CZ282725B6 - Komunikační systém s množstvím přístupů s dělením kódu - Google Patents

Abstract

Komunikační systém, ve kterém jsou použity buňkové techniky v prostředí bezdrátové výměny soukromé větve (PBX). Je vymezeno mikrobuňkové uspořádání, ve kterém základní stanice (10) komunikuje uživatelskými informačními signály používajícími komunikační signály CDMA s účastnickými terminály. V systému je použit rozdělený anténní systém (26) pro zajištění mnohacestných signálů, což umožňuje usnadnit zpracování signálů způsobem diversity při zlepšení chování systému.ŕ

Description

Vynález se týká komunikačních zařízení pro komunikaci s vícenásobným přístupem s kódovým dělením, ve kterém jsou informační signály přenášeny přes anténní soustavu mezi uživateli používající komunikační signály s vícenásobným přístupem s kódovým dělením, přičemž zařízení obsahuje základnovou stanici a anténní soustavu pro bezdrátovou komunikaci mezi jednotlivými uživateli přítomnými v oblasti pokryté anténní soustavou. Vztahuje se zejména na telefonní systémy s bezdrátovou pobočkovou ústřednou nebo lokální smyčkou a zejména je zaměřen na zlepšený mikrobuňkový telefonního systém a jeho rozložený anténní systém pro usnadnění vnitřních komunikací používajících komunikačních signálů s rozprostřeným spektrem.

Dosavadní stav techniky

Použití modulačních postupů s vícenásobným (mnohostranným) přístupem s kódovým dělením (CDMA) představuje jeden zvíce postupů pro umožnění komunikací mezi velkým množstvím uživatelů. Jsou rovněž známé jiné komunikačních systémy s vícenásobným přístupem, jako systém s vícenásobným přístupem s časovým dělením (TDMA), systém s vícenásobným přístupem s kmitočtovým dělením (FDMA) a metody amplitudové modulace AM jako amplitudová kompandovaná modulace s jedním postranním pásmem (ACSSB). Modulační postup CDMA s rozprostřeným spektrem má však vzhledem k těmto komunikačním metodám s vícenásobným přístupem významné výhody. Použití postupů CDMA při komunikaci s vícenásobným přístupem je popsáno v patentovém spisu USA č. 4,901,307, na který se zde odvoláváme.

Ve uvedeném patentovém spisu je popsán způsob komunikace s vícenásobným přístupem, kde spolu komunikuje velké množství uživatelů telefonního systému s mobilními jednotkami, z nichž každý má kombinovaný vysílač a přijímač (transceiver), přes satelitní opakovače nebo pozemní základnové stanice, označované také krátce jako buňky, použitím komunikačních signálů s vícenásobným přístupem s kódovým dělením CDMA s rozprostřeným spektrem. Při použití komunikací CDMA může být kmitočtové spektrum opětně použito vícekrát, což umožňuje zvětšení kapacity uživatelského systému. Použití systému CDMA vede na mnohem vyšší spektrální účinnost než může být dosažena s použitím jiných technik s mnohostranným přístupem.

Pozemní přenosový kanál vykazuje únik signálů, charakterizovaný Rayleighovým únikem. Rayleighův únik v signálu v pozemním přenosovém kanálu je způsoben odrazem signálu od množství různých předmětů ve fyzickém prostředí. Následkem toho signál přichází k přijímači mobilní jednotky z mnoha směrů s různými přenosovými zpožděními. Na kmitočtových pásmech UHF, obvykle používaných pro mobilní radiokomunikace včetně buňkových mobilních telefonních systémů, mohou vznikat významné fázové rozdíly v signálech přenášených po různých cestách. Může vzniknout možnost destruktivního sečítání signálů, což má příležitostně za následek hluboké úniky.

Únik v pozemním přenosovém kanálu velmi výrazně závisí na fyzické poloze mobilní jednotky. Malá změna polohy mobilní jednotky změní fyzická zpoždění všech přenosových cest signálu, což má dále za následek, že v každé cestě (dráze) síření je odlišná fáze. Pohyb mobilní jednotky v prostředí může tedy mít za následek velmi rychlý únikový proces. Například v kmitočtovém pásmu 850 MHz buňky může být tento únik o velikosti jednotky při rychlosti vozidla jednu míli za hodinu rychlosti vozidla. Takový únik může být zvlášť rušivý pro signály v pozemním přenosovém kanálu, což má za následek nízkou jakost komunikace. Pro překonání tohoto

- 1 CZ 282725 B6 problému úniku může být použit přídavný výkon vysílače. To však zvyšuje spotřebu výkonu u uživatele a také zvyšuje interferenci v systému.

Modulační postupy s vícenásobným přístupem s kódovým dělením, popsané v patentovém spisu USA č. 4, 901, 307, poskytují řadu výhod oproti modulačním postupům s úzkým pásmem, používaným v komunikačních systémech, využívajících satelitní nebo pozemní opakovače. Pozemní přenosový kanál přináší zvláštní problémy pro jakýkoli komunikační systém, zejména s ohledem na mnohocestné signály. Použití postupu CDMA umožňuje překonat zvláštní problémy pozemních kanálů zmírněním nepříznivého účinku mnohocestného šíření, například úniku, při současném využití jejich výhod.

V buňkovém telefonním systému CDMA může být použit stejný širokopásmový kmitočtový kanál pro komunikaci ve všech buňkách. Vzhledem k širokopásmové modulaci CDMA však mohou být v demodulačním procesu rozlišovány různé dráhy (cesty). Toto rozlišení značně snižuje účinek vícecestného úniku. Vícecestný únik není při použití rozlišovacích postupů CDMA zcela odstraněn, protože příležitostně budou existovat cesty se zpožděnými rozdíly méně než je doba trvání jednoho čipu pseudonáhodné posloupnosti PN pro určitý systém. Signály, mající dráhové zpoždění této velikosti, nemohou být v demodulátoru vyloučeny, což má za následek určitou míru úniku.

V buňkovém telefonním systému CDMA je tedy žádoucí vytvořit určitou formu diverzity, která by umožnila omezit únik v systému. Diverzita je jeden možný přístup potlačení škodlivých účinků úniku. Existují tři hlavní typy diverzity, a to časová, kmitočtová a prostorová.

Časová diverzita může být nejlépe získána použitím opakování, časového prokládání a detekce chyb a opravným kódováním, které je určitou formou opakování. Vynález používá každou z těchto postupů jako formy časové diverzity.

Protože z povahy komunikace CDMA vyplývá, že jde o širokopásmový signál, poskytuje určitou formu kmitočtové diverzity rozprostřením energie signálu přes velkou šířku pásma. Kmitočtově selektivní únik tedy postihuje ovlivňuje pouze malou část šířky pásma signálu v kódovém multiplexu CDMA.

Prostorová nebo dráhová diverzita se získá vytvořením více cest signálu současnými komunikačními spojeními z mobilního uživatelské jednotky přes dvě nebo více buňkových oblastí. Dále může být dráhová diverzita získána využitím mnohocestného prostředí zpracováním rozprostřeného spektra tím, že se umožňuje přivádění signálu s různými přenosovými hodnotami zpoždění pro oddělený příjem a zpracování. Příklady dráhové diverzity jsou popsány ve přihlášce vynálezu USA č. 07/433, 030 a č. 07/432, 552 stejného přihlašovatele.

Škodlivé účinky úniku mohou být dále omezeny na určitý rozsah v kódovém multiplexu CDMA řízením vysílacího výkonu. Systém pro řízení výkonu buňky a mobilní jednotky je popsán v přihlášce vynálezu USA č. 07/433, 031 stejného přihlašovatele.

V patentovém spisu USA č. 4 901 307 jsou popsány postupy s kódovým multiplexem CDMA, používající koherentní modulace a demodulace pro oba směry spojení v komunikacích mobilní jednotky-satelit. Je zde popsáno použití pilotního signálu jako referenční veličiny koherentní fáze pro spojení satelit-mobilní jednotka a buňka-mobilní jednotka. V pozemském buňkovém prostředí však velikost vícecestného úniku s výsledným fázovým rozrušením kanálu zabraňuje možnosti použití koherentní demodulace pro spojení z mobilní jednotky do buňky. Vynález si klade za úkol vytvořit prostředek pro překonání nepříznivých účinků množství cest ve spojení z mobilní jednotky do buňky použitím nekoherentní modulace a demodulace.

-2CZ 282725 B6

Postupy CDMA popisované v patentovém spisu USA č. 4 901 307 dále předpokládají použití poměrně dlouhých pseudonáhodných posloupností, přičemž každý uživatelský kanál je přiřazen odlišné pseudonáhodné posloupnosti. Vzájemná korelace mezi různými pseudonáhodnými posloupnostmi i autokorelace některé pseudonáhodné posloupnosti pro všechny časové posuny jiné než nula mají obě nulovou střední hodnotu, což umožňuje rozlišovat při příjmu různé uživatelské signály.

Takové pseudonáhodné signály však nejsou ortogonální. Ačkoliv se vzájemné korelace v průměru blíží k nule, sleduje v krátkém časovém intervalu, jako je doba jednoho informačního bitu, vzájemná korelace binomické rozdělení. Signály proto vzájemně interferují v podstatě stejně, jako kdyby představovaly širokopásmový Gaussův šum při stejné výkonové spektrální hustotě. Signály jiného uživatele nebo šum vzájemné interference tak omezují dosažitelnou kapacitu.

Existence množství cest může zajistit v širokopásmovém kódovém multiplexním přenosu CDMA dráhovou diverzitu. Jsou-li k dispozici alespoň dvě nebo více cest s rozdílem zpoždění více než jedna mikrosekunda, může být použito dvou nebo více přijímačů pseudonáhodných posloupností pro oddělené přijímání těchto signálů. Protože tyto signály budou v typickém znaku vykazovat nezávislost v mnohocestném úniku, tj. že obvykle neunikají společně, výstupy obou přijímačů mohou být kombinovány výběrovým příjmem. Ztráta tedy nastává pouze když u obou přijímačů dochází k úniku ve stejné době. Jeden z cílů vynálezu je tedy vytvořit dva nebo více přijímačů pseudonáhodných posloupností v kombinaci s kombinačním prostředkem výběrového příjmu. Pro využití mnohocestných signálů pro překonání úniku je nutné použít tvar vlny, který umožňuje provádění kombinačních operací na bázi dráhové diverzity.

Způsob a systém pro vytváření pseudonáhodných (pseudošumových - PN, pseudonoise) posloupností, které vytvářejí ortogonálnost mezi uživateli, takže vzájemná interference bude omezena, je popsán v přihlášce vynálezu USA č. 07/543 496 téhož přihlašovatele. Použití těchto postupů snížení vzájemné interference umožňuje vyšší kapacitu uživatelského systému a lepší chování spojení. Při ortogonálních PN kódech je vzájemná korelace nulová v předem určeném časovém intervalu, což má za následek nepřítomnost interference mezi ortogonálními kódy, pouze za podmínky, že kódované časové rámce jsou náležitě vzájemně vůči sobě časově uspořádány.

V takovém buňkovém mobilním systému CDMA popsaném ve patentové přihlášce USA č. 07/543 496 jsou signály přenášeny mezi buňkou a mobilními jednotkami použitím komunikačních signálů v rozprostřeném spektru s rozprostřením přímou posloupností. Ve spojení z buňky na mobilní jednotku jsou definovány řídicí kanál, synchronizační kanál, vyvolávací kanál a hlasový kanál. Informace přenášená spojovacími kanály z buňky do mobilní jednotky jsou kódovány, prokládány, modulovány dvoustavovým klíčováním fázovým posuvem (BPSK) s ortogonálním krytím každého BPSK symbolu zároveň s rozprostíráním čtyřstavovým klíčováním fázovým posuvem (QPSK) krytých symbolů. Ve spojení z mobilní jednotka do buňky jsou definovány přístupový a hlasový kanál. Informace sdělované na spojovacích kanálech z mobilní jednotka do buňky se kódují, prokládají, ortogonální signalizují spolu s rozprostíráním čtyřstavovým klíčováním fázovým posuvem QPSK. Použití ortogonálních pseudonáhodných posloupností omezuje vzájemnou interferenci, čímž se umožní větší uživatelská kapacita přídavně k podpoře dráhové diverzity a k i potlačení úniku.

Výše uvedený patentový spis a přihlášky vynálezu popisují nový způsob přenosu s vícenásobným přístupem, kde Velký počet uživatelů mobilních telefonů komunikuje přes satelitní opakovače nebo pozemní základnové stanice používající modulaci v rozprostřeném spektru s vícenásobným přístupem s časovým dělením. Výsledný systém má mnohem větší spektrální účinnost než může být dosažena použitím dosavadních postupů s vícenásobným přístupem.

-3 CZ 282725 B6

V buňkových telefonních systémech je velká zeměpisná oblast vybavena službou mobilních telefonů tak, že se vytvoří určitý počet buněk umístěných tak, aby bylo pokryto celé zeměpisné území. Přesahuje-li požadavek služeb kapacitu, která může být zajištěna souborem buněk a která právě vytváří pokrytí, rozdělí se buňky na další menší buňky. Tento proces se provádí v takovém rozsahu, že některé velké oblasti metropole mají až 200 buněk.

Řešení popsané v patentovém spisu USA č. 4 901 307 používá kódového multiplexu CDMA pro dosažení velmi vysoké kapacity tím, že se zajistí okrajový izolační zisk využitím charakteristik a funkcí systému, jako je více řiditelných antén, aktivita řeči a vícenásobné použití celého kmitočtového pásma v každé buňce systému. Výsledkem je výrazně vyšší kapacita systému než jaká se získá jinými postupy s vícenásobným přístupem, jako je frekvenční multiplex FDMA a časový multiplex TDMA.

V dalším vývoj i myšlenky buňkového telefonuje požadováno vytvořit více velmi malých buněk, tak zvaných mikrobuněk, které by zajistily pokrytí velmi omezené zeměpisné oblasti. Obvykle se uvažuje, že takové oblasti jsou omezeny na jedno podlaží administrativní budovy a služba mobilního telefonu může být uvažována jako bezdrátový telefonní systém, který může nebo nemusí být kompatibilní s mobilním buňkovým telefonním systémem. Racionální předpoklad pro zavedení takové služby je podobný úvaze pro použití pobočkové ústředny (PBX) v kancelářích. Takové systémy zajišťují za nízké náklady telefonní službu pro velký počet volání mezi telefony v podniku při zajištění zjednodušené volby čísel interního telefonu. Systémy také obsahují několik málo linek pro připojení pobočkové ústředny k veřejné telefonní síti, což umožňuje volání a příjem mezi telefony v systému spojovaného pobočkovou ústřednou a kdekoli umístěnými telefony. Pro mikrobuňkový systém je žádoucí zajistit podobnou úroveň služeb, avšak s přidanou možností bezdrátového provozu kdekoliv v oblasti služby pobočkové ústředny.

V takových aplikacích, jako je bezdrátový systém spojovaný pobočkovou ústřednou nebo bezdrátové telefonní systémy s lokální smyčkou jsou dráhová zpoždění mnohem kratší než v buňkových mobilních systémech. V budovách a jiných vnitřních prostředích, kde jsou použity systémy s pobočkovou ústřednou, je nutné zajistit některou formu diverzity, která umožní rozlišování mezi signály CDMA.

