EA000791B1 - Распределенная сеть дальней связи с коммутацией каналов - Google Patents

Description

Это изобретение относится к распределенным сетям связи с коммутацией каналов и имеет отношение более конкретно, но не исключительно, к передающим и принимающим станциям для таких сетей, в которых множество таких станций обеспечиваются в произвольно распределенных местоположениях и в которых коммутирующие схемы обеспечиваются внутри самих станций для маршрутизации вызовов между станциями в сети, используя другие станции в сети для передачи таких вызовов, куда необходимо.

Во многих странах, несмотря на то, что может быть телефонная связь с городами и некоторыми основными селами, большинство населения не имеет действительного доступа к телефонам. В таких странах существует необходимость в сети телефонов такой плотности, при которой все население живет не более, чем в нескольких километрах от общественного телефона. Однако это потребовало бы установку сети, содержащей большое число широко расставленных телефонов, что было бы чрезмерно дорого, если используется традиционная проводная телефонная система. Статья «Распределенная сельская радиосистема для развивающихся стран», С.А.Г. Чандлер, С. Дж. Брейтвейт, Х.Р. Мгомбело и др., Четвертая конференция Института инженеров по электронике по сетям связи, публикация конференции Института инженеров по электронике № 371, апрель 1993, описывает сельскую радиотелефонную систему, которая благодаря ее бескоммутаторной структуре сети идеально подходит к обеспечению телефонной связи с далеко разделенными местоположениями.

Такая радиотелефонная система использует сеть взаимодействующих радиоузлов, которые не требуют центрального коммутатора или коммутирующей инфраструктуры. Каждый узел состоит из передающей и принимающей станции, содержащей два одноканальных цифровых приемопередатчика, по меньшей мере, один телефонный интерфейс и контроллеры, содержащие программное обеспечение, осуществляющее протокол для выполнения требуемого управления связью. Линии связи между узлами являются линиями связи фиксированной пропускной способности (в противоположность линиям связи с коммутацией пакетов или статистически мультиплексированным линиям связи), как требуется для двусторонней речи в телефонном потоке обмена. Каждая передающая и принимающая станция содержит питаемый от солнца цифровой радиоблок с подключенными к нему одним или более телефонами. Вызовы в пределах приемлемой зоны (50 км или около этого в приемлемо благоприятной местности) производятся непосредственной связью между станциями. Однако за этой зоной вызовы должны передаваться другими станциями внутри сети, которые не используются в это время для произведения вызовов. Вызовы вне области, обслуживаемой сетью, или требующие чрезмерного числа пересылок передачи, могут маршрутизироваться через узлы межсетевого шлюза в общественную сеть телефонной связи.

Большинство подобных систем, используемых в настоящее время, являются пакетными радиосистемами. Однако эти системы обычно используют один статистически мультиплексированный радиоканал, обычно имея результатом значительно более низкую скорость передачи информации и всегда имея изменение задержки, неприемлемое для двусторонней речи.

В основу настоящего изобретения положена задача создания усовершенствованной передающей и принимающей станции для распределенной сети связи с коммутацией каналов.

Изобретение определяется сопровождающей формулой изобретения.

Для того чтобы изобретение могло быть понято более полно, теперь будут описаны воплощения изобретения в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых на фиг. 1 - пояснительная схема распределенной сети связи с коммутацией каналов;

на фиг. 2 - блок-схема передающей и принимающей станции в такой сети;

на фиг. 3 и 4 - пояснительные схемы, иллюстрирующие способы маршрутизации вызовов в такой сети в соответствии с изобретением;

на фиг. 5, 6, 7 и 8 - пояснительные схемы, иллюстрирующие способы прерывания вызовов в такой сети в соответствии с изобретением; и на фиг. 9, 1 0, 1 0а, 11 и 1 2 - пояснительные схемы, иллюстрирующие особенности предпочтительной схемы, используемой в передающей и принимающей станции, в соответствии с изобретением.

Фиг. 1 является схемой, показывающей расположение узлов в гипотетической распределенной сети радиосвязи с коммутацией каналов, содержащей ряд произвольно расположенных фиксированных узлов 1, в которых располагаются передающие и принимающие станции. Дополнительно к узлам 1 сети показаны несколько узлов 2 межсетевых шлюзов, обеспечивающих доступ вызовов в общественную сеть телефонной связи, в которой телефонная связь происходит традиционным образом посредством проводных линий связи под централизованным управлением коммутатора. Как указано пунктирными линиями 4 на чертеже, вызовы могут производиться между узлами 1 сети или между узлом 1 сети и узлом 2 межсетевого шлюза либо непосредственно, когда узлы находятся достаточно близко друг к другу, либо посредством других узлов 1 , которые служат для передачи вызовов.

Фиг. 2 является блок-схемой передающей и принимающей станции 6, содержащей две передающие/принимающие антенны 7, 8, два одноканальных цифровых приемопередатчика 9, 10, по меньшей мере, один телефонный интерфейс 11, 12 и связанные телефоны 13, 14, интерфейс 15 приемопередатчика и блок 16 управления для эффективного управления связью между станциями внутри сети. Каждая станция 6 может использоваться для завершения до двух вызовов, т. е. двух вызовов, производимых одновременно, используя телефоны 13 и 14, или альтернативно для передачи одного вызова при одновременном использовании двух приемопередатчиков 9 и 1 0 для приема и повторной передачи информации вызова в двух направлениях. Несмотря на то, что приемопередатчики 9 и 10 обычно используют отдельные частотные каналы, в достаточно малой области для того, чтобы временное искажение не было проблематичным, могло бы быть использовано мультиплексирование с разделением времени. Обычно два канала выбираются из множества имеющихся 200 каналов, хотя в определенных ситуациях могло бы быть использовано большее число каналов.

