PL174158B1 - Urządzenie odbiorcze radiowej łączności zbiorczej - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie odbiorcze radiowej laczno-- sci zbiorczej zawierajace antene glówna, an- tene zbiorcza oddalona fizycznie od anteny glównej oraz uklad laczacy, do którego wej- scia sa dolaczone antena glówna i antena zbiorcza do laczenia sygnalów odebranych przez antene glówna i antene zbiorcza oraz tworzenia sygnalu zespolonego, przy czym do wyjscia ukladu laczacego jest dolaczony uklad korekcji do laczenia skladników ode- branego symbolu, które sa rozdzielone w cza- sie w sygnale zespolonym, znamienne tym, ze zawiera, wlaczony miedzy jedna (11 lub 10) z anten (10,11) a uklad laczacy (19, 26), uklad (18, 25) zmiennego opóznienia czaso- wego sygnalów odebranych przez te antene (11 lub 10) wzgledem sygnalów odebranych przez druga antene (10 Iub 11). Fi g. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie odbiorcze radiowej łączności zbiorczej znajdujące zastosowanie zwłaszcza w układach transmisji radiowej, które wykorzystują modulację cyfrową i stosują obwody korekcji dla zmniejszenia efektów wielotorowego rozprzestrzeniania się sygnału radiowego.

Znany jest antenowy odbiór zbiorczy, będący jedną z technik łączności radiowej, w której są stosowane dwie anteny odbiorcze oddalone fizycznie od siebie o kilka długości fal. Odbiornik radiowy ma dwa oddzielne, równoległe tory wzmacniające, do których jest dołączona każda antena. Dwa sygnały są doprowadzone z zespołu przetwarzającego odbiornika do procesora, który wybiera najlepszy sygnał albo przesuwa fazę i następnie koherentnie dodaje dwa sygnały. W przypadku zaniku sygnałów, na przykład dla ruchomych układów radiowych, sygnały na dwóch antenach mają statystycznie mniejsze prawdopodobieństwo równoczesnego zaniku. Tak więc złożony sygnał zbiorczy będzie podlegał zmniejszonym efektom zaniku. Znany podwójny odbiornik i zbiorczy układ łączący, realizujące antenowy odbiór zbiorczy, są układami o dużej złożoności.

Znany jest z europejskiego opisu patentowego nr 0430481 układ zbiorczy stosowany w układach radiowych modulowanych cyfrowo, wykorzystujących wielotorowe obwody korekcji, w którym każdy z dwóch równoległych zespołów odbiornika jest dołączony do jednego z dwóch wejść specjalnego dwuwejściowego obwodu korekcji, który działa jako zintegrowany układ łączący korekcyjno-zbiorczy. Układ ten nadal wymagajednak zastosowania podwójnego zespołu odbiorczego.

Z kolei w europejskim opisie patentowym nr 0333042jest ujawniony odbiornik zbiorczego radiowego systemu nadawczego. Odbiornik ten zawiera pierwszy tor odbiorczy i drugi tor

174 158 odbiorczy, oba dołączone do korektora, oraz zawiera układ z regulowanym przełącznikiem fazy, przy czym odbiornik jest podwójnym odbiornikiem posiadającym dwa tory odbiorcze.

Znany jest także z opisu patentowego Wielkiej Brytanii nr 2237706 układ odbioru zbiorczego, w którym sygnały doprowadzane lub odprowadzane z jednej anteny są opóźnione względem sygnałów doprowadzanych lub odprowadzanych z drugiej anteny oraz jest wykorzystany sterowany obwód korekcji Viterbiego do łączenia opóźnionych i nieopóźnionych sygnałów. Wielotorowe obwody korekcji są przedstawione, na przykład, w europejskich opisach patentowych nr 0318685 i 0343189.

Istotą urządzenia odbiorczego radiowej łączności zbiorczej, według wynalazku, zawierające antenę główną, antenę zbiorczą oddaloną fizycznie od anteny głównej oraz układ łączący, do którego wejścia są dołączone antena główna i antena zbiorcza do łączenia sygnałów odebranych przez antenę główną i antenę zbiorczą oraz tworzenia sygnału zespolonego, przy czym do wyjścia układu łączącego jest dołączony układ korekcji do łączenia składników odebranego symbolu, które są rozdzielone w czasie w sygnale zespolonym, jest to, że zawiera, włączony między jedną z anten a układ łączący, układ zmiennego opóźnienia czasowego sygnałów odebranych przez tę antenę względem sygnałów odebranych przez drugą, antenę.