Primární problém, jehož vyřešení si vynález klade za úkol, je vytvořit jednoduchý anténní systém, který by zajistil vysokou kapacitu, jednoduchou instalaci, dobré pokrytí a výborné chování za provozu. Jiný problém je dosáhnout výše vymezeného pokrytí při zachování kompatibility s mobilním buňkovým systémem, přičemž by se odebrala zanedbatelná část kapacity z mobilního systému. Toho se v předloženém vynálezu dosáhne kombinací kapacitních vlastností CDMA s novým návrhem rozložené antény, která vyzařuje do velmi omezené a pečlivě řízené oblasti.

Použití komunikačních postupů s rozprostřeným spektrem, zejména kódového multiplexu CDMA, v prostředí spojovaném pobočkovou ústřednou, tedy přináší znaky, které velmi zlepší spolehlivost a kapacitu systému proti jiným komunikačním systémům. Výše uvedené multiplexní postupy CDMA dále umožňují snadné vyřešení problémů jako je únik a interference. Multiplexní přenosy CDMA déle umožňují větší opětné využití kmitočtu a dovolují tedy podstatné zvýšení počtu uživatelů systému.

Podstata vynálezu

Vynález přináší komunikační zařízení pro komunikaci s vícenásobným přístupem s kódovým dělením, ve kterém jsou informační signály přenášeny přes anténní soustavu mezi uživateli používající komunikační signály svícenásobným přístupem škodovým dělením, přičemž zařízení obsahuje základnovou stanici a anténní soustavu pro bezdrátovou komunikaci mezi

-4CZ 282725 B6 jednotlivými uživateli přítomnými v oblasti pokryté anténní soustavou, jehož podstatou je, že mezi základnovou stanicí a anténami anténní soustavy sestávající ze skupiny antén, umístěných s rozestupy k zajištění pokrytí určené komunikační oblasti plochami využitelné vyzařovací a přijímací intenzity elektromagnetického pole, je vřazen rozdělovač komunikačních signálů, přičemž jednotlivé antény jsou na rozdělovači komunikačních signálů spojeny se základnovou stanicí přes zpožďovací obvodové členy, zavádějící do každé antény jedinečné a vzájemně různé časové zpoždění přenosu.

Zpožďovací obvodové členy mohou být tvořeny napájecími kabely jednotlivých antén, vřazenými do rozdělovače signálu, například délkovými úseky koaxiálního kabelu, vřazenými do rozdělovače komunikačních signálů před každou anténu anténní soustavy.

Rozdělovač komunikačních signálů může být tvořen přenosovým kabelovým vedením, sériově propojujícím jednotlivé antény a první anténu anténní soustavy se základnovou stanicí. Zpožďovací obvodové členy jsou s výhodou vřazeny sériově do přenosového kabelového vedení mezi jednotlivé antény, a jsou tvořeny obvodovými prvky s odporem, induktancí, kapacitním odporem, parametry šíření, impedance nebo admitance odpovídajícími časovému zpoždění rovnému každé nejméně jednomu signálového čipu pseudonáhodné posloupnosti v přenosu s vícenásobným přístupem s kódovým dělením.

Rozdělovač signálů může alternativně sestávat z centrální antény základnové stanice a skupiny jednotlivých samostatných antén, bezdrátově elektromagneticky spojených každá s centrální anténou základnové stanice a spojených každá s odpovídající anténou anténní soustavy, přičemž do spojovacího vedení mezi každou samostatnou anténou a odpovídající anténou anténní soustavy je vřazen zpožďovací obvodový člen, tvořený každý odlišným obvodovým prvkem s s odporem, induktancí, kapacitním odporem, parametry šíření, impedance nebo admitance odpovídajícími jedinečnému časovému zpoždění, kde jsou jedinečná časová zpoždění odstupňována jednotlivě v násobcích jednotkového zpoždění v přenosu s vícenásobným přístupem s kódovým dělením.

Podle dalšího znaku vynálezu obsahuje základnová stanice komunikační terminál pro komunikaci s vícenásobným přístupem s kódovým dělením, připojený na jedné straně přes pobočkovou ústřednu k telefonní síti s vedením po drátě a na druhé straně přes společný kombinovaný vysílač a přijímač (transciever) k anténní soustavě rozložených antén, pokrývající v rámci buňkového radiotelefonního systému s vícenásobným přístupem s kódovým dělením více uživatelských stanic týmiž komunikačními signály, majícími každý odlišný časový posun zavedený jednotlivými zpožďovacími obvodovými členy.

S výhodou je jednotkové časové zpoždění je rovné době jednoho signálového čipu.

Pobočková ústředna, napojená přes anténní soustavu na lokální mikrobuňkový radiotelefonní systém, může být na straně napojení telefonní sítě s vedením po drátě svým přepínačem napojena jak na veřejnou komutovanou telefonní síť, tak i místní soukromou telefonní síť s vedením po drátě. Komunikační terminál může sestávat mikrobuňkové sestavy dvojic kodérů zvukového signálu a kanálových jednotek a řídicí jednotky komunikace s vícenásobným přístupem s kódovým dělením.

Plochy využitelné vyzařovací a přijímací intenzity elektromagnetického pole jednotlivých antén (anténní obrazce) anténního systému se mohou vzájemně překrývat.

Klíčový znak v bezdrátovém systému napojeném na pobočkovou ústřednu nebo bezdrátové lokální smyčce podle vynálezu je rozložená anténa CDMA. V této koncepci je soustava jednoduchých antén napájena společným signálem pouze se zpracováním pouze časovým zpožděním pro rozlišení signálů. Vysílací výstup buňkového vysílače se vede koaxiálním

- 5 CZ 282725 B6 kabelem k řadě vyzařovacích prostředků. Vyzařovací prostředky jsou připojeny ke kabelu děliči výkonu. Výsledné signály, zesílené jak je třeba, se vedou do antén. Hlavní znaky této koncepce antény jsou to, že je mimořádně jednoduchá a levná, že sousední antény mají časová zpoždění vložena do napájecí struktury, takže signály přijímané ze dvou antén je možné rozlišit časovým pseudonáhodných posloupností, že se využívá schopnosti přímé posloupnosti v kódovém multiplexním přenosu CDMA rozlišovat proti vícecestnému šíření, a že se vytváří záměrné vícecestné šíření, které uspokojuje kritéria kladená na rozlišování.

Při zpracování pomocí rozložené antény je každá anténa napojena na rozdělovacím kabelu na způsob kabelové televize. Podle potřeby je zajištěn širokopásmový zisk na anténách nebo na kabelových přípojích. Kabelový systém bude obvykle sestávat ze dvou kabelů jeden pro vysílané signály ajeden pro přijímané signály. Ve mnohých případech bude nutné zpoždění vytvářeno přirozeně rozdělovacím kabelem a nebude zapotřebí žádných dalších zpožďovacích prvků. Je-li třeba přídavné zpoždění, obvykle postačí jednoduché navinutí určité délky koaxiálního kabelu.

Velmi důležitým znakem této architektury je, že není nutné žádné zvláštní zpracování signálu. Zejména nejsou potřebné žádné filtrování, směšování, translace nebo jiné složité operace zpracování signálu. Pouze je nutné zesílení a to se provede hromadně pro všechny signály v kabelu jedním zesilovačem.

Jinou výhodou je, že pro instalaci jsou kladeny malé nároky na konkrétní projektování pro jednotlivé malé prostory. Normálně bude umístění antény určeno pouze fyzickými omezeními, zároveň s požadavkem, že každá poloha vyžadující obsluhu musí být pokryta alespoň jednou anténou. Není zde žádný problém pokud jde o překrývání anténních obrazců. Překrývání je žádoucí proto, že zajišťuje výběrový příjem pro všechny terminály v oblasti překrývání. Překrývání anténních obrazců však není potřebné.

Výhody koncepce rozložené antény budou patrné, když se vezme v úvahu jednoduchost buňkového uspořádání, potřebného pro podporu bezdrátového systému s pobočkovou ústřednou, bezdrátové lokální smyčky nebo bezdrátového domácího telefonu.

Pro počáteční instalaci bezdrátového systému s pobočkovou ústřednou v hotelu nebo úřadu je pravděpodobné, že přiměřený bude systém schopný uskutečňovat současně až čtyřicet hovorů. Pro systém této kapacity je nutné pouze jedno široké pásmo o šířce 1,25 MHz přijímače/vysílače. Do napájecího kabelu anténního systému může potom být zapojen jediný přijímač/vysílač. Jak bylo uvedeno, může se jednat o jediný sériový řetězec anténních prvků.

Jiný možný způsob vytvoření antény umožňuje použít dva nebo více kabelů napájených paralelně přijímačem/vysílačem s nutnými zpožďovacími prvky umístěnými v přijímači/vysílači. Když požadavek na kapacitu pro jediný systém vzroste nad čtyřicet současných hovorů, může být systém rozšířen ve dvou rozdílných rozměrech.

První a nejjednodušší způsob spočívá v použití přídavných širokopásmových kmitočtových kanálů. V aplikaci na buňkový telefon je celková šířka pásma 12,5 MHz, která je k dispozici pro každý směr pro každý nosný kmitočet rozdělena na deset různých kanálů o šířce pásma 1,25 MHz. Například pro zdvojnásobení kapacity na 80 současných volání beze změny anténního systému se přidá druhá přijímací/vysílací jednotka, spolu s nutnou jednotkou číslicového kanálu a kodéru zvukového signálu. Jestliže není pro kódový multiplex CDMA požadováno celé spektrum 10 kanálů, může být zbytek využit analogovou kmitočtovou modulací, nebo číslicovým časovým multiplexem TDMA používajícím standardní rozdělení na kanály o šířce 30 kHz.

Požaduje-li se zvětšení kapacity bez použití přídavného kmitočtového spektra, může být anténní podsystém rozdělen na pseudosektory. V této architektuře je napájecí kabel antény rozdělen tak, že poskytuje dva nebo více portů. Normálně lze očekávat snahu mít antény v každém ze

-6CZ 282725 B6 pseudosektorů navzájem nespojité a od sebe oddělené, ačkoliv to není podstatné. Každý pseudosektor se opatří vlastním přijímačem/vysílačem. Na všechny kanálové jednotky se napojí výstup sběrnice přijímače/vysílače pro digitalizované vzorky.

Kanálové jednotky určené pro buňkovou službu umožňují až tři přípoje sektorové sběrnice. V buňkové službě by to umožnilo, aby tři spojené sektory buňky byly připojeny ke kanálové jednotce. Kanálová jednotka zajišťuje kombinování signálů ze všech tří sektorů na úrovni symbolu, a tedy velmi vysokou úroveň kombinace diverzity. V aplikaci na bezdrátovou pobočkovou ústřednu mohou být na tyto tři sběrnice připojeny tři anténní řetězce, obsluhující tři přilehlé oblasti. To umožní měkké předávání bez zásahu přepínače mezi kteroukoli anténou ve třech anténních řetězcích. To má výhodu skrývání procesu předávání ze přepínače a umožňuje aby přepínačem byla obecná pobočková ústředna.

Je zřejmé, že výše popsaná architektura umožňuje zvětšení na velký rozměr. S deseti širokopásmovými kanály v použití ve třech pseudosektorech by mohlo být zpracováno současně asi 1200 hovorů. To by mohlo sloužit řádově 15000 linek odpovídajících kapacitě velkého centrálního úřadu. Zvětšení nad tuto kapacitu je také možné, avšak přepínací architektura by potom mohla začít přijímat některé ze znaků a parametrů buňkového systému.

Výše popsaný systém CDMA pro použití s bezdrátovou pobočkovou ústřednou může také být použit v podstatě nezměněný pro bezdrátovou lokální smyčku. V použitích pro bezdrátovou lokální smyčku je požadováno zajistit zlepšenou telefonní službu pro obecně zastavěnou oblast při nízkých nákladech a snadné instalaci nutné infrastruktury. Zařízení bezdrátové lokální smyčky by mělo být ve stejném místě, jako přepínač centrálního úřadu obsluhující oblasti.

Kodéry zvukového signálu, kanálové jednotky a přijímače/vysílače by měly být umístěny spolu v jednom zařízení jako přepínač. Přijímače/vysílače by měly být připojeny k systému rozložené antény, jak bylo výše popsáno. V tomto systému procházejí signály radiových kmitočtů (vysokých frekvencí v rozsahu přibližně 10 kHz až 100 GHz) pro vstupní i výstupní signály párem kabelů. Kabely jsou periodicky připojovány, aby napájely vyzařovací prvky, odbočky kabelů mohou nebo nemusí vyžadovat použití zesílení pro udržování úrovní signálů.

Domovní telefonní jednotka pro rozhraní a bezdrátovou lokální smyčkou může sestávat z levného CDMA mobilního telefonu, modifikovaného pro použití s hlavním napáječem a s jednoduchou pevnou anténou. Telefonní ruční souprava (mikrotelefon s voličem) se dá zapojit do této vysokofrekvenční jednotky. Jednoduchost uživatelského zařízení by měla být zcela konzistentní s instalací uživatele. Zákazník by jednoduše přišel domů, otevřel skříň, zastrčil telefon a začal s hovorem.

Architektura systému dovoluje jednoduchý vývoj tak, jak proniká na trh. Služba by mohla začít s jedinou všesměrovou anténou umístěnou v místě zařízení. Tato anténa by byla namontována na vysoké věži, aby bylo zajištěno pokrytí oblasti. Je třeba uvést, že prvním cílem s počáteční službou je univerzální pokrytí oblasti obsluhy, takže všichni zákazníci žádající službu se mohou přihlásit.

Když potom poptávka vyvolává potřebu přídavné kapacity, antény se mohou dělit na sektory. Jak požadavky dále rostou, nejhustší sektory mohou být nahrazovány rozloženou anténou. Rozložená anténa umožní vyšší kapacitu, protože interference z přilehlých buněk je omezena a protože jednotky účastníků mohou pracovat s nižším výkonem a vyvíjet menší interferenci do přilehlých buněk.

Tímto systémem může také být zajištěna mobilní služba, když je učiněno opatření pro vhodná spojení mezi přilehlými centrálními úřady pro předávání, když se uživatel pohybuje z oblasti obsluhy jednoho centrálního úřadu do jiné. Toto předávání může být provedeno měkce pomocí

-7CZ 282725 B6 buňkového systému CDMA s použitím vhodného softwaru a hardwaru mezi přepínači centrálního úřadu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr. 1 přehledné schéma příkladného kódového multiplexního telefonního systému, napojeného na bezdrátovou pobočkovou ústřednu, obr. 2 příklad kombinace anténních obrazců pro rozloženou anténu systému z obr. 1, obr. 3 je schéma alternativního provedení rozloženého anténního systému pro použití se systémem z obr. 1, obr. 4 je blokové schéma příkladu zařízení mikrobuňky, použitého v telefonním kódovém multiplexním systému, napojeném na bezdrátovou pobočkovou ústřednu, a obr. 5 je blokové schéma mobilní telefonní jednotky telefonu s konfigurací pro komunikace v multiplexním přenosu CDMA s bezdrátovou pobočkovou ústřednou.

