EA005608B1 - Способ синхронизации связи между множеством пользовательских терминалов и головным узлом в восходящем канале с использованием очу-модуляции - Google Patents

Abstract

Сущность описанного в изобретении решения заключается в том, что после временной и частотной синхронизации в нисходящем канале с использованием синхронизирующих последовательностей (3), которую осуществляют в процессе связи между головным узлом (1) и пользовательским терминалом (2), на основе расчета, произведенного в процессе частотной синхронизации в нисходящем канале, корректируется частота дискретизации у пользовательских терминалов (2) и обеспечивается частотная синхронизация в восходящем канале, за счет чего головному узлу не требуется осуществлять коррекцию при приеме в восходящем канале. Пользовательский терминал (2) рассчитывает (9) момент передачи ОЧУ-символов (7) головному узлу (1) таким образом, чтобы ОЧУ-символы поступали в головной узел (1) в предварительно установленные фиксированные моменты времени. Также предусмотрен опрос пользовательских терминалов (2), в ответ на который они передают запросы доступа к восходящему каналу, а головной узел затем распределяет восходящий канал среди пользователей, передавших запросы. Способ применим в двунаправленной передаче данных по электрической сети.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к дистанционной передаче данных, в частности, к системам двунаправленной связи между головным узлом и множеством пользователей (пользовательских терминалов), с синхронизацией в восходящем канале, т.е. на линии связи между пользовательскими терминалами и головным узлом, с использованием электрической сети в качестве передающей среды для предоставления пользователям разнообразных услуг.

Задачи изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение нового, отличающегося высокой надежностью способа временной и частотной синхронизации в восходящем канале передачи данных по электрической сети, в котором решены характерные проблемы, связанные с высоким уровнем шума и частотной избирательностью при передаче данных по электрической сети, использование которого предотвращает возникновение ложных показаний синхронизации на восходящем канале.

Способом по изобретению предусмотрена частотная синхронизация, за счет которой происходит синхронизация множества пользовательских передатчиков на частоте, используемой приемником головного узла, на основе сигнала, принимаемого по нисходящему каналу, который представляет собой линию передачи данных головным узлом пользовательским терминалам, в результате чего головному узлу не требуется осуществлять частотную коррекцию.

Кроме того, в описанном способе предусмотрено осуществление временной синхронизации для расчета момента, в который пользовательский терминал должен передавать ОЧУ-символы с тем, чтобы головной узел получал их в предварительно установленные фиксированные моменты, при этом для выполнения данного условия пользовательский терминал изменяет момент передачи ОЧУ-символов и головному узлу не требуется осуществлять временную коррекцию, коррекцию.

Поскольку принципы описанной в настоящем изобретении синхронизация в восходящем канале основаны на синхронизации в нисходящем канале, необходимо упомянуть, что рассматриваемая синхронизация в восходящем канале преимущественно основана на способе синхронизации в нисходящем канале, который описан в заявке на патент Испании 200102254 (не опубликована).

Предпосылки создания изобретения

Из предшествующего уровня техники известны различные способы ортогонального частотного уплотнения сигналов, однако, ни один из них не обеспечивает достаточно высокий уровень надежности, необходимый для того, чтобы избежать ложных показаний синхронизации в системах многоточечной передачи данных, в которых в качестве передающей среды используется электрическая сеть.

Общеизвестно, что электрическая сеть является сложной для использования в качестве передающей среды в силу того факта, подключение множества устройств к электрической сети и их отключение от нее сопровождается возрастанием напряжения до пиковых значений и колебаниями полного сопротивления линии передачи, приводящими к колебаниям во времени амплитудно-частотной характеристики канала.

Из известных способов синхронизации следует особо упомянуть описанный в патенте И8 5732113 способ временной синхронизации с использованием одного символа синхронизации, разделенного на две равные части, в котором для осуществления синхронизации используется меньшее количество дискретных импульсов (отсчетов), чем это предложено в настоящем изобретении, при этом импульсные помехи, широко распространенные в электрических сетях, в гораздо большей степени влияют на синхронизацию, поскольку по определению такие помехи представляют собой случайный шум, влияющий на малое количество дискретных импульсов, в результате чего они воздействуют на процесс синхронизации в большей степени, чем это происходит в предложенном способе, что делает способ с использованием лишь одного символа синхронизации нежелательным для применения в системе передачи данных по электрической сети.

Следует также отметить, что использование одного символа синхронизации предполагает более значительные отклонения при вычислении или расчете синхронизации, что вызвано использованием меньшего числа дискретных импульсов для осуществления синхронизации.

В статье Р. Моокс, озаглавленной А 1сс1шк|ис Гог от!йодопа1 Ггсс.|испсу бМкюп ти111р1схшд Ггсс|испсу оГГке! соттссйоп и опубликованной в ΙΕΕΕ Тгапк. оп Сотт., т. 42, сс. 2908-2914, октябрь 1994 г., изложена концепция использования двух одинаковых символов, однако такие символы не только никогда не предлагались и не использовались для осуществления синхронизации, что имеет место в настоящем изобретении, а, напротив, у Моокс они используются для расчета погрешностей аналогового сдвига частоты.

