пользователя. The method consists in the fact that L spatially separated channels of signal reception and transmission are formed in the forward direction at the mobile station, each channel is searched for signal rays in the delay interval of uncertainty, from M detected rays N ≤ M rays with the highest energy level are extracted , they are demodulated, information is extracted, and user information is transmitted in the opposite direction.

Устройство приема-передачи сигналов мобильной станции в системе CDMA содержит антенну, диплексер, аналоговый приемник, приемник поиска и L приемников данных, блок объединения сигналов и декодер, блок данных пользователя, модулятор передатчика, регулятор мощности передатчика и усилитель мощности передатчика. A device for receiving and transmitting signals of a mobile station in a CDMA system comprises an antenna, a diplexer, an analog receiver, a search receiver and L data receivers, a signal combining unit and a decoder, a user data unit, a transmitter modulator, a transmitter power regulator, and a transmitter power amplifier.

Недостатком этого способа приема-передачи многолучевых сигналов и устройства для его реализации [2] является низкая помехозащищенность, приводящая к снижению емкости системы. The disadvantage of this method of reception and transmission of multipath signals and a device for its implementation [2] is the low noise immunity, leading to a decrease in system capacity.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу и устройству для его реализации является изобретение (патент США N 5109390 МПК⁵ H 04 L 27/30 "Разнесенный прием в сотовой радиотелефонной системе" [3].The closest technical solution to the claimed method and device for its implementation is the invention (US patent N 5109390 IPC ⁵ H 04 L 27/30 "Diversity reception in a cellular radiotelephone system" [3].

Устройство-прототип [3] в соответствии с фиг. 1 содержит антенну 1 для приема широкополосного сигнала от базовой станции и передачи широкополосного сигнала с мобильной станции на базовую станцию. The prototype device [3] in accordance with FIG. 1 comprises an antenna 1 for receiving a broadband signal from a base station and transmitting a broadband signal from a mobile station to a base station.

Диплексер 2 обеспечивает дуплексный режим работы мобильной станции, обеспечивает селекцию полос сигнала приемника и передатчика мобильной станции. Diplexer 2 provides a duplex mode of operation of the mobile station, provides selection of the signal bands of the receiver and transmitter of the mobile station.

Аналоговый приемник 3 принимает радиочастотные сигналы от диплексера 2 для усиления и преобразования в сигнал низкочастотной промежуточной частоты и выполняет управляющую функцию по регулировке мощности передатчика мобильной станции, вырабатывает аналоговый управляющий сигнал, который передает на регулятор мощности передатчика 10. The analog receiver 3 receives radio frequency signals from diplexer 2 for amplification and conversion into a low-frequency intermediate frequency signal and performs the control function of adjusting the transmitter power of the mobile station, generates an analog control signal that transmits to the transmitter power regulator 10.

Приемник поиска 4 непрерывно сканирует временной интервал неопределенности в окрестности обнаруженного временного положения (задержки) основного пилот-сигнала, принятого от базовой станции, и других лучей этого сигнала. В соответствии с выходным сигналом с управляющего процессора 6 приемник поиска 4 измеряет мощность любого из принятых сигналов с задержками, отличными от номинальной, и передает результаты измерений на управляющий процессор 6. Search receiver 4 continuously scans the uncertainty time interval in the vicinity of the detected time position (delay) of the main pilot signal received from the base station and other beams of this signal. In accordance with the output signal from the control processor 6, the search receiver 4 measures the power of any of the received signals with delays other than the nominal, and transmits the measurement results to the control processor 6.

Приемники данных 5-1 и 5-2 обрабатывают два из наиболее сильных сигнала, найденных приемником поиска 4, и выдают обработанный сигнал в блок объединения сигналов и декодер 7. Data receivers 5-1 and 5-2 process two of the strongest signals found by the search receiver 4, and provide the processed signal to the signal combining unit and decoder 7.

Управляющий процессор 6 в соответствии с поступающей информацией управляет приемниками данных 5-1 и 5-2, приемником поиска 4, модулятором передатчика 9 и регулятором мощности передатчика 10. Совместно с приемником поиска 4 управляющий процессор 6 организует непрерывный поиск сигнала базовой станции, формируя псевдослучайные последовательности с соответствующими задержками по времени. Из найденного множества откликов выделяет два наибольших и фиксирует соответствующие временные позиции псевдослучайных последовательностей. The control processor 6 in accordance with the incoming information controls the data receivers 5-1 and 5-2, the search receiver 4, the modulator of the transmitter 9 and the power regulator of the transmitter 10. Together with the search receiver 4, the control processor 6 organizes a continuous search for the signal of the base station, forming pseudorandom sequences with corresponding time delays. From the found set of responses, he selects the two largest ones and fixes the corresponding temporal positions of pseudo-random sequences.

Управляющий процессор совместно с приемниками данных 5-1 и 5-2 обеспечивает обработку найденных двух наибольших сигналов и осуществляет слежение за задержками этих сигналов. Управляющий процессор 6 в соответствии с полученной информацией с приемников данных 5-1 и 5-2 формирует управляющий сигнал для регулятора мощности передатчика 10 и необходимые кодирующие сигналы для модулятора передатчика. The control processor, together with data receivers 5-1 and 5-2, provides the processing of the found two largest signals and monitors the delays of these signals. The control processor 6 in accordance with the information received from the data receivers 5-1 and 5-2 generates a control signal for the power regulator of the transmitter 10 and the necessary coding signals for the modulator of the transmitter.

Блок объединения сигналов и декодер 7 суммирует два сигнала с приемников данных 5-1 и 5-2 с учетом задержек и декодирует полученный суммарный сигнал. Выходной сигнал с этого блока подается на блок данных пользователя 8. The signal combining unit and decoder 7 summarizes the two signals from the data receivers 5-1 and 5-2 taking into account the delays and decodes the received total signal. The output signal from this block is supplied to the user data block 8.

Блок данных пользователя 8 преобразует цифровой декодированный информационный сигнал в форму, соответствующую для устройств пользователя (факс, дисплей - цифровая форма, микротелефон - аналоговая). Преобразует информационное сообщение пользователя в цифровую форму для модулятора передатчика. The user data block 8 converts the digitally decoded information signal into a form suitable for user devices (fax, display — digital form, micro-telephone — analog). Converts user information message to digital form for transmitter modulator.

Модулятор передатчика 9 формирует сигнал для передатчика мобильной станции (кодирование Уолша, I, Q, L- псевдослучайные последовательности и прочее). The transmitter modulator 9 generates a signal for the transmitter of the mobile station (Walsh encoding, I, Q, L-pseudo-random sequences, etc.).

В регуляторе мощности передатчика 10 сигнал промежуточной частоты модулируется сигналом с модулятора передатчика 9. В результате получается псевдослучайный сигнал на промежуточной частоте, который регулируется по мощности сигналами управления с аналогового приемника 3 и управляющего процессора 6 и направляется на усилитель мощности передатчика 11. In the power regulator of the transmitter 10, the intermediate frequency signal is modulated by the signal from the modulator of the transmitter 9. As a result, a pseudo-random signal at the intermediate frequency is obtained, which is regulated by power control signals from the analog receiver 3 and the control processor 6 and sent to the power amplifier of the transmitter 11.

В усилителе мощности 11 входной широкополосный сигнал промежуточной частоты с регулятора мощности передатчика преобразуется в радиочастотный сигнал с помощью синтезатора частоты передатчика мобильной станции, усиливается по мощности до требуемого уровня и подается на диплексер 2. In the power amplifier 11, the input broadband signal of the intermediate frequency from the transmitter power regulator is converted into a radio frequency signal using the frequency synthesizer of the transmitter of the mobile station, amplified by power to the required level and fed to diplexer 2.

Недостатком этого способа приема-передачи многолучевых сигналов и устройства для его реализации [3] является низкая помехозащищенность, приводящая к снижению емкости системы. The disadvantage of this method of reception and transmission of multipath signals and a device for its implementation [3] is the low noise immunity, leading to a decrease in system capacity.

В системах мобильной связи с аналоговыми сигналами фединг возникает из-за переотражения сигнала передатчика только от близко расположенных объектов [1]. Эти объекты расположены внутри круга, в центре которого находится подвижная станция. Радиус круга составляет несколько десятков метров. In mobile communication systems with analog signals, fading occurs due to re-reflection of the transmitter signal only from closely located objects [1]. These objects are located inside the circle, in the center of which there is a mobile station. The radius of the circle is several tens of meters.

Для повышения помехозащищенности в условиях многолучевости необходимо вести прием нескольких компонент одного и того же широкополосного сигнала, приходящих с разных направлений. Такие отраженные сигналы можно разделить на две группы. Первая группа компонент широкополосных сигналов, приходящих с разных направлений с задержками, превышающими длительность чипа, модулирующей псевдослучайной последовательности τ_i. Вторая группа компонент широкополосных сигналов с задержками менее τ_i. Наличие таких групп подтверждается экспериментальными результатами [3], из которых следует, что задержки мощных компонент отраженных широкополосных сигналов (CDMA) могут достигать 20 мкс (в среднем 5 мкс ). Такие временные характеристики позволяют наиболее мощные и разнесенные более чем на ±τ_i компоненты широкополосного сигнала обрабатывать раздельно друг от друга, т.к. их взаимнокорреляционные функции равны 0, т.е. возможна временная селекция таких компонент. Для широкополосного сигнала с задержками, не превышающими ±τ_i относительно выбранных автономных лучей (групповой сигнал), взаимнокорреляционные функции не равны нулю. Сигналы попадают в апертуру временного дискриминатора, искажают дискриминационную характеристику блока слежения за задержкой сигнала и воспринимаются как групповой сигнал. В результате этого снижается эффективность блока слежения за задержкой сигнала, и может происходить срыв слежения. Тем более, что типичными являются условия, когда групповой сигнал широкополосных сигналов формируется из сигналов, приходящих с разных направлений и имеющих относительную задержку не более τ_i. Поэтому в групповом широкополосном сигнале дополнительно возможен фединг, тем более глубокий, чем больше отличаются друг от друга направления прихода каждого луча группы на входе приемника.To increase noise immunity in multipath conditions, it is necessary to receive several components of the same broadband signal coming from different directions. Such reflected signals can be divided into two groups. The first group of components of broadband signals arriving from different directions with delays exceeding the duration of the chip modulating the pseudorandom sequence τ _i . The second group of components of broadband signals with delays less than τ _i . The presence of such groups is confirmed by experimental results [3], from which it follows that the delays of the high-power components of the reflected broadband signals (CDMA) can reach 20 μs (on average 5 μs). Such time characteristics allow the most powerful and separated by more than ± τ _i components of the broadband signal to be processed separately from each other, because their cross-correlation functions are 0, i.e. temporary selection of such components is possible. For a broadband signal with delays not exceeding ± τ _i relative to the selected autonomous rays (group signal), the cross-correlation functions are not equal to zero. The signals enter the aperture of the temporary discriminator, distort the discriminatory characteristic of the signal delay tracking unit and are perceived as a group signal. As a result of this, the efficiency of the signal delay tracking unit decreases, and the tracking failure can occur. Moreover, typical conditions are when a group signal of broadband signals is formed from signals coming from different directions and having a relative delay of not more than τ _i . Therefore, in a group broadband signal, fading is additionally possible, the deeper, the more the arrival directions of each group beam at the receiver input differ from each other.