Маршрутизация вызовов внутри сети основывается на географическом местоположении узлов в сети, скорее чем на обеспечении таблиц маршрутизации, хранимых внутри станций, т.к. это дает значительно лучшую производительность, когда нет централизованного коммутатора. Осуществление маршрутизации и начальной настройки вызова выполняется с использованием особого вызывающего канала, предназначенного для этой цели, в котором информация передается с использованием асинхронных пакетов. Отдельные каналы, несущие информацию, посредством которых принимается и передается речевая информация, могут использоваться для передачи либо асинхронными пакетами, либо форматами передачи с фиксированными кадрами с коммутацией каналов, в зависимости от протокола системы и требований пользователя.

Маршрутизация вызова

Маршрутизация вызова из исходной станции S, на которой производится вызов, в станцию D назначения, в которую направляется вызов, управляется соответствующим алгоритмом маршрутизации, выполняемым взаимодействием между управляющими блоками исходной станции и станции назначения и любыми другими станциями, используемыми для передачи вызова. Алгоритм маршрутизации устанавливает ряд линий связи, начинающихся из исходной станции F и заканчивающихся в станции D назначения, используя итеративный процесс, если станция D назначения не находится в пределах зоны одной пересылки от исходной станции S. Простейший способ такой маршрутизации, показанный на фиг. 3, предполагает определение на каждом этапе итерации, что станция в пределах радиозоны предыдущей станции, которая является ближайшей к станции назначения D. Если ближайшая станция не ближе, чем предыдущая станция, используемая в маршрутизации, тогда маршрутизация блокируется. Фиг. 3 показывает этот способ, применяемый для передачи вызова посредством двух станций 20 и 21, где радиозоны, связанные с исходной станцией S и станциями 20 и 21, показаны окружностями 22, 23 и 24.

Теперь будет описан метод, в котором этот алгоритм маршрутизации осуществляется блоком управления каждой станции.

Блок управления предыдущей станции будет передавать сигнал запроса в форме сообщения CQL (текущего уровня запроса), который будет приниматься всеми станциями, имеющимися для передачи в пределах зоны. Если этот сигнал запроса принимается станцией назначения D, блок управления станции назначения подает немедленный сигнал подтверждения для указания, что вызов может быть передан из предыдущей станции непосредственно в станцию назначения. Другие станции, принимающие сигнал запроса, выдают сигнал подтверждения, который передается после задержки, которая увеличивается с расстоянием станции от станции назначения D. Величина этой задержки вычисляется каждой станцией на основе расстояния станции от станции назначения, определяемого либо из списка местоположений других станций, хранимого внутри станции, либо из использования номеров станций, указывающих на указатели координатной сетки станций. Если станции выполняют протокол метода доступа с опросом состояния канала, так что они не выдают сигнал подтверждения, если канал уже используется, можно избежать большинства конфликтов. Как только предыдущая станция принимает сигнал подтверждения из другой станции, она посылает сигнал подтверждения в выбранную станцию. Другие станции в пределах зоны (но на большем расстоянии от станции D назначения, предполагающие большую задержку перед подтверждением) будут также принимать сигнал подтверждения и, таким образом, им будет запрещено подтверждение сигнала запроса, таким образом, предотвращая излишнюю перегрузку в вызывающем канале.

Этот алгоритм маршрутизации имеет недостаток в том, что он не будет находить все возможные маршруты и поэтому вызовы могут излишне блокироваться. Например, ссылаясь на фиг. 4, вызов может быть блокирован на станции 21 из-за присутствия препятствия 26 как, например, горы или просто области, где не имеются станции для передачи вызова. Одним способом улучшения этой ситуации является придание небольшой неопределенности маршрутизации алгоритма. Вместо выбора ближайшей станции к станции назначения для передачи вызова на каждом этапе, следующая станция передачи может быть выбрана на каждом этапе так, чтобы максимизировать вероятность завершения маршрута в станцию назначения. Вероятность завершения маршрута из лю5 бой станции изменяется обратно расстоянию от станции при отсутствии какой-либо осведомленности, что маршрут блокируется. Однако если определено, что маршрут блокируется на станции 21 на фиг. 4, так что не имеется станций в подходящих местоположениях для того, чтобы действовать как передатчики в соответствии с первоначальным алгоритмом, тогда может быть использован модифицированный алгоритм для возврата на один шаг назад к станции 20 и для изменения распределения вероятности с осведомленностью, что станция 21 блокируется. Это имеет результатом меньшую вероятность выбора станции 21 или станций вблизи станции 21 , таким образом, давая возможность выбора станции 25 для передачи вызова для того, чтобы осуществить маршрут в станцию назначения, обходя препятствие 26.

Если местоположение станции 21 известно следующим станциям, таким как 25, которые потенциально могут участвовать в передаче вызова, как будет в случае, если эти следующие станции прослушают сигнал из станции 21 , подтверждающий возврат к предыдущему состоянию, вероятность завершения маршрутизации из любой станции или, по меньшей мере, приближение к ней может быть вычислено каждой из станций на этой основе и, следовательно, соответствующая задержка, определяемая для отзыва на сигнал запроса из предыдущей станции для того, чтобы осуществить маршрутизацию таким же способом, как прежде.