Příklady provedení wnálezu

V bezdrátovém telefonním systému CDMA má mikrobuňka řídicí obvod, více jednotek modulátor-demodulátor pracujících s rozprostřeným spektrem, které jsou také označovány jako kanálové jednotky nebo modemy, kombinovaný vysílač a přijímač (kombinovaný vysílač a přijímač) a rozložený anténní systém. Každá kanálová jednotka sestává z číslicového vysílacího modulátoru s rozprostřeným spektrem, z číslicového přijímače dat s rozprostřeným spektrem a z hledacího přijímače. Každý modem u mikrobuňky je přirazen k nějaké mobilní jednotce, jak je zapotřebí pro zajištění komunikací s přiřazenou mobilní jednotkou. Výraz mobilní jednotka nebo účastnický terminál použitý v souvislosti s mikrobuňkovým systémem je obecně telefonní přístroj CDMA s konfigurací jako ruční osobní komunikační přístroj, přenosný telefon CDMA nebo telefon CDMA, který je pevně zapojen na určitém místě.

V telefonním systému CDMA s bezdrátovou pobočkovou ústřednou PBX nebo v systému s lokální smyčkou vysílá mikrobuňka pilotní signál. Pilotní signál je používán mobilními jednotkami pro získání počáteční synchronizace se systémem a k zajištění pevného časového, kmitočtového a fázového řízení signálů vysílaných mikrobuňkou. Každá mikrobuňka také vysílá informaci modulovanou v rozprostřeném spektru, jako je identifikace mikrobuňky, systémové časování, pohyblivá vy hledávací informace a různé jiné řídicí signály.

Po získání pilotního signálu, to je po počáteční synchronizaci mobilní jednotky s pilotním signálem, hledá mobilní jednotka nějaký nosný kmitočet, který má být přijímán všemi uživateli systému v buňce. Tento nosný kmitočet, nazývaný synchronizační kanál, vysílá oběžníkovou zprávu obsahující systémovou informaci pro použití mobilními jednotkami systému. Systémová informace identifikuje mikrobuňku a systém, kromě toho, že vede informaci, která dovoluje, aby dlouhé pseudonáhodné PN kódy, rámce prokládání, kodéry zvukových signálů a jiná systémová časovači informace, používaná mobilní jednotkou, byly synchronizovány bez dalšího hledání. Jiný kanál, zvaný vyhledávací kanál, může také být uzpůsoben pro vysílání zpráv mobilním jednotkám oznamujících, že pro ně přišlo volání a pro odpovídání s přirazením kanálu, když mobilní jednotka iniciuje hovor.

Když je iniciován hovor, je určena adresa pseudonáhodného (pseudošumového, PN) kódu pro použití během tohoto hovoru. Kódová adresa může být buď přiřazena mikrobuňkou, nebo může být určena změnou uspořádání založenou na identitě mobilní jednotky.

-8CZ 282725 B6

Na obr. 1 je znázorněna bezdrátová základnová stanice 10, která obsahuje přepínač 12 pobočkové ústředny 120 a mikrobuňku 14. Přepínač 12 je použit pro připojení základnové stanice 10 rozhraním k veřejné komutované telefonní síti (PSTN - pevné, klasické telefonní síti) a/nebo drátovým telefonům napojeným na pobočkovou ústřednu. Přepínač 12 slouží při spojování telefonických hovorů do a z mikrobuňky 14, která vede hovory přes komunikační signály v kódovém multiplexu CDMA s příslušnou mobilní jednotkou. Mikrobuňka 14 obsahuje řídicí jednotku 18 komunikace s vícenásobným přístupem s kódovým dělením (dále kódového multiplexu), více kanálových jednotek 20A - 20N a odpovídající kodéry 1 ΙΑ - 22N zvukového signálu, kombinovaný vysílač a přijímač 24 a anténní systém 26 rozložené antény.

Přepínač 12 pobočkové ústředny 120 spojuje hovory do a z konkrétního páru kodér zvukového signálu-kanálová jednotka. Přepínač 12 je přednostně přístroj, který má schopnost zajišťovat řízení při přenosu signálů z tohoto přístroje do různých kodérů zvukového signálu. Přepínač 12 může být číslicový přístroj, který vytváří analogový nebo číslicový hlasový signál přídavně k číslicovým datovým signálům na společné sběrnici prostřednictvím dobře známých postupů a principů, jako je formát časového multiplexu, do a z jednotlivých kodérů zvukového signálu. Hlasové hovory přijímané z přepínače 12 se číslicově kódují, jestliže nejsou již před tím digitalizovány kodérem zvoleného páru kodér zvukového signálu a kanálové jednotky, jako je kodér 22A zvukového signálu páru kodér zvukového signálu a kanálová jednotka, sestávající z kodéru 22A zvukového signálu a kanálové jednotky 20A. Zvolený kodér zvukového signálu umístí hlas do formátu, který je výhodný pro kódování a vysílání v kódovém multiplexu CDMA. Další podrobné informace o kodéru zvukového signálu budou uvedeny dále. Kanálová jednotka zvoleného páru kodér zvukového signálu a kanálové jednotky zajistí kódování v kódovém multiplexu CDMA a jiné kódování číslicově kódovaného hlasového signálu, který má být vyslán do mobilní jednotky. Je třeba vzít na zřetel, že digitalizovaná data mohou být také vysílána přes přepínač 12, přičemž jsou, aniž by byla digitalizována, formátována pro přenos pro kódování a vysílání v kódovém multiplexu CDMA. Kodér zvukového signálu a kanálová jednotka budou podrobně vysvětleny dále.

Signál kódovaný v systému CDMA je vydáván z příslušné kanálové jednotky do kombinovaného vysílače a přijímače 24 pro přeměnu kmitočtu na vhodný vysílací kmitočet a řízený výkon při vysílání. Signál radiové frekvence (vysokofrekvenční signál) je veden do anténního systému 26, který má formu rozložených antén 28A-28I se zpožďovacími prvky 30A-30I umístěnými mezi sousedními anténami. Antény 28A-28I mohou být obecně vytvořeny jako všesměrové antény nebo směrové antény mající zvláštní vzor. Zpožďovací prvky 3OA-3OI mohou být jednoduchá zpožďovací vedení jako úseky koaxiálního kabelu nebo jiné dobře známé aktivní nebo pasivní zpožďovací prvky schopné vytvořit zpoždění jedné mikrosekundy samostatně nebo se spojovacím kabelem. Je zřejmé, že i jiné prostředky, například optická vlákna, mohou být použity jako přenosové linky mezi kombinovaným vysílačem a přijímačem (transcieverem) 24 a anténním systémem 26. Dále mohou být takové prostředky použity mezi samotnými anténami a s optickými zpožďovacími přístroji a vhodným rozhraním mezi radiovým kmitočtem a optickou částí pro připojení k anténám.

Mezi základnovou stanicí 10 a anténami 28A, 28B,..·· 281 anténní soustavy 26 je ve smyslu definice předmětu vynálezu vřazen rozdělovač D. Ten je v daném provedení tvořen přenosovým kabelovým vedením C, sériově propojujícím jednotlivé antény 28A, 28B,.·.· 281 a první anténu 28A anténní soustavy 26 se základnovou stanicí. Zpožďovací obvodové členy 30A, 30B,....30I jsou vřazeny sériově do přenosového kabelového vedení C mezi jednotlivé antény 28A, 28B,.....281.

Obr. 2 znázorňuje příklad kombinace anténních diagramových obrazců pro řadu antén uspořádaných podle vynálezu. Anténní diagramový obrazec znázorněný v obr. 2 je vytvořen řadou všesměrových antén, z nichž každá vymezuje oddělenou plochu 40A-40I využitelné vyzařovací a přijímací intenzity elektromagnetického pole (nebo diagramový obrazec), která se

-9CZ 282725 B6 přednostně překrývá s diagramovým obrazcem přilehlé antény. Překrytí diagramových obrazců zajišťuje spojité pokrytí žádané oblasti anténami. Antény jsou spojeny v sérii příkladným způsobem označeným vedením 42.

Základnová stanice 10 obsahuje komunikační terminál T pro komunikaci s vícenásobným přístupem s kódovým dělením, připojený na jedné straně přes pobočkovou ústřednu 120 k telefonní síti s vedením po drátě a na druhé straně přes společný kombinovaný vysílač a přijímač 24 k anténní soustavě 26 rozložených antén. Jak lze odvodit z obr. 1 a schématu na obr. 2, pokrývá anténní soustava 26 v rámci buňkového radiotelefonního systému s vícenásobným přístupem s kódovým dělením více uživatelských stanic týmiž komunikačními signály, majícími každý odlišný časový posun zavedený jednotlivými zpožďovacími obvodovými členy 30A, 30B.....301.

Je zřejmé, že antény mohou být navrženy pro takové rozmístění, aby jejich diagramové obrazce se podstatně nebo úplně překrývaly v oblasti pokrytí. V takovém uspořádání je zajištěno zpoždění v napáječích antén pro zajištění časového diverzity signálů. Takové uspořádání vytváří mnohocestné prostředí, kde je zajištěna diverzita pro účely rozlišování signálů. Tato technika je použitelná pro prostředí mikrobuňky, kde je přídavné množství cest žádoucí. Taková technika je zvláště použitelná pro prostředí CDMA buňkového mobilního telefonu, kde vícecestné signály nejsou nutně vytvářeny terénem. To je případ rovinných otevřených oblastí, kde odrazy signálů a tedy množství cest jsou minimální. Použití této techniky zajistí diverzitu v anténě ve spojení z buňky do mobilní jednotky s jedinou anténou.

Je zřejmé, že mohou být vytvořeny různě obměny anténního systému z obr. 1. Tak například mohou být použity paralelní řady sériově spojených antén s napájením z jednoho společného zdroje. V takovém uspořádání by mohly být v případě potřeby použity zpožďovací prvky v napájecích vedeních. Tyto zpožďovací prvky by zajistily zpoždění mezi signály vyzařovanými z antén, takže tentýž signál se vyzařuje z různých antén v různých časech.

Obr. 3 znázorňuje obměněné provedení anténního systému 26 pro systém s bezdrátovou pobočkovou ústřednou z obr. 1. V obr. 3 anténní soustava 26' sestává z centrální nebo místní antény 50 spojené s kombinovaným vysílačem a přijímačem 24. Odlehle od centrální antény 50 je umístěna řada anténových sestav 52A-52I. Každá odlehlá anténová sestava 52A-52I sestává z antény 54A-54I s vysokým ziskem, ze zpožďovacího obvodového členu 56A-56I a ze vzdáleného antény 58A-58I. V tomto provedení je rozdělení signálů v anténní soustavě provedeno bez použití kabelů.

Rozdělovač D signálů v tomto provedení sestává z centrální antény 50 základnové stanice 10 a skupiny jednotlivých samostatných antén 54A, 54B......541 s vysokým ziskem, bezdrátově elektromagneticky spojených každá s centrální anténou 50 základnové stanice 10 a spojených každá s odpovídající vzdálenou anténou 58A, 58B,....58I anténní soustavy 26'. Ve smyslu definice předmětu vynálezu je do spojovacího vedení, tj. spojení mezi každou samostatnou anténou 54A, 54B,.....541 s velkým ziskem a vzdálenou odpovídající anténou 58A, 58B,.... 581 v rámci jednotlivých anténových sestav 52A-52I anténní soustavy 26' vřazen zpožďovací obvodový člen 56A, 56B,.....561.

V anténní soustavě 26'jsou signály z kombinovaného vysílače a přijímače 24 vyzařovány místní centrální anténou 50 na každou z antén 54A-54I s vysokým ziskem, což jsou typicky směrové antény, a signály jsou po příjmu zesíleny. Zesílený signál je potom zpožděn o předem určený čas, typicky delší nezjedná mikrosekunda, odpovídajícím zpožďovacím obvodovým členem 56A-56I jsou navzájem různé a typicky to jsou násobky jedné mikrosekundy. Signál je veden z každého zpožďovacího prvku do příslušné vzdálené antény 58A-58I, ze které je opět vyzářen.

- 10CZ 282725 B6

Naopak jsou signály vysílané mobilní jednotkou přijímány jednou nebo několika vzdálenými anténami 58A- 581, ze kterých vstupují do příslušného zpožďovacího obvodového členu 56A561. Zpožďovací obvodový člen 56A-56I opět způsobí předem určené zpoždění přijímaného signálu a zpožděný signál se přivede na jeden z příslušných antén 54A-54I s vysokým ziskem. Antény 54A-54I s vysokým ziskem signál zesílí a vyzáří jej k místní centrální anténě 50.

Anténní soustava podle vynálezu je jedinečná pro použití s mikrobuňkovým systémem. Jak bylo výše uvedeno, je řízení výkonu signálu významný znak telefonního systému CDMA pro dosažení zvýšení uživatelské kapacity. Obvyklá všesměrová anténa vyzařuje signál stejně ve všech směrech. Napětí signálu klesá s radiální vzdáleností od antény podle přenosových charakteristik fyzického prostředí. Zákon šíření se může měnit od nepřímé úměrnosti ke kvadrátu do nepřímé úměrnosti k 5,5-té mocnině radiální vzdálenosti.

Buňka, která je navržena aby obsluhovala až do vzdálenosti určitého poloměru, musí vysílat s dostatečnou úrovní výkonu, takže i mobilní jednotka na okraji buňky bude přijímat signál na vhodné úrovni výkonu. Mobilní jednotky, které jsou blíže než na okraji buňky, budou přijímat signál většího výkonu než je přiměřený výkon. Svazky směrových antén mohou být vytvořeny s použitím množství principů známých v oboru. Vytváření směrových svazků však nemůže změnit zákon šíření. Pokrytí požadované oblasti vysokofrekvenčním signálem může být získáno kombinací diagramového obrazce antény, umístěním antény a výkonem vysílače.

Použití systému rozložené antény vytváří požadovaný diagramový obrazec antény například pro pokrytí haly nebo budovy, kde každý prvek antény zajišťuje omezené pokrytí. Při vytváření omezeného pokrytí anténou je nutný výkon pro dosažení mobilní jednotky v oblasti příslušně snížen protože je snížena ztráta přenosem.

Je zde však problém s vícenásobnými anténami, které vyzařují všechny tentýž signál. Zde se vyskytují oblasti, zejména oblasti v blízkosti bodů stejně vzdálených od dvou nebo více antén, kde mohou být přijímány signály dvou antén, které se navzájem ruší. Body, kde se signály mohou rušit, jsou vzdáleny přibližně o polovinu vlnové délky. Pro kmitočet 850 MHz je tato délka rovná 17,6 cm. Když dva signály dopadají na přijímací anténu se stejným napětím, ale v protifázi, potom se mohou navzájem rušit. To je v podstatě umělý vícecestný únik. Stejně jako v případě přirozeného vícecestného úniku je pro potlačení úniku nej lepší prostředek diverzita. Návrh CDMA systému vytváří několik metod zajištění diverzity pro potlačení vícecestného úniku.

Výše uvedené patentové přihlášky popisují systém buňkového telefonu, který používá CDMA modulaci se šířkou pásma 1,25 MHz, vícenásobné diverzity a velmi pečlivé řízení výkonu vysílače. Jedno provedení diverzity spočívá ve vytvoření architektury přijímače, kde je vytvořeno několik přijímačů, z nichž každý může přijímat signál, který proběhl jinou dráhu a tedy vytváří jiné zpoždění. Zařízení obsahuje oddělený hledači přijímač, který plynule prohlíží časovou oblast ukazující nejlepší cesty a příslušně přiřazující odpovídající z více přijímačů.