Таким образом система обработки может быть представлена в следующем виде: существует несколько наиболее интенсивных лучей, разнесенных относительно друг друга более чем на τ_i. Рядом с этими лучами концентрируются лучи с задержками по отношению к основному менее чем на τ_i. Такая структура (композиция) считается автономным групповым сигналом и далее может рассматриваться автономно (независимо) от других.Thus, the processing system can be represented in the following form: there are several most intense rays spaced relative to each other by more than τ _i . Near these rays are concentrated rays with delays in relation to the main less than τ _i . Such a structure (composition) is considered an autonomous group signal and can then be considered autonomously (independently) from others.

Оценим значения возможного фединга в групповом сигнале. Let us evaluate the values of possible fading in a group signal.

Известно, что геометрическим местом точек, для которых сумма расстояний от двух заданных точек есть величина постоянная, является эллипс (И.Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. Справочник по математике. М. "Наука". 1965, с. 206) [4]. It is known that the geometrical location of points for which the sum of the distances from two given points is a constant value is an ellipse (I. N. Bronstein, K. A. Semendyaev. Handbook of Mathematics. M. "Science". 1965, p. 206) [4].

Используя это определение и взаимнокорреляционные свойства широкополосного сигнала, можно построить область, в которой возможен прием отраженных лучей с задержками

Внутри этой области взаимнокорреляционная функция не равна нулю, все широкополосные сигналы с такими задержками участвуют в образовании фединга, вне этой области взаимнокорреляционная функция равна нулю, и все такие широкополосные сигналы на блок слежения за задержкой сигнала не влияют. Эта область ограничена эллипсоидом вращения, в фокусах которого располагаются базовая (БС) и мобильная станции (МС). Центральное сечение по большей оси эллипсоида - эллипс со следующими характеристиками (см. фиг. 2), где показано главное сечение области возникновения переотраженных сигналов, вызывающих фединг широкополосных сигналов. На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 21 - расстояние между базовой и мобильной станциями; r₁ и r₂; - фокальные радиусы-векторы; 2a - большая ось эллипса; 2b - малая ось эллипса, следовательно:
2a = 2l+(r₁+r₂) = 2l+C•τ_i,
где C - скорость света,
(r₁ + r₂ - путь распространения отраженного луча, тогда

α - угол между вектором скорости

и направлением МС - БС.Using this definition and the cross-correlation properties of a broadband signal, it is possible to construct a region in which reception of reflected rays with delays is possible

Inside this region, the cross-correlation function is not equal to zero, all broadband signals with such delays participate in the formation of fading, outside this region, the cross-correlation function is equal to zero, and all such wideband signals do not affect the signal delay tracking unit. This region is limited by an ellipsoid of revolution, in the foci of which are located the base station (BS) and the mobile station (MS). The central section along the major axis of the ellipsoid is an ellipse with the following characteristics (see Fig. 2), which shows the main section of the region of occurrence of the reflected signals causing fading of broadband signals. In FIG. 2, the following designations are adopted: 21 - the distance between the base and mobile stations; r ₁ and r ₂ ; - focal radius vectors; 2a is the major axis of the ellipse; 2b is the small axis of the ellipse, therefore:
2a = 2l + (r ₁ + r ₂ ) = 2l + C • τ _i ,
where C is the speed of light,
(r ₁ + r ₂ is the propagation path of the reflected beam, then

α is the angle between the velocity vector

and the direction of the MS - BS.

На фиг. 2 в качестве примера показана интерференция на мобильной станции четырех лучей широкополосных сигналов с базовой станции: прямого луча БС - МС, БС - А- МС, луча, отраженного от объекта A; луча БС - Е - МС, отраженного от объекта E; луча БС - В - МС, отраженного от объекта B. In FIG. 2 as an example, interference is shown at a mobile station with four beams of broadband signals from a base station: a direct beam BS - MS, BS - A-MS, a beam reflected from object A; beam BS - E - MS reflected from object E; beam BS - B - MS reflected from object B.

Следует отметить, что при использовании на базовых станциях системы с кодовым разделением каналов (CDMA) секторных антенн с диаграммами направленности 120^o сигналы, отраженные из области, показанной штриховкой на фиг. 2, на мобильную станцию с базовой станции и на базовую станцию с мобильной станции - отсутствуют.It should be noted that when using sector-based code division multiplexing (CDMA) systems at base stations with 120 ^° radiation patterns, the signals reflected from the region shown by shading in FIG. 2, to the mobile station from the base station and to the base station from the mobile station — none.

При движении мобильной станции относительно базовой станции изменяется расстояние между ними 21 и, следовательно, параметры эллипсоида. Как известно (Тузов Т.И. Выделение и обработка информации в доплеровских системах. М., "Советское радио", 1967 г.) [5], в зависимости от радиальной составляющей скорости V_R (фиг. 2),
V_R= V•cosα
изменяется частота доплеровского сдвига несущей широкополосного сигнала и частота фединга. Максимальный фединг наблюдается при α, равном 0^o или 180^o, когда в антенне мобильной станции складывается прямой луч с базовой станции и отраженный от объекта E. Так при скорости V = 100 миль/ч доплеровский сдвиг несущей CDMA достигает Δf₀ = 180 Гц, а частота биений между прямым и отраженным лучами (фединг) удваивается и составляет F_ftd=360 Гц. Минимальный, нулевой, фединг при двух лучах наблюдается при α = 90^o. Эти результаты справедливы для мобильной станции с круговой диаграммой направленности антенны.When the mobile station moves relative to the base station, the distance between them 21 and, therefore, the parameters of the ellipsoid change. As you know (Tuzov TI. Isolation and processing of information in Doppler systems. M., "Soviet Radio", 1967) [5], depending on the radial component of the speed V _R (Fig. 2),
V _R = V • cosα
the frequency of the Doppler shift of the carrier of the broadband signal and the frequency of the fading are changed. The maximum fading is observed at α equal to 0 ^o or 180 ^o , when a direct beam from the base station and reflected from object E is added to the antenna of the mobile station. So, at a speed of V = 100 mph, the Doppler shift of the CDMA carrier reaches Δf ₀ = 180 Hz, and the beat frequency between the direct and reflected beams (fading) doubles and amounts to F _ftd = 360 Hz. Minimal, zero, fading at two beams is observed at α = 90 ^o . These results are valid for a mobile station with a circular antenna pattern.

Поясним явление нестационарности сигнала из-за пропадания-появления различных комбинаций прямого и отраженных сигналов. Let us explain the phenomenon of unsteadiness of the signal due to the disappearance-appearance of various combinations of direct and reflected signals.

На фиг. 3 показаны главные сечения эллипсоидов областей существования интерференции (фединга) широкополосных сигналов на движущейся мобильной станции для двух моментов времени t₁ и t₂. Из фиг. 3 следует, что при движении мобильной станции изменяется расстояние между мобильной и базовой станциями. Иными словами, изменяются параметры эллипсоидов существования фединга, изменяется их объем, и происходит поворот главной оси эллипсоида вокруг фокуса базовой станции. Следовательно, в момент t₂ изменяется набор объектов отражения сигнала базовой станции, существовавший в момент t₁. В то же время параметры сигналов, отражаемых от объектов, общих для этих двух эллипсов, изменяют свои характеристики. Может изменяться угол прихода лучей базовой станции на новое положение мобильной станции, трансформироваться плоскость поляризации отраженной радиоволны и уровень принимаемого радиосигнала.In FIG. Figure 3 shows the main sections of the ellipsoids of the regions of existence of interference (fading) of broadband signals at a moving mobile station for two time instants t ₁ and t ₂ . From FIG. 3 it follows that when the mobile station moves, the distance between the mobile and base stations changes. In other words, the parameters of the ellipsoids of the existence of the fading change, their volume changes, and the main axis of the ellipsoid rotates around the focus of the base station. Therefore, at time t ₂ , the set of reflection objects of the base station signal that existed at time t ₁ changes. At the same time, the parameters of signals reflected from objects common to these two ellipses change their characteristics. The angle of arrival of the rays of the base station to the new position of the mobile station may change, the plane of polarization of the reflected radio wave and the level of the received radio signal can be transformed.

Поэтому для уменьшения частоты фединга и его подавления следует уменьшить область, где возможен прием отраженных лучей. При этом в первую очередь необходимо исключить сигналы, отраженные от объектов, расположенных в задней полусфере мобильной станции, и сконцентрировать область приема симметрично относительно направления принимаемого луча. Therefore, to reduce the frequency of fading and its suppression, it is necessary to reduce the area where the reception of reflected rays is possible. In this case, first of all, it is necessary to exclude signals reflected from objects located in the rear hemisphere of the mobile station, and to concentrate the receiving region symmetrically with respect to the direction of the received beam.

Сущность изобретения
Задача, на решение которой направлены заявляемый способ приема-передачи многолучевых сигналов (варианты) и устройство приема-передачи сигнала мобильной станции системы радиосвязи с кодовым разделением каналов (варианты), - это повышение помехозащищенности и увеличение емкости системы радиосвязи с кодовым разделением каналов (CDMA).SUMMARY OF THE INVENTION
The problem to which the claimed method of receiving and transmitting multipath signals (options) and a device for receiving and transmitting a signal of a mobile station of a radio communication system with code division multiplexing (variants) is directed is to increase the noise immunity and increase the capacity of a radio communication system with code division multiplexing (CDMA) .