Прерывание вызова

Когда станция передает вызов между другими станциями в сети, будут использоваться оба приемопередатчика станции и, соответственно, станция не будет доступна для того, чтобы посылать или принимать новый вызов (заканчивающийся на этой станции) во время такой передачи, если не имеется специальное средство прерывания вызова для того, чтобы позволить повторную маршрутизацию существующего вызова для того, чтобы дать возможность произведения нового вызова.

Фиг. 5 показывает схематично информацию, переносимую двумя информационными каналами 27, 28 и вызывающим каналом 29 станции, которая передает вызов между двумя другими станциями. Во время обычного телефонного разговора, несмотря на то, что полный маршрут двусторонней передачи будет обеспечен между двумя телефонами, обычно только один участник будет говорить в некоторое время и имеется молчание в обоих направлениях в течение заметной доли времени передачи, например, во время интервалов между словами и слогами. Нет необходимости передавать информацию во время таких периодов молчания, кроме информации, относящейся к длительности молчания. В описываемой системе речевая информация разделяется на кадры по 1 0 мс, которые фактически передаются в пакетах длительностью около 1 0 мс, давая возможность попеременной передачи информации в двух направлениях.

Когда станция передает вызов (или одновременно завершает два вызова), два приемопередатчика используются для связи с двумя другими станциями с использованием различных частот. Как показано на фиг. 5, передатчики обоих приемопередатчиков синхронизируются для передачи одновременно так, что когда речевая информация передается в одном направлении в одну станцию по первому информационному каналу, речевая информация передается в противоположном направлении в другую станцию по другому информационному каналу. Два приемопередатчика доступны для приема информации в промежуточные периоды 30 между последовательными периодами 31 передачи, причем обеспечиваются защитные интервалы 32 между периодами передачи и приема для того, чтобы предотвратить любое перекрытие этих периодов. Если оба приемопередатчика были бы заняты сигналами приема в одном или другом направлении во время периодов приема, было бы невозможно для передающей станции принимать вызов, производимый в нее. Однако во время каждого периода 30 каждый приемопередатчик фактически принимает речевую информацию в течение только части 33 времени и имеются периоды молчания. В эти периоды молчания могут приниматься короткие нулевые речевые пакеты, указывающие, что приемник доступен для приема сигналов прерывания из станции, желающей вызвать ее, так чтобы дать возможность станции прервать передачу существующего вызова для приема нового вызова. Повторная маршрутизация ранее переданного вызова может быть выполнена автоматически так, что не будет значительного интервала в передаче вызова.

Один возможный способ, с помощью которого передаваемый вызов может быть прерван, будет описан со ссылкой на фиг. 6, которая показывает станцию, которая используется для передачи вызова, вызываемую другой станцией, передающей пакеты 34 прерывания по вызывающему каналу. Во время периодов 31 передачи и периодов 33, во время которых принимается речевая информация, никакой из приемопередатчиков не доступен для приема пакетов 34 прерывания. Однако прием нулевого речевого пакета 35 по одному из информационных каналов, указывающего период молчания, вызывает быстрое переключение приемопередатчика для приема информации по вызывающему каналу и, таким образом, дает возможность обнаружения и подтверждения наличия пакета 34 прерывания в вызывающем канале передачей сигнала 36 подтверждения по вызывающему каналу. Т.к. вызов в любую станцию имеет приоритет над существующим вызовом, передаваемым этой станцией, сигнал 36 под7 тверждения будет указывать звонок телефона на вызываемой станции и будет иметь результатом передачу речи, инициируемую звонящим абонентом с использованием одного из информационных каналов, если вызов принимается телефоном, снимаемым с крючка. Это вызывает прерывание существующей линии передачи и осуществления альтернативной маршрутизации существующего вызова. Передаваемый вызов может также быть прерван, если телефон снимается с крючка для произведения вызова в другую станцию. Несмотря на то, что короткая пауза в передаче существующего вызова в таком способе не должна быть важной, возможно, что существующий вызов может быть прерван.

В этом способе маршрутизация нового вызова в станцию, которая в текущее время передает вызов, происходит в соответствии с уже описанным алгоритмом маршрутизации до тех пор, пока не достигается предпоследняя станция. Как другие станции, эта предпоследняя станция содержит таблицу соседей, указывающую те станции, которые находятся в пределах гарантированной радиозоны, как определяемой географическим расстоянием этих станций и съемом сигналов из этих станций, и список соседей предпоследней станции будет включать станцию назначения. Предпоследняя станция будет пытаться достигнуть станции назначения повторяющимися вызовами по вызывающему каналу и, если вызов принимается станцией назначения, сигнал подтверждения возвращается, указывая начало звонка на станции назначения. В противном случае сигнал возвращается из станции назначения, указывая, что она занята.

Этот способ имеет трудность требования очень быстрой коммутации каналов, которое имеет результатом повышенную сложность схемы в обеспечении требуемой частоты коммутации и может столкнуться с трудностями изза времени установки уровней демодулятора.