Korzystne jest gdy według wynalazku, dołączony do wyjścia układu łączącego, układ korekcji zawiera wskaźnik charakterystycznych cech sygnału odebranego.

Korzystne jest także, gdy urządzenie według wynalazku zawiera obwód zmiany częstotliwości lub obwód przesuwania fazy, każdy włączony między jedną z anten a układ zmiennego opóźnienia czasowego.

Korzystne jest ponadto, gdy układ zmiennego opóźnienia czasowego zawiera element wykorzystujący zjawisko propagacji akustycznej fali powierzchniowej.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest zapewnienie działania łączności zbiorczej poprzez proste dodanie układu zmiennego opóźnienia czasowego w torze odbiorczym związanym z drugą anteną, na przykład w stopniu częstotliwości radiowej. Takie rozwiązanie jest proste i tanie oraz nie wymaga stosowania dodatkowego przetwarzania sygnałów w urządzeniu odbiorczym.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie odbiorcze radiowej łączności zbiorczej z wielotorowym wzmacniaczem, fig. 2 - sumowanie wektorów sygnałów wielokrotnych, fig. 3 - urządzenie odbiorcze radiowej łączności zbiorczej z układem zmiennego opóźnienia czasowego w stopniu częstotliwości radiowych, fig. 4 - inny przykład wykonania urządzenia odbiorczego radiowej łączności zbiorczej z układem zmiennego opóźnienia czasowego w stopniu częstotliwości radiowych.

Na figurze 1 jest przedstawione urządzenie odbiorcze radiowej łączności zbiorczej, stanowiące część odbiornika radiowego dla sieci cyfrowej telefonii komórkowej typu GSM, zawierające antenę główną 10 i antenę zbiorczą 11. Antena główna 10 dostarcza sygnał do toru głównego 12 zawierającego pierwszy wzmacniacz 13 częstotliwości radiowych, posiadający przetwornik częstotliwości, i pierwszy stopień częstotliwości pośredniej 14. Antena zbiorcza 11 dostarcza sygnał do toru zbiorczego 15 zawierającego drugi wzmacniacz 16 częstotliwości radiowych i drugi stopień częstotliwości pośredniej 17. Tor odbiorczy 15 zawiera także układ 18 zmiennego opóźnienia czasowego, który może mieć postać długiej linii przesyłowej, linii opóźniającej z elementem wykorzystującym zjawisko propagacji akustycznej fali powierzchniowej lub jednego czy więcej filtrów. Sygnały wyjściowe pierwszego stopnia częstotliwości pośredniej 14 w torze głównym 12 i układu 18 zmiennego opóźnienia czasowego w torze zbiorczym 15 są łączone w układzie łączącym 19 i doprowadzane do układu korekcji 20, który ma na wejściu przetwornik analogowo-cyfrowy. Układ korekcji 20 stosuje czterokrotne przepróbkowanie. Po korekcji sygnał jest poddawany dekodowaniu w dekoderze błędu 21, zgodnie ze standardem GSM, a wynik jest doprowadzany do dekodera mowy w celu wydzielenia informacji mowy i przeprowadzenia syntezy mowy. Ponadto układ korekcji 20 korzystnie zawiera wskaźnik charakterystycznych cech sygnału odebranego.

