RU2466507C2 - Способ и система, эффективные по полосе пропускания, для передачи/приема коммуникационного сигнала с использованием полосы пропускания канала - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области телекоммуникационных систем и предназначено для эффективной передачи/приема осуществления управления мощностью передачи коммуникационного сигнала путем использования полосы пропускания канала. Изобретение раскрывает способ передачи дополнительного сигнала по каналу, имеющему полосу передачи, содержащую множество используемых подполос, занятых сигналами передачи. Согласно этому способу детектируется наличие свободных подполос, незанятых сигналами передачи, и дополнительный сигнал передается путем использования свободных подполос. Согласно этому способу дополнительный сигнал мультиплексируется путем использования кода CDMA и передается в поднесущих OFDM, имеющих частоты в свободных подполосах. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области телекоммуникационных систем. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу и системе для эффективной передачи/приема коммуникационного сигнала путем использования полосы пропускания канала.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В телекоммуникационной системе данные пользователя преобразуются в сигналы, подходящие для передачи по каналу, который может содержать медный провод, оптическое стекловолокно, радиоканал и т.д. В зависимости от физических характеристик канал имеет диапазон частот, также известный как полоса пропускания канала или полоса, в которой может происходить эффективная передача сигналов.

Основываясь на канале и на полосе пропускания канала, сигналы, которые обычно являются электромагнитными сигналами, генерируются таким образом, чтобы оптимизировать пропускную способность телекоммуникационной системы, которая представляет собой количество данных, эффективно передаваемых всеми пользователями телекоммуникационной системы. Конечно, к каналу могут иметь доступ несколько телекоммуникационных систем.

Процесс генерации сигналов включает две главные операции: операцию модуляции, включающую отображение пользовательских данных на изменения физических величин электромагнитного сигнала, таких как фаза несущей, частота и/или амплитуда; и операцию мультиплексирования, включающую совместное использование полосы пропускания канала независимыми пользователями, которая распределяется между их потоками данных.

Помимо развитых схем модуляции, таких как фазовая модуляция (PSK), двухпозиционная фазовая модуляция (BPSK), квадратурная фазовая модуляция (QPSK), квадратурная амплитудная модуляция (QAM) и т.д., было предложено несколько методов мультиплексирования с тем, чтобы максимизировать эффективность использования полосы пропускания канала.

Как правило, в известных телекоммуникационных системах полоса пропускания не используется эффективно. Фактически, каждому использующему канал пользователю телекоммуникационных систем статистически выделяют часть полосы пропускания, в дальнейшем называемой подполосой, центрированной относительно частоты центральной подполосы, которая обычно является частотой соответствующей поднесущей. Подполоса используется как раз во время эффективной передачи данных пользователем, при этом она не используется, когда пользователь молчит. Таким способом, заполнение, означающее эффективное использование, каждой подполосы и, следовательно, всей полосы зависит от поведения пользователей. Поскольку не все пользователи постоянно выполняют передачу, имеются неактивные периоды времени, приводящие к низкой спектральной эффективности, выражаемой отношением между амплитудой диапазона несущих информацию частот и полной пропускной способностью канала, так как каждая подполоса предназначена для отдельного пользователя и не может находиться в совместном пользовании разными пользователями.

Пользователи могут принадлежать различным телекоммуникационным системам, использующим различные методы модуляции и/или мультиплексирования. Как правило, каждая телекоммуникационная система при обращении к каналу использует заданную часть полосы пропускания канала. В любом случае, с практической точки зрения, чем меньше пользователи передают, тем ниже полная спектральная эффективность.

Кроме того, с точки зрения времени, полоса пропускания канала состоит из набора используемых подполос, заполняемых сигналами, испускаемыми эффективно передающими пользователями, которые чередуются со свободными промежутками частот, соответствующими подполосам, выделенным непередающим пользователям. Конечно, поскольку поведение пользователя (передавать или нет) со временем меняется, соответствующим образом меняется и заполнение полосы пропускания.

Помимо спектральной неэффективности такое заполнение полосы пропускания предусматривает высокую стоимость для тех пользователей, которые вынуждены передавать данные в течение очень короткого промежутка времени. Фактически, пользователи обычно должны платить за свои подполосы, независимо от полезного времени их использования.