Способ приема-передачи многолучевых сигналов в сотовой системе радиосвязи с кодовым разделением каналов по первому варианту реализации заключается в следующем. На мобильной станции образуют L пространственно-разнесенных каналов приема-передачи сигнала. В каждом канале ведут поиск лучей сигнала на интервале неопределенности по задержке. Из М обнаруженных лучей выделяют N ≤ M лучей, наибольших по уровню энергии, и осуществляют их демодуляцию. Новым в способе является то, что решение о принятом сигнале принимают по совокупности N демодулированных сигналов лучей. Параллельно продолжают поиск новых лучей и, если вновь обнаруженный луч больше, чем минимальный из N, ранее обнаруженных лучей, то осуществляют демодуляцию вновь обнаруженного луча. В обратном направлении сигнал передают по каналу наибольшей мощности принимаемого сигнала. The method of receiving and transmitting multipath signals in a cellular radio communication system with code division multiplexing according to the first embodiment is as follows. At the mobile station, L spatially separated signal reception-transmission channels are formed. In each channel, they search for signal beams in the delay interval. From M detected rays, N ≤ M rays, the highest in energy level, are isolated and demodulated. New in the method is that the decision on the received signal is made by a set of N demodulated beam signals. In parallel, the search for new rays continues, and if the newly detected ray is greater than the minimum of N previously detected rays, then the newly detected ray is demodulated. In the opposite direction, the signal is transmitted through the channel of the highest power of the received signal.

Таким образом предложенный способ обеспечивает параллельные режимы поиска на интервале неопределенности по задержке и слежения в каждом из L пространственно-разнесенных каналов приема-передачи сигнала. В режиме поиска оценивают задержку по времени и направление прихода луча. В режиме слежения ведут точную подстройку по задержке и направлению прихода луча. Реализация способа по этому варианту обеспечивает прием и обработку лучей сигнала с максимальной энергией. Сигнал в обратном направлении передают с учетом максимальной мощности принимаемого сигнала. Thus, the proposed method provides parallel search modes on the interval of uncertainty in delay and tracking in each of the L spatially separated channels of the transmission of the signal. In search mode, the time delay and the direction of arrival of the beam are estimated. In tracking mode, they fine-tune the delay and direction of arrival of the beam. The implementation of the method according to this embodiment provides the reception and processing of signal beams with maximum energy. The signal in the opposite direction is transmitted taking into account the maximum power of the received signal.

Способ приема-передачи многолучевых сигналов в сотовой системе радиосвязи с кодовым разделением каналов по второму варианту заключается в следующем. На мобильной станции образуют L пространственно-разнесенных каналов приема-передачи сигнала. В каждом канале ведут поиск лучей сигнала на интервале неопределенности по задержке. Из М обнаруженных лучей выделяют N ≤ M лучей, наибольших по уровню энергии, и осуществляют их демодуляцию. Новым в способе является то, что решение о принятом сигнале принимают по совокупности N демодулированных сигналов лучей. Параллельно демодуляции сигнала проводят усредненную оценку доплеровского сдвига частоты несущей одного или нескольких лучей, направление прихода которых максимально совпадает с направлением движения мобильной станции. Полученную усредненную оценку используют для вычисления доплеровского сдвига частоты несущей в остальных пространственно-разнесенных каналах приема как проекцию значения этой усредненной оценки на направление определяемого канала, при этом предполагают, что направление прихода лучей совпадает с ориентацией пространственно-разнесенного канала приема. Полученные результаты используют для компенсации доплеровского сдвига частоты несущей демодулированных сигналов в каждом пространственно-разнесенном канале приема. Параллельно продолжают поиск новых лучей с учетом доплеровского сдвига частоты в каждом канале. Если вновь обнаруженный луч больше, чем минимальный из N ранее обнаруженных лучей, то осуществляют демодуляцию вновь обнаруженного луча. В обратном направлении сигнал передают по каналу наибольшей мощности принимаемого сигнала с учетом поправки на доплеровский сдвиг в каждом пространственно-разнесенном канале. The method of reception and transmission of multipath signals in a cellular radio communication system with code division multiplexing according to the second embodiment is as follows. At the mobile station, L spatially separated signal reception-transmission channels are formed. In each channel, they search for signal beams in the delay interval. From M detected rays, N ≤ M rays, the highest in energy level, are isolated and demodulated. New in the method is that the decision on the received signal is made by a set of N demodulated beam signals. In parallel with the signal demodulation, an average estimate of the Doppler frequency shift of the carrier of one or more beams is carried out, the direction of arrival of which coincides with the direction of movement of the mobile station. The obtained averaged estimate is used to calculate the Doppler shift of the carrier frequency in the other spatially separated reception channels as a projection of the value of this averaged estimate on the direction of the channel being determined, and it is assumed that the direction of arrival of the rays coincides with the orientation of the spatially separated reception channel. The results are used to compensate for the Doppler frequency shift of the carrier of demodulated signals in each spatially separated reception channel. In parallel, they continue to search for new rays, taking into account the Doppler frequency shift in each channel. If the newly detected ray is greater than the minimum of N previously detected rays, then the newly detected ray is demodulated. In the opposite direction, the signal is transmitted along the channel with the highest power of the received signal, taking into account the correction for Doppler shift in each spatially separated channel.

Таким образом, второй вариант реализации способа позволяет дополнительно к режимам поиска на интервале неопределенности по задержке и слежению в каждом из L пространственно-разнесенных каналов приема-передачи оценить и скомпенсировать доплеровские сдвиги частоты в принимаемых сигналах, облегчая, таким образом, возможность реализации режимов когерентного приема. Thus, the second embodiment of the method allows, in addition to the search modes on the uncertainty interval for delay and tracking in each of the L spatially separated transmit-receive channels, to evaluate and compensate for Doppler frequency shifts in the received signals, thereby facilitating the possibility of implementing coherent reception modes .

Для реализации способа по первому варианту предлагается два варианта реализации устройства приема-передачи сигнала мобильной станции. To implement the method according to the first embodiment, two embodiments of a device for receiving and transmitting a signal of a mobile station are proposed.

Устройство приема-передачи мобильной станции многолучевых сигналов в системе радиосвязи с кодовым разделением каналов по первому варианту так же, как и прототип [3], содержит антенну, диплексер, аналоговый приемник, приемник поиска, L приемников данных, управляющий процессор, блок объединения сигналов с декодером, блок данных пользователя, модулятор передатчика, регулятор мощности передатчика, усилитель мощности передатчика. Новым в устройстве является то, что сформированы L аналогичных и параллельно расположенных ветвей приема-передачи сигнала, в каждой из которых антенна выполнена пространственно-ориентированной с узкой диаграммой направленности. Введены два блока коммутации в блок-схему устройства. Первый блок коммутации введен для выбора максимальных информационных сигналов с приемников данных. Второй блок коммутации введен для подключения выходного сигнала передатчика к каналу, по которому принимается сигнал максимального уровня. The device for receiving and transmitting a mobile station of multipath signals in a code division multiplexed radio communication system according to the first embodiment, like the prototype [3], contains an antenna, a diplexer, an analog receiver, a search receiver, L data receivers, a control processor, a signal combining unit with decoder, user data block, transmitter modulator, transmitter power regulator, transmitter power amplifier. What is new in the device is that L similar and parallel located signal receiving-transmitting branches are formed, in each of which the antenna is made spatially oriented with a narrow radiation pattern. Two switching units have been introduced into the device block diagram. The first switching unit is introduced to select the maximum information signals from the data receivers. The second switching unit is introduced to connect the output signal of the transmitter to the channel through which the maximum level signal is received.

Устройство приема-передачи мобильной станции многолучевых сигналов в системе радиосвязи с кодовым разделением каналов по второму варианту так же, как и прототип [3], содержит антенну, диплексер, аналоговый приемник, приемник поиска, L приемников данных, управляющий процессор, блок объединения сигналов с декодером, блок данных пользователя, модулятор передатчика, регулятор мощности передатчика, усилитель мощности передатчика. Новым в устройстве является то, что сформированы L аналогичных и параллельно расположенных ветвей приема-передачи сигнала, в каждой из которых антенна выполнена пространственно-ориентированной с узкой диаграммой направленности. Дополнительно в каждую ветвь приема-передачи сигнала введен блок управления диаграммой направленности. Блок управления диаграммой направленности формирует сигнал управления, в соответствии с которым ориентирует диаграммы направленности секторных антенн по углу до получения максимума отклика по входному сигналу. The device for receiving and transmitting a mobile station for multipath signals in a code division multiplexed radio communication system according to the second embodiment, like the prototype [3], contains an antenna, a diplexer, an analog receiver, a search receiver, L data receivers, a control processor, a signal combining unit with decoder, user data block, transmitter modulator, transmitter power regulator, transmitter power amplifier. What is new in the device is that L similar and parallel located signal receiving-transmitting branches are formed, in each of which the antenna is made spatially oriented with a narrow radiation pattern. In addition, a radiation pattern control unit is introduced into each branch of the signal reception and transmission. The radiation pattern control unit generates a control signal, in accordance with which it directs the directional patterns of sector antennas in an angle to obtain the maximum response from the input signal.

Введены три блока коммутации в блок-схему устройства. Первый блок коммутации введен для выбора максимальных информационных сигналов с приемников данных. Второй блок коммутации введен для подключения выходного сигнала передатчика к каналу, по которому принимается сигнал максимального уровня. Третий блок коммутации введен для формирования сигналов управления блоком управления диаграммой направленности в каждой ветви приема-передачи сигнала. Three switching blocks have been introduced into the device block diagram. The first switching unit is introduced to select the maximum information signals from the data receivers. The second switching unit is introduced to connect the output signal of the transmitter to the channel through which the maximum level signal is received. The third switching unit is introduced for generating control signals by the radiation pattern control unit in each signal receiving-transmitting branch.

Для реализации способа по второму варианту предлагается устройство приема-передачи мобильной станции многолучевых сигналов, которое дополнительно к предыдущим двум вариантам позволяет осуществить оценку доплеровского сдвига частоты несущей и скомпенсировать доплеровские сдвиги частоты в принимаемых сигналах. Для этого авторы разработали блок измерения доплеровского сдвига частоты, который может быть реализован как в устройстве по первому варианту, так и в устройстве по второму варианту исполнения. To implement the method according to the second embodiment, a device for transmitting and receiving a mobile station of multipath signals is proposed, which, in addition to the previous two options, makes it possible to estimate the Doppler frequency shift of the carrier and compensate for Doppler frequency shifts in the received signals. For this, the authors developed a block for measuring the Doppler frequency shift, which can be implemented both in the device according to the first embodiment and in the device according to the second embodiment.