Кроме того, как упоминалось выше, частотная синхронизация в восходящем канале осуществляется на основе частотной синхронизации в нисходящем канале, и согласно заявке Ε8 2188370 А1 частотная синхронизация с использованием арктангенса корреляции для коррекции погрешности аналогового сдвига частоты известна из уровня техники, например, из патента ϋδ 5732113 или из статьи Моокс, тогда как в настоящем изобретении частотная синхронизация осуществляется на основе расчета погрешности частоты дискретизации в аналого-цифровых преобразователях каждого из пользовательских приемников, что является существенным отличием от известного уровня техники.

-1005608

Краткое изложение сущности изобретения

Для осуществления частотной и временной синхронизации в восходящем канале для множества пользовательских терминалов в многоточечной системе передачи данных с использованием ОЧУмодуляции, в которой в качестве передающей среды используется электрическая сеть, в настоящем изобретении предусмотрена частотная синхронизация, для чего у множества пользовательских терминалов осуществляется коррекция частоты дискретизации на основе расчета, произведенного в процессе частотной синхронизации в нисходящем канале. Кроме того, в настоящем изобретении предусмотрено осуществление предкомпенсации в пользовательских терминалах с тем, чтобы учесть поворот совокупностей, происходящий при передаче на некоторых несущих частотах в восходящем канале, который вычисляется на основе расчета поворота совокупностей на несущих частотах в нисходящем канале. За счет данных двух параметров для осуществления частотной синхронизации в восходящем канале не требуется, чтобы головной узел осуществлял коррекцию при приеме в восходящем канале, поскольку синхронизация осуществляется в пользовательских терминалах.

В способе по изобретению также предусмотрена временная синхронизация, для чего пользовательский терминал производит расчет момента для передачи ОЧУ-символов головному узлу с тем, чтобы головной узел получал их в предварительно установленные фиксированные моменты, временная синхронизация осуществлялась на основе сигнала, полученного в нисходящем канале, а головной узел не осуществлял коррекцию при приеме в восходящем канале.

Дополнительное отличие изобретения заключается в том, что головной узел производит опрос пользовательских терминалов, используя выделенные интервалы (временные и/или частотные), пользовательские терминалы отвечают головному узлу, если им необходимо передать запрос доступа к восходящему каналу, а головной узел распределяет полосу частот в восходящем канале среди пользователей, передавших запрос на осуществление передачи данных, и передает информацию о таком распределении пользовательским терминалам, за счет чего при передаче ими данных не возникает столкновений.

Временная синхронизация осуществляется за счет того, что пользовательский терминал передает ОЧУ-символы в моменты, рассчитанные на основе сигнала, полученного в нисходящем канале, а головной узел принимает их в заданный момент времени или по меньшей мере на протяжении временного окна с малым количеством дискретных импульсов, за счет чего предотвращается интерференция вследствие неправильно осуществленного кадрирования сигналов пользовательских терминалов.

Таким образом, головной узел никогда не перемещает окно приема вперед или назад во времени, оставляя для него предварительно установленные фиксированные моменты, на которые ориентируется пользовательский терминал, терминал-терминал.

Частотная синхронизация в восходящем канале осуществляется на основе частотной синхронизации в нисходящем канале, поскольку в головном узле и пользовательских терминалах используются одинаковые генераторы для генерирования частот дискретизации при передаче и приеме.

Пользовательские терминалы осуществляют предкомпенсацию поворота на основе расчета угла поворота совокупностей на каждой из несущих частот у сигналов, полученных пользовательскими терминалами в нисходящем канале, для чего каждый передатчик пользовательского терминала имеет вращатель, аналогичный вращателю приемника пользовательского терминала, выполняющий такие же функции. Таким образом, вращатель передатчиков пользовательских терминалов действует аналогично тому, как это описано в заявке на патент Испании 200102254 (не опубликована).

За счет предкомпенсации поворота сигнал поступает в головной узел так, как если бы отсутствовала частотная погрешность, поскольку поворот, осуществленный согласно изобретению при передаче сигнала, предкомпенсирует поворот, происходящий при передаче данных по электрической распределительной сети.

Изобретение также отличается тем, что временная синхронизация предусматривает генерирование и передачу пользовательским терминалом головному узлу одной или нескольких синхронизирующих последовательностей по запросу головного узла, при этом такие синхронизирующие последовательности состоят из двух идентичных синхронизирующих символов. Головной узел осуществляет распознавание синхронизирующей последовательности путем известной из уровня техники максимизации критериев наибольшего правдоподобия, временная синхронизация осуществляется на основе вычисления максимума корреляции дискретных импульсов последовательностей, переданных множеством пользовательских терминалов, а указанный максимум соответствует средней точке плоского участка кривой пиковых значений корреляции, размер которого в пересчете на дискретные импульсы равен числу дискретных импульсов циклического префикса (который обычно вводится для предотвращения интерференции между символами) без учета межсимвольной интерференции (МСИ), при этом все перечисленное аналогично происходящему в нисходящем канале за исключением того, что головному узлу приблизительно известен момент поступления синхронизирующей последовательности от конкретного пользовательского терминала с учетом ранее сделанного запроса на передачу такой синхронизирующей последовательности, для чего пользователям предоставляется интервал, следующий за сообщением о предоставлении интервала (СПИ), или ресурсы в восходящем канале, при этом такой запрос обычно передается голов

-2005608 ным узлом пользовательскому терминалу, и синхронизирующая последовательность передается в интервале, предоставленном пользовательскому терминалу.