В качестве примера, для ведомственных учреждений, таких как аварийно-спасательная команда или пожарная команда, такой вид распределения полосы пропускания является очень невыгодным, поскольку они должны платить за выделенную подполосу, которая фактически используется только в течение небольшого промежутка времени, когда возникают чрезвычайные ситуации. Поскольку чрезвычайные ситуации являются редкими, выделенная подполоса остается неиспользованной почти все время.

Помимо этих коммерческих аспектов с технической точки зрения спектральная эффективность дополнительно снижается за счет необходимости поддерживать взаимные помехи между смежными подполосами на максимально возможном низком уровне. Фактически, поскольку спектр сигналов, передаваемых в подполосах, не ограничен по частоте, каждый спектр сигналов имеет очереди, выходящие за границы частот соответствующей подполосы, интерферируя таким образом с передаваемыми в смежных подполосах сигналами. Для удержания интерференции под контролем между смежными подполосами вводятся защитные полосы. С практической точки зрения эти защитные полосы содержат неиспользуемые части полосы пропускания, которая представляет собой свободные промежутки частот, чередующиеся с подполосами, используемыми пользователями телекоммуникационных систем, получающих доступ к каналу.

Таким способом интерференция (взаимные помехи) снижается, поскольку только небольшие части спектральных очередей перекрываются с другими передаваемыми сигналами. К сожалению, при этом уменьшается полное заполнение полосы пропускания, что влечет за собой дальнейшее сокращение спектральной эффективности.

Поскольку это является обычным заполнением полосы пропускания физического канала, сигналы, посылаемые в пределах подполос, могут модулироваться и мультиплексироваться несколькими известными способами. Кроме того, сигналы в различных подполосах, как правило, находятся под управлением разных телекоммуникационных систем, использующих разные методы модуляции и мультиплексирования. В частности, одним из наиболее важных методов мультиплексирования является мультиплексирование с ортогональным делением частот (OFDM).

В системе OFDM вся полоса пропускания канала, доступная для самой системы, разделена на большое количество поднесущих, близко расположенных по частоте и упорядоченных в пределах полосы пропускания канала таким образом, чтобы они были ортогональны друг другу. Каждая поднесущая соответствует соответствующей подполосе и модулируется с помощью обычной схемы модуляции (PSK, QAM и т.д.) при низкой битовой скорости, поддерживающей скорости передачи данных, аналогичные скоростям обычной схемы модуляции с одной несущей, работающей в той же самой подполосе.

С практической точки зрения сигналы OFDM генерируются и принимаются путем использования алгоритма быстрого преобразования Фурье (FFT).

Метод OFDM делает передачу более пластичной относительно жестких условий канала, таких как ослабление высоких частот в длинном медном проводе, узкополосная интерференция, частотно-селективное замирание из-за множества маршрутов и т.д., без необходимости в методах сложной обработки сигналов, таких как выравнивание канала. Например, в системах ODFM выравнивание канала может быть выполнено простым способом, поскольку сигнал OFDM можно рассматривать как несколько медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не один быстро модулируемый широкополосный сигнал.

ЗАДАЧИ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель настоящего изобретения заключается в преодолении по меньшей мере частично недостатков предшествующего уровня техники.

Согласно изобретению предоставляются способ и система для передачи/приема коммуникационного сигнала с использованием полосы пропускания канала согласно пунктам 1 и соответственно 13.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для понимания настоящего изобретения ниже описаны предпочтительные варианты осуществления, которые следует рассматривать только в качестве неограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на Фиг.1 показана блок-схема приемопередатчика OFDM;

на Фиг.2 показана иллюстративная схема заполнения полосы;

на Фиг.3 показан иллюстративный пример эффективного заполнения полосы;

на Фиг.4, 5 и 6 показано заполнение полосы согласно Фиг.2 в виде последовательных этапов способа по настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг.1 показана телекоммуникационная система 1 OFDM, содержащая передающую часть 2 и принимающую часть 4, которые соединены с каналом 3. Канал 3 совместно используется существующими телекоммуникационными системами 5₁, 5₂..., 5_n. Телекоммуникационная система 1 OFDM и существующие телекоммуникационные системы 5₁, 5₂..., 5_n являются беспроводными (такими, как WiMAX, или спутниковыми) или проводными.