Фиг. 7 иллюстрирует альтернативный способ прерывания, который преодолевает необходимость быстрой коммутации каналов замещением вышеупомянутых таблиц соседей, хранимых станциями, таблицами записей сигналов распределения каналов, посылаемых между станциями при установке маршрутов для существующих вызовов. Таким образом, при маршрутизации вызова в станцию назначения, которая в текущее время передает вызов по ее информационному каналу, предпоследняя станция будет обращаться к записям других слышимых станций и частот каналов, к которым назначены приемопередатчики слышимых станций. Эти записи вводятся, когда их команды установки частоты прослушиваются станцией, и удаляются, когда последующие попытки вызвать соответствующую станцию по этому каналу не достигают успеха или соответствующая станция слышит вызов другой станции по вызывающему каналу. Предпоследняя станция затем пытается достигнуть станцию назначения повторным вызовом по каждому каналу станции назначения в соответствии с записанной ранее информацией распределения каналов. Во время использования вызываемого канала для передачи или приема речевой информации прием вызывающего сигнала будет запрещен в соответствии с протоколом метода доступа с опросом состояния канала. Однако после приема нулевого речевого пакета 35, указывающего период молчания на вызываемом канале, канал станет доступным для приема пакета 37 прерывания из вызывающей станции и это разрешит затем передачу сигнала 38 подтверждения по вызываемому каналу, указывая инициирование звонка на вызываемой станции и устанавливая вызов уже описанным способом. Временные требования регулировки частоты на предпоследнем канале в таком способе не требуются. Однако попрежнему существует вероятность, что существующий передаваемый вызов может быть прерван.

Теперь будет описана модификация вышеописанного способа прерывания со ссылкой на фиг. 8, которая, по существу, исключает вероятность прерывания существующего передаваемого вызова во время прерывания. Фиг. 8 показывает схематично вызов из исходной станции S в станцию назначения D, передаваемый некоторым числом других станций, включая станцию R, в которую должен быть направлен новый вызов из станции 41 посредством передающих станций, включая предпоследнюю станцию I. Как указано ранее, периоды молчания или паузы в передаче данных распознаются конечными станциями и передаются специальные нулевые речевые пакеты, более короткие, чем обычные речевые пакеты, используемые для передачи обычных сигналов. Нулевые речевые пакеты содержат информацию для того, чтобы дать возможность прослушивать станции для того, чтобы идентифицировать, какая станция передала нулевой речевой пакет и для синхронизации с нулевым речевым пакетом, а также для инструктирования обычно принимающей станции слушать прерывания во время пустого остатка временного интервала. Поскольку предпоследняя станция I может быть уверена только в слышании сигналов из станции R и не обязательно из станции А или станции В, соседних станции R в противоположном направлении, синхронизация пакета прерывания из станции I должна быть в состоянии определяться только сигналами из станции R.

Хорошим способом для достижения этого могло бы быть использование нулевых речевых пакетов из станции R для синхронизации станции I, но чтобы станция I не передавала пакет прерывания до тех пор, пока станция R не закончит передачу нулевых речевых пакетов. Это значит, что абонент на одном конце начал говорить, делая более вероятным, что другой або9 нент перестал говорить. Станция I будет продолжать пытаться, пока произведется соединение. Если нулевой пакет слышится из станции А, эта проблема не возникает и пакет прерывания передается немедленно.

Когда запрос вызова принимается станцией R от предпоследней станции I или когда телефон станции R снимается с крючка для инициирования вызова, передается сообщение в соседнюю станцию А по маршруту вызова между исходной станцией S и станцией назначения D, информирующее о повторной маршрутизации вызова. Это заставит один из приемопередатчиков станции А временно прервать передачу в станцию R для того, чтобы передать сообщение текущего уровня запроса для установки альтернативного маршрута для вызова. Затем станция А ожидает ответа из потенциальной замещенной станции передачи с использованием уже описанной обычной процедуры маршрутизации, за исключением того, что приемопередатчик станции А возвращается к передаче в станцию R по информационному каналу после отправления сообщения текущего уровня запроса, так что дальнейшая связь с потенциальной замещенной станцией передачи может происходить по информационному каналу, а не по вызывающему каналу, как происходило бы обычно. Процедура маршрутизации затем продолжается обычным образом до тех пор, пока не будет произведено соединение со станцией назначения D или с предпоследней станцией 45, если используются оба приемопередатчика на станции назначения D. Только, когда станцией R принимается подтверждение, что такое соединение произведено, передача вызова посредством станции R прерывается и действует инициирование звонка на станции R (или начинается маршрутизация вызова, если вызов производится из станции R).

Несмотря на то, что этот способ предотвращает потерю имеющихся передаваемых вызовов, способ имеет не совсем благоприятное воздействие на доступность вызова вышеупомянутых станций, которые в текущее время передают вызовы, т. к. такие станции не будут доступными для произведения или приема вызовов, если они являются единственными станциями, способными действовать как передатчики для имеющихся вызовов. При этом способе имеющийся передаваемый вызов может претерпевать прерывание передачи в одном направлении, равное удвоенному времени регулировки частоты, плюс времени для посылки сообщения текущего уровня запроса и приема ответа на него. Тем не менее, это будет все же меньше, чем пауза передачи, обеспечиваемая прерыванием вызова в других описанных способах.

Мобильные станции

Там, где должны быть использованы мобильные передающие и принимающие станции в сети, каждая мобильная станция связывается с собственным базовым узлом, в котором располагается обычная стационарная передающая и принимающая станция. При включении мобильная станция передает пакеты регистрации в свою собственную станцию с периодическими интервалами, например, один раз каждые десять минут, причем эти пакеты регистрации передаются, куда необходимо, через обычные стационарные станции внутри сети. Передаваемые пакеты регистрации при передаче другими станциями будут содержать информацию, идентифицирующую первую станцию, используемую для осуществления такой передачи и, таким образом, будут указывать собственной станции приблизительное местоположение мобильной станции, т.е. местоположение внутри зоны первой станции передачи. Такая регистрация местоположения мобильной станции будет корректироваться на периодической основе приемом сигналов регистрации собственной станцией.