Например, если блок измерения допплеровского сдвига частоты включить в блок-схему устройства приема-передачи сигнала мобильной станции по первому варианту реализации, то соответственно устройство приема-передачи мобильной станции многолучевых сигналов по третьему варианту исполнения будет содержать все признаки предлагаемого устройства по первому варианту, при этом дополнительно содержит блок оценки допплеровского сдвига частоты. For example, if the unit for measuring the Doppler frequency shift is included in the block diagram of the device for receiving and transmitting a signal of a mobile station according to the first embodiment, then the device for receiving and transmitting a mobile station of multipath signals according to the third embodiment will contain all the features of the proposed device according to the first embodiment, when this further comprises a unit for evaluating the Doppler frequency shift.

Перечень фигур чертежей и блок-схем
На фиг. 1 изображена блок-схема приемного устройства мобильной станции системы радиосвязи с кодовым разделением каналов (прототип). Фиг. 2 иллюстрирует главное сечение области возникновения отраженных сигналов, вызывающих фединг широкополосных сигналов, где 2l - расстояние между базовой и мобильной станциями; r1 и r2 - фокальные радиусы-векторы; 2a - большая ось эллипса; 2b - малая ось эллипса. Фиг. 2 в качестве примера иллюстрирует фединг на мобильной станции (МС) четырех лучей широкополосных сигналов с базовой станции: прямого луча; луча БС - А - МС, отраженного от объекта A; луча БС - Е - МС, отраженного от объекта E; луча БС - В - МС, отраженного от объекта B. Фиг. 3 иллюстрирует главные сечения эллипсоидов областей существования фединга широкополосных сигналов на движущейся мобильной станции для двух моментов времени t1 и t2. На фиг. 4 представлена блок-схема устройства приема-передачи сигнала мобильной станции системы радиосвязи с кодовым разделением каналов (заявляемое устройство по первому варианту), на фиг. 5 - блок-схема устройства приема-передачи сигнала мобильной станции системы радиосвязи с кодовым разделением каналов (заявляемое устройство по второму варианту), на фиг. 6 - блок-схема устройства приема-передачи сигнала мобильной станции системы радиосвязи с кодовым разделением каналов (заявляемое устройство по третьему варианту). На фиг. 7 изображен блок оценки допплеровского сдвига частоты. Фиг. 8 иллюстрирует тело неопределенности экстремальной системы регулирования, одна из координат этой системы - задержка (τ), другая координата - угол отклонения оси диаграммы направленности от направления на источник сигнала по азимуту α, третья координата - отсчеты корреляционной функции Bi(τ,α) принимаемого сигнала.List of drawings and block diagrams
In FIG. 1 shows a block diagram of a receiver of a mobile station of a code division multiplexed radio communication system (prototype). FIG. 2 illustrates a main section of the region of occurrence of reflected signals causing fading of broadband signals, where 2l is the distance between the base and mobile stations; r1 and r2 are focal radius vectors; 2a is the major axis of the ellipse; 2b is the small axis of the ellipse. FIG. 2 illustrates by way of example the fading on a mobile station (MS) of four beams of broadband signals from a base station: a direct beam; beam BS - A - MS reflected from object A; beam BS - E - MS reflected from object E; beam BS - B - MS reflected from object B. FIG. 3 illustrates the main cross-sections of the ellipsoids of the broadband signal fading areas of a moving mobile station for two time instants t1 and t2. In FIG. 4 shows a block diagram of a signal transmitting and receiving device of a mobile station of a code division multiplexed radio communication system (the claimed device according to the first embodiment), FIG. 5 is a block diagram of a signal transmitting and receiving device of a mobile station of a code division multiplexed radio communication system (the claimed device according to the second embodiment), FIG. 6 is a block diagram of a signal transmitting and receiving device of a mobile station of a code division multiplexed radio communication system (the claimed device according to the third embodiment). In FIG. 7 shows a block for estimating a Doppler frequency shift. FIG. 8 illustrates the uncertainty body of an extreme control system, one of the coordinates of this system is the delay (τ), the other coordinate is the angle of deviation of the axis of the radiation pattern from the direction to the signal source in azimuth α, the third coordinate is the readings of the correlation function Bi (τ, α) of the received signal .

Возможность осуществления изобретения
Устройство приема-передачи мобильной станции многолучевых сигналов в системе радиосвязи с кодовым разделением каналов по первому варианту выполнено следующим образом (фиг. 4).The possibility of carrying out the invention
The device transmit-receive of a mobile station multipath signals in a radio communication system with code division multiplexing according to the first embodiment is as follows (Fig. 4).

Для приема-передачи многолучевого сигнала сформированы L аналогичных ветвей приема-передачи сигнала. В каждой ветви приема-передачи сигнала прием осуществляют на пространственно-ориентированные антенны с узкой диаграммой направленности 1-1 - 1-L. To receive and transmit a multipath signal, L similar branches of signal reception and transmission are formed. In each branch of the signal reception and transmission, reception is carried out on spatially oriented antennas with a narrow radiation pattern 1-1 - 1-L.

Суммарная диаграмма направленности всех секторных антенн 1-1 - 1-L образует круговую диаграмму направленности, следовательно, обеспечивает возможность для оперативного анализа приходящего полезного сигнала с различных направлений приемниками поиска 4-1 - 4-L. При этом по максимальному отклику на выходах приемников поиска 4-1 - 4-L определяется соответствующая временная задержка τ_j, направление с точностью до номера сектора принимаемого луча и его мощность.The total radiation pattern of all sector antennas 1-1 - 1-L forms a circular radiation pattern, therefore, provides the opportunity for operational analysis of the incoming useful signal from different directions by search receivers 4-1 - 4-L. Moreover, according to the maximum response at the outputs of the search receivers 4-1 - 4-L, the corresponding time delay τ _j , the direction accurate to the sector number of the received beam and its power are determined.

Каждая диаграмма направленности секторной антенны выбирается из условия обеспечения частоты фединга, не превышающего заданной величины. Each sector antenna pattern is selected from the condition of providing a fading frequency not exceeding a predetermined value.

С выхода каждой антенны 1-1 - 1-L сигнал поступает на диплексеры 2-1 -2-L, которые обеспечивают дуплексный режим работы мобильной станции. From the output of each antenna 1-1 - 1-L, the signal enters the diplexers 2-1 -2-L, which provide a duplex mode of operation of the mobile station.

Выходные сигналы с диплексеров 2-1 - 2-L поступают в соответствующие им аналоговые приемники 3-1 - 3-L, которые преобразует аналоговый сигнал в цифровой и передают его на приемники поиска 4-1 - 4-L и приемники данных 5-1 -5-L, а также в качестве управляющего сигнала на регулятор мощности передатчика 10. The output signals from 2-1 - 2-L diplexers are sent to the corresponding 3-1 - 3-L analog receivers, which convert the analog signal to a digital one and transmit it to 4-1 - 4-L search receivers and 5-1 data receivers -5-L, and also as a control signal to the power regulator of the transmitter 10.

Приемники поиска 4-1 - 4-L анализируют входной сигнал последовательно по задержке на всей длине псевдослучайной последовательности и параллельно во всех секторах диаграммы направленности по направлению. Search receivers 4-1 to 4-L analyze the input signal sequentially by delay over the entire length of the pseudo-random sequence and in parallel in all sectors of the directional pattern.

Например, если на входе приемника поиска в i секторе круговой диаграммы направленности присутствует сигнал с текущей задержкой τ_j генератора псевдослучайной последовательности поиска, то на выходе приемника поиска 4-i появляется отклик в виде корреляционной функции α_i. значение которой соответствует временной задержке

и углу прихода луча τ_j
В процессе поиска выходные данные B′(τ_j;α_i), всех приемников поиска 4-1 - 4-L для всей области неопределенности временных задержек и угла прихода запоминают в управляющем процессоре 6.For example, if a signal with a current delay τ _{j of} a pseudo-random search sequence generator is present at the input of the search receiver in the i sector of the circular radiation pattern, then the response in the form of the correlation function α _i appears at the output of the search receiver 4- _i . the value of which corresponds to a time delay

and the beam arrival angle τ _j
In the search process, the output data B ′ (τ _j ; α _i ), all search receivers 4-1 - 4-L for the entire region of uncertainty of time delays and the angle of arrival are stored in the control processor 6.

На каждом шаге анализа управляющий процессор 6 осуществляет выбор текущих N из М ≤ L максимальных значений корреляционных функций. По завершении цикла поиска лучей по задержке распространения по N максимальным отсчетам B′(τ_j,α_i) осуществляют переход в режим слежения за этими N лучами. Для этого управляющий процессор 6 выбирает N соответствующих приемников данных из 5-1 - 5-L, устанавливая генераторы псевдослучайных последовательностей в них в позиции, соответствующие максимуму B′(τ_j,α_i).
Одновременно первые выходы приемников данных 5-1 - 5-L, которые являются информационными, через первый блок коммутации 12 подключают к блоку объединения сигналов с декодером 7. Первый блок коммутации 12 введен в блок-схему заявляемого устройства для выбора максимальных информационных сигналов с приемников данных 5-1- 5-L и передачи их на блок объединения сигналов с декодером 7. То есть первый блок коммутации 12 подключает N из М ≤ L выходов приемников данных 5-1 - 5-L, имеющих наибольшие отклики к блоку объединения сигналов с декодером 7 и проводит замену их по результатам параллельного анализа принимаемого сигнала приемниками поиска 4-1 - 4-L.At each step of the analysis, the control processor 6 selects the current N from M ≤ L maximum values of the correlation functions. At the end of the ray search cycle by the propagation delay in N maximum samples B ′ (τ _j , α _i ), they switch to the tracking mode for these N rays. For this, the control processor 6 selects N corresponding data receivers from 5-1 - 5-L, setting the pseudorandom sequence generators in them at the positions corresponding to the maximum B ′ (τ _j , α _i ).
At the same time, the first outputs of the data receivers 5-1 to 5-L, which are informational, are connected through the first switching unit 12 to the signal combining unit with the decoder 7. The first switching unit 12 is inserted into the block diagram of the inventive device to select the maximum information signals from the data receivers 5-1-5-L and transmitting them to the signal combining unit with the decoder 7. That is, the first switching unit 12 connects N of M ≤ L outputs of the 5-1 - 5-L data receivers having the greatest responses to the signal combining unit with the decoder 7 and carries out replacements according to the results of a parallel analysis of the received signal by their search receivers 4-1 - 4-L.