Jiná metoda diverzity je dráhová diverzita. Při dráhové diverzitě se signál vyzařuje z více antén umístěných na různých místech, a vytvářejících pokud možno více než jednu přenosovou cestu. Jestliže dvě nebo více antén mohou zajistit přijatelné komunikační dráhy k mobilnímu přijímači, potom může být dosaženo dráhovou diverzitou omezení úniku.

V mikrobuňkovém systému se požaduje uspořádat více antén pro pokrytí v požadované oblasti pokrytí, avšak požadavek kapacity pro systém nevyžaduje, aby každá anténa byla napájena oddělenou soustavou signálů jako v obvyklém buňkovém systému. Místo toho, aby byly minimalizovány náklady, žádá se napájení některých nebo všech antén v mikrobuňkovém systému stejnými signály radiového kmitočtu. V oblastech mikrobuňkového systému, kde jsou možné dobré dráhy ke dvěma nebo více anténám, může být získána dráhová diverzita.

-11 CZ 282725 B6

Problém s napájením antén mikrobuňkového systému totožnými signály spočívá v tom, že v místech, kde jsou přijímány téměř stejné signály ze dvou nebo několika antén, může nastat fázové rušení (vzájemné potlačení) signálů. Požaduje se jednoduché a nenákladné rozlišování signálů napájejících různé antény bez významného zvýšení nákladů na systém. Způsob dosažení tohoto cíle v rámci vynálezu spočívá v tom, že se do napájecích vedení mezi základnovou stanicí, kombinovaným vysílačem a přijímačem a anténami přidávají zpožďovací prvky.

Jestliže se systém s více anténami, popsaný výše, opatří zpožďovacími linkami v napáječích, takže každá anténa je napájena signálem, zpožděným o jednu nebo více mikrosekund vzhledem k její sousední anténě, potom architektura přijímačů mobilních jednotek dovolí oddělený příjem signálu z každé antény a jeho koherentní kombinaci, takže žádné potlačení nevznikne. Unik způsobený jinými odrazy v prostředí může být totiž popisovaným řešením silně omezen, protože je vytvořena určitá forma dráhové diverzity.

Mikrobuňka je vytvořena jako standardní CDMA buňka, jak je vysvětleno ve výše zmíněných patentových přihláškách. Přídavně ke funkcím popsaným v uvedených patentových přihláškách systém obsahuje anténní systém s více vyzařovacími prvky, instalovanými v oblasti, která má být mikrobuňkou pokryta. Signály se rozdělují do vyzařovačů koaxiálními kabely nebo jinými prostředky. V sérii s kabelem spojujícím dvě sousední antény je zapojeno zpožďovací vedení se zpožděním rovným jedné nebo několik mikrosekund.

Mobilní jednotky nebo terminály obsahují jeden nebo několik CDMA přijímačů a hledači přijímač. Vyhledávací přijímač prohlíží časovou oblast, určuje jaké cesty existují a které jsou nejsilnější cesty. Přístupné CDMA přijímače jsou potom přirazeny k nejsilnějším přístupným cestám. Buňkové přijímače mají podobnou schopnost.

Ve provedení znázorněném v obr. 3 nejsou vyzařovací prvky spojeny kabelem, ale odebírají signál z jiného vyzařovacího prvku použitím antény s vysokým ziskem. Odebraný signál je mírně zesílen, zpožděn o předem určenou hodnotu a potom opět vyzářen.

CDMA systém popsaný ve zmíněných spisech může zajistit kapacitu odpovídající asi 40 současných hovorů v každé buňce systému v každé šířce pásma 1,25 MHz kódového multiplexního CDMA kanálu. Výsledná buňka ve zde popisovaném vynálezu je pokrytá oblast součtu anténních diagramových obrazců každé z antén spojených společným napájecím systémem. Kapacita 40 hovorů je tedy dosažitelná kdekoliv v oblasti pokrytí. Když se mobilní uživatelé pohybují uvnitř systému, všichni volající budou pokračovat ve příjmu služby nezávisle na tom, jak mohou být shromážděni uvnitř buňky. Toto je zvláště výhodné v bezdrátových systémech s pobočkovou ústřednou pro provoz jako jsou hotely, které obsahují velké sály a jiné veřejné prostory, které by mohly obsahovat velký počet uživatelů systému v určitém čase, ale ne však stále během provozního dne. V jiných obdobích by uživatelé mohli být umístěni v jejich soukromých hotelových pokojích. Je velmi žádoucí pro bezdrátový systém s pobočkovou ústřednou se přizpůsobit takovým situacím.

S ohledem na buňkové telefonní systémy Federální komunikační komise (FCC) přidělila celkem 25 MHz pro spojení z mobilních jednotek do buňky a 25 MHz pro spojení z buňky do mobilních jednotek. FCC rozdělila umístění stejně mezi dva provozovatele služeb, z nichž jeden je společnost drátového telefonu pro oblast služeb a druhý se volí losem. Z důvodů pořádku, ve kterém byla přidělení provedena, je pásmo 12,5 MHz přidělené každému nosnému kmitočtu pro každý směr spojení dále rozděleno ve dvě dílčí pásma. Pro vedení po drátě mají dílčí pásma šířku 10 MHz a 2,5 MHz. Pro bezdrátová vedení mají dílčí pásma šířku 11 MHz a 1,5 MHz. Šířka pásma signálu menší než 1,5 MHz mohla být uložena do kteréhokoli dílčího pásma, zatímco šířka pásma menší než 2,5 MHz by mohla být uložena do všech dílčích pásem kromě jednoho. Takové kmitočtové schéma je také použitelné pro mikrobuňkový systém, ačkoliv za určitých okolností mohou být přípustná a žádanější jiná rozložení kmitočtů.

- 12CZ 282725 B6

Pro zajištění maximální pružnosti při přizpůsobení kódového multiplexního přenosu CDMA přípustnému kmitočtovému spektru buněk, jaké je použito v buňkovém telefonním systému, by měl být tvarový průběh méně než 1,5 MHz v šířce pásma. Dobrá druhá volba by mohla být šířka pásma kolem 2,5 MHz připouštějící úplnou pružnost pro drátová buňková vedení a téměř úplnou pružnost pro bezdrátová buňková vedení. Použití větší šířky pásma má výhodu v tom, že nabízí zvýšené mnohocestné rozlišení, zatímco nevýhodou jsou vyšší náklady na zařízení a nižší pružnost v přiřazování kmitočtů v určené šířce pásma.

V bezdrátovém telefonním systému s pobočkovou ústřednou nebo lokální smyčkou a pracujícím s rozprostřeným spektrem, jak je zde popsán, je přednostní tvarový průběh signálu s rozprostřením do rozprostřeného spektra přímou posloupností, tj. pseudonáhodným signálem, jako v systému buňkového telefonu popsaném ve výše uvedené patentové přihlášce a v patentovém spisu USA č. 4 901 307. Rychlost čipu pseudonáhodné posloupnosti je zvolena 1,2288 MHz, takže výsledná šířka pásma kolem 1,25 MHz po filtraci je přibližně jedna desetina celkové šířky pásma přiřazená jednomu buňkovému nosnému kmitočtu.

Jiná úvaha při volbě přesné rychlosti čipu je založena na tom, že je žádoucí, aby rychlost čipu byla přesně dělitelná datovými rychlostmi základního pásma užitého v systému. Je také žádoucí, aby dělitel byla mocnina dvou. Při datové rychlosti základního pásma 9600 bitů za sekundu je rychlost čipu pseudonáhodného signálu zvolena 1,2288 MHz, tj. 128 krát 9600.

Ve spojení z mikrobuňky do mobilní jednotky jsou binární posloupnosti, použité pro rozprostření spektra vytvořeny ze dvou různých typů posloupností, každého s odlišnými vlastnostmi pro zajištění různých funkcí. Vnější kód je sdílen všemi signály v mikrobuňce pro zajištění rozlišení mezi vícecestnými signály. Vnější kód může být také použit pro rozlišení mezi signály vysílanými do mobilních jednotek různými mikrobuňkami, kdyby v systému byly přídavné mikrobuňky. Je zde také vnitrní kód, který je použit pro rozlišení mezi uživatelskými signály, vysílanými jedním sektorem nebo buňkou.

Tvarový průběh nosné vlny je ve výhodném provedení pro signály vysílané buňkovou oblastí ve formě sinusové nosné vlny, která je kvadrafázové modulována dvojicí binárních pseudonáhodných posloupností, které poskytují vnější kód vysílaný jediným sektorem nebo buňkou. Posloupnosti jsou generovány dvěma rozdílnými generátory pseudonáhodných signálů stejné délky posloupnosti. Jedna posloupnost bifázově moduluje synfázní (in phase, ve fázi) kanál nosného kmitočtu (kanál I) a druhý sled bifázově moduluje kvadratumí fázi (Q kanál) nosného kmitočtu. Výsledné signály jsou sečteny pro vytváření složeného kvadrafázového nosného kmitočtu.

I když se obvykle používá pro vyjádření binárních sledů hodnot logické nuly a logické jedničky, jsou signálová napětí použitá v modulačním procesu +V voltů pro logickou jedničku a -V voltů pro logickou nulu. Výsledný signál může být potom pásmově omezován průchodem přes pásmovou propust. V oboru je také známo zpracovat dolní propustí proud binární posloupnosti před násobením signálem ve tvaru sinusoidy, čímž se zamění pořadí operací. Kvadráfázový modulátor sestává ze dvou bifázových modulátorů, poháněných každý jinou posloupností a se sinusovitými signály použitými v bifázových modulátorech majícími mezi sebou 90° fázové posunutí.

Ve výhodném provedení je délka pseudonáhodné PN posloupnosti pro vysílaný signál volí 32768 čipů. Posloupnosti této délky mohou být generovány modifikovaným generátorem maximální délky lineární posloupnosti přidáváním nulového bitu k délce posloupnosti 32767 čipů. Výsledná posloupnost má dobrou vzájemnou korelaci a autokorelační vlastnosti. Dobrá vzájemná korelace a dobré autokorelační vlastnosti jsou potřebné pro zabránění vzájemné interferenci mezi pilotními signály vysílanými různými buňkami.

- 13 CZ 282725 B6

Všechny signály vysílané mikrobuňkou sdílejí tytéž vnější PN kódy pro kanály I i kanály Q. Signály jsou tedy rozptýleny také s vnitrním ortogonálním kódem vyvíjeným s použitím Walshových funkcí. Signál adresovaný určitému uživateli se násobí vnějšími pseudonáhodnými posloupnostmi a konkrétní Walshovou posloupností nebo sledem Walshových posloupností přiřazených řídicí jednotkou systému pro dobu telefonického hovoru uživatele. Stejný vnitřní kód je přiveden přiřazen kanálu I i kanálu Q, což má za výsledek modulaci, která je pro vnitřní kódu bifázová.

V oboru je dobře známo, že může být vytvořen soubor n ortogonálních binárních posloupností, majících každá délku n, pro n rovné některé mocnině dvou, viz Digital Communications with Space Applications, S. W. Colomb a spol., Prentice-Hall, lne, 1964, str. 45-64. Jsou také známy soubory ortogonálních binárních posloupností pro většinu délek, které jsou násobky čtyř a menší než 200. Jedna třída takových posloupností, která se dá snadno vytvořit, se nazývá Walshova funkce, také známá jako Hadamardovy matice. Walshova posloupnost je jeden z řádků matice Walshovy funkce. Walshova funkce řádu n obsahuje n posloupností, majících každá délku n bitů.

Walshova funkce řádu n, stejně jako jiné ortogonální funkce, má tu vlastnost, že v intervalu n kódových symbolů je vzájemná korelace mezi všemi různými posloupnostmi v souboru nulová, a to pokud jsou posloupnosti navzájem časově srovnány. To může být ukázáno zjištěním, že každá posloupnost se liší od každé jiného posloupnosti přesně v polovičním počtu jejích bitů. Je také třeba uvést, že zde vždy jedna posloupnost obsahuje samé nuly a že všechny ostatní posloupnosti obsahují polovinu jedniček a polovinu nul.

Protože všechny signály vysílané mikrobuňkou jsou navzájem ortogonální, nepřispívají ke vzájemné interferenci. To odstraňuje větší část interferencí ve většině míst a umožňuje dosáhnout vyšší kapacitu.

Jako přídavné opatření může systém dále užívat hlasový kanál, což je kanál proměnlivého rozsahu, jehož datová rychlost může být od jednoho bloku dat ke druhému bloku dat měněna minimem přídavných prostředků pro řízení používané datové rychlosti. Použití proměnlivé datové rychlosti snižuje vzájemnou interferenci vyloučením zbytečných přenosů, když se nepřenáší žádná užitečná řeč. V kodérech zvukového signálu se používají algoritmy pro vytváření a změnu počtu bitů v každém bloku kodéru zvukového signálu v souladu se změnami aktivity řeči. Během aktivní řeči může kodér zvukového signálu vytvářet bloky dat o délce 20 ms obsahující 20, 40, 80 nebo 160 bitů v závislosti na aktivitě hovořící osoby. Je žádoucí vysílat bloky dat v pevném časovém intervalu změnou rychlosti vysílání. Dále je žádoucí nevyžadovat signalizační bity pro informaci přijímače o tom, kolik bitů se vysílá.

Bloky jsou dále kódovány použitím cyklického redundantního kontrolního kódu (CRCC), který přidá ke bloku přídavný soubor paritních bitů, který může být použit k určení, zdali blok dat byl či nebyl správně dekódován. Kontrolní kódy CRCC se vytvářejí dělením bloku dat předem určeným binárním polynomem. CRCC kód sestává ze všech nebo zčásti zbývajících bitů z dělení. Kód CRCC je kontrolován v přijímači reprodukcí téhož zbytku a kontrolováním pro zjištění zda získané bity zbytku jsou stejné jako zpětně získané kontrolní bity.

V řešení dle vynálezu přijímací dekodér dekóduje blok, jako kdyby by obsahoval 160 bitů a potom jako kdyby by obsahoval 80 bitů atd., a to tak dlouho až byly vyzkoušeny všechny možné délky bloku. CRCC kód se vypočítává pro každý pokus dekódování. Když některé z pokusných dekódování dává správný CRCC, je datový blok přijat a je převeden do kodéru zvukového signálu pro další zpracování. Když žádný pokus dekódování nevytvoří platný CRCC, přijaté symboly se zavedou do procesoru systémových signálů, kde mohou být volitelně provedeny jiné zpracovávací operace.

- 14CZ 282725 B6

Ve vysílači mikrobuňky se výkon vysílaného tvaru vlny mění se změnou datové rychlosti bloku. Nejvyšší datová rozsah používá nejvyšší výkon nosně vlny. Když je datová rychlost nižší, než maximum, modulátor přídavně se snížením výkonu opakuje každý kódovaný symbol dat tolikrát, kolikrát je to zapotřebí pro dosažení požadované rychlosti vysílání. Tak například pro nejnižší rychlost vysílání se každý kódovaný symbol opakuje čtyřikrát.

V mobilním vysílači je vrcholový výkon udržován stálý, ale vysílač je vypnut po 1/2 nebo 1/4 nebo 1/8 času v závislosti na počtu bitů, které mají být vyslány v bloku dat. Polohy okamžiků zapnutí vysílače se mění pseudonáhodně v závislosti na adresovém uživatelském kódu mobilního uživatele.