Процесс временной синхронизации в восходящем канале предусматривает стадию сбора показаний временной синхронизации и стадию слежения за показаниями временной синхронизации, для чего множеством пользовательских терминалов производится расчет момента передачи ОЧУ-символов с тем, чтобы такие символы были получены головным узлом в предварительно установленные фиксированные моменты времени, как было указано выше.

Стадия сбора показаний временной синхронизации осуществляется в разомкнутом цикле, в котором пользовательский терминал на основе данных временной синхронизации в нисходящем канале производит расчет начала передачи каждого ОЧУ-символа, произведя расчет момента поступления ОЧУсимволов, принятых по нисходящему каналу, пользовательский терминал компенсирует задержки, вызванные фильтрами приемника и передатчика, а также среднюю погрешность, установленную с учетом циклического префикса, и передает ОЧУ-символы в расчетный момент таким образом, чтобы момент поступления символов в электрическую сеть примерно совпадал в восходящем и нисходящем каналах.

Стадия слежения за показаниями временной синхронизации осуществляется в замкнутом цикле с обратной связью, в котором головной узел, используя принятый сигнал, переданный пользовательским терминалом, производит расчет числа дискретных импульсов, на которое требуется ускорить или задержать передачу ОЧУ-символов пользовательским терминалом с тем, чтобы головной узел получил их в ожидаемый момент, таким образом, головной узел по нисходящему каналу передает пользовательскому терминалу информацию о вычислении границ интервала, предоставленного СПИ, на основании чего пользовательский терминал осуществляет ускорение или задержку передачи ОЧУ-символов.

Процесс расчета в разомкнутом цикле на стадии временной синхронизации происходит непрерывно с тем, чтобы расчет, произведенный в замкнутом цикле, компенсировал задержку в канале, за счет чего обеспечивается соответствующая синхронизация.

Если головному узлу требуется информация о том, какие пользователи заинтересованы в передаче данных по восходящему каналу, головной узел выделяет пользовательским терминалам интервалы опроса, в которых соответствующие пользовательские терминалы при необходимости передать данные по восходящему каналу передают заданный символ (символ опроса, означающий ответ на опрос).

Интервалы опроса разделены на мелкие фрагменты из одного или нескольких символов для одновременного опроса множества пользовательских терминалов, а головной узел при помощи СПИ выделяет фрагмент одному или нескольким пользовательским терминалам, которые желательно опросить, после чего пользовательский терминал, от которого требуется передать данные, отвечает на опрос, используя такой фрагмент, а не весь интервал.

В каждом фрагменте пользовательские терминалы передают лишь один символ опроса, не занимая остальной фрагмент, если он состоит из нескольких символов, за счет чего предотвращается взаимное перекрытие символов опроса, передаваемых в ответ на опрос пользователей, что может происходить в случае использования для ответа двух различных фрагментов, когда пользовательские терминалы не синхронизированы во времени должным образом.

Для обнаружения символа опроса, являющегося ответом на опрос, осуществляется корреляция принятого сигнала и сигнала, содержащего символ опроса, ранее сохраненный в головном узле. Для выполнения данной функции предпочтительно используется согласованный фильтр.

Поскольку символ опроса имеет X равных частей, в процессе обнаружения может использоваться согласованный фильтр с импульсной характеристикой конечной длительности с Ν/Х произведений и задержек, где N обозначает количество дискретных импульсов в символе опроса, переданном пользовательским терминалом в фрагменте, выделенном для интервала опроса, при необходимости передачи данных по восходящему каналу.

Таким образом, при помощи символа опроса головной узел получает информацию о том, какому пользовательскому терминалу требовалось передать данные, и в случае необходимости при помощи СПИ запрашивает синхронизирующую последовательность.

Ниже настоящее изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых, не ограничивающих его объем вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На прилагаемых к описанию чертежах показано на фиг. 1 - схема, иллюстрирующая процесс сбора показаний временной синхронизации для передачи данных по восходящему каналу пользовательским терминалом, представленная в виде разомкнутого цикла, на фиг. 2 - схема, подробно иллюстрирующая передачу ОЧУ-символов в восходящем канале после стадии сбора показаний временной синхронизации, на фиг. 3 - временная диаграмма стадии слежения за показаниями временной синхронизации, осуществляемой в виде замкнутого цикла, на фиг. 4 - пример выделения интервалов опроса для определения пользователей, от которых надо передать данные,

-3005608 на фиг. 5 - возможный пример фильтра, используемого для обнаружения символа опроса.