Все запросы вызова в мобильную станцию сначала направляются в собственную станцию, которая затем передает такие запросы вызова в мобильную станцию в обычном пакетном радиорежиме, используя, где необходимо, первую станцию передачи (которая находится близко к мобильной станции, как указано информацией регистрации) и, возможно, другие станции для передачи запроса вызова в мобильную станцию. Прием запроса вызова, передаваемого таким образом мобильной станцией, имеет результатом звонок на мобильной станции и когда трубка на мобильной станции снимается с крючка для приема вызова, осуществляется маршрутизация вызова обратно в вызывающую станцию в соответствии с описанным алгоритмом маршрутизации. Если вызывающая станция находится ближе к мобильной станции, чем собственная станция, такая маршрутизация будет часто иметь результатом вызов, не передаваемый посредством собственной станции.

Следует отметить, что такая маршрутизация в ответ на снятие телефона с крючка для того, чтобы принять вызов является предпочтительной особенностью, используемой в сети в целом, т. к. иначе, если маршрутизация вызова была бы инициирована так, чтобы резервировать пропускную способность на станциях, подлежащих использованию в передаче вызова во время, когда инициируется вызов, излишняя перегруженность сети была бы вызвана тем фактом, что станции были бы зарезервированы для использования, пока звонит телефон на вызываемой станции и остается не отвеченным.

Переключение передачи/приема

В описываемой системе каждый приемопередатчик передает и принимает на одной и той же частоте и поэтому существенно подавлять передающий сигнал на большую величину для того, чтобы гарантировать, что это не помешает приему сигнала, принимаемому прие11 мопередатчиком. Поэтому выходной сигнал приемопередатчика должен быть ослаблен на значительно большую величину, чем потери маршрута радиопередачи, т.е. на величину порядка 140 децибел. Там, где переключение из режима передачи в режим приема должно быть быстрым, т. е. значительно меньше, чем миллисекунда, трудно, если возможно, включать или выключать генераторы или сдвигать их частоту, как обычно делается в приемопередатчиках с нажатием кнопки для разговора. Поэтому это налагает серьезные требования на схемы переключения, используемые для переключения между режимами передачи и приема в таких приемопередатчиках.

Соответственно, как показано на блоксхеме фиг. 9, один из частотных сигналов, который микшируется для создания сигнала передачи несущей частоты или самого сигнала несущей частоты в случае передатчика с частотной модуляцией, получается из делителя 50 частоты, содержащего цифровую схему с двумя устойчивыми состояниями (триггер). Такая цифровая схема с двумя устойчивыми состояниями может выключаться мгновенно, используя логический элемент. В режиме передачи частотный сигнал из источника 51 частоты (генератора) делится на два делителем 50 частоты и подается на модулятор 52, в котором модулирующий сигнал для передачи используется для модуляции сигнала несущей частоты, выведенного делителем 50 частоты, для создания модулированного сигнала для усиления усилителем 53 и передачи посредством переключателя 54 передачи/приема и антенны 55.

Когда приемопередатчик должен быть использован в режиме приема, переключатель 54 передачи/приема переключается в положение приема, как показано на фиг. 9, приложением соответствующего управляющего сигнала, и в то же самое время управляющий сигнал подается на запрещающий вход, соединенный с логическим элементом внутри делителя 50 частоты, так, чтобы запретить сигнал передачи несущей частоты. То, что несущая частота не присутствует в любом из входных сигналов в схему и генерируется только нелинейной операцией с двумя устойчивыми состояниями триггера означает, что сигнал несущей частоты полностью выключается этой операцией. Это не исключает необходимости выключать передающий усилитель 53, т.к. иначе он по-прежнему усиливал бы любой сигнал шума, но требование выключения усилителя 53 являются значительно менее серьезными, чем были бы в противном случае. Принимаемый сигнал той же самой частоты подается посредством переключателя 54 в принимающий усилитель 56 и отсюда в секцию приема приемопередатчика.

Пилообразное изменение модуляции передатчика

Поскольку информация передается в такой системе короткими пакетами, должны быть приняты меры для предотвращения того, что переходное изменение конверта в начале каждого пакета вызывает расширение спектра, которое могло бы иметь в результате помеху для пользователей соседних каналов. Для этого система использует линейную модуляцию несущей частоты для того, чтобы обеспечить оптимальную эффективность ширины полосы частот, и обеспечивает пилообразное изменение сигнала с очень короткими периодами пилообразного сигнала в начале и в конце пакетов передачи для того, чтобы минимизировать расширение спектра.

В противоположность к более общепринятым схемам с постоянным конвертом, известные системы линейной модуляции дали возможность ортогональной модуляции (в которой форма сигнала каждого символа может приниматься независимо от форм сигналов других символов) для достижения теоретических пределов эффективности ширины полосы частот. Однако утверждается, что использование частотной модуляции типа формирования конверта для таких систем вызывает существенное расширение спектра линейно модулированных сигналов пакетного типа. Несмотря на то, что полная амплитудная модуляция линейно модулированного сигнала, связанного с пилообразным изменением, казалось бы, обязательно вызывает некоторое расширение спектра, утверждается, что такие известные системы используют неправильный подход к этой проблеме, полагаясь слишком сильно на подход, который должен применяться с процедурами постоянного конверта.