Jak je uvedeno v patentové přihlášce USA č. 07/543 496 pro spojení z buňky do mobilní jednotky, tedy pro spojení z mikrobuňky do mobilní jednotky, jak je použito v daném případě, se hodnota hodnota n Walshovy funkce stanoví pro spojení z buňky do mobilní jednotky rovná 64. Každému ze 64 různých signálů, které mají být vysílány, je tedy přiřazena jedinečná ortogonální posloupnost. Dopředná oprava chyb (FEC) kódovaného proudu symbolů pro každý hovor se násobí přirazenou Walshovou posloupností. Proud symbolů, kódovaný Walshovým kódem a FEC kódem pro každý hlasový kanál se potom násobí vnějším tvarovým průběhem signálu, kódovaným pseudonáhodnou posloupností. Výsledné rozprostřené proudy symbolů se potom sečtou k vytvoření složeného tvarového průběhu signálu.

Výsledný složený tvarový průběh signálu se potom namoduluje na sinusovou nosnou vlnu, filtruje pásmovým filtrem, převede se na žádaný pracovní kmitočet, zesílí a vyzáří anténním systémem. Alternativní provedení Vynálezu mohou zaměnit pořadí některých výše popsaných operací pro vytvoření signálu vysílaného buňkou. Tak například se může výhodné násobit každý hlasový kanál vnějším tvarovým průběhem signálu, kódovaným pseudonáhodnou posloupností a provést operaci filtrování před sečtením signálů všech kanálů, které mají být vyzářeny anténou.

V oboru je dobře známé, že poradí lineárních operací mohou být zaměněny pro získání různých výhod podle provedení a konkrétních praktických řešení.

Tvarový průběh signálu pro bezdrátový systém s pobočkovou ústřednou používá pilotní signál pro spojení z mikrobuňky do mobilní jednotky, jak je popsáno v patentovém spisu USA č. 4 901 307. Pilotní signál používá všenulovou Walshovu posloupnost obsahující samé nuly, která se nachází ve všech souborech Walshovy funkce. Použití všenulové Walshovy posloupnosti pro všechny pilotní signály buňky umožňuje, aby při počátečním hledání pilotního tvarového průběhu signálu byly ignorovány Walshovy funkce až do získání synchronizace vnějšího pseudonáhodného kódu. Rámcování Walshovy posloupnosti je spojeno s cyklem pseudonáhodného kódu tím, že délka Walshova rámce představuje činitel délky pseudonáhodné posloupnosti. Za předpokladu, že posunutí adresování buněk v pseudonáhodném kódu jsou násobky 64 čipů (nebo délky rámce Walshovy posloupnosti) potom je rámcování Walshovy funkce implicitně známé z časovacího cyklu vnějšího pseudonáhodného kódu.

Pilotní signál je vysílán na vyšší výkonové úrovni než typický hlasový signál pro zajištění většího poměru signálu k sumu a okraj interference pro tento signál. Vyšší úroveň výkonu pilotního signálu umožňuje hledání počátečního získání pilotního signálu při vyšší rychlosti a umožňuje velmi přesné sledování fáze pilotního signálu obvodem sledování fáze a poměrně širokým pásmem. Fáze nosné vlny získaná sledováním pilotního signálu se používá jako referenční veličina fáze nosné vlny pro demodulaci nosných vln modulovaných informačními signály uživatele. Tento postup umožňuje mnoha uživatelským signálům sdílet společný pilotní signál pro referenční veličinu fáze nosné vlny. Například v systému vysílajícím celkem 15 současných hlasových signálů by pilotnímu signálu by mohl být přidělen vysílací výkon rovný čtyřem hlasovým signálům.

- 15 CZ 282725 B6

Přídavně k pilotnímu signálu se vysílá mikrobuňkou jiný signál, určený pro příjem všemi uživateli systému v mikrobuňce. Tento signál, zvaný synchronizační kanál, používá stejné pseudonáhodné posloupnosti délky 32768 pro rozprostření spektra, avšak a odlišnou předem přiřazenou Walshovou posloupností. Synchronizační kanál vysílá oběžníkovou zprávu, obsahující systémovou informaci pro použití mobilními jednotkami v systému. Systémová informace identifikuje buňku a systém a vede informaci umožňující, aby dlouhé pseudonáhodné kódy, používané pro informační signály mobilních jednotek, byly synchronizovány bez přídavného hledání. Jiný kanál, zvaný vyhledávací kanál může být vytvořen pro vysílání zpráv mobilním jednotkám oznamujících, že pro ně přišel hovor a pro odpovídání s přiřazením kanálu, když mobilní jednotka iniciuje hovor.

Každý hlasový signál vysílá číslicovou representaci řeči pro telefonní hovor. Analogový tvarový průběh signálu řeči je digitalizován s použitím standardních postupů digitálního telefonu a potom je komprimován použitím kódovacího procesu hlasového signálu pro datovou rychlost asi 9600 bitů za sekundu. Tento datový signál s rychlostí r = 1/2, je potom konvolučně kódován s omezovači délkou K = 9, s opakováním, a proložený za účelem zajištění detekce chyb a opravných funkcí, které umožňují, aby systém pracoval s mnohem nižším poměrem signálu k sumu a poměrem interference. Principy konvolučního kódování, opakování a prokládání jsou v oboru dobře známé.

Výsledné kódované symboly se násobí přiřazenou Walshovou posloupností a potom se násobí vnějším pseudonáhodným kódem. Tento proces vede k rychlosti pseudonáhodné posloupnosti 1,2288 MHz nebo rychlosti dat 128 krát 9600 bitů za sekundu. Výsledný signál se potom namoduluje na radiový nosný kmitočet a sečte se s pilotním signálem a s nastavovacími signály a také s jinými hlasovými signály. Sčítání může být provedeno v různých stupních zpracování, například na mezikmitočtu nebo na kmitočtu základního pásma před nebo po násobení pseudonáhodnou posloupností.

Každý hlasový signál se také násobí hodnotou, která nastavuje jeho vysílaný výkon vzhledem k výkonu jiných hlasových signálů. Toto opatření pro řízení výkonu umožňuje přidělení výkonu těm spojům, které vyžadují vyšší výkon, protože uvažovaný příjemce je v poměrně nevýhodné poloze. Jsou zajištěny prostředky pro mobilní jednotky pro záznam jejich poměru přijímaného signálu k šumu, aby bylo umožněno nastavit výkon na takovou úroveň, aby byl zajištěn vyhovující provoz bez plýtvání. Ortogonalita Walshových funkcí není rušena použitím různých úrovní výkonu pro různé hlasové signály za předpokladu, že je zachováno vzájemné vyřízení v čase.

Obr. 4 znázorňuje blokové schéma příkladného vytvoření zařízení mikrobuňky z obr. 1. Obě části, tj. přijímač a vysílač kombinovaného vysílače a přijímače 24 mají společný diplexer 100. V obr. 4 přijímací systém kombinovaného vysílače a přijímače 24 mikrobuňky 14 sestává z analogového přijímače 102, zatímco odpovídající součásti kanálové jednotky, zde kanálové jednotky 20A, sestávají zhledacího přijímače 104, přijímače číslicových dat 106 a dekodéru 108. Přijímací systém může také obsahovat volitelný přijímač 110 číslicových dat. Další podrobnosti příkladného provedení analogového přijímače 100 jsou uvedeny v patentové přihlášce USA č. 07/543 496.

Mikrobuňka 14, jak bylo uvedeno výše, obsahuje řídicí jednotku 18 kódového multiplexu, který je spojen s přijímači 106 a 110 dat a také se hledacím přijímačem 104. Řídicí jednotka 18 kódového multiplexu kromě jiných funkcí jako přiřazení Walshovy posloupnosti a kódu provádí zpracování signálu, vytváření časovacího signálu, řízení výkonu a různé jiné přirazené funkce.

Signály přijímané anténou 26 jsou přes diplexer 100 vedeny do analogového přijímače 100 a potom do hledacího přijímače 104. Hledači přijímač 104 je v mikrobuňce použit pro sledování a zpracovávání nejsilnějšího přijímaného signálu v časové oblasti, jaký je k dispozici, pro

- 16CZ 282725 B6 zajištění, aby přijímač 106 sledoval a zpracoval nejsilnější signál v časové oblasti. Hledači přijímač 104 dodává signál řídicí jednotce 18 kódového multiplexu, který vytváří řídicí signály pro přijímač 106 číslicových dat pro výběr vhodného přijímaného signálu pro zpracování.

Zpracování signálu ve přijímači dat ahledacím přijímači mikrobuňky je v několika směrech odlišné od zpracování signálu podobnými prvky v mobilní jednotce. Ve spojení z mobilní jednotky do mikrobuňky, tedy zpětném spojení, mobilní jednotka nevysílá pilotní signál, který může být použit pro koherentní referenční účely při zpracovávání signálu v buňce. Spojení z mobilní jednotky do mikrobuňky se vyznačuje nekoherentním modulačním a demodulačním schématem používajícím 64-členné ortogonální signalizování.

V 64-členném ortogonálním signalizačním procesu signály vysílané mobilní jednotkou jsou kódovány do jedné ze 2⁶, to je 64 různých binárních posloupností. Soubor zvolených sledů je známá jako Walshovy funkce. Optimální přijímací funkce pro zakódování m-členného signálu Walshovy funkce je rychlá Hadamardova transformace (FNT).

Podle obr. 2 hledači přijímač 104 a přijímač 106 číslicových dat přijímají signály vystupující z analogového přijímače 102. Pro dekódování signálů rozprostřeného spektra vysílaných do zvláštního přijímače buňky, přes který komunikuje mobilní jednotka, musí být vytvářeny vlastní pseudonáhodné posloupnosti. Další podrobnosti vytvářené signály mobilní jednotky jsou uvedeny v patentové přihlášce USA č. 07/543 496.

Viterbiho dekodér obsazený v obvodu 108 je typu, který má schopnost dekódování dat zakódovaných v mobilní jednotce s omezující délkou K = 9 a rychlostí kódu r = 1/3. Viterbiho dekodér je použit pro určení nejvýhodnějšího sledu bitů informace. Periodicky, jmenovitě po 1,25 ms, je získán odhad jakosti signálu a vyslán jako povel nastavení výkonu mobilní jednotky zároveň s daty k mobilní jednotce. Tento odhad jakosti je střední hodnota poměru signálu k šumu během intervalu 1,25 ms.

Každý přijímač dat provádí časování signálu, který přijímá. To se provádí dobře známým postupem korelování přijímaného signálu mírně časnou místní referenční pseudonáhodnou posloupností a korelování přijímaného signálu s mírně pozdní místní referenční pseudonáhodnou posloupností. Rozdíl mezi těmito dvěma korelacemi bude mít nulovou střední hodnotu když zde není žádná chyba časování. Naopak, když je chyba časování, potom tento rozdíl oznamuje velikost a znaménko chyby a časování přijímače se příslušně nastaví.

Signály z pobočkové ústředny se zavedou do vhodného vysílacího modulátoru kodéru 22A-22N zvukového signálu při řízení řídicí jednotkou 18 kódového multiplexu. Pro příklad znázorněný v obr. 4 je použit kodér 22A zvukového signálu. Kanálová jednotka 20A dále obsahuje vysílací modulátor 112, který při řízení rozprostřeného spektra řídicí jednotkou 18 kódového multiplexu moduluje data pro vysílání k určené přijímající mobilní jednotce.

Výstup z vysílacího modulátoru 112 jde na vstup řídicího obvodu 114 vysílaného výkonu, kde při řízení řídicí jednotky 18 kódového multiplexu může být řízen vysílaný výkon. Výstup řídicího obvodu 114 vysílaného výkonu jde do sumátoru 116, kde je sečten s výstupem vysílacího modulátoru a řídicích obvodů vysílaného výkonu jiných kanálových jednotek. Sumátor může být sloučen s některou z kanálových jednotek nebo může být uvažován jako část vysílací části kombinovaného vysílače a přijímače 24. Výstup sumátoru 116 jde do vysílací části kombinovaného vysílače a přijímače 24, která obsahuje zesilovač 118 vysílaného výkonu. Zesilovač 118 vysílaného výkonu zesiluje signál pro výstup přes diplexer 100 do anténní soustavy 26 pro vyzařování k mobilním jednotkám uvnitř obsluhované oblasti mikrobuňky. Další podrobnosti o příkladu obvodu vysílače z obr. 4 jsou uvedeny ve patentové přihlášce USA č. 07/543 496.

- 17CZ 282725 B6

Obr. 4 dále znázorňuje generátory pilotního signálu a řídicího kanálu a řídicí obvod 120 vysílaného výkonu, který může být obsažen v některé z kanálových jednotek jako oddělená součást systému. Obvod 120 při řízení řídicí jednotkou 18 kódového multiplexu vytváří a výkonově řídí pilotní signál, synchronizační kanál a vyhledávací kanál pro připojení k zesilovači 118 vysílaného výkonu pro výstup přes diplexer 100 do antény 26.

Ve přednostním provedení je zakódování kanálových signálů Walshovou funkcí použito jako vnitřní kód. V konkrétních číslech daného příkladu je možné použít celkem 64 různých Walshových posloupností, z nichž tři jsou určeny pro řízení, synchronizaci a funkce vyhledávání kanálu. V synchronizačních, vyhledávacích a hlasových kanálech jsou vstupní data konvolučně kódována a potom proložena, jak je v oboru dobře známo. Dále jsou konvolučně kódovaná data také opatřena před prokládáním opakováním, jak je také v oboru dobře známo.

Pilotní kanál neobsahuje žádnou modulaci dat a je charakterizován jako nemodulovaný signál v rozprostřeném spektru, který užívají všichni uživatelé konkrétního sektoru nebo buňky pro účely získání kanálu nebo sledovací účely. Každá buňka, nebo každý sektor, je-li buňka rozdělena na sektory, jediný pilotní signál. Místo použití různých generátorů pseudonáhodných posloupností pro pilotní signály je vhodné provádět účinnější způsob vytváření různých pilotních signálů použitím posuvů ve stejné základní posloupnosti. Při užití tohoto principu mobilní jednotka postupně prohledává celou posloupnost a ladí se na ten posuv, který vytváří nejsilnější korelaci. Při použití tohoto posuvu základní posloupnosti musí být posuvy takové, aby pilotní signály v sousedních buňkách nebo sektorech spolu neinterferovaly nebo se nerušily.

Pilotní posloupnost musí tedy být dostatečně dlouhá, aby mohlo být vytvořeno mnoho odlišných posloupností posuvy v základním sledu pro podporu velkého množství pilotních signálů v systému. Dále musí být oddělení posuvů dostatečně velké, aby se zajistila nepřítomnost intereferencí v pilotních signálech. V příkladném provedení vynálezu je tedy délka řídicí posloupnosti zvolena 2¹’. Posloupnost je vyvíjena tak, že se začne posloupností 2¹⁵-1 se zvláštní 0, přidanou k posloupnosti, když se zjistí konkrétní stav. Ve příkladném provedení je zvoleno 512 pilotních signálů s posunem (ofsetem) v základní posloupnosti rovném 64 čipů. Nicméně posuny mají být celistvé násobky přesazení 64 čipů s příslušnou redukcí v počtu různých pilotních signálů.

Při vytváření pilotního signálu se Walshova nulová (W_o) posloupnost, sestávající se samých nul použije, aby nemoduloval pilotní signál modulován, který je v podstatě PN| posloupnost a PNq posloupnost. Walshova nulová (W_o) posloupnost se tedy násobí PNj posloupností a PNq posloupností v logických členech EXCLUSIVE-OR (obvodech nonekvivalence) pilotní signál tedy obsahuje pouze pseudonáhodnou posloupnost PNi a pseudonáhodnou posloupnost PNq. Ve všech buňkách a sektorech majících stejnou pseudonáhodnou posloupnost pro pilotní signál je rozlišovací znak mezi buňkami nebo sektory pro původ vysílání tvořen fází posloupnosti.