17-1 158

Działanie urządzenia odbiorczego z fig. 1 jest następujące. Sygnał GMSK lub inny sygnał modulowany binarnie jest odbierany przez antenę główną 10 z ruchomego nadajnika. Równocześnie sygnał jest odbierany z nadajnika przez antenę 11 innym torem. Sygnały odebrane przez antenę główną 10 i antenę zbiorczą 11 są wzmacniane i przetwarzane w odpowiednio w pierwszym i drugim wzmacniaczach 13 i 16 oraz pierwszym i drugim stopniach częstotliwości pośredniej 14 i 17. Sygnał z anteny zbiorczej 11 jest opóźniany w układzie 18 zmiennego opóźnienia czasowego, który opóźnia sygnał przynajmniej o cześć okresu trwania bitu, wystarczającą do tego, żeby po połączeniu sygnałów w układzie łączącym 19 prawdopodobieństwo szkodliwej interferencji pomiędzy sygnałami z torów głównego i zbiorczego 12 i 15 było znacznie zmniejszone. W celu dalszego zmniejszenia prawdopodobieństwa szkodliwej interferencji opóźnienie wprowadzane przez układ 18 zmiennego opóźnienia czasowego jest zmienne. Układ łączący 19 sumuje sygnały i doprowadza zsumowane sygnały do układu korekcji 20. Układ korekcji 20 realizuje przetwarzanie cyfrowo-analogowe i wprowadza właściwe opóźnienia i przesunięcia faz do sygnałów w celu korekcji ich składowych czasowych i fazowych. Układ korekcji 20 oddziaływuje na składowe sygnału odbieranego w torach głównym i zbiorczym 12 i 15 oraz na składowe wprowadzone przez rzeczywiste odbicia wielotorowe przed dojściem do anteny głównej 10 i anteny zbiorczej 11 ikoryguje błąd czasowy ikażdy błąd fazowy pomiędzy nimi. Uzyskany skorygowany sygnał jest demodulowany w celu wydzielenia przesyłanych znaków i poddawany dekodowaniu błędów w dekoderze błędu 21.

W celu dalszego zmniejszenia prawdopodobieństwa szkodliwej interferencji sygnałów w układzie łączącym 19 zalecane jest opóźnianie równe przynajmniej 1/4 okresu bitu, przy czym jako użyteczne opóźnienie przyjmuje się okres 1/2 bitu. Czynnikiem ograniczającym w tym przypadku jest szerokość przenoszonego pasma przez filtry w torze sygnałowym za układem łączącym 19. W układzie typu GSM te filtry usuwają różnice pomiędzy dwoma sygnałami różniącymi się mniej niż o około jeden okres bitu. W związku z tym szczególnie zalecane opóźnienie jest zawarte w zakresie od 1 do 2 okresów bitowych. Układ korekcji 20 jest zwykle przeznaczony do korekcji opóźnień aż do 16 mikrosekund i teoretycznie można zastosować opóźnienie 10-16 mikrosekund, tj. do 5 okresów bitu, przy czym niektóre korzyści z wynalazku zostaną wtedy utracone, gdyż sygnały są poddawane wielotorowemu opóźnieniu. Zastosowanie próbkowania o większej częstotliwości w układzie korekcji 20 może dać krótsze opóźnienia.

Zasada działania układu korekcji 20 jest przedstawiona w oparciu o figurę 2, która pokazuje oś czasu z wektorami reprezentującymi wielokrotne sygnały z przedstawieniem obrotu fazowego wokół osi czasu. Oś czasu jest przedstawiona w ten sposób, że widać zarówno opóźnienia czasowe jak i fazy różnych wektorów. Dwa wektory Q1 i Q2 mają różne fazy. Jeżeli te wektory miałyby być zsumowane, dawałyby wynik Q1 + Q2. Te wektory mogą być zsumowane ze sobą albo mogę skasować się wzajemnie z takim samym prawdopodobieństwem. Natomiast wektory Q3 i Q4 różnią się opóźnieniem d względem siebie. Przy sumowaniu w układzie łączącym 19, gdy są one sygnałami szerokopasmowymi, nie mogą skasować się wzajemnie. Układ korekcji 20 realizuje przesunięcie fazy na wektorze Q4, uzgadniając jego fazę z wektorem Q3 i opóźnia wektor Q4 tak, że jest on zgodny z wektorem Q3. Tak więc dwa wektory są dodawane i będą zawsze tworzyć większy sygnał wynikowy przedstawiony przez wektory Q3 i Q4.