Система модуляции в соответствии с изобретением использует подход, который имеет результатом очень короткие периоды пилообразного изменения, в принципе, вообще без расширения спектра. По сравнению с известной системой, в которой пилообразное изменение осуществляется полной амплитудной модуляцией линейно модулированного сигнала, эта система предполагает генерацию для каждого символа подлежащих передаче данных соответствующей формы сигнала символа, имеющую части пилообразного изменения ограниченной длительности. Ряд таких форм сигналов символов, которые перекрываются во времени, как, например, формы сигналов 61 , 62, 63 и 64, показанные на фиг. 10a, представляющих последовательность цифровых символов 1101, объединяются внутри поперечного фильтра 70, как показано на фиг. 1 0, для того, чтобы создать объединенную форму сигнала 60, имеющую пилообразные части 65 и 66 ограниченной длительности. Генерация объединенной формы сигнала свертыванием потока импульсов, представляю13 щих последовательность данных с формами сигналов отдельных символов может быть реализована с использованием заранее рассчитанных хранимых форм сигналов или рассчитываемых в реальном времени с использованием процессора цифрового сигнала с последующим фильтром сигнала помехи. Выходной сигнал поперечного фильтра 70 затем подается в модулятор 71 для того, чтобы модулировать сигнал несущей частоты частоты f_c для создания требуемого линейно модулированного сигнала для передачи.

Формы сигналов символов теоретически бесконечной длительности, так что аппроксимация производится усечением каждой формы сигнала для обеспечения частей пилообразного изменения ограниченной длительности. Однако мощность, связанная с частями пилообразного изменения может быть сделана чрезвычайно малой длиной усечения только из нескольких периодов символов, причем усечение налагается при причинных предположениях, т.к. формы сигналов обычно являются симметричными.

Спектр мощности сигнала, получающегося в результате из невзаимосвязанной последовательности данных, может быть таким же, как спектр мощности отдельных импульсов символов. Взаимосвязь последовательности данных может вызвать некоторое ослабление на определенных частотах, но не может вызвать спектральное расширение сигнала. Если каждый передаваемый пакет генерируется в соответствии с системой изобретения свертыванием последовательности данных конечной длины с формами сигналов символов, спектр пакета может иметь такой же спектр, как непрерывный сигнал. Несмотря на то, что длина формы сигнала символа может вызывать передачу мощности для нескольких символов перед первым моментом фактического символа (центром импульса) это является вполне пилообразным изменением, которое необходимо. На практике это требует только предшествующих двух или трех символов, что значительно меньше, чем требуется в традиционных процедурах.

Синхронизация приемника

Производительность всех цифровых приемников существенно зависит от синхронизации сигнала тактовых импульсов, используемого для синхронизации квантования отфильтрованного принимаемого сигнала. Традиционный способ для управления сигналом тактовых импульсов использует пересечения нуля принимаемой формы сигнала для синхронизации местного тактового генератора, использующего схему фазовой автоподстройки частоты. В этом случае ширина полосы частот является компромиссом между сглаживанием случайных отклонений синхронизации пересечения нуля и скоростью, с которой схема фазовой автоподстройки частоты может достигать запирания. Случайные отклонения синхронизации вызываются не только воздействиями шума, но также тем фактом, что пересечения нуля происходят во времена, зависящие от передаваемой последовательности данных. Таким образом, производительность ограничивается в такой системе даже при отсутствии шума.

Ортогональная модуляция передаваемого сигнала означает, что формы сигналов символов, полученных из принимаемого сигнала после фильтрации, являются такими, что каждая форма сигнала символа определяет величину сигнала в одной и только одной точке квантования в регулярной последовательности точек квантования. Несмотря на то, что формы сигналов символов перекрываются, все, кроме одной, из форм сигналов символов будут равны нулю в каждой точке квантования. Примерами форматов модуляции, для которых это справедливо, являются квадратурная амплитудная модуляция, квадратурное переключение со сдвигом фазы и дифференциальное четвертичное переключение со сдвигом фазы. Соответственно, отфильтрованные сигналы ширины полосы частот, посылаемые через каналы амплитудной модуляции или фазовой модуляции, также могли бы быть включены.

Если способы ограничителя дискриминатора интегратора используются для приема любой формы ортогонального сигнала переключения со сдвигом фазы или сигнала правильного амплитудного масштабирования, используемого с квадратурной амплитудной модуляцией, сигнал х при отсутствии шума будет иметь значение (х₀, х₁) в каждой точке квантования, выбираемого из конечного множества значений (1, 1 ), (1, 0), (0, 1 ) и (0, 0), причем конкретное значение (х₀, х₁) определяет принимаемый символ. Как показано на фиг. 11, который является графиком сигнала х относительно времени t, показывающего изменение значения х между двумя точками квантования, сигнал х будет отклоняться на величину dv, если фактическое время квантования t отклоняется относительно правильного времени квантования t_c на величину dt. Если ошибка v и ее производная по времени dv/dt (которая является такой же, как производная по времени dx/dt сигнала) измеряются, ошибка синхронизации может быть оценена как dv/(dv/dt) и эта величина может быть использована для корректировки фазы сигнала тактовых импульсов. Однако при наличии шума будут случаться непропорциональные ошибки, если dv/dt мала. Поэтому было бы предпочтительно масштабировать величину корректировки на коэффициент | dv/dt |, величину наклона сигнала, что имеет результатом величину корректировки k-dv/sgn(dv/dt), где k - весовой коэффициент, который будет тем больше, чем меньше наклон, a sgn(dv/dt) представляет знак dv/dt, так, что величина корректировки может также быть записана как k-dv-sgn(dv/dt). Синхронизация сигналов тактовых импульсов, основанная на такой корректировке фазы лучше традиционного способа пересечения нуля, т.к. хотя корректировка будет ухудшаться при добавлении шума, на нее не будет влиять последовательность данных в принимаемом сигнале и, таким образом, исключается основное влияние флуктуации синхронизации.