Описание вариантов осуществления изобретения

Далее изобретение описано на основе перечисленных выше чертежей.

Как указано выше, изобретение применимо в двунаправленной связи по электрической сети между головным узлом 1 и множеством пользователей (пользовательских терминалов) 2, а его задачей является обеспечение способа синхронизации в восходящем канале системы многоточечной передачи данных с использованием в качестве системы модуляции ортогонального частотного уплотнения (ОЧУмодуляции), например, как это описано в заявке Е8 2184587 А1.

Из предшествующего уровня техники известно, что оборудование головного узла имеет аналоговоцифровой преобразователь, соединенный с рядом аналоговых компонентов (сепаратором и фильтрами), позволяющих подавать сигнал в электрическую сеть, по которой сигналы передаются множеству пользовательских терминалов 2, приемники которых при помощи сепаратора и аналогового фильтра принимают поступивший по электрической сети сигнал и подают его в аналого-цифровой преобразователь, таким образом, в целом обеспечивается связь по нисходящему каналу.

Приемник головного узла также имеет аналого-цифровой преобразователь, а передатчик пользовательского терминала также имеет цифроаналоговый преобразователь, за счет чего обеспечивается связь в восходящем канале.

В одном из вариантов осуществления изобретения на линии передачи данных между приемником головного узла и передатчиком пользовательского терминала возникает погрешность частоты дискретизации вследствие различий между генераторами их преобразователей, из-за чего используемая ими частота дискретизации в точности не совпадает.

Из-за погрешности частоты дискретизации происходит посимвольный поворот совокупности на каждой из несущих частот. Кроме того, погрешности частоты дискретизации также вызывают затухание и шум в системе, в связи с чем необходимо корректировать такие погрешности за счет синхронизации в восходящем канале с тем, чтобы частота дискретизации у приемника головного узла совпадала с частотой дискретизации у передатчиков пользовательских терминалов.

Еще одна проблема состоит в том, что приемник головного узла может получать различную информацию от множества пользовательских терминалов на любой из несущих частот, используемых в восходящем канале, в связи с чем необходимо осуществлять преобразование полученного сигнала по всему спектру частот.

Кроме того, приемнику головного узла должен быть известен момент, в который пользовательские терминалы будут передавать ОЧУ-символы, для чего необходимо осуществлять временную синхронизацию во избежание интерференции вследствие неверно обнаруженных сигналов, переданных пользовательскими терминалами.

Синхронизация частоты дискретизации осуществляется в приемниках пользовательских терминалов на основе частотной синхронизации в нисходящем канале, канале-канале.

Таким образом, частотная синхронизация у приемников пользовательских терминалов осуществляется на основе начала отсчета, переданного в нисходящем канале для синхронизации пользовательских приемников, как это описано в заявке Е8 2188370 А1.

Поскольку головной узел использует для передачи данных по нисходящему каналу частоту, совпадающую с частотой дискретизации, которую он использует при приеме данных по восходящему каналу (или кратную ей частоту либо частоту, содержащуюся в ней целое число раз), частота, используемая в нисходящем канале, имеет такую же погрешность относительно номинальной частоты, т.е. частоты, использованной для приема данных по восходящему каналу. Таким образом, когда пользовательские терминалы получают по нисходящему каналу синхронизирующую информацию и происходит их частотная синхронизация, одновременно происходит частотная синхронизация пользовательских терминалов в восходящем канале, в результате чего не требуется осуществлять какие-либо дополнительные шаги для частотной синхронизации множества пользовательских терминалов при передаче данных головному узлу по восходящему каналу.

Как описано в заявке Е8 2188370 А1, если для коррекции частотной погрешности в нисходящем канале используется лишь кварцевый генератор, управляемый напряжением (КГУН), то частотная коррекция при приеме данных пользовательскими терминалами сопровождается коррекцией частотной погрешности в восходящем канале при передаче данных пользовательскими терминалами, за счет чего частотная коррекция в обоих каналах происходит одновременно. В то же время, если для коррекции частотной погрешности в нисходящем канале используется устройство восстановления дискретизированного сигнала, как это описано в заявке Е8 2188370 А1, то пользовательский терминал для передачи такого сигнала также должен использовать аналогичное устройство восстановления дискретизированного сигнала с тем, чтобы предкомпенсировать такую погрешность при передаче данных и обеспечить отсутствие частотной погрешности у сигнала, принятого головным узлом.

Кроме того, для решения проблемы поворота совокупностей на несущих частотах в восходящем канале головному узлу необходимо использовать вращатель применительно к каждому из пользовательских терминалов системы, что предполагает наличие мощной памяти и высокой способности обработки

-4005608 сигналов, получаемых по восходящему каналу, а если учесть, что множество пользователей передают данные по такому восходящему каналу одновременно, то осуществить это достаточно затруднительно.

Данная проблема решена в способе по настоящему изобретению за счет выполнения предкомпенсации поворота при передаче данных каждым из пользовательских терминалов, при этот каждый пользовательский терминал имеет вращатель, входящий в передатчик, а также вращатель, входящий в состав приемника, как это описано в заявке Е8 2188370 А1.