Układ korekcji 20 łączy koherentnie dwa lub więcej sygnałów o dowolnej fazie, które dochodzą do anteny głównej 10 i anteny zbiorczej 11, o ile mają one różne opóźnienia. W tym przypadku sygnał zbiorczy przybiera postać wielotorowego sygnału opóźnionego przez układ 18 zmiennego opóźnienia i jest łączony koherentnie przez układ korekcji 20 będący układem wielotorowym. Dla uniknięcia wystąpienia celowo wprowadzonego opóźnienia równego lecz przeciwnego względem naturalnego opóźnienia propagacji sygnału pomiędzy anteną główną 10 i anteną zbiorczą 11, stosuje się opóźnienie zmienne, przy czym nie jest wymagana żadna dodatkowa korekcja fazy. Przy zapewnieniu optymalizaji układu korekcji 20, poprawa działania łączności zbiorczej może wynosić minimalnie 3 dB i zwykle 6 dB dla zanikających sygnałów. Układ 18 zmiennego opóźnienia czasowego może być analogową linią opóźniającą, cyfrową linią opóźniającą, linią opóźniającą częstotliwości pośredniej lub linią opóźniającą częstotliwości radiowej. Jako linia opóźniająca może być zastosowana linia przysyłowa, obwód o stałych

174 158 skupionych, element wykorzystujący zjawisko propagacji akustycznej fali powierzchniowej lub obwód cyfrowy.

W urządzeniu odbiorczym, takim jak jest stosowany w sieci GSM, układ 18 zmiennego opóźnienia czasowego i układ łączący 19 mogą być umieszczone na wejściu sekcji częstotliwości radiowej odbiornika. Jest to przedstawione na figurze 3, gdzie część elementów ma te same oznaczenia cyfrowe, jak na fig. 1. Linia opóźniająca 25 częstotliwości radiowej jest dołączona z jednej strony do anteny zbiorczej 11 zaś z drugiej strony do układu łączącego 26 częstotliwości radiowej, wraz z łącznikiem częstotliwości radiowych z anteny głównej 10. Wyjście układu łączącego 26 częstotliwości radiowej 26 jest dołączone do pierwszego wzmacniacza 13 częstotliwości radiowych i innych elementów. Taki układ połączeń jest możliwy, ponieważ dwa Iub więcej niezależnych sygnałów może być przetwarzanych przez urządzenie odbiorcze bez wzajemnej interferencji. Oznacza to, że można pominąć podwójny zespół odbiorczy z torem głównym 12 i torem zbiorczym 15. Wtedy można zastosować zwykłe urządzenie odbiorcze łączności niezbiorczej z układem korekcji 20 oraz elementami, takimi jak linia opóźniająca 25 częstotliwości radiowej i układ łączący 26 częstotliwości radiowej, zawartymi w zewnętrznym, dobudowanym zespole zbiorczym.

Układ łączący 26 częstotliwości radiowej jest prostym układem sumującym sygnały Iub układem hybrydowym. Linia opóźniająca 25 działa na częstotliwościach radiowych Iub, gdy zespół zbiorczy częstotliwości radiowych wykorzystuje przetworniki częstotliwości, linia opóźniająca 25 działa na częstotliwości pośredniej, jak przedstawiono na figurze 4.

Elementy na fig. 4 mają takie same oznaczenia cyfrowe, jak na fig. 3. Pomiędzy anteną zbiorczą 11 i układem łączącym 26 częstotliwości radiowych są wprowadzone kolejno pierwszy filtr 30 częstotliwości radiowej, pierwszy mieszacz 31, filtr częstotliwości pośredniej 32, układ opóźniający 33, drugi mieszacz 34 i drugi 35 filtr częstotliwości radiowej. Do pierwszego i drugiego mieszaczy 31 i 34 jest dołączony generator lokalny 36. Pierwszy mieszacz 31 i generator lokalny 36 przetwarzają sygnał do zakresu częstotliwości pośredniej, na przykład 100-200 MHz. Przy takiej częstotliwości można zrealizować zwarty pierwszy układ opóźniający 33, na przykład w postaci filtra z elementem wykorzystującym zjawisko propagacji akustycznej fali powierzchniowej. Częstotliwość pośrednia jest zwiększona w drugim mieszaczu 34, przy czym działanie układu jest takie jak w przypadku układu z fig. 3.

Antena zbiorcza 11, linia opóźniająca 25 częstotliwości radiowej i układ łączący 26 częstotliwości radiowej mogą być wykonane jako dołączany zespół zbiorczy.