Фиг. 12 является блок-схемой приемника с дифференциальным четвертичным переключением со сдвигом фазы, использующего такую корректировку фазы для управления синхронизацией квантования. В этом приемнике принимаемый сигнал х подается принимающей секцией, состоящей из антенны 80, схемы 81 настройки, снабженной местным генератором, согласующего фильтра 82, ограничителя 83, дискриминатора 84 и интегратора символов 85. Сигнал х подается как в аналого-цифровой преобразователь 86, так и в дифференциатор 87 с последующим компаратором 88. Выходным сигналом преобразователя 86 является цифровое слово, наиболее значимые биты (х₀, x₁) которого представляют значение принимаемого символа, при условии, что масштабирование правильно, и выводятся из схемы как принимаемые данные (х₀, х₁), тогда как наименее значимые биты выходного сигнала преобразователя 86 составляют дополнительный код в двоичной системе величины ошибки dv. Выходной сигнал дифференциатора 87 является производной по времени ошибки сигнала, которая равна производной по времени dx/dt сигнала, а выходной сигнал компаратора 88 является цифровым сигналом, представляющим sgn(dv/dt). Процесс умножения ошибки сигнала dv на sgn(dv/dt) соответствует взятию дополнительного кода dv в двоичной системе, если dv/dt отрицательна. Следовательно умножение dv на sgn(dv/dt) может быть аппроксимировано подачей наименее значимых битов выходного сигнала преобразователя 86 и выходного сигнала компаратора 88 в множество логических элементов 89 исключающего ИЛИ для обеспечения выходного сигнала, соответствующего обратному коду dv в двоичной системе, которая аппроксимирует в дополнительный код в двоичной системе (только с ошибкой в наименее значимом бите). Выходной сигнал логических элементов 89 подается в счетчик 90, снабженный кварцевым генератором опорной частоты 91, который по очереди подает сигнал тактовых импульсов в аналого-цифровой преобразователь 86 при обратном отсчете от высокой опорной частоты, обеспечиваемой генератором 91. Счетчик сбрасывается приложением сигнала сброса, подаваемого инвертором 92, который принимает входной сигнал из логического элемента 89, связанный с наиболее значимым битом наименее значимых битов, выведенных из преобразователя 86 для управления сигналом тактовых импульсов.

Ошибки усиления и смещения в сигнале х также могут быть главной причиной проблем при использовании приема ограничителем дискриминатором с дифференциальным квадратурным четвертичным переключением со сдвигом фазы, а также для многоуровневых процедур квадратурной амплитудной модуляции, и дополнительные части схемы приемника обеспечиваются для компенсации таких ошибок. Ошибка смещения может быть аппроксимирована наименее значимыми битами выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя 86, т. е. теми битами, которые отличаются от битов данных, так что компенсация ошибки смещения может быть получена использованием этих битов для рекурсивной корректировки уровня смещения. Это может быть сделано подачей наименее значимых битов в накапливающий сумматор или прямой/обратный счетчик 93, который считает в прямом направлении, когда оценка смещения является низкой, и считает в обратном направлении, когда оценка смещения является высокой, и подачей результирующего сигнала в цифроаналоговый преобразователь 94 и потенциометр 95, который управляет смещением сигнала х. Более сложная система могла бы использовать все биты ошибки и корректировать смещение на величину, пропорциональную ошибке.

Для того чтобы обеспечить компенсацию усиления используется то, что ошибка усиления может быть аппроксимирована ошибкой, даваемой наименее значимыми битами выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя 86, разделенной на напряжение, соответствующее символу, о котором идет речь, и то, что эффективность будет очень мало отличаться, если вместо этого будет использоваться только знак напряжения символа. Эту аппроксимацию легко реализовать, т. к. деление на знак символа может быть достигнуто пропусканием наиболее значимого бита выходного сигнала преобразователя 86 через множество логических элементов исключающего ИЛИ 96 с наименее значимыми битами, как показано на чертеже. Выходной сигнал v sgnx = v x₀ логических элементов 96 подается в накапливающий сумматор или прямой/обратный счетчик 97, который соединяется с потенциометром 98 для осуществления требуемой компенсации ошибки усиления. Однако следует принять во внимание то, что система могла адаптироваться к ложной нулевой точке, если допустимый диапазон параметров был слишком большим.

Тот же самый принцип, т.е. минимизация ошибки во время квантования, может быть использован в демодуляторах, основанных на обработке цифрового сигнала, с тем отличием, что, т. к. выходной сигнал дифференциального демодулятора обработки цифрового сигнала может быть в декартовых, скорее, чем в полярных координатах, некоторая форма аппрокси17 мации может потребоваться для того, чтобы избежать излишних очень длинных вычислений. Однако даже простейшая аппроксимация, использующая постоянную величину корректировки, считается адекватно работающей на практике.