Вращатель передатчика пользовательского терминала рассчитывает, насколько должны быть повернуты несущие частоты в восходящем канале, исходя из степени поворота совокупности на каждой из несущих частот у сигнала, принятого по нисходящему каналу.

Таким образом, за счет предкомпенсации поворота, происходящего при передаче данных по электрической сети, сигнал поступает в головной узел так, как если бы на несущих частотах отсутствовал поворот.

Принцип действия вращателя передатчиков пользовательских терминалов аналогичен принципу действия вращателя, используемого для синхронизации при приеме в нисходящем канале, что описано в уже упоминавшейся заявке Е8 2188370 А1.

Временная синхронизация в восходящем канале предусматривает стадию, на которой пользовательские терминалы рассчитывают момент для передачи ОЧУ-символов головному узлу с тем, чтобы головной узел принимал их в предварительно заданные фиксированные моменты времени, иными словами, головной узел никогда не перемещает окно для приема вперед или назад, а скорее пользовательские терминалы управляют своими окнами для передачи, перемещая вперед или назад момент начала передачи ОЧУ-символов таким образом, чтобы они поступали в головной узел в течение его окна для приема.

Для выполнения данной функции осуществляется временная синхронизация в восходящем канале, состоящая из стадии сбора показаний временной синхронизации и стадии слежения за показаниями временной синхронизации.

Стадия сбора показаний временной синхронизации осуществляется по принципу разомкнутого цикла и заключается в сборе информации о временной синхронизации, полученной по нисходящему каналу, которая используется для временной синхронизации в восходящем канале. Это не является ограничением для системы, поскольку время распространения сигнала по электрической сети на используемых частотах крайне мало по сравнению с длительностью циклического префикса, который обычно добавляется к ОЧУ-символам во избежание межсимвольной интерференции.

По получении синхронизирующего сигнала, переданного по нисходящему каналу головным узлом, каждый передатчик пользовательских терминалов рассчитывает начало ОЧУ-символов. Конструкцией системы предусмотрено, что погрешность таких расчетов имеет минусовое значение, т. е. расчетное начало символа предшествует действительному его положению и, таким образом, всегда приходится на циклический префикс (который обычно предшествует ОЧУ-символу), за счет чего предотвращается межсимвольная интерференция вследствие неверных расчетов. При отсутствии дисперсионного канала средняя погрешность при расчете составляет половину длины циклического префикса. Для дисперсионных каналов, каким является электрическая сеть, погрешность несколько меньше, поскольку начальная часть префикса подвержена межсимвольной интерференции.

Отдельные пользовательские терминалы определяют момент для передачи ОЧУ-символов по восходящему каналу, исходя из ранее рассчитанного начального момента символов для передачи в нисходящем канале. Для этого приемники пользовательских терминалов рассчитывают момент поступления символов по нисходящему каналу, как, например, это описано в уже упоминавшейся в заявке Е8 2188370 А1, и компенсируют задержку, создаваемую фильтрами приема в нисходящем канале, фильтрами передачи в восходящем канале и допущенной средней погрешностью, которая, как уже упоминалось, составляет половину длины циклического префикса. В результате для пользовательского терминала момент начала символов в нисходящем канале и начала символов в восходящем канале совпадают. Очевидно, что может быть выбрана любая другая, не ограничивающая настоящее изобретение, временная взаимосвязь между символами в восходящем и нисходящем каналах. Для головного узла разница во времени между символами, переданными в нисходящем канале, и символами, полученными в восходящем канале, соответствует задержке на подтверждение приема в нисходящем и восходящем каналах.

На фиг. 1 представлена стадия сбора, осуществляемая по принципу разомкнутого цикла, известная как автоматическое вхождение в синхронизм, когда начало 4 символов синхронизирующей последовательности 3, переданных в нисходящем канале, служит временным началом отсчета для пользовательских терминалов 2, которая обозначена позицией 5. Позицией 6 на фиг. 1 обозначена остальная часть символов, переданных в нисходящем канале (символы данных, коррекции и т.д.).

На фиг. 2 схематически представлен момент, в который ОЧУ-символы 7 передаются в восходящем канале, момент 8, вычисленный как момент поступления ОЧУ-символа 7 по нисходящему каналу согласно синхронизации данного канала, при этом на основании такого момента 8 рассчитывается момент передачи 9 по восходящему каналу, а допущенная погрешность всегда имеет минусовое значение и выражена в виде разности между 8 и 9. Позицией 10 на фиг. 2 обозначен циклический префикс.

-5005608

По окончании автоматического вхождения в синхронизм начинается стадия слежения, осуществляемая в замкнутом цикле, поскольку автоматическое вхождение в синхронизм в нисходящем канале создает временное начало отсчета для определения момента передачи в восходящем канале, а с учетом того, что такое автоматическое вхождение в синхронизм может оказаться недостаточно точным, головной узел будет не способен игнорировать принятый сигнал, поскольку, как описано выше, он всегда кадрирует сигнал, принятый в фиксированные моменты времени.