Informace synchronizačního kanálu je zakódována a potom vynásobena v logických obvodech EXCLUSIVE-OR předem přiřazenou Walshovou posloupností. Ve příkladném provedení je zvolená Walshova funkce (W₃₂) posloupnost, která sestává ze 32 jedniček následovaných 32 nulami. Výsledná posloupnost se potom vynásobí PNj posloupností a PNq posloupností v logických obvodech EXCLUSIVE-OR.

Ve příkladném provedení je datová informace synchronizačního kanálu přivedena do vysílacího modulátoru typicky rychlostí 1200 b/s. Ve příkladném provedení jsou data synchronizačního kanálu přednostně konvolučně kódována s rychlostí = 1/2 s omezující délkou K= 9, s dvojím opakováním každého kódového symbolu. Tato rychlost kódu a omezující délka jsou společné pro všechny kanály na vedení do mobilní jednotky, tj. synchronizační, vyhledávací a hlasový kanál. V jednom příkladném provedení je použita struktura posuvného registru pro generátory kódu Gj = 753 (osmičkové číslo) a G₂ = 561 (osmičkové číslo). Symbolová rychlost do synchroni

- 18CZ 282725 B6 začního kanálu je ve příkladném provedení 4800 symbolů za sekundu, tj. jeden symbol je 208 ps nebo 256 čipů pseudonáhodné posloupnosti.

Kódové symboly jsou prokládány v příkladném provedení prostřednictvím konvolučního 5 prokládacího rozdělování (convolutional interleaver spanning) s rozsahem 40 msek. Pokusné parametry prokládání jsou I = 16 a J = 48. Další podrobné údaje o prokládání jsou v pojednání Data Communication, Networks and Systems, Howard W. Sams & Co., 1987, str. 343-352. Účinek konvolučního prokládání spočívá v tom, že se rozptýlí nespolehlivé kanálové symboly tak, že kterékoli dva symboly v souvislém sledu 1-1 nebo méně symbolů jsou oddělovány alespoň ío J+l symboly ve výstupu z inverze prokládání. Ekvivalentním způsobem jsou kterékoli dva symboly v souvislém sledu J-l symbolů oddělovány alespoň 1+1 symboly ve výstupu z inverze prokládání. Jinými slovy jsou při I = 16 a J = 48 v radě 15 symbolů vysílané symboly oddělovány intervalem 885 ps a je tak dosahována časová diverzita.

Symboly synchronizačního kanálu mikrobuňky jsou vázány k pilotnímu signálu mikrobuňky. Cyklus pilotního signálu v příkladném provedení je 26,67 ms dlouhý, což odpovídá 128 symbolům kódu synchronizačního kanálu nebo 32 informačním bitům synchronizačního kanálu. Symboly synchronizačního kanálu se prokládají konvolučním proložením po 26,67 ms. Když tedy mobilní jednotka získala pilotní signál, má bezprostřední synchronizaci synchronizačního 20 kanálu a prokládání.

Symboly synchronizačního kanálu jsou kryty předem přidělenou Walshovou posloupností pro vytvoření ortogonality v signálu. V synchronizačním kanálu připadá jeden kódový symbol na čtyři krycí posloupnosti, tj. jeden kódový symbol na čtyři opakování posloupnosti 32 jedniček 25 32 nul. Jedna logická jednička reprezentuje přítomnost 32 jedniček Walshových čipů, zatímco jedna logická nula představuje přítomnost 32 nul Walshových čipů. Ortogonalita v synchronizačním kanálu je zachována, i když symboly synchronizačního kanálu jsou posunuty vzhledem k absolutnímu času v závislosti na přidruženém pilotním kanálu, protože posuvy synchronizačního kanálu jsou celé násobky rámce Walshovy posloupnosti.

Zprávy synchronizačního kanálu v příkladném provedení mají proměnlivou délku. Délka zprávy je celý násobek 80 ms, který odpovídá 3 cyklům pilotního signálu. S informačními bity synchronizačního kanálu jsou sdruženy cyklické redundantní (CRC) bity pro detekci chyb.

Jakmile byla zpráva synchronizačního kanálu správně přijata, má mobilní jednotka schopnost okamžité synchronizace k vyhledávacímu kanálu nebo k hlasovému kanálu. U pilotního synchronizačního signálu, odpovídajícího konci každé synchronizační zprávy, začíná nový prokládací cyklus délky 40 ms. V tomto čase mobilní jednotka spouští inverzi (restituci) prokládání prvního kódového symbolu kódu buď v opakování kódu, nebo dvojici (c_x, c_x+i), 40 s dosažením synchronizace dekodéru. Zápisová adresa inverze prokládání je nastavena na nulu a čtecí adresa je nastavena na J, takže je dosaženo synchronizace paměti při inverzi prokládání.

Zprávy synchronizačního kanálu nesou informaci udávající stav 42 bitů generátoru dlouhých pseudonáhodných posloupností pro hlasový kanál přiřazený pro komunikaci s mobilní jednotkou. 45 Tato informace se používá u přijímačů číslicových dat mobilní jednotky pro synchronizaci odpovídajících generátorů pseudonáhodných posloupností.

Informace vyhledávacího kanálu je také kódována s opakováním, prokládána a potom násobena přirazenou Walshovou posloupností. Výsledná posloupnost se potom násobí pseudonáhodnou 50 posloupností PNi a pseudonáhodnou posloupností PNq. Datová rychlost vyhledávacího kanálu pro konkrétní sektor nebo buňku je udávána v přiděleném poli ve zprávě synchronizačního kanálu. Ačkoliv datová rychlost vyhledávacího kanálu je proměnlivá, je ve příkladném provedení pro každý systém pevně stanovena a má jednu z následujících příkladných hodnot: 9,6, 4,8, 2,4

- 19CZ 282725 B6 a 1,2 kb/s.

Data každého hlasového kanálu jsou také kódována a opakováním, prokládána, skramblována, násobena přiřazenou Walshovou posloupností (W, - Wj), a potom násobena PN, posloupností a PNq posloupností. Walshova posloupnost, která má být použita konkrétním kanálem, je určena řídicí jednotkou systému v čase začátku hovoru stejným způsobem jak jsou kanály přidělovány hovorům v analogovém buňkovém systému s kmitočtovou modulací. V příkladném, zde popisovaném provedení, je k dispozici pro použití hlasovými kanály až 61 různých Walshových posloupností.

V příkladném provedení vynálezu používá hlasový kanál proměnlivou datovou rychlost. Účelem použití proměnlivé datové rychlosti dat je snížení datové rychlosti, když není žádná hlasová aktivita a tím snížit interferenci, vyvolávanou tímto konkrétním hlasovým kanálem na jiné účastníky. Kodér zvukového signálu, navržený pro zajišťování proměnlivé datové rychlosti je popsán v paralelní patentové přihlášce USA Kodér zvukového signálu stejného přihlašovatele. Takový kodér zvukového signálu vytváří data při čtyřech různých datových rychlostech, založených na aktivitě hlasu na bázi rámce o délce 20 ms. Příkladné datové rychlosti jsou 9,6 kb/s, 4,8 kb/s, 2,4 kb/s a 1,2 kb/s. Ačkoliv se datová rychlost bude měnit na bázi 20 ms, rychlost kódových symbolů je udržována konstantní stálým opakováním kódu při 19,2 kb/s. Kódové symboly jsou tedy opakovány 2, 4 a 8 krát pro příslušné datové rychlosti 4,8 kb/s, 2,4 kb/s a 1,2 kg/s.

Protože řešení s proměnlivou rychlostí je určeno pro omezení interference, budou mít symboly kódu při nižších rychlostech nižší energii. Například pro příkladné datové rychlosti 9,6 kb/s, 4,8 kb/s, 2,4 kb/s a 1,2 kb/s je energie kódového symbolu (E_s) rovná Et/2, Et/4, Eb/8 a Eb/16, kde E_b je energie informačního bitu pro rychlost vysílání 9,6 kb/s.

Kódové symboly jsou prokládány konvolučním prokládáním, takže kódové symboly jsou při prokládání skramblovány různými úrovněmi energie. Aby bylo možno sledovat, jakou úroveň energie má mít symbol kódu, je ke každému symbolu přiřazeno návěstí udávající jeho datovou rychlost pro účely opatření měřítkem (měřítkování, váhování). Po ortogonálním pokrytí Walshovou posloupností a rozprostřením pseudonáhodnou posloupností se kvadratumí kanály číslicově filtrují filtrem s konečnou impulsovou odezvou (FIR). FIR filtr přijímá signál odpovídající úrovni energie symbolu pro váhování energie podle datové rychlosti. Kanály I a Q se váhují (měřítkují) činiteli 1, 1/^2, \J2 nebo 1/2^2. V jednom použití by měl kodér zvukového signálu poskytovat návěstí datové rychlosti ve formě dvoubitového čísla pro FIR filtr pro řízení váhovacího činitele filtru.

V příkladném provedení je každý signál hlasového kanálu šifrován skramblováním pro dosažení větší bezpečnosti při vysíláních z buňky do mobilní jednotky. Ačkoliv takové skramblování není požadováno, zvyšuje bezpečnost v komunikacích. Tak například skramblování signálů hlasového kanálu může být provedeno kódováním signálů hlasového kanálu pseudonáhodnou posloupností, určenou adresou mobilní jednotky s její identifikací. Takové rozdělení může pseudonáhodnou posloupnost PN_V nebo šifrovací schéma vysvětlené ve vztahu k obr. 3 s ohledem na konkrétní přijímač pro komunikace z mobilní jednotky do buňky. Pro tuto funkci může tudíž být použit oddělený generátor pseudonáhodných posloupností. Ačkoliv skramblování je probíráno s ohledem na pseudonáhodnou posloupnost, může být realizováno i jinými postupy včetně těch, které jsou v oboru dobře známé.

Přídavně ke hlasovým bitům přenáší hlasový kanál ve spojení k mobilní jednotce přenáší informaci pro řízení výkonu. Bitová rychlost řízení výkonu je ve příkladném provedení 800 b/s. Buňkový přijímač, který demoduluje signál přenášený z mobilní jednotky do mikrobuňky, vytvářený danou mobilní jednotkou vytváří informaci pro řízení výkonu, která je vložena do

-20CZ 282725 B6 hlasového kanálu z buňky do mobilní jednotky, adresovaného této konkrétní mobilní jednotce. Další podrobné údaje o provedení řízení výkonu jsou popsány ve výše uvedené patentové přihlášce.

Bity pro řízení výkonu jsou vkládány u výstupu konvolučního prokládacího obvodu postupem označovaným code symbol puncturing. Jinak řečeno, vždy když je třeba vyslat bit pro řízení výkonu, nahradí se dva kódové symboly dvěma identickými kódovými symboly s polaritou danou informací pro řízení výkonu. Navíc jsou bity pro řízení výkonu vysílány na úrovni energie odpovídající bitové rychlosti 9600 b/s.

Přídavné omezení zavedené na proud informací řízení výkonu spočívá v tom, že poloha bitů musí být učiněna mezi kanály z mobilní jednotky do buňky náhodnou. Jinak by plná energie bitů řízení výkonu vyvíjela interferenční jehlové impulzy v pravidelných intervalech a schopnost detekce takových bitů by byla snížena.

Důležitá vlastnost Walshovy funkce spočívá v tom, že každá ze 64 posloupností je dokonale ortogonální ke všem jiným posloupnostem. Kterýkoli pár posloupností se tedy liší přesně v takovém množství poloh bitů, v jakém si odpovídají, tj. 32 v intervalu 64 symbolů. Když je tedy zakódována informace pro vysílání Waishovými posloupnostmi, přijímač bude schopný vybrat některý z Walshových posloupností jako požadovaný nosný signál. Jakákoli signálová energie zakódovaná na jiných Walshových posloupnostech bude odmítnuta a nepovede ke vzájemné interferenci s požadovanou Walshovou posloupností.

V příkladném provedení pro spojení z buňky do mobilní jednotky synchronizační, vyhledávací a hlasové kanály, jak bylo uvedeno výše, používají konvoluční kódování s omezující délkou K = 9 a rychlostí kódu r — 1/2, tj. že pro každý bit informace, který má být vyslán, se vytvářejí a vysílají dva zakódované symboly. Přídavně ke konvolučnímu kódování se dále používá konvoluční prokládání datových symbolů. Dále se také předpokládá, že se ve spojení s konvolučním prokládáním provede opakování. U mobilní jednotky je optimálním dekodérem tohoto typu kódu dekodér s měkkým rozhodováním sViterbiho algoritmem. Pro účely dekódování může být použita standardní koncepce. Výsledné bity dekódované informace se přenášejí do obvodu základního pásma mobilní jednotky.

Řídicí obvod 18 kódového multiplexu je určený pro přidělení kanálových jednotek a kodérů zvukového kanálu konkrétnímu hovoru. Řídicí obvod 18 kódového multiplexu také sleduje postup hovoru, jakost signálů a iniciuje zrušení při ztrátě signálu.

Při spojení z mobilní jednotky do mikrobuňky určují vlastnosti kanálů obměnu principu modulace. Zejména není nadále možné použití pilotního signálu jako při spojení z buňky do mobilní jednotky. Pilotní signál musí být mnohem výkonnější než hlasový kanál, aby se zajistila dobrá fázová reference pro modulaci dat. Když se z mikrobuňky vysílá současně více hlasových signálů, může být jediný pilotní signál sdílen všemi hlasovými signály. Výkon pilotního signálu na jeden hlasový signál je tedy malý. Ve spojení z mobilní jednotky do mikrobuňky však obvykle připadá pouze jeden hlasový signál na jednu mobilní jednotku. Kdyby byl použit pilotní signál, vyžadoval by značně větší výkon než hlasový signál. Je zřejmé, že tato situace je nežádoucí, protože by byla podstatně omezena celková kapacita systému vlivem interference způsobené přítomností velkého počtu pilotních signálů vysokého výkonu. Musí být tedy použita modulace schopná účinné demodulace bez pilotního signálu.

Je proto třeba použít některou formu ortogonálního signalizování, jako je binární, kvartemámí nebo m-členné. Ve příkladném provedení je použita 64-členná ortogonální signalizační technika používající Walshových funkcí. Demodulátor pro m-člennou ortogonální signalizování vyžaduje koherenci kanálů pouze během trvání vysílání m-členného symbolu. Ve příkladném provedení je tento interval pouze dvoubitový.

-21 CZ 282725 B6

Signály vysílané mobilní jednotkou jsou signály rozprostřené do rozprostřeného spektra přímou posloupností, které jsou modulovány pseudonáhodnou posloupností, časovanou s předem určenou rychlostí, která je v přednostním provedení 1,2288 MHz. Tato časovači rychlost je zvolena, aby představovala celý násobek datové rychlosti 9,6 kb/s základního pásma.