Информационные последовательности разных лучей совмещаются по задержкам и суммируются в блоке объединения сигналов с декодером 7, обеспечивая таким образом максимальное отношение сигнал/помеха на выходе блока объединения сигналов с декодером 7. Information sequences of different beams are delayed and summed in the signal combining unit with decoder 7, thus providing the maximum signal / noise ratio at the output of the signal combining unit with decoder 7.

Далее процессы поиска лучей и слежения за максимальными из них идут параллельно. При обнаружении более мощного луча организуется слежение за ним и замена им наименьшего по мощности луча в блоке объединения сигналов с декодером 7. Further, the processes of searching for rays and tracking the maximum of them go in parallel. When a more powerful beam is detected, tracking is organized and it replaces the lowest beam power in the signal combining unit with decoder 7.

Использование секторной диаграммы направленности каналов слежения для передачи информационного сигнала позволяет экономно и целенаправленно использовать энергетику передатчика в обратном канале и получать лучшие характеристики системы связи в части помехозащищенности и фединга. Using the sector pattern of the tracking channels for transmitting the information signal allows you to economically and purposefully use the transmitter energy in the return channel and get the best characteristics of the communication system in terms of noise immunity and fading.

Второй блок коммутации 13 подключает передаваемый сигнал с необходимой мощностью (энергией) к диплексеру той ветви приема-передачи сигнала, в которой принимаемый сигнал наибольший (максимальный). The second switching unit 13 connects the transmitted signal with the necessary power (energy) to the diplexer of the branch of the signal reception-transmission in which the received signal is the largest (maximum).

Управляющий процессор 6 в соответствии с поступающей информацией управляет приемниками данных 5-1 и 5-L, приемниками поиска 4-1 - 4-L, модулятором передатчика 9 и регулятором мощности передатчика 10. Совместно с приемником поиска 4 управляющий процессор 6 организует непрерывный поиск сигнала базовой станции, формируя псевдослучайные последовательности с соответствующими задержками по времени. Из найденного множества откликов выделяет N наибольших и фиксирует соответствующие временные позиции псевдослучайных последовательностей. The control processor 6 in accordance with the incoming information controls the data receivers 5-1 and 5-L, the search receivers 4-1 to 4-L, the modulator of the transmitter 9 and the power regulator of the transmitter 10. Together with the search receiver 4, the control processor 6 organizes a continuous search for the signal base station, forming pseudo-random sequences with corresponding time delays. From the found set of responses, N is selected the largest and fixes the corresponding temporal positions of pseudo-random sequences.

Управляющий процессор 6 совместно с приемниками данных 5-1 - 5-L обеспечивает обработку найденных N наибольших сигналов и осуществляет слежение за задержками этих сигналов. Управляющий процессор 6 в соответствии с полученной информацией с приемников данных 5-1 - 5-L формирует управляющий сигнал для регулятора мощности передатчика 10 и необходимые кодирующие сигналы для модулятора передатчика. The control processor 6, together with data receivers 5-1 - 5-L, provides the processing of the found N largest signals and monitors the delays of these signals. The control processor 6 in accordance with the information received from the data receivers 5-1 to 5-L generates a control signal for the power regulator of the transmitter 10 and the necessary coding signals for the modulator of the transmitter.

Блок объединения сигналов с декодером 7 суммирует N сигналов с приемников данных 5-1 - 5-L с учетом задержек и декодирует полученный суммарный сигнал. Выходной сигнал с этого блока подается на блок данных пользователя 8. The signal combining unit with decoder 7 sums the N signals from the data receivers 5-1 to 5-L, taking into account the delays, and decodes the resulting total signal. The output signal from this block is supplied to the user data block 8.

Блок данных пользователя 8 преобразует принятый цифровой декодированный информационный сигнал в форму, соответствующую устройствам пользователя (факс, дисплей - цифровая форма, микротелефон - аналоговая) и преобразует информационное сообщение пользователя в цифровую форму для модулятора передатчика. The user data block 8 converts the received digitally decoded information signal into a form corresponding to user devices (fax, display — digital form, microtelephone — analog), and converts the user's information message into digital form for the transmitter modulator.

В регуляторе мощности передатчика 10 сигнал промежуточной частоты модулируется сигналом с модулятора передатчика 9. В результате получается псевдослучайный сигнал на промежуточной частоте, который регулируется по мощности сигналами управления с аналоговых приемников 3-1 - 3-L и управляющего процессора 6 и направляется на усилитель мощности передатчика 11. In the power regulator of the transmitter 10, the intermediate frequency signal is modulated by a signal from the modulator of the transmitter 9. The result is a pseudo-random signal at the intermediate frequency, which is regulated by power control signals from analog receivers 3-1 - 3-L and the control processor 6 and sent to the transmitter power amplifier eleven.

В усилителе мощности 11 сигнал с регулятора мощности передатчика 10 преобразуют в выходной радиочастотный сигнал передатчика мобильной станции, усиливают по мощности до требуемого уровня и подают через блок коммутации 13 на один из диплексеров 2-1 - 2-L. In the power amplifier 11, the signal from the power regulator of the transmitter 10 is converted into the output radio frequency signal of the transmitter of the mobile station, amplified by the power to the required level and fed through the switching unit 13 to one of the diplexers 2-1 - 2-L.

Предлагаемое устройство позволяет осуществить прием и передачу информации с лучшим качеством, так как осуществляет раздельный (независимый) прием сигналов, приходящих с разных направлений, что приводит к уменьшению влияния фединга, улучшает соотношение сигнал/помеха, позволяет снизить мощность передатчика мобильной станции, а также способствует снижению уровня взаимных помех между пользователями. The proposed device allows the reception and transmission of information with the best quality, as it carries out separate (independent) reception of signals coming from different directions, which reduces the influence of fading, improves the signal-to-noise ratio, reduces the transmitter power of the mobile station, and also contributes to reduce mutual interference between users.

Устройство приема-передачи мобильной станции многолучевых сигналов в системе радиосвязи с кодовым разделением каналов по второму варианту выполнено следующим образом (фиг. 5). The device transmit-receive of a mobile station multipath signals in a radio communication system with code division multiplexing according to the second embodiment is as follows (Fig. 5).

Для приема-передачи многолучевого сигнала формируют L аналогичных ветвей приема-передачи сигнала. В каждой из которых прием осуществляют на пространственно-ориентированные антенны с узкой диаграммой направленности 1-1 - 1-L. To receive and transmit a multipath signal, L similar branches of signal reception and transmission are formed. In each of which reception is carried out on spatially oriented antennas with a narrow radiation pattern 1-1 - 1-L.

Каждая диаграмма направленности секторной антенны выбирается из условия обеспечения частоты фединга, не превышающего заданной величины. Блок управления диаграммой направленности 15-1- 15-L по сигналу с блока коммутации 14 изменяет направление диаграммой направленности секторных антенн в пределах не более половины апертуры диаграммы направленности отдельного сектора. Each sector antenna pattern is selected from the condition of providing a fading frequency not exceeding a predetermined value. The radiation pattern control unit 15-1-15-L, according to the signal from the switching unit 14, changes the direction of the radiation pattern of sector antennas within no more than half the aperture of the radiation pattern of an individual sector.

Выходные сигналы с диплексеров 2-1 - 2-L поступают в соответствующие им аналоговые приемники 3-1 - 3-L, которые преобразуют аналоговый сигнал в цифровой и передают его на приемники поиска 4-1 - 4-L и приемники данных 5-1 -5-L, а также в качестве управляющего сигнала на регулятор мощности передатчика 10. The output signals from 2-1 - 2-L diplexers are sent to the corresponding 3-1 - 3-L analog receivers, which convert the analog signal to digital and transmit it to the 4-1 - 4-L search receivers and 5-1 data receivers -5-L, and also as a control signal to the power regulator of the transmitter 10.

Приемники поиска 4-1-4-L анализируют входной сигнал последовательно по задержке на всей длине псевдослучайной последовательности и параллельно во всех секторах диаграммы направленности по направлению. Search receivers 4-1-4-L analyze the input signal sequentially by delay over the entire length of the pseudo-random sequence and in parallel in all sectors of the directional pattern.

Например, если на входе приемника поиска в i секторе круговой диаграммы направленности присутствует сигнал с текущей задержкой τ_j генератора псевдослучайной последовательности поиска, то на выходе приемника поиска 4-i появляется отклик в виде корреляционной функции

значение которой соответствует временной задержке τ_j углу прихода луча α_i.
В процессе поиска выходные данные B′(τ_j;α_i), всех приемников поиска 4-1 - 4-L для всей области неопределенности временных задержек и угла прихода запоминают в управляющем процессоре 6.For example, if a signal with a current delay τ _{j of} a pseudo-random search sequence generator is present at the input of the search receiver in the i sector of the circular radiation pattern, then the response in the form of a correlation function appears at the output of the search receiver 4-i

the value of which corresponds to a time delay τ _j the beam arrival angle α _i .
In the search process, the output data B ′ (τ _j ; α _i ), all search receivers 4-1 - 4-L for the entire region of uncertainty of time delays and the angle of arrival are stored in the control processor 6.