Если автоматическое вхождение в синхронизм осуществлено верно, для головного узла остается неизвестной лишь величина вследствие задержки из-за подтверждения приема в канале, которая рассчитывается при помощи временной синхронизации в замкнутом цикле.

С этой целью временная синхронизация осуществляется в замкнутом цикле таким образом, что количество дискретных импульсов, на которое пользовательский терминал должен ускорить или задержать передачу ОЧУ-символов, чтобы обеспечить оптимальное кадрирование в головном узле, рассчитывается на основе сигнала, полученного головным узлом от такого пользовательского терминала.

Такую информацию обратной связи передают в нисходящем канале соответствующим пользовательским терминалам в качестве одного из параметров СПИ, параметров-параметров.

Данный процесс может быть отображен временной схемой, начиная с синхронизации в нисходящем канале, в ходе которой головной узел передает синхронизирующие последовательности 28, описанным выше способом происходит автоматическое вхождение в синхронизм 12, после чего пользовательский терминал передает данные и синхронизирующую последовательность, если такая последовательность была запрошена головным узлом, предварительно получив СПИ 11, переданное головным узлом, и разрешение использовать определенные частоты и временные интервалы, т. е. один или несколько интервалов в восходящем канале, обозначенных позицией 13. На основе синхронизирующей последовательности, переданной пользовательским терминалом, головной узел вычисляет количество дискретных импульсов, на которое необходимо ускорить или задержать передачу ОЧУ-символов для оптимального кадрирования, как обозначено позицией 14. Головной узел обнаруживает момент поступления ОЧУсимвола от пользовательского терминала и вычисляет разность между таким моментом и точным моментом, в который он должен был поступить. Такая разность в пересчете на количество дискретных импульсов представляет собой начало отсчета, которое передается соответствующему пользовательскому терминалу с тем, чтобы он скорректировал момент передачи символов.

После этого головной узел передает СПИ, обозначенное позицией 15, с указанием ускорения или задержки, которые пользовательский терминал должен передать по восходящему каналу ОЧУ-символы

7. Позицией 16 обозначено обнаружение такой информации, переданной головным узлом, после чего пользовательский терминал осуществляет ранее упомянутую коррекцию и передает ОЧУ-символы 7 в скорректированный момент, а также, необязательно, синхронизирующую последовательность, обозначенную позицией 17, за счет чего ОЧУ-символы поступают в головной узел в момент выполнения кадрирования, обозначенного позицией 18.

Необходимо отметить, что стадия сбора неизменно осуществляется при каждом обнаружении синхронизирующей последовательности в нисходящем канале, при этом момент передачи данных корректируется с использованием ранее описанного алгоритма на основе разомкнутого цикла. С учетом того факта, что в линии связи между головным узлом и пользовательскими терминалами может присутствовать определенная погрешность частоты дискретизации, процесс кадрирования медленно корректируется, для чего необходимо использовать ранее описанную стадию сбора прежде, чем передача ОЧУ-символов будет ускорена или задержана настолько, что кадрирование будет осуществлено приемником неверно.

Одной из задач, которую должен решить в ходе описанного процесса головной узел, является идентификация пользователей, от которых требуется передать данные в заданный момент.

Если пользователь желает передать данные по восходящему каналу, соответствующий пользовательский терминал прослушивает нисходящий канал и ожидает момента, когда головной узел 1 при помощи информации, включенной в СПИ 26, укажет, что один или несколько интервалов в восходящем канале используется для опроса. В показанном на фиг. 4 примере интервалы опроса выделяются каждому из трех пользовательских терминалов 2, соответствующие пользователи которых могут желать или не желать передать данные. Выделяется интервал 19 опроса, разделенный на множество фрагментов 27 (каждый из которых выделен одному из опрашиваемых пользователей), а каждый пользовательский терминал, от которого требуется передать данные, отвечает в этом интервале исключительно в том случае, если он желает получить доступ к восходящему каналу, передавая определенный символ, известный как символ 20 опроса, означающий ответ на опрос, в фрагменте 27, выделенном в интервале 19 опроса. Предусмотрено, что запросы пользовательских терминалов могут сталкиваться в случае, если в одном разделе интервала 19 опрашивается множество пользовательских терминалов одной группы, в связи с чем может использоваться процесс разрешения конфликтной ситуации либо соответствующим пользователям разрешается повторно передавать запросы доступа позднее.

Интервал 19 опроса разделен на фрагменты 27, размер которых превышает или равен размеру символа 20 опроса, при этом остальная часть фрагмента не используется во избежание взаимного перекрытия символов 20 опроса, передаваемых в ответ на опрос множества пользователей, использующих для

-6005608 ответа различные фрагменты 27. Таким образом, за счет того, что пользовательские терминалы уже синхронизированы во времени методом автоматического вхождения в синхронизм, т.е. в близкой к оптимальной форме, снижается вероятность интерференции, поскольку иначе часть символов 20 опроса могла бы быть перекрыта, во избежание чего используются периоды молчания 21.