Proces kódování a modulace zprávy začíná konvolučním kódováním s omezující délkou K = 9 a rychlostí kódu r = 1/3. při jmenovité datové rychlosti 9600 bitů/s kodér vytváří 28 800 binárních symbolů za jednu sekundu. Tyto symboly jsou seskupeny do znaků obsahujících každý 6 symbolů, s rychlostí 4800 znaků za sekundu, přičemž je zde 64 možných znaků. Každý znak je kódován do Walshovy posloupnosti délky 64, obsahujících 64 binárních bitů neboli čipů. Rychlost čipu 64-členné Walshovy posloupnosti v příkladném provedení je 307 200 čipů za jednu sekundu.

Walshovy čipy jsou potom kryty nebo násobeny pseudonáhodnou posloupností, majícím rychlost 1,2288 MHz. Každé mobilní jednotce je pro tento účel přidělena jedna pseudonáhodná posloupnost. Tato pseudonáhodná posloupnost může být buď přidělena pouze pro dobu trvání hovoru, nebo může být přidělena mobilní jednotce trvale. Přidělená pseudonáhodná posloupnost je zde označena jako uživatelská pseudonáhodná posloupnost. Generátor uživatelské pseudonáhodné posloupnosti pracuje při časovači rychlosti 1,2288 MHz pro vytváření čtyř čipů pseudonáhodné posloupnosti na každý čip Walshovy posloupnosti.

Nakonec je vytvořena dvojice krátkých pseudonáhodných posloupností délky 32768.

V příkladném provedení jsou stejné posloupnosti použity pro spojení z buňky do mobilní jednotky. Uživatelská pseudonáhodná posloupnost, krytá sledem Walshových čipů, je potom kryta nebo násobena každou ze dvou krátkých pseudonáhodných posloupností. Dvě výsledné posloupnosti potom bi-fázově modulují kvadratumí pár sinusových vln ajsou sečteny do jediného signálu. Výsledný signál je potom filtrován pásmovým filtrem, převeden na konečnou radiovou frekvenci, zesílen, filtrován a vyzářen anténou mobilní jednotky. Jak bylo vysvětleno v souvislosti se signálem z buňky, může být pořadí modulačních operací zaměněno.

V alternativním provedení by mohly být vytvořeny dvě rozdílné fáze uživatelského pseudonáhodného kódu a použity pro modulaci dvou fází nosiče kvadrafázového tvaru vlny bez potřeby použít posloupností o délce 32768. V ještě jiné alternativě může spojení z mobilní jednotky do buňky využívat pouze bifázovou modulaci, tedy také bez potřeby krátkých posloupností.

Přijímač mikrobuňky pro každý signál vytváří krátké pseudonáhodné posloupnosti a uživatelskou pseudonáhodnou posloupnost pro každý přijímaný aktivní signál mobilní jednotky. Přijímač uvádí do vzájemného vztahu energii přijímaného signálu s každým z kódovaných tvarových průběhů v oddělených korelačních obvodech. Každý výstup z korelačního obvodu je potom odděleně zpracován pro demodulaci 64-členného kódování a konvolučního kódování s použitím procesoru pro rychlou Hadamardovu transformaci a dekodéru Viterbiho algoritmu.

Obr. 5 znázorňuje blokové schéma mobilní jednotky telefonní soupravy pro komunikaci v kódovém multiplexu. Mobilní jednotka CDMA telefonní soupravy obsahuje anténu 200, která je diplexerem 202 připojena k analogovému přijímači 204 a zesilovači 206 vysílacího výkonu. Anténa 200 adiplexer 202 jsou standardního provedení a umožňují současné vysílání a příjem přes jedinou anténu. Anténa 200 sbírá vysílané signály a převádí je přes diplexer 202 do analogového přijímače 204.

Přijímač 204 přijímá signály radiového kmitočtu zdiplexeru 202, které jsou typicky ve kmitočtovém pásmu 850 MHz, pro zesílení a sestupný kmitočtový převod na mezikmitočet. Tento proces přeměny je uskutečněn použitím kmitočtového syntetizéru standardního provedení, který dovoluje naladění přijímače na některý z kmitočtů uvnitř přijímaného kmitočtového pásma

-22CZ 282725 B6 z celkového kmitočtového pásma buňkového telefonu. Signály jsou také filtrovány a digitalizovány pro zavedení do přijímačů 210 a 212 číslicových dat zároveň s hledacím přijímačem 214. Další podrobnosti příkladného provedení přijímačů 204, 210, 212 a 214 jsou vysvětleny v patentové přihlášce USA č. 07/543,496.

Přijímač 204 také zajišťuje funkci řízení výkonu pro nastavení vysílaného výkonu mobilní jednotky. Přijímač 204 vytváří analogový řídicí signál výkonu, který se vede do řídicího obvodu 208 vysílaného výkonu.

V obr. 5 se digitalizovaný výstupní signál z přijímače 204 vede do přijímačů 210 a 212 číslicových dat a do hledacího přijímače 214. Je třeba uvést, že levně, málo výkonné mobilní jednotky by mohly mít pouze jeden přijímač dat, zatímco výkonnější jednotky mohou mít více těchto přijímačů pro umožnění výběrového příjmu.

Digitalizovaný mezikmitočtový signál může obsahovat signály více příchozích hovorů současně s pilotními signály, vysílanými běžnou buňkou a sousedními buňkami. Funkce přijímačů 210 a 212 je korelovat mezi kmitočtové vzorky s vlastní pseudonáhodnou posloupností. Tato korelace přináší vlastnost, která je v oboru dobře známá jako provozní zisk, který zvyšuje poměr signálu k interferenci u signálu odpovídajícího jeho vlastní pseudosumové posloupnosti, aniž by se působilo na jiné signály. Korelovaný výstup je potom synchronnizovaně detekován použitím pilotního signálu z nejbližší buňkové oblastí jako referenční veličinu fáze nosné vlny. Výsledkem tohoto procesu detekce je posloupnost kódovaných datových symbolů.

Vlastností pseudonáhodné posloupnosti používané podle vynálezu je, že se provádí rozlišení vzhledem k vícecestným signálům. Když signál po proběhnutí více než jedné cesty přijde do přijímače mobilní jednotky, bude zde rozdíl v čase příjmu signálu. Tento rozdíl času příjmu odpovídá rozdílu vzdálenosti dělenému rychlostí šíření. Když tento rozdíl přesahuje jednu mikrosekundu, korelační proces provede rozlišení mezi cestami. Přijímač může provést volbu zda má sledovat a přijímat signál dřívější nebo pozdější cesty. Jsou-li použity dva přijímače, jako přij ímače 210 a 212, mohou být sledovány dvě nezávislé cesty a zpracovány paralelně.

Hledači přijímač 214 při řízení řídicím procesorem 216 plynule prohlíží časovou oblast kolem jmenovitého času přijímaného řídicího signálu mikrobuňky pro jiné vícecestné pilotní signály. Hledači přijímač 214 bude měřit sílu kteréhokoli příjmu požadovaného tvarového průběhu signálu při jiných časech než je jmenovitý čas. Hledači přijímač 214 srovnává sílu přijímaných signálů a zavádí signál síly přijímaných signálů do řídicího procesoru 216 pro indikaci nejsilnějších signálů. Procesor 216 vede do přijímačů 210 a 212 dat řídící pro to, aby každý z nich zpracovával rozdílný z nejsilnějších signálů.

Řídicí procesor 216 také obsahuje generátor pseudonáhodných posloupností, který vytváří uživatelskou pseudonáhodnou posloupnost v odezvě na vstupní adresu mobilní jednotky nebo identifikaci uživatele. Pseudonáhodná posloupnost, vydávaná z generátoru, se vede do kombinačního prostředku výběrových signálů a do dekodéru 218. Protože signál z mikrobuňky do mobilní jednotky je skramblován pseudonáhodnou posloupností adresy mobilního uživatele, použije se pseudonáhodná posloupnost z generátoru pro deskramblování signálu vysílaného z buňky pro tohoto mobilního uživatele podobně jako u signálu v mikrobuňkovém přijímači. Generátor pseudonáhodné posloupnosti vytváří konkrétní výstupní pseudonáhodnou posloupnost do obvodové sestavy pro inverzi prokládání a dekódování, kde je použit pro deskramblování skramblovaných uživatelských dat. Ačkoliv je skramblování uváděno v souvislosti s pseudonáhodnou posloupností, je zřejmé, že mohou být použity i jiné skramblovací postupy včetně těch, které jsou v oboru dobře známé.

-23 CZ 282725 B6

Výstupní signály z přijímačů 210 a 212 jsou tedy přivedeny do kombinačního prostředku výběrových signálů a dekodéru 218. Kombinační obvod výběrových signálů, obsažený v dekodéru 218 jednoduše nastavuje časování obou proudů přijímaných signálů do souladu a sčítá je. Tento sčítací proces může být prováděn násobením obou proudů číslem odpovídajícím relativní silám signálů obou proudů. Tato operace může být považována jako kombinační prostředek výběrových signálů s maximálním poměrem. Proud výsledného kombinovaného signálu se potom dekóduje použitím dekódovacího obvodu pro dopřednou detekci chyby (FEC), také obsaženého v dekodéru 218. Obvyklé zařízení číslicového základního pásma je systém číslicové kodéru zvukového signálu. CDMA systém je navržen pro to, aby umožnil použití různých koncepcí kódování zvukového signálu.

Obvod 220 základního pásma obsahuje neznázoměný číslicový kodér zvukového signálu, který může být typu s proměnlivou rychlostí, jak je uvedeno ve výše uvedené patentové přihlášce. Obvod 220 základního pásma dále slouží jako rozhraní pro připojení ruční soupravy (mikrotelefonu s voličem) nebo s jakýmkoli jiným typem periferního přístroje. Obvod 220 Základního pásma připouští radu různých koncepcí kodéru řeči. Obvod 220 základního pásma poskytuje na výstupu informační signály pro uživatele v souladu s informací, která je mu dodávána ze řídicího obvodu 218.

Ve spojení z mobilní jednotky do mikrobuňky jsou uživatelské analogové hlasové signály typicky vyvíjeny ruční soupravou jako vstupem a posílány do obvodu 220 základního pásma. Obvod 220 základního pásma obsahuje neznázoměný analogově-číslicový převodník, který převádí analogový signál do číslicové formy. Číslicový signál se vede do číslicového kodéru, kde se kóduje. Výstup kodéru zvukového signálu se vede do neznázoměného kódovacího obvodu s dopřednou opravou chyb (FEC). V příkladném provedení je kódování pro opravu chyb realizováno jako konvoluční kódování. Digitalizovaný kódovaný signál je veden z obvodu 220 základního pásma do vysílacího modulátoru 222.

Vysílací modulátor 222 nejprve kóduje Walshovým kódem vysílaná data a potom moduluje kódovaný signál na signál pseudonáhodné posloupnosti jako nosný signál, jehož pseudonáhodná posloupnost je zvolena podle přidělené adresové funkce hovoru. Pseudonáhodná posloupnost je určena řídicím procesorem 216 z informace začátku hovoru, která je vysílána buňkou a dekódována přijímači 210 a 212, a řízena procesorem 216. V alternativním provedení může řídicí procesor 216 určit pseudonáhodnou posloupnost sled předběžným uspořádáním s buňkou. Řídicí procesor 216 posle informaci pseudonáhodné posloupnosti do vysílacího modulátoru 222 a do přij ímačů 210 a 212 pro dekódování hovoru.

Výstupní signál z vysílacího modulátoru 222 jde do obvodu 208 pro řízení výkonu. Signál vysílaného výkonu je řízen analogovým signálem pro řízení výkonu vystupujícím z přijímače 204. Řídicí bity vysílané mikrobuňkou ve formě povelu nastavení výkonu jsou zpracovány přijímači 210 a 212 dat. Povel nastavení výkonu je použit řídicím procesorem 216 při nastavení úrovně výkonu ve vysílání mobilní jednotky. V odezvě na tento povel vytvoří řídicí procesor 216 číslicový signál pro řízení výkonu, který je veden do obvodu 208. Další informace o vztahu přijímačů 210, 212 a 214, řídicím procesoru 216 a řídicím obvodu 208 s ohledem na řízení výkonu jsou popsány ve výše uvedené patentové přihlášce.

Obvod 208 pro řízení vysílaného výkonu vysílá modulovaný signál řízený výkonem do zesilovacího obvodu 206 vysílaného výkonu. Obvod 206 zesiluje a převádí mezikmitočtový signál na radiovou frekvenci směšováním s výstupním signálem kmitočtového syntetizátoru, který signál ladí na správný výstupní kmitočet. Obvod 206 obsahuje zesilovač zesilující výkon na konečnou výstupní úroveň. Určený vysílací signál je vysílán z obvodu 206 do diplexeru 202. Diplexer 202 vyšle signál do antény 200 pro vyslání do mikrobuňky.

-24CZ 282725 B6

S ohledem na vysílání mobilní jednotkou je hlasový analogový signál uživatele mobilní jednotky nejprve veden číslicovým kodérem zvukového signálu. Výstupní signál kodéru zvukového signálu je potom postupně konvolučně kódován s dopřednou opravou chyb (FEC), kódován 64člennou ortogonální posloupností a modulován na nosný signál pseudonáhodné posloupnosti. 64členná ortogonální posloupnost se vytváří kodérem Walshovy funkce. Kodér je řízen odbíráním šesti po sobě následujících binárních symbolů, vystupujících z konvolučního FEC kodéru. Šest binárních symbolů dohromady určuje, která ze 64 možných Walshových posloupností bude vysílána. Walshova posloupnost má délku 64 bitů. Hodnota rychlosti Walshova čipu musí tedy být 9600 * 3 * (1/6) * 64 = 307200 Hz pro rychlost vysílání dat rovnou 9600 bitů/s.

Ve spojení z mobilní jednotky do mikrobuňky se používá společná krátká pseudonáhodná posloupnost pro všechny hlasové signály v systému, zatímco kódování uživatelských adres se provádí použitím uživatelského generátoru pseudonáhodné posloupnosti. Uživatelská pseudonáhodná posloupnost je jednotně přiřazena mobilní jednotce alespoň na dobu trvání hovoru. Uživatelská pseudonáhodná posloupnost je zpracována logickým obvodem EXCLUSIVE-OR (obvodem nonekvivalence) společnými pseudonáhodnými posloupnostmi, které mají délku 32768, zvětšenou maximálními lineárními posloupnostmi posuvného registru. Výsledné binární signály, modulované nyní každý bi-fázově s kvadratumí nosnou vlnou, se sečtou pro vytvoření složeného signálu, filtrují se pásmovým filtrem a převedou na výstup mezikmitočtu. Ve příkladném provedení se část filtračního procesu provede číslicovým filtrem s konečnou impulzovou odezvou (FIR) pracujícím na výstupu binární posloupnosti.

Výstup modulátoru je potom výkonově řízen signály z číslicového řídicího procesoru a z analogového přijímače, převedenými na provozní radiový kmitočet směšováním se syntetizérem kmitočtu, který ladí signál na správný výstupní kmitočet, a potom se zesiluje na konečnou výstupní úroveň. Vysílaný signál se potom přes diplexer vede do antény.

Ve vysílacím modulátoru 222 mobilní jednotky se vytvářejí data v číslicové formě z uživatelského číslicového obvodu základního pásma do kodéru, kde se ve příkladném provedení konvolučně kódují, blokově kóduje a kóduje se Walshovým kódem.