На каждом шаге анализа управляющий процессор 6 осуществляет выбор текущих N из М ≤ L максимальных значений корреляционных функций. По завершении цикла поиска лучей по задержке распространения по N максимальным отсчетам B′(τ,α), осуществляют переход в режим слежения за этими N лучами. Для этого управляющий процессор 6 выбирает N соответствующих приемников данных из 5-1 - 5-L, устанавливая генераторы псевдослучайных последовательностей в них в позиции, соответствующие максимуму B′(τ,α).
Одновременно вторые выходы N приемников данных из 5-1 - 5-L через третий блок коммутации 14 подключаются к соответствующим блокам управления диаграммой направленности 15-1 - 15-L, причем третий блок коммутации 14 введен в блок-схему заявляемого устройства в качестве управляющего для блока управления диаграммой направленности в каждой ветви приема-передачи сигнала 15-1 - 15-L. А первые выходы приемников данных, которые являются информационными, через первый блок коммутации 12 подключают к блоку объединения сигналов с декодером 7. Первый блок коммутации 12 введен в блок-схему заявляемого устройства для выбора максимальных информационных сигналов с приемников данных 5-1 - 5-L и передачи их на блок объединения сигналов с декодером 7. То есть первый блок коммутации 12 подключает N из М ≤ L выходов приемников данных 5-1 - 5-L, содержащих (имеющих) наибольшие отклики к блоку объединения сигналов с декодером 7 и проводит замену (подмену) их по результатам анализа принимаемого сигнала приемниками поиска 4-1 - 4-L.At each step of the analysis, the control processor 6 selects the current N from M ≤ L maximum values of the correlation functions. At the end of the ray search cycle by the propagation delay in N maximum samples B ′ (τ, α), they switch to the tracking mode for these N rays. For this, the control processor 6 selects N corresponding data receivers from 5-1 - 5-L, setting the pseudorandom sequence generators in them at the positions corresponding to the maximum B ′ (τ, α).
At the same time, the second outputs of N data receivers from 5-1 to 5-L through the third switching unit 14 are connected to the corresponding control units of the radiation pattern 15-1 to 15-L, and the third switching unit 14 is introduced into the block diagram of the inventive device as a control for the radiation pattern control unit in each branch of the signal reception-transmission 15-1 - 15-L. And the first outputs of the data receivers, which are informational, are connected through the first switching unit 12 to the signal combining unit with the decoder 7. The first switching unit 12 is inserted into the block diagram of the inventive device for selecting the maximum information signals from the data receivers 5-1 - 5-L and transferring them to the signal combining unit with the decoder 7. That is, the first switching unit 12 connects N of M ≤ L outputs of the data receivers 5-1 to 5-L containing (having) the greatest responses to the signal combining unit with the decoder 7 and replaces (by change) according to the results of the analysis of the received signal by the search receivers 4-1 - 4-L.

Блок управления диаграммой направленности в каждой ветви приема-передачи 15-1 - 15-L ориентирует диаграмму направленности секторных антенн по углу до получения максимума B′(τ,α).
Информационные последовательности разных лучей совмещаются по задержкам и суммируются в блоке объединения сигналов с декодером 7, обеспечивая таким образом максимальное отношение сигнал/помеха на выходе блока объединения сигналов с декодером 7.The radiation pattern control unit in each receive-transmit branch 15-1 - 15-L orientates the radiation pattern of sector antennas in an angle until a maximum B ′ (τ, α) is obtained.
Information sequences of different beams are delayed and summed in the signal combining unit with decoder 7, thus providing the maximum signal / noise ratio at the output of the signal combining unit with decoder 7.

Использование секторной диаграммы направленности каналов слежения для передачи информационного сигнала позволяет экономно и целенаправленно использовать энергетику передатчика в обратном канале и получать лучшие характеристики системы связи в части помехозащищенности и фединга. При этом следует отметить, что малый диапазон подстройки секторных диаграмм направленности не влияет на процесс поиска новых лучей. Using the sector pattern of the tracking channels for transmitting the information signal allows you to economically and purposefully use the transmitter energy in the return channel and get the best characteristics of the communication system in terms of noise immunity and fading. It should be noted that a small adjustment range of sector patterns does not affect the search for new rays.

Второй блок коммутации 13 подключает передаваемый сигнал с необходимой мощностью (энергией) к диплексеру той ветви приема- передачи сигнала, в которой принимаемый сигнал наибольший (максимальный). The second switching unit 13 connects the transmitted signal with the necessary power (energy) to the diplexer of that branch of the signal reception and transmission in which the received signal is the largest (maximum).

Управляющий процессор 6 в соответствии с поступающей информацией управляет приемниками данных 5-1 и 5-L, приемниками поиска 4-1 - 4-L, модулятором передатчика 9 и регулятором мощности передатчика 10. Совместно с приемником поиска 4 управляющий процессор 6 организует непрерывный поиск сигнала базовой станции, формируя псевдослучайные последовательности с соответствующими задержками по времени. Из найденного множества откликов выделяет N из М ≤ L наибольших и фиксирует соответствующие временные позиции псевдослучайных последовательностей. The control processor 6 in accordance with the incoming information controls the data receivers 5-1 and 5-L, the search receivers 4-1 to 4-L, the modulator of the transmitter 9 and the power regulator of the transmitter 10. Together with the search receiver 4, the control processor 6 organizes a continuous search for the signal base station, forming pseudo-random sequences with corresponding time delays. From the found set of responses, N is selected from M ≤ L largest and fixes the corresponding temporal positions of pseudorandom sequences.

Управляющий процессор 6 совместно с приемниками данных 5-1 - 5-L обеспечивает обработку найденных N из М ≤ L наибольших сигналов и осуществляет слежение за задержками этих сигналов. Управляющий процессор 6 в соответствии с полученной информацией с приемников данных 5-1 - 5- L формирует управляющий сигнал для регулятора мощности передатчика 10 и необходимые кодирующие сигналы для модулятора передатчика. The control processor 6, together with the data receivers 5-1 - 5-L, provides the processing of the largest N signals found from M ≤ L and monitors the delays of these signals. The control processor 6 in accordance with the information received from the data receivers 5-1 to 5-L generates a control signal for the power regulator of the transmitter 10 and the necessary coding signals for the modulator of the transmitter.

Блок объединения сигналов с декодером 7 суммирует N из М ≤ L сигналов с приемников данных 5-1 - 5-L с учетом задержек и декодирует полученный суммарный сигнал. Выходной сигнал с этого блока подается на блок данных пользователя 8. The signal combining unit with decoder 7 summarizes N of M ≤ L signals from data receivers 5-1 - 5-L taking into account delays and decodes the resulting total signal. The output signal from this block is supplied to the user data block 8.

Блок данных пользователя 8 преобразует цифровой декодированный информационный сигнал в форму, соответствующую устройствам пользователя (факс, дисплей - цифровая форма, микротелефон - аналоговая) и преобразует информационное сообщение пользователя в цифровую форму для модулятора передатчика. The user data block 8 converts the digitally decoded information signal into a form corresponding to the user devices (fax, display — digital form, microtelephone — analog), and converts the user's information message into digital form for the transmitter modulator.

Модулятор передатчика 9 формирует сигнал для передатчика мобильной станции (кодирование Уолша, I, Q, L- псевдослучайные последовательности и прочее). В регуляторе мощности передатчика 10 сигнал промежуточной частоты модулируется сигналом с модулятора передатчика 9. В результате получается псевдослучайный сигнал на промежуточной частоте, который регулируется по мощности сигналами управления с аналоговых приемников 3-1 - 3-L и управляющего процессора 6 и направляется на усилитель мощности передатчика 11. The transmitter modulator 9 generates a signal for the transmitter of the mobile station (Walsh encoding, I, Q, L-pseudo-random sequences, etc.). In the power regulator of the transmitter 10, the intermediate frequency signal is modulated by a signal from the modulator of the transmitter 9. The result is a pseudo-random signal at the intermediate frequency, which is regulated by power control signals from analog receivers 3-1 - 3-L and the control processor 6 and sent to the transmitter power amplifier eleven.

В реализации способа приема-передачи многолучевых сигналов и устройств для их реализации (варианты) наибольшие трудности могут возникнуть с исполнением секторной антенной системы с взаимно независимыми диаграммами направленности. Это вызвано тем, что для мобильной системы связи важнейшим критерием являются геометрические размеры конструкции, которые напрямую связаны с рабочим диапазоном частот. Чем ниже диапазон частот, тем больше размеры антенной системы. С увеличением частоты несущей в системе с кодовым разделением каналов уменьшаются геометрические размеры антенной системы из секторных антенн и легче обеспечиваются требуемые характеристики направленности. Так, например, в диапазоне 850 МГц геометрические размеры простейшей секторной трехэлементной направленной антенны типа "волновой канал" (вибратор, рефлектор и т. п. ) составляют 200 • 70 мм. Апертура диаграммы направленности по уровню половинной мощности (уровень 0,707) от максимального составляет θ = 65^o. При этом частота фединга в секторе не превысит 17 Гц. Круговая диаграмма направленности формируется из шести таких секторов. Такую антенную систему вполне можно разместить на крыше автомобиля.In the implementation of the method of reception and transmission of multipath signals and devices for their implementation (options), the greatest difficulties may arise with the execution of the sector antenna system with mutually independent radiation patterns. This is due to the fact that the most important criterion for a mobile communication system is the geometric dimensions of the structure, which are directly related to the working frequency range. The lower the frequency range, the larger the size of the antenna system. With an increase in the carrier frequency in a code division multiplexing system, the geometric dimensions of the antenna system from sector antennas decrease and the required directivity characteristics are more easily provided. So, for example, in the range of 850 MHz, the geometric dimensions of the simplest sector three-element directional antenna of the "wave channel" type (vibrator, reflector, etc.) are 200 • 70 mm. The aperture of the radiation pattern at the half power level (level 0.707) from the maximum is θ = 65 ^o . At the same time, the frequency of fading in the sector does not exceed 17 Hz. A circular radiation pattern is formed of six such sectors. Such an antenna system can be placed on the roof of the car.

Управление секторными антеннами по углу ("качание" диаграммы направленности) в этом варианте возможно простейшими электромеханическими приводами, вращающими каждую секторную антенну в горизонтальной плоскости вокруг точки центрообразования диаграммы направленности независимо друг от друга. Angle control of sector antennas ("swinging" of the radiation pattern) in this embodiment is possible with the simplest electromechanical drives rotating each sector antenna in a horizontal plane around the centering point of the radiation pattern independently of each other.

Таким образом возможны два варианта реализации устройства приема-передачи многолучевых сигналов - с ориентацией и без ориентации диаграммы направленности секторных антенн на максимум принимаемого луча. Thus, there are two possible implementations of the device for the reception and transmission of multipath signals - with and without orientation of the radiation pattern of sector antennas to the maximum of the received beam.

Следует отметить, что преимущества секторного приема с управляемой ориентацией имеют потенциальную границу, определяемую точностью оценки параметра и сложностью технической реализации. При увеличении количества секторов (более узкие диаграммы направленности) управление секторными диаграммами направленности становится нецелесообразным, так как чрезмерное подавление фединга, определяемое раскрывом (шириной) диаграммы направленности, усложнит реализацию антенны без заметного улучшения помехоустойчивости. It should be noted that the advantages of sector-oriented reception with a controlled orientation have a potential boundary determined by the accuracy of parameter estimation and the complexity of technical implementation. With an increase in the number of sectors (narrower radiation patterns), control of sector radiation patterns becomes impractical, since excessive fading suppression, determined by the opening (width) of the radiation pattern, will complicate the implementation of the antenna without a noticeable improvement in noise immunity.