Для обнаружения символов 20 опроса головной узел использует особое устройство, имеющее фильтр в форме символа опроса, как это показано на фиг. 5. Такой фильтр имеет множество элементов 22 задержки прохождения сигнала, полученного в ответ на интервале 19 опроса.

Задержка в таких элементах 22 ограничена интервалом между дискретными импульсами, т.е. величиной, обратной частоте дискретизации, использованной для получения дискретизированного сигнала.

На выходе из элементов 22 задержки сигнал умножается на коэффициенты С₁ фильтра, форма которых соответствует форме символа 20 опроса, поскольку головному узлу известен такой символ. Такие коэффициенты представляют собой комплексное сопряжение дискретных импульсов, образующих символ опроса, и поэтому, если головным узлом получен символ 20 опроса, он умножается на множитель 23, имеющий сопряженные величины, суммируется с использованием сумматора 24 и после получения максимальной величины может быть обнаружено поступление символа опроса, который служит для головного узла показанием поступления ответа на опрашивающее сообщение.

С учетом того, что количество N относительно велико и количество необходимых произведений также велико, в изобретении предусматривается уменьшение числа операций и передача символа 20 опроса с X равными частями, в связи с чем N множителей 23 и элементы 22 задержки не требуются, поскольку необходимым условием является лишь Ν/Х. Максимальная величина определяется при поступлении символа опроса и обнаружении максимальной величины X. В общем для обнаружения символов опроса осуществляется корреляция полученного сигнала и символа опроса, ранее сохраненного оборудованием головного узла, и также используется согласованный фильтр, как описано выше.

Предусмотрен модуль 25, который генерирует сигнал обнаружения символа опроса в случае обнаружения общего числа X пиковых значений, имеющих примерно одинаковый уровень мощности и разделенных Ν/Х дискретных импульсов.

Если обнаружено, что один или несколько пользователей желают передать данные, головной узел при помощи СПИ 26 сообщает, какой пользователь или пользователи могут получить доступ к восходящему каналу и какие интервалы (временные и/или частотные) могут быть использованы, при этом такие СПИ периодически передаются по нисходящему каналу, как, например, в способе, описанном в заявке Е8 2186531 А2, а в случае необходимости после автоматического вхождения в синхронизм 12 может быть запрошена передача синхронизирующих последовательностей, как это описано выше.

Claims (13)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ синхронизации связи между множеством пользовательских терминалов и головным узлом в восходящем канале с использованием ОЧУ-модуляции, применимый при двунаправленной связи по электрической сети, в котором предусмотрено средство добавления и извлечения циклического префикса (10) из ОЧУ-символов (7) для предотвращения межсимвольной интерференции (МСИ) и осуществление частотной и временной синхронизации путем передачи синхронизирующих последовательностей (3) в нисходящем канале, образованном линией передачи данных головным узлом (1) пользовательским терминалам (2), в котором частотную синхронизацию осуществляют путем коррекции частоты дискретизации у множества пользовательских терминалов (2) на основе расчета, выполняемого в процессе частотной синхронизации в нисходящем канале, отличающийся тем, что при его осуществлении также в пользовательских терминалах (2) предкомпенсируют поворот совокупностей на множестве несущих частот, происходящий в процессе передачи данных по восходящему каналу, на основе расчета поворота совокупностей на несущих частотах при передаче данных по нисходящему каналу, за счет чего головному узлу (1) не требуется осуществлять коррекцию при приеме данных в восходящем канале, осуществляют временную синхронизацию с использованием расчета, произведенного пользовательскими терминалами (2) и головным узлом (1), момента передачи ОЧУ-символов (7) головному узлу с тем, чтобы головной узел принимал ОЧУ-символы в предварительно установленные фиксированные моменты времени, запрашивают пользовательские терминалы (2) путем выделения головным узлом интервалов, выбранных из группы, содержащей временные интервалы, частотные интервалы и их сочетания в восходящем канале, интервалы (19), разделенные на фрагменты (27) для опроса пользовательских терминалов (2), при этом пользовательские терминалы (2) отвечают головному узлу (1) лишь в том случае, когда пользовательские терминалы намерены получить доступ к восходящему каналу, после чего головной узел (1) распределяет восходящий канал в соответствии с полученными запросами и передает информацию о распределении пользовательским терминалам (2) с тем, чтобы передача данных пользовательскими терминалами (2) происходила без столкновений.