Claims (8)

1. Передающая и принимающая станция для сети связи, в которой множество станций произвольно расположены и в которой обеспечиваются коммутирующие схемы внутри самих станций для маршрутизации вызовов между станциями в сети с использованием других станций для передачи вызовов в место вызова, включающая средство прерывания вызова (16), который передается станцией (6), для приема нового вызова в станцию (6) из следующей станции в сети и содержащая

a) средство контроля вызова (30) для приема в течение интервалов времени между передачей речевых сигналов или сигналов данных в пределах существующего вызова сигнала прерывания (34), указывающего запрос вызова в станцию (6) из следующей станции; и

b) средство приема вызова (36) для прерывания передачи существующего вызова станцией (6) в ответ на сигнал прерывания (34) для того, чтобы дать возможность принять новый вызов из дальнейшей станции.

2. Станция по п.1, в которой средство прерывания вызова (1 6) включает средство повторной маршрутизации, которое выполнено с возможностью выбора альтернативного маршрута в ответ на прием сигнала прерывания (34) и передачи существующего вызова и в случае, если альтернативный маршрут существует, повторной маршрутизации существующего вызова для того, чтобы дать возможность приема нового вызова из следующей станции.

3. Станция по любому из пп. 1 , 2, в которой средство прерывания вызова (16) включает средство передачи нуля для передачи нулевых пакетов (35), выполненное с возможностью указания на паузы в речевых сигналах или в сигналах данных, передаваемых внутри существующего вызова, причем средство контроля (30) предназначено для приема упомянутого сигнала прерывания (34) во время передачи упомянутых нулевых пакетов (35).

4. Станция по п.3, в которой средство контроля вызова (30) предназначено для приема упомянутого сигнала прерывания (34) после прекращения передачи последовательности нулевых пакетов (35).

5. Мобильная передающая и принимающая станция для использования в сети связи, в которой множество передающих и принимающих станций произвольно расположены и в которой обеспечиваются коммутирующие схемы внутри самих станций для маршрутизации вызовов между станциями в сети с использованием других станций для передачи таких вызовов, в место вызова, причем мобильная станция содержит

a) средство регистрации для передачи сигналов регистрации в стационарную передающую и принимающую базовую станцию, связанную с мобильной станцией, с использованием других стационарных станций в сети для передачи сигналов регистрации, в то место, где базовая станция принимает указание приблизительного местоположения мобильной станции из местоположения первой стационарной станции, используемой в передаче сигналов регистрации; и

b) средство приема вызова для приема вызова из дальнейшей станции в сети, передаваемого посредством базовой станции и маршрутизированного в мобильную станцию базовой станцией на основе приблизительного местоположения мобильной станции, указанной сигналами регистрации и/или инициирования маршрутизации вызова назад в дальнейшую станцию после приема вызова.

6. Передающая и принимающая станция для использования в сети связи, содержащая средство сигнализации (55) для передачи и приема сигналов на одной и той же частоте, средства передачи (50, 51, 52, 53) для передачи сигналов посредством средства сигнализации (55), средство приема (56) для приема сигналов посредством средства сигнализации (55) и средство переключения (54) для переключения средства сигнализации (55) между средствами передачи (50, 51, 52, 53) и средством приема (56) в ответ на управляющий сигнал, в которой средства передачи (50, 51, 52, 53) включают источник частоты (51) для подачи частотного сигнала, схемы (50) с двумя устойчивыми состояниями для создания делением частоты частотного сигнала, несущей частоты для сигналов, подлежащих передаче, и средство запрещения для выключения схемы (50) с двумя устойчивыми состояниями для подавления несущей частоты в ответ на управляющий сигнал.

7. Цифровой передатчик для передачи дискретно модулированных сигналов короткими пакетами, содержащий средство генерации формы сигнала символа для генерации для каждого символа цифровых данных, подлежащих передаче, формы сигнала символа ограниченной длительности (61 , 62, 63 или 64), средство свертывания формы сигнала (70) для объединения ряда таких форм сигналов символов (61 , 62, 63 или 64), так что каждая форма сигнала задерживается относительно предыдущей формы сигнала и перекрывает ее так, чтобы создать объединенную форму сигнала (60), представляющую последовательность символов цифровых данных, подлежащих передаче, и средство модуляции сигнала (71) для линейной модуляции формы сигнала несущей частоты упомянутой объединенной формой сигнала (60), так чтобы обес19 печить упомянутые модулированные сигналы для передачи короткими пакетами без создания существенного спектрального расширения, но без использования отдельных пилообразных форм сигнала.

8. Цифровой приемник для приема дискретно модулированных сигналов, содержащий средства (80, 81, 82, 83, 84, 85, 86) для приема дискретно модулированных сигналов и для создания из них сигналов символов, указывающих на символы внутри передаваемых цифровых данных, средства квантования (86, 87, 88, 89, 90,

91 , 92) для квантования сигналов символов в точках квантования, определяемых сигналом тактовых импульсов для того, чтобы обеспечить выходной сигнал принимаемых данных, соответствующий передаваемым цифровым данным, и выходной сигнал ошибки, и средства синхронизации квантования (93, 94, 95) для синхронизации квантования сигналов символов средствами квантования корректировкой синхронизации сигнала тактовых импульсов для минимизации выходного сигнала ошибки.