Поэтому использование первого или второго предложенного решения будут зависеть от конкретных условий эксплуатации мобильной станции. Therefore, the use of the first or second proposed solutions will depend on the specific operating conditions of the mobile station.

Оценку эффекта снижения фединга можно дать на примере приема двух лучей. Пусть один из лучей приходит по оси сектора диаграммы направленности, тогда по формуле для вычисления доплеровской частоты несущей определяем частоту несущей луча, приходящего по оси диаграммы направленности, и луча, приходящего под углом

где θ - угол раскрыва диаграммы направленности сектора. Частота биений между несущими в этом простейшем случае будет определять максимальный фединг ветви приема-передачи сигнала.Evaluation of the effect of reducing fading can be given by the example of the reception of two rays. Let one of the rays come along the sector axis of the radiation pattern, then using the formula for calculating the Doppler frequency of the carrier, we determine the frequency of the carrier beam coming along the axis of the radiation pattern and the beam coming at an angle

where θ is the opening angle of the sector radiation pattern. The frequency of beats between carriers in this simplest case will determine the maximum fading of the signal receiving-transmitting branch.

При круговой диаграмме направленности и V_R = 100 миль/ч частота фединга во входном групповом сигнале может достигать 360 Гц. Для секторной диаграммы направленности с углом раскрыва

= 30^o и V_R = 100 миль/ч частота фединга во входном групповом сигнале CDMA не превысит 4 Гц. Такой фединг способны отследить как блок слежения за задержкой сигнала, так и фазовая автоподстройка частоты. Следовательно, возможен режим когерентного приема сигнала информации и повышение помехозащищенности системы.With a circular radiation pattern and V _R = 100 mph, the fading frequency in the input group signal can reach 360 Hz. For a sector beam pattern with an aperture angle

= 30 ^o and V _R = 100 mph, the fading frequency in the input group CDMA signal does not exceed 4 Hz. Such fading can track both the signal delay tracking unit and the phase-locked loop. Therefore, it is possible to coherently receive an information signal and increase the noise immunity of the system.

Кроме того, секторная диаграмма направленности позволяет снизить фон от других пользователей и фон от собственных переотраженных лучей, задержка которых превышает в ±τ_i. При равномерно плотном размещении пользователей в соте уровень фона на мобильной станции от других пользователей CDMA снизится

раз, что при θ = 30^°, n = 12 соответствует снижению шумового фона от других пользователей приблизительно на 11 дБ.In addition, the sector radiation pattern allows to reduce the background from other users and the background from their own reflected beams, the delay of which exceeds ± τ _i . With evenly dense placement of users in a cell, the background level on the mobile station from other CDMA users will decrease

times, that at θ = 30 ^° , n = 12 corresponds to a decrease in the background noise from other users by approximately 11 dB.

Еще одна возможность повышения помехозащищенности в системе радиосвязи с кодовым разделением каналов - это передача сигнала на базовую станцию по тем же секторам, по которым ведется наилучший прием информации на мобильной станции. В этом случае мощность, излучаемая передатчиком мобильной станции, может быть снижена примерно в n раз, где n - число секторов. При этом дополнительно снижается шумовой фон на соседних базовых станциях. Another opportunity to increase the noise immunity in a code division multiplexed radio communication system is to transmit a signal to the base station in the same sectors for which the best information is received at the mobile station. In this case, the power radiated by the transmitter of the mobile station can be reduced by about n times, where n is the number of sectors. At the same time, the background noise at neighboring base stations is further reduced.

В связи с возможностью временной селекции обрабатываемых групповых сигналов, без потери общности, далее рассмотрим слежение за одним из лучей. In connection with the possibility of temporary selection of the processed group signals, without loss of generality, then we consider the tracking of one of the rays.

В процедуре слежения за отдельным лучом и за группой лучей заложен один и тот же принцип управления по максимуму корреляционной функции сигнала. А так как этот максимум достигается изменением времени задержки псевдослучайной последовательности и ориентацией максимума диаграммы направленности на источник сигнала, то дополнительно для решения этой задачи необходима двухмерная экстремальная система автоматического регулирования, обеспечивающая экстремум функции (фиг. 8). Фиг. 8 иллюстрирует тело неопределенности экстремальной системы регулирования. Одна из координат этой системы - задержка (τ), другая координата - угол отклонения оси диаграммы направленности от направления на источник сигнала по азимуту α, третья координата - отсчеты корреляционной функции B_i(τ,α) принимаемого сигнала. Заштрихованными областями показаны сечения корреляционной функции B(τ,α) для фиксированных значений τ = τ₀ и α = α₀, т.е. B(τ₀α) и B(τ,α₀).
Возможны два основных варианта обеспечения выхода на экстремум функции B(τ,α).
Первый - это последовательный метод Гаусса-Зейделя (А.А. Красовский, Г. С. Поспелов. Основы автоматики и технической кибернетики. Москва, Ленинград. Государственное энергетическое издательство, 1962 г., с. 510 [5], когда сначала ведется подстройка по задержке схемой слежения за задержкой сигнала, а затем по углу прихода сигнала системой управления диаграммой направленности антенны.In the procedure for tracking an individual beam and a group of beams, one and the same control principle is laid down to maximize the correlation function of the signal. And since this maximum is achieved by changing the delay time of the pseudo-random sequence and by orienting the maximum of the radiation pattern to the signal source, in addition to solving this problem, a two-dimensional extreme automatic control system is needed that provides the extremum of the function (Fig. 8). FIG. 8 illustrates the body of uncertainty of an extreme regulatory system. One of the coordinates of this system is the delay (τ), the other coordinate is the deviation angle of the axis of the radiation pattern from the direction to the signal source in azimuth α, the third coordinate is the readings of the correlation function B _i (τ, α) of the received signal. Shaded areas show cross sections of the correlation function B (τ, α) for fixed values of τ = τ ₀ and α = α ₀ , i.e. B (τ ₀ α) and B (τ, α ₀ ).
There are two main options for ensuring that the function B (τ, α) reaches the extremum.
The first is the sequential Gauss-Seidel method (A. A. Krasovsky, G. S. Pospelov. Fundamentals of automation and technical cybernetics. Moscow, Leningrad. State Energy Publishing House, 1962, p. 510 [5], when the adjustment is first carried out by the delay by the tracking circuit of the delay of the signal, and then by the angle of arrival of the signal by the antenna radiation pattern control system.

Второй метод - параллельный метод наискорейшего спуска, метод градиента [5] , при котором подстройка ведется по двум параметрам τ и α одновременно до достижения и удержания наибольшего отклика по B(τ,α). При этом блоки слежения за задержкой сигнала и ориентации парциальных диаграмм направленности должны быть согласованы наилучшим образом - быстродействие, помехозащищенность, точность слежения за лучом. The second method is the parallel method of steepest descent, the gradient method [5], in which the adjustment is carried out according to two parameters τ and α at the same time until the highest response in B (τ, α) is reached and maintained. In this case, the blocks for tracking the signal delay and the orientation of the partial radiation patterns should be coordinated in the best way - speed, noise immunity, and beam tracking accuracy.

Для реализации способа по второму варианту предлагается устройство приема-передачи мобильной станции многолучевых сигналов, которое дополнительно к предыдущим двум вариантам позволяет осуществить оценку доплеровского сдвига частоты несущей и скомпенсировать доплеровские сдвиги частоты в принимаемых сигналах. Для этого авторы разработали блок измерения доплеровского сдвига частоты, который может быть реализован как в устройстве но первому варианту, так и в устройстве по второму варианту исполнения. To implement the method according to the second embodiment, a device for transmitting and receiving a mobile station of multipath signals is proposed, which, in addition to the previous two options, makes it possible to estimate the Doppler frequency shift of the carrier and compensate for Doppler frequency shifts in the received signals. For this, the authors developed a block for measuring the Doppler frequency shift, which can be implemented both in the device but in the first embodiment, and in the device in the second embodiment.

Например, если блок измерения доплеровского сдвига частоты включить в блок-схему устройства приема-передачи сигнала мобильной станции по первому варианту реализации, то соответственно устройство приема-передачи мобильной станции многолучевых сигналов по третьему варианту исполнения будет содержать все признаки предлагаемого устройства по первому варианту, при этом дополнительно содержит блок оценки доплеровского сдвига частоты (фиг. 6). For example, if the unit for measuring the Doppler frequency shift is included in the block diagram of the device for receiving and transmitting a signal of a mobile station according to the first embodiment, then the device for receiving and transmitting a mobile station of multipath signals according to the third embodiment will contain all the features of the proposed device according to the first embodiment, when this further comprises a unit for evaluating the Doppler frequency shift (FIG. 6).

Блок оценки доплеровского сдвига частоты 16 (фиг. 7) в составе устройства приема-передачи сигнала мобильной станции работает следующим образом. The unit for evaluating the Doppler frequency shift 16 (Fig. 7) as part of the signal receiving and transmitting device of the mobile station operates as follows.

Параллельно приему и поиску сигнала производят оценку доплеровского сдвига частоты несущей в пространственно-разнесенном канале, ориентированном по направлению движения мобильной станции. По результатам оценки вычисляют доплеровский сдвиг несущей частоты в каждом пространственно-разнесенном канале, который определяют как проекцию значения этой усредненной оценки на направление определяемого канала, при этом предполагают, что направление прихода лучей совпадает с ориентацией пространственно-разнесенного канала приема

где

оценки частоты Доплера в i-ом и k-ом каналах, α_i и α_к - угловая ориентация i-го и k-го каналов относительно канала, ориентированного по направлению движения мобильной станции.In parallel with the reception and search of the signal, the Doppler shift of the carrier frequency in the spatially separated channel oriented in the direction of movement of the mobile station is estimated. Based on the evaluation results, the Doppler shift of the carrier frequency in each spatially separated channel is calculated, which is defined as the projection of the value of this averaged estimate on the direction of the channel being determined, and it is assumed that the direction of arrival of the rays coincides with the orientation of the spatially separated channel of reception

Where

estimates of the Doppler frequency in the i-th and k-th channels, α _i and α _k are the angular orientation of the i-th and k-th channels relative to the channel oriented in the direction of movement of the mobile station.