Dla przypadków, gdy jeden Iub więcej sygnałów zbiorczych podlega rzeczywistemu rozprzestrzenianiu wielotorowemu, korzystnajest zmianaczasu opóźnienia linii opóźniającej 25 częstotliwości radiowej dla każdej ramki sygnału modulowanego cyfrowo. Uzyskuje się to przy użyciu przełączanych elementów opóźniających, jak oznaczono przerywaną linią na fig. 4, gdzie dodatkowy układ opóźniający 40 ma większe opóźnienie niż pierwszy układ opóźniający 33 i można go włączyć w tor częstotliwości pośredniej w miejsce pierwszego układu opóźniającego 33. Odmiennie w przykładzie wykonania z fig. 3, układ opóźniający 25 częstotliwości radiowej może być przełączony z toru zbiorczego w tor główny, to jest z punktów A-A’ w punkty B-B’. Można zastosować też kombinacje tych układów.

Przełączenie układu opóźniającego 25 częstotliwości radiowej 25 następuje w odpowiedzi na informację o rozproszeniu sygnałów otrzymaną z układu korekcji 20. W innym przypadku przełączanie jest powtarzalne lub pseudolosowe.

W następnym przykładzie wykonania wynalazku do sygnału zbiorczego jest wprowadzane małe przesunięcie częstotliwości około 3 do 5 kHz i/lub przesunięcie fazy 0-360°. Zapewnia to poprawę odbioru, gdy sygnały są przesunięte w wyniku zjawiska Dopplera. W przykładach wykonania z fig. 1 i 4 przesunięcie częstotliwości jest wprowadzone w stopniu częstotliwości pośredniej, na przykład przez regulację częstotliwości sterującej z generatora lokalnego 36. Przesunięcie częstotliwości jest realizowane w znany sposób w zakresie częstotliwości radiowych. Przesunięcie fazy jest realizowane z kolei przez regulowany układ kondensatora/diody w torze sygnału o częstotliwości radiowej albo przez szereg elementów przesuwających fazę w linii przesyłowej. Ta technika przełączania układu opóźniającego jest realizowana w połączeniu

174 158 z dekoderem błędu 21 w sposób podobny do zasady przesuwania częstotliwości w układach stosowanych w sieciach GSM.

W celu przełączenia układu opóźniającego przesunięcie częstotliwości i/lub przesunięcie fazy jest zmieniane w oparciu o kolejne ramki. Opóźnienie, przesunięcie częstotliwości i/lub przesunięcie fazy można włączyć, wyłączyć lub zmodyfikować w zależności od własności odbieranego sygnału, takich jak natężenie, interferencja lub rozrzut opóźnienia sygnału. W ten sposób jest zapewnione adaptacyjne, wielotorowe, zbiorcze wzmacnianie sygnału odbieranego. W zasadzie wielotorowe, zbiorcze wzmacnianie można zastosować w urządzeniach odbiorczych na każdym końcu dwutorowego łącza radiowego, gdyż w przypadku ruchomych lub przenośnych telefonicznych systemów radiowych rzadko jest zalecane użycie drugiego układu antenowego na ruchomym lub przenośnym zespole.

Fig.1

Fig.3

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie odbiorcze radiowej łączności zbiorczej zawierające antenę główną, antenę zbiorczą oddaloną fizycznie od anteny głównej oraz układ łączący, do którego wejścia są dołączone antena główna i antena zbiorcza do łączenia sygnałów odebranych przez antenę główną i antenę zbiorczą oraz tworzenia sygnału zespolonego, przy czym do wyjścia układu łączącego jest dołączony układ korekcji do łączenia składników odebranego symbolu, które są rozdzielone w czasie w sygnale zespolonym, znamienne tym, że zawiera, włączony między jedną (11 lub 10) z anten (10,11) a układ łączący (19,26), układ (18,25) zmiennego opóźnienia czasowego sygnałów odebranych przez tę antenę (11 lub 10) względem sygnałów odebranych przez drugą antenę (10 lub 11).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że dołączony do wyjścia układu łączącego (19, 26) układ korekcji (20) zawiera wskaźnik charakterystycznych cech sygnału odebranego.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera obwód zmiany częstotliwości włączony między jedną (11 lub 10) z anten (10, 11) a układ (18) zmiennego opóźnienia czasowego.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera obwód przesuwania fazy włączony między jedną (10 lub 11) z anten (10, 11) a układ (18) zmiennego opóźnienia czasowego.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że układ (18, 25) zmiennego opóźnieniaczasowego zawiera element wykorzystujący zjawisko propagacji akustycznej fali powierzchniowej.