   -7005608
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предусматривает использование головным узлом и пользовательскими терминалами одинаковых генераторов для генерирования частот дискретизации при передаче и приеме с тем, чтобы частотная погрешность в восходящем канале была пропорциональна частотной погрешности в нисходящем канале, а частотная синхронизация в восходящем канале происходила одновременно с частотной синхронизацией в нисходящем канале.
3. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что предкомпенсация поворота в пользовательских терминалах осуществляется с использованием вращателя, входящего в передатчик, на основе расчета, произведенного в пользовательских терминалах для каждой из несущих частот сигнала, принятого в нисходящем канале, за счет чего головному узлу не требуется осуществлять коррекцию поворота сигнала, полученного от множества пользовательских терминалов.
4. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для осуществления временной синхронизации пользовательские терминалы генерируют и передают головному узлу по меньшей мере одну синхронизирующую последовательность по запросу головного узла, при этом синхронизирующая последовательность образована двумя идентичными символами, для обнаружения синхронизирующей последовательности головной узел максимизирует критерии наибольшего правдоподобия с тем, чтобы осуществить временную синхронизацию на основе вычисления максимума корреляции дискретных импульсов последовательностей, переданных множеством пользовательских терминалов, при этом указанный максимум соответствует средней точке плоского участка кривой пиковых значений корреляции, размер которого в пересчете на дискретные импульсы равен числу дискретных импульсов циклического префикса (10) без учета межсимвольной интерференции.
5. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что стадия временной синхронизации предусматривает стадию сбора показаний временной синхронизации и стадию слежения за показаниями временной синхронизации, для чего множество пользовательских терминалов (2) изменяют момент передачи ОЧУсимволов (7) на основе расчета, произведенного с тем, чтобы обеспечить прием таких символов головным узлом в предварительно установленные фиксированные моменты времени, времени-времени.
6. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что стадия сбора показаний временной синхронизации осуществляется в разомкнутом цикле, в котором пользовательские терминалы (2) на основе данных временной синхронизации в нисходящем канале производят расчет (12) начала (8) передачи каждого ОЧУ-символа (7), осуществив расчет момента поступления (9) ОЧУ-символов (7), принятых в нисходящем канале, пользовательский терминал компенсирует задержки, вызванные фильтрами приемника и передатчика, а также среднюю погрешность, установленную с учетом циклического префикса (10), и передает ОЧУсимволы (7) в момент (9), рассчитанный после компенсации.
7. 7. Способ по пп.5 и 6, отличающийся тем, что стадия слежения за показаниями временной синхронизации осуществляется в замкнутом цикле, в котором головной узел (14), используя принятый сигнал (13), переданный пользовательским терминалом (2) на стадии сбора показаний временной синхронизации, производит расчет числа дискретных импульсов, на которое требуется ускорить или задержать передачу ОЧУ-символов пользовательским терминалом с тем, чтобы головной узел получил их в ожидаемый момент, после чего головной узел передает (15) по нисходящему каналу пользовательскому терминалу указанное количество дискретных импульсов в качестве одного из параметров СПИ (26), которое головной узел обычно передает пользовательским терминалам, на основании которого пользовательский терминал (16) задерживает или ускоряет передачу ОЧУ-символов, постоянно осуществляя временную синхронизацию в разомкнутом цикле, за счет чего расчет, произведенный в замкнутом цикле, компенсирует задержку в канале передачи данных.
8. 8. Способ по п.4, отличающийся тем, что головной узел указывает множеству пользовательских терминалов момент передачи синхронизирующих последовательностей (3) и при помощи СПИ, передаваемых по нисходящему каналу, предоставляет интервалы для обеспечения соответствующей синхронизации применительно к пользовательским терминалам, при этом обнаружение синхронизирующих последовательностей (3), переданных пользовательским терминалом по восходящему каналу, осуществляется лишь в том случае, если пользовательский терминал получил указание передать синхронизирующую последовательность.
9. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что головной узел, передавая множеству пользовательских терминалов (2) СПИ (26), выделяет интервалы (19) опроса, разделенные на фрагменты (27), и если пользовательским терминалам необходимо передать информацию, они передают символ (20) опроса в выделенном фрагменте (27) с тем, чтобы головной узел определил, какой пользователь намеревается передать информацию, и оптимизировал алгоритмы распределения восходящего канала среди пользовательских терминалов.
10. 10. Способ по п.9, отличающийся тем, что интервалы (19) опроса разделены на мелкие фрагменты, размер которых равен или превышает размер символа (20) опроса для одновременного опроса множества пользовательских терминалов, с этой целью головной узел при помощи СПИ выделяет фрагмент по меньшей мере одному пользовательскому терминалу, который необходимо опросить, а пользовательский терминал, намеревающийся передать информацию, отвечает на опрос при помощи символа (20) опроса, передаваемого в выделенном фрагменте.

    -8005608
11. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что пользователи передают в каждом фрагменте лишь один символ (20) опроса, не занимая остальную часть фрагмента, если он состоит из нескольких символов, во избежание взаимного перекрытия символов (20) опроса, передаваемых в ответ на опрос пользователей, когда они используют для ответа два различных фрагмента при отсутствии правильной временной синхронизации пользовательских терминалов.
12. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что для обнаружения символа (20) опроса осуществляется корреляция принятого сигнала и символа опроса, ранее сохраненного в оборудовании головного узла, для чего используется согласованный фильтр.
13. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что символ (20) опроса имеет X равных частей для использования согласованного фильтра с импульсной характеристикой конечной длительности с Ν/Х произведений (23) и задержек (22), где N обозначает количество дискретных импульсов в символе (20) опроса, переданном пользовательским терминалом в фрагменте, выделенном для интервала (19) опроса, при необходимости передачи данных по восходящему каналу.