Vysílací modulátor dále obsahuje generátor pseudonáhodných posloupností, který přijímá adresu mobilní jednotky jako vstup při určování výstupní pseudonáhodné posloupnosti. Tento generátor pseudonáhodných posloupností vytváří uživatelsky specifickou posloupnost o délce 42 bitů, jak bylo uveden v souvislosti s popisem pro mikrobuňku. Další vlastnost tohoto generátoru pseudonáhodných posloupností, která je společná všem uživatelským generátorům pseudonáhodných posloupností a nebyla vysvětlena v předchozím popisu, je použití maskování při vytváření uživatelské výstupní pseudonáhodné posloupnosti. Například se vytvoří 42-bitová maska pro toto uživatele s každým bitem 42-bitové masky zpracovaným logickým obvodem EXCLUSIVE-OR s bitovým výstupem z každého registru ze série posuvného registru, který tvoří generátor pseudonáhodné posloupnosti. Výsledky maskování a zpracování posuvným registrem a zpracování bitů logickým členem EXCLUSIVE-OR se potom navzájem zpracují logickým členem EXCLUSIVE-OR pro vytvoření výstupu generátoru pseudonáhodných posloupností, který se používá jako uživatelská pseudonáhodná posloupnost.

Vysílací modulátor 222 obsahuje generátory pseudonáhodných posloupností, které vytvářejí pseudonáhodnou posloupnost PNi a pseudonáhodnou posloupnost PNq, které používají všechny mobilní jednotky. Tyto pseudonáhodné posloupnosti jsou v příkladném provedení nulový posuv používaný v komunikacích z mikrobuňky do mobilní jednotky.

V příkladném provedení spojení z mobilní jednotka do buňky používá konvoluční kód s rychlostí r = 1/3 a omezující délkou K = 9, přičemž. Generátory pro kód jsou G, = 557 (osmičkové číslo), G₂ = 663 (osmičkové číslo) a G₃ = 711 (osmičkové číslo). Podobně jako u spojení buňka-mobilní jednotka se užívá opakování kódu pro pokrytí čtyř různých datových rychlostí dat, které vytváří kodér zvukového signálu na bázi 20 milisekundových rámců. Na rozdíl od spojení z mikrobuňky

-25 CZ 282725 B6 do mobilní jednotky se opakované kódové symboly nevysílají do vzduchu při nižších úrovních energie, ale místo toho se vysílá pouze jeden kódový symbol z opakovači skupiny při jmenovité úrovni výkonu. Na závěr je třeba uvést, že opakování kódu v příkladném provedení je použito pouze pro umožnění proměnlivé datové rychlosti dat v prokládací a modulační struktuře, jak bude ukázáno v dalších odstavcích.

Ve spojení z mobilní jednotky do buňky se použije prokládací blok o rozsahu 20 ms, přesně jeden rámec kodéru zvukového signálu. Počet kódových symbolů kódu v intervalu 20 ms, předpokládá-li se datová rychlost 9600 b/s a kódová rychlost r = 1/3, je 576. Parametry N a B, kde N je počet řádků a B počet sloupců prokládací matice, jsou rovny 32 a 18. Kódové symboly se zapisují do matice prokládací paměti po řádcích a čtou se po sloupcích.

Modulační formát je 64-členné ortogonální signalizace. Jinými slovy, prokládané symboly kódu jsou rozděleny do skupin po šesti pro volbu jednoho ze 64 ortogonálních tvarových průběhů signálu. 64 časově ortogonálních tvarových průběhů signálu jsou tytéž Walshovy funkce, použité jako krycí posloupnosti ve spojení z buňky do mobilní jednotky.

Časový interval modulace dat je rovný 208,33 ps a je označen jako interval Walshova symbolu. Při datové rychlosti 9600 bitů/s odpovídá 208,33 ps dvěma bitům informace a ekvivalentně šesti symbolům při rychlosti kódových symbolů 28800 symbolů/s. Interval Walshova symbolu je rozdělen na 64 stejných časových intervalů označených jako Walshovy čipy, z nichž každý má délku 208,33/64 = 3,25 ps. Hodnota Walshova čipu je tedy 1/3, 25 ps = 307,2 Hz. Protože rychlost rozprostření pseudonáhodnou posloupností je ve dvou spojeních souměrná, tj. 1,2288 MHz, odpovídají přesně 4 PN čipy jednomu Walshovu čipu.

Ve spojovací cestě z mobilní jednotky do buňky jsou použity celkem tři generátory pseudonáhodných posloupností, a sice generátor uživatelsky specifické 42-bitové posloupnosti a dvojice generátorů 15-bitových pseudonáhodných posloupností kanálů I a Q. Podle uživatelsky specifickým rozprostíráním je signál rozprostřen modulací QPSK, jak bylo provedeno ve spojení z buňky do mobilní jednotky. Na rozdíl od spojení z buňky do mobilní jednotky, kde každý sektor nebo buňka byly identifikovány jedinou posloupností délky 2¹⁵, používají zde všechny mobilní jednotky používají tytéž pseudonáhodné posloupnosti kanálu I a Q. Tyto pseudonáhodné posloupnosti jsou posloupnosti s nulovým posuvem používané ve spojení z buňky do mobilní jednotky, také označené jako pilotní posloupnosti.

Opakování kódu a váhování (měřítkování) energie se používají ve spojení mikrobuňky s mobilní jednotkou pro to, aby se zohlednily proměnlivé rychlosti vytvářené kodérem zvukového signálu. Spojení z mobilní jednotky do mikrobuňky používá odlišné schéma založené na vysílání ve shlucích (burstech).

Kodér zvukového signálu vytváří čtyři různé datové rychlosti, a to 9600, 4800, 2400 a 1200 bitů/s na bázi rámce 20 ms, jako ve spojení z buňky do mobilní jednotky. Bity informace jsou kódovány konvolučním kodérem s rychlostí r = 1/3 a kódové symboly symboly jsou opakovány 2, 4 a 8 krát při třech nižších datových rychlostech. Rychlost kódového symbolu je tedy udržována stálá na hodnotě 28800 symbolů/s. Za kodérem jsou kódové symboly prokládány blokovým prokládáním v rozsahu přesně rovném rámci kodéru zvukového signálu nebo 20 ms. Konvolučním kodérem se vytváří každých 20 ms celkem 576 kódových symbolů, z nichž některé mohou být opakované symboly.

Rámec kodéru zvukového signálu o délce 20 ms je rozdělen na 16 časových úseků, majících každý délku 1,25 ms. Konkrétní číselné údaje pro spojení z mobilní jednotky do buňky je taková, že v každém časovém úseku je 36 kódových symbolů o rychlosti 28800 symbolů/s nebo ekvivalentně 6 Walshových symbolů o rychlosti 4800 symbolů/s. Při rychlosti r = 1/2, tj. je

-26CZ 282725 B6

4800 bitů/s, jsou časové úseky seskupeny do 8 skupin, z nichž každá obsahuje 2 časové úseky. Při rychlosti r = 1/4, tj. 2400 bitů/s, jsou časové úseky seskupeny do 4 skupin, z nichž každá obsahuje 4 časové úseky, a konečně při r = 1/8, tj. 1200 b/s, jsou časové úseky seskupeny do 2 skupin, z nichž každá obsahuje 8 časových úseků.

Za účelem zahájení hovoru musí být mobilní jednotka opatřena signalizačními znaky pro realizaci hovoru jiného uživatele systému přes buňku. Ve spojení z mobilní jednotky do mikrobuňky uvažovaná technika přístupu je postup slotted-ALOHA. Příkladná bitová rychlost vysílání na reversním kanálu je 4800 bitů/s. Paket přístupového kanálu sestává z preambule následované informací.

Délka preambule je ve příkladném provedení celý násobek rámců délky 20 ms a jde o parametr sektoru nebo buňky, který mobilní jednotka přijímá v jedné ze zpráv vyhledávacího kanálu. Protože přijímače buňky používají preambule pro řešení zpoždění síření, umožňuje toto schéma měnit délku preambule na základě poloměru buňky. Uživatelský pseudonáhodný kód pro přístupový kanál je buď předem uspořádán, nebo vysílán do mobilních jednotek vyhledávacím kanálem.

Modulace je pevná a stálá po dobu trvání preambule. V preambuli se použije ortogonální tvarový průběh signálu W_o, tj. Walshova funkce ze samých nul. Je třeba poznamenat, že požadovaný tvarový průběh W_o je vytvářen kombinací ze samých nul na vstupu konvolučního kodéru.

Datový paket přístupového kanálu může sestávat z jednoho nebo nejvýše ze dvou rámců o délce 20 ms. Kódování, prokládání a modulace přístupového kanálu jsou přesně stejné jako pro hlasový kanál při rychlosti 4800 bitů/s, až na to, že vysílání nemá charakter přenosu ve shlucích (burstech) a jsou vysílány všechny kódové symboly. Ve příkladném provedení vyžaduje sektor nebo buňka, aby mobilní jednotky vysílaly preambuli o délce 40 ms a typ zprávy přístupového kanálu vyžaduje jeden datový rámec. Předpokládejme, že N_P je počet rámců preambule, a kje počet časových intervalů délky 20 ms, které uplynuly od předem vymezeného začátku času. Mobilní jednotky mohou potom začít vysílání na přístupovém kanálu pouze když platí rovnice (k, Np+2) = 0.

Vzhledem kjiným komunikačním aplikacím může být žádoucí jinak uspořádat různé prvky kódování s opravou chyb, kódování ortogonální posloupností a kódování pseudonáhodnou posloupností pro lepší přizpůsobení danému konkrétnímu použití.

Výše uvedený popis výhodných provedení vynálezu je určen ktomu, aby umožnil odborníkovi v oboru realizovat nebo používat vynález. Odborníkům v oboru budou snadno zřejmé různé obměny popisovaných provedení vynálezu. Základní principy zde popisované mohou být použity pro jiná provedení bez potřeby vynaložit vynálezecké činnost. Vynález tedy není omezen pouze na popisovaná provedení.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (10)

1. Komunikační zařízení pro komunikaci s vícenásobným přístupem s kódovým dělením, ve kterém jsou informační signály přenášeny přes anténní soustavu mezi uživateli používající komunikační signály s vícenásobným přístupem s kódovým dělením, přičemž zařízení obsahuje základnovou stanici a anténní soustavu pro bezdrátovou komunikaci mezi jednotlivými uživateli přítomnými v oblasti pokryté anténní soustavou, vyznačené tím, že mezi základnovou

-27CZ 282725 B6 stanicí (10) a anténami anténní soustavy (26, 26') sestávající ze skupiny antén (28A, 28B,...28I; 52A, 52B,...52I), umístěných s rozestupy k zajištění pokrytí určené komunikační oblasti plochami (40A, 40B,.....40N) využitelné vyzařovací a přijímací intenzity elektromagnetického pole, je vřazen rozdělovač (D) komunikačních signálů, přičemž jednotlivé antény (28A, 28B,...28I; 58A, 58B,...58I) jsou na rozdělovači (D) komunikačních signálů spojeny se základnovou stanicí (10) přes zpožďovací obvodové členy (30A, 30B,....30I; 56A, 56B,....56I), zavádějící do každé antény jedinečné a vzájemně různé časové zpoždění přenosu.

2. Komunikační zařízení podle nároku 1, vyznačené tím, že zpožďovací obvodové členy (30A, 30B,....30I; 56A, 56B,....56I) jsou tvořeny napájecími kabely jednotlivých antén, vřazenými do rozdělovače (D) signálu.

3. Komunikační zařízení podle nároku 2, vyznačené tím, že zpožďovací obvodové členy (30A, 30B,....30I; 56A, 56B,....56I) jsou tvořeny délkovými úseky koaxiálního kabelu, vřazenými do rozdělovače (D) komunikačních signálů před každou anténu (28A, 28B,...28I; 58A, 58B,...58I) anténní soustavy (26, 26').

4. Komunikační zařízení podle kteréhokoli z nároků laž3, vyznačené tím, že rozdělovač (D) komunikačních signálů je tvořen přenosovým kabelovým vedením (C), sériově propojujícím jednotlivé antény (28A, 28B,...28I) a první anténu (28A) anténní soustavy (26) se základnovou stanicí (10).

5. Komunikační zařízení podle nároku 4, vyznačené tím, že zpožďovací obvodové členy (30A, 30B,....30I) jsou vřazeny sériově do přenosového kabelového vedení (C) mezi jednotlivé antény (28A, 28B,.....281), a jsou tvořeny obvodovými prvky s odporem, induktancí, kapacitním odporem, parametry šíření, impedance nebo admitance odpovídajícími časovému zpoždění rovnému každé nejméně jednomu signálového čipu pseudonáhodné posloupnosti v přenosu s vícenásobným přístupem s kódovým dělením.

6. Komunikační systém podle nejméně jednoho z nároků laž3, vyznačený tím, že rozdělovač signálů (D) sestává z centrální antény (50) základnové stanice (10) a skupiny jednotlivých samostatných antén (54A, 54B,.....541), bezdrátově elektromagneticky spojených každá s centrální anténou (50) základnové stanice (10) a spojených každá s odpovídající anténou (58A, 58B,....58I) anténní soustavy (26'), přičemž do spojovacího vedení mezi každou samostatnou anténou (54A, 54B,.....541) a odpovídající anténou (58A, 58B,.....581) anténní soustavy (26') je vřazen zpožďovací obvodový člen (56A, 56B,.....561), tvořený každý odlišným obvodovým prvkem s s odporem, induktancí, kapacitním odporem, parametry šíření, impedance nebo admitance odpovídajícími jedinečnému časovému zpoždění, kde jsou jedinečná časová zpoždění odstupňována jednotlivě v násobcích jednotkového zpoždění v přenosu s vícenásobným přístupem s kódovým dělením.

7. Komunikační zařízení podle nejméně jednoho z nároků laž6, vyznačené tím, že základnová stanice (10) obsahuje komunikační terminál (T) pro komunikaci s vícenásobným přístupem škodovým dělením, připojený na jedné straně přes pobočkovou ústřednu (120) k telefonní síti s vedením po drátě a na druhé straně přes společný kombinovaný vysílač a přijímač (24) k anténní soustavě (26) rozložených antén, pokrývající v rámci buňkového radiotelefonního systému s vícenásobným přístupem s kódovým dělením více uživatelských stanic týmiž komunikačními signály, majícími každý odlišný časový posun zavedený jednotlivými zpožďovacími obvodovými členy (30A, 3OB,....3OI; 56A, 56B,....56I).

8. Komunikační zařízení podle nároku 7, vyznačené tím, že pobočková ústředna (120), napojená přes anténní soustavu (26) na lokální mikrobuňkový radiotelefonní systém, je na straně napojení telefonní sítě s vedením po drátě svým přepínačem (12) napojena jak na veřejnou

-28CZ 282725 B6 komutovanou telefonní síť, tak i místní soukromou telefonní síť s vedením po drátě.

9. Komunikační zařízení podle nároků 7 nebo 8, vyznačené tím, že komunikační terminál (T) sestává z mikrobuňkové sestavy (14) dvojic kodérů zvukového signálu (22A,

5 22B,....22N) a kanálových jednotek (20A, 20B,....20B) a řídicí jednotky (18) komunikace s vícenásobným přístupem s kódovým dělením.

10. Komunikační zařízení podle nejméně jednoho z nároků laž9, vyznačený tím, že plochy (40A, 40B,.....40N) využitelné vyzařovací a přijímací intenzity elektromagnetického pole

10 jednotlivých antén (28A, 28B,...28I; 52A, 52B,...52I) anténního systému (26, 26') se vzájemně překrývají.