Полученные результаты используют для компенсации доплеровского сдвига частоты несущей в каждом пространственно-разнесенном канале приема таким образом, чтобы преобразованная частота несущей после компенсации принимала следующее значение:

где

преобразованная частота несущей i-го (текущего) канала,
f₀ - номинальное значение частоты несущей,
Δf_di - истинное значение доплеровского сдвига частоты несущей i (текущего) канала,

оценка частоты доплера в i-том (текущем) канале.The results are used to compensate for the Doppler shift of the carrier frequency in each spatially separated reception channel so that the converted carrier frequency after compensation takes the following value:

Where

the converted frequency of the carrier of the i-th (current) channel,
f ₀ is the nominal value of the carrier frequency,
Δf _di is the true value of the Doppler frequency shift of the carrier i (current) channel,

Estimation of the Doppler frequency in the i-th (current) channel.

В обратном направлении сигнал передают по каналу наибольшей мощности на частоте несущей с учетом поправки на доплеровский сдвиг в каждом канале. In the opposite direction, the signal is transmitted through the channel of the highest power at the carrier frequency taking into account the correction for the Doppler shift in each channel.

Блок измерения доплеровского сдвига частоты для устройства приема-передачи сигнала мобильной станции может быть выполнен, например, как показано на фиг. 7: приемник 17, передатчик 18, эталонный генератор 19, узел измерения периода разностной частоты приемника и передатчика 20 и аналого-цифровой преобразователь 21. The Doppler frequency shift measuring unit for a signal receiving-transmitting device of a mobile station may be performed, for example, as shown in FIG. 7: a receiver 17, a transmitter 18, a reference generator 19, a node for measuring a period of a differential frequency of the receiver and the transmitter 20, and an analog-to-digital converter 21.

Изобретение можно использовать в приемно-передающей аппаратуре мобильной станции CDMA. The invention can be used in the transmitting and receiving equipment of a CDMA mobile station.

Claims

1. The method of receiving and transmitting multipath signals in a cellular radio system with code division multiplexing, which consists in the fact that at the mobile station they form L spatially separated channels for receiving and transmitting a signal, in each channel they search for signal beams over a delay interval of uncertainty from M detected rays emit N ≤ M rays, the highest in energy level, and demodulate them, characterized in that the decision on the received signal is made by a set of N demodulated beam signals, parallel to they must search for new rays and if the newly detected ray is larger than the minimum of N previously detected rays, then the newly detected ray is demodulated, the signal is transmitted in the opposite direction along the channel of the highest received signal power.

2. The method of receiving and transmitting multipath signals in a cellular radio system with code division multiplexing, which consists in the fact that at the mobile station they form L spatially separated channels for receiving and transmitting a signal, in each channel they search for signal beams over a delay interval of uncertainty from M detected rays emit N ≤ M rays, the highest in energy level, and carry out their demodulation, characterized in that the decision on the received signal is made by a set of N demodulated beam signals, parallel to the dem signal modulations carry out an average estimate of the Doppler frequency shift of the carrier of one or more beams, the direction of arrival of which is as close as possible to the direction of movement of the mobile station, the obtained average estimate is used to calculate the Doppler frequency shift of the carrier in the other spatially separated reception channels as a projection of the value of this average estimate in the direction of the determined channel, it is assumed that the direction of arrival of the rays coincides with the orientation of the spatially different the spanning reception channel, the results are used to compensate for the Doppler frequency shift of the carrier of demodulated signals in each spatially separated reception channel, in parallel, the search for new beams is continued taking into account the Doppler frequency shift in each channel, and if the newly detected beam is greater than the minimum of N, previously detected rays, then the newly detected ray is demodulated, the signal is transmitted in the opposite direction along the channel of the highest received signal power, taking into account the correction for lerovsky shift in each space-spaced channel.

3. A device for transmitting a signal of a mobile station of a radio communication system with code division multiplexing, comprising an antenna, the output of which is connected to the first input of the diplexer, the output of which is connected to the input of an analog receiver, the first output of which is connected to the first input of the search receiver and the first input L of data receivers , the other output of the analog receiver is connected to the first input of the transmitter power regulator, the second input of the search receiver is connected to the corresponding first output of the control processor, the output is The search box is connected to the first input of the control processor corresponding to it, the second input of each data receiver is connected to the second L outputs of the control processor, the output of each data receiver is connected to the corresponding input of the signal combining unit with a decoder, the output of which is connected to the user data block, the first whose output is an information output, and its second output is connected to the first input of the transmitter modulator, the second input of which is connected to the third control output the processor, and the output to the second input of the transmitter power regulator, the third input of which is connected to the fourth output of the control processor, the first output of the transmitter power regulator is connected to the second input of the control processor, and its second output is to the transmitter power amplifier, the output of which is connected to the second the input of the diplexer, the second output of which is connected to the antenna, the output of which is the output information signal of the user in the opposite direction, characterized in that L similar of the second and parallel branches of the signal reception and transmission, and in each branch of the signal reception and transmission, the antenna is spatially oriented with a narrow radiation pattern, two switching units are introduced, while the L information inputs of the signal combining unit with the decoder are connected to the corresponding outputs of L receivers data through the first switching unit, and the output of the transmitter power amplifier with the second input of the diplexer in each branch of the signal reception-transmission through the second switching unit, both of which and the commutations are connected to the control processor, the first of which is to the fifth output, and the second to the sixth output, the information output of the device in the opposite direction is the antenna output of that signal transmit-receive branch in which the level of the received information signal is maximum in power.

4. The receiver of the mobile station of the radio communication system with code division multiplexing, comprising an antenna, the output of which is connected to the first input of the diplexer, the output of which is connected to the input of the analog receiver, the first output of which is connected to the first input of the search receiver and the first input L of data receivers, another output an analog receiver is connected to the first input of the transmitter power regulator, the second input of each search receiver is connected to the corresponding first output of the control processor, the output of each receiver The search box is connected to the corresponding first input of the control processor, the second inputs L of the data receivers are connected to the corresponding second outputs of the control processor, the output of each data receiver is connected to the corresponding input of the signal combining unit with a decoder, the output of which is connected to the user data block, the first output which is an information output, and its second output is connected to the first input of the transmitter modulator, the second input of which is connected to the third output of the control processor, and the output to the second input of the transmitter power regulator, the third input of which is connected to the fourth output of the control processor, the first output of the transmitter power regulator is connected to the second input of the control processor, and its second output is to the transmitter power amplifier, the output of which is connected to the second input a diplexer, the second output of which is connected to the first input of the antenna, the second output of which is the output information signal of the user in the opposite direction, characterized in that there are L similar and parallel branches of the signal reception and transmission, moreover, in each signal transmission and reception branch the antenna is spatially oriented with a narrow radiation pattern, a radiation pattern control unit is introduced into each signal transmission and transmission branch, the first, second and third blocks are introduced switching and a radiation pattern control unit is introduced into each signal receiving-transmitting branch, while L information inputs of the signal combining unit are connected to the corresponding first and the outputs L of the data receivers through the first switching unit, the output of the transmitter power amplifier with the second diplexer input in each signal receiving and transmitting branch through the second switching unit, and the second output of each data receiver is connected to the corresponding input of the radiation pattern control unit in its receiving branch signal transmission through the third switching unit, and three switching units are connected to the control processor, the first of which is to the fifth output, the second to the sixth output, and the third to the seventh output control processor, the output of the radiation pattern control unit is connected to the third input of the antenna, the information output of the device in the opposite direction is the antenna output of that branch of the signal reception-transmission in which the level of the received information signal is maximum in power.

5. The device transmit-receive signal of the mobile station of a radio communication system with code division multiplexing, comprising an antenna, the output of which is connected to the first input of the diplexer, the output of which is connected to the input of the analog receiver, the first output of which is connected to the first input of the search receiver and the first input L of data receivers , the other output of the analog receiver is connected to the first input of the transmitter power regulator, the second input of the search receiver is connected to the corresponding first output of the control processor, the output is The search box is connected to the first input of the control processor corresponding to it, the second input of each data receiver is connected to the second L outputs of the control processor, the output of each data receiver is connected to the corresponding input of the signal combining unit with a decoder, the output of which is connected to the user data block, the first whose output is an information output, and its second output is connected to the first input of the transmitter modulator, the second input of which is connected to the third control output the processor, and the output to the second input of the transmitter power regulator, the third input of which is connected to the fourth output of the control processor, the first output of the transmitter power regulator is connected to the second input of the control processor, and its second output is to the transmitter power amplifier, the output of which is connected to the second the input of the diplexer, the second output of which is connected to the antenna, the output of which is the output information signal of the user in the opposite direction, characterized in that L analogs are formed parallel and parallel branches of the signal reception and transmission, and in each branch of the signal reception and transmission, the antenna is spatially oriented with a narrow radiation pattern, two switching units and an evaluation unit for the Doppler frequency shift are introduced, while the L information inputs of the signal combining unit are connected to the decoder with the corresponding outputs L of the data receivers through the first switching unit, and the output of the transmitter power amplifier with the second diplexer input in each signal receiving-transmitting branch Through the second switching unit, both switching units are connected to the control processor, the first of which is to the fifth output, and the second to the sixth output, the seventh L outputs of the control processor are connected to the second input of the analog receiver in each signal reception-transmission branch, the second input the control processor is connected to the first output of the unit for evaluating the Doppler frequency shift, the input of which is connected to the output of the antenna in the first branch of the signal reception-transmission, the second output of the unit for measuring the Doppler frequency shift is connected nen a third antenna input, data output device in the reverse direction is output antenna of the branches of reception and transmission signal, wherein the received information signal is the maximum power.

6. The device according to claim 5, characterized in that the Doppler frequency shift estimator comprises a receiver, a transmitter, a reference generator, a node for measuring a period of a frequency difference of a receiver and a transmitter, and an analog-to-digital converter, wherein the first input of the receiver is an input of a Doppler shift estimator frequency, the second input of the receiver is connected to the output of the transmitter, the first output of the reference generator is connected to the input of the transmitter and the third input of the receiver, the second output of the reference generator is connected to the first input of the node from measuring the period of the differential frequency of the receiver and the transmitter, the second input of which is connected to the output of the receiver, and the output with the input of an analog-to-digital converter, the output of which is the first output of the Doppler frequency shift estimation unit, the second output of the Doppler frequency shift measurement unit is the output of the transmitter.