В приведенной в качестве иллюстрации телекоммуникационной системе 1 OFDM используется метод множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA). Соответственно, передающая часть 2 содержит модулятор CC, который принимает поток CN данных, сформированный сигналами, генерируемыми источником, и блоки кодирования канала (не показаны на Фиг.1), известные специалисту в данной области техники. Модулятор CC может представлять собой модулятор BPSK, модулятор QPSK, модулятор 8-PSK или любой известный модулятор и по существу с помощью известного способа выдает модулированный MN поток символов, сформированный множеством символов, где символ представляет собой наименьшее количество данных, совместно передаваемых телекоммуникационной системой 1 OFDM. Модулированный поток MN символов подается на кодер CR дублирования, который генерирует дублированный поток VK символов, в котором каждый входной символ модулированного входного потока MN дублируется несколько раз согласно длине L кода DK CDMA. Поэтому для каждого входного символа модулированного входного потока MN кодер CR дублирования генерирует соответствующую последовательность выборок L, все из которых равны входному символу. Временная продолжительность каждой последовательности, соответствующей одному входному символу, равна временной продолжительности самого входного символа, который представляет собой выборки L, далее называемые в настоящем описании чипами (или элементарными сигналами), имеет времена продолжительности L, которые короче временной продолжительности входного символа. Аналогично, чипы имеют частоту, в L раз превышающую частоту входного символа.

Дублированный поток VK символов, сгенерированный кодером CR дублирования далее умножается на код DK CDMA, который представляет собой код, имеющий длину чипов L, сгенерированных по существу устройством GC расширения с помощью известных способов на частоте, равной частоте чипов, и составленный из последовательности ±1. Это умножение известно как "расширение" и характеризует метод CDMA, позволяющий получать последовательность WK расширения, имеющую плотность спектральной мощности в полосе пропускания, которая в L раз больше полосы пропускания сигнала, подвергнутого расширению, который представляет собой поток MN модулированных символов. Из-за содержимого кода DK CDMA, который представляет собой ±1 чипы, последовательность WK расширения имеет такую же мощность, как и поток MN модулированных символов, и полосу, которая в L раз превышает полосу потока MN модулированных символов, таким образом плотность его спектральной мощности в L раз меньше плотности спектральной мощности потока MN модулированных символов.

Последовательность WK расширения посылают в параллельно-последовательный конвертер S/P_tx, имеющий два порта ввода и несколько n_out портов вывода, равных количеству поднесущих OFDM, используемых телекоммуникационной системой 1 OFDM. Как более подробно объясняется ниже, чипы последовательности WK расширения, введенные в параллельно-последовательном конвертере S/P_tx, выдаются только через n (где n≤n_out) порты вывода (показаны на Фиг.1) непосредственно в параллельно-последовательном конвертере S/P_tx, который распараллеливает последовательности WK расширения в так называемые символы OFDM, т.е. группы n чипов. С практической точки зрения один порт ввода в параллельно-последовательном конвертере S/P_tx соединен с контроллером 10, который в свою очередь соединен с блоком 12 считывания, как более подробно обсуждается ниже. N портов вывода в параллельно-последовательном конвертере S/P_tx соединены с портами ввода n блока обратного быстрого преобразования Фурье IFFT, имеющего всего m портов ввода, причем m≥n. На m-n порты блока обратного быстрого преобразования Фурье IFFT, не соединенные с n портами вывода в параллельно-последовательном конвертере S/P_tx, подаются нули.

Блок быстрого преобразования Фурье IFFT выполняет обратное быстрое преобразование Фурье символа OFDM, выдавая m выборок вывода IFFT на m портов вывода блока быстрого преобразования Фурье IFFT.

Согласно методу OFDM каждый порт ввода блока быстрого преобразования Фурье IFFT соответствует поднесущей телекоммуникационной системы 1 OFDM; следовательно, если порт вывода (например, порт вывода 20) в параллельно-последовательном конвертере S/P_tx соединен с портом ввода блока быстрого преобразования Фурье IFFT, символы, выходящие из порта вывода 20, передаются с помощью поднесущей, ассоциированной с соединенным портом ввода блока быстрого преобразования Фурье IFFT.

Блок быстрого преобразования Фурье IFFT соединен с параллельно-последовательным конвертером P/S_tx, имеющим s портов ввода и один порт вывода, причем s больше m. Практически, m портов вывода блока быстрого преобразования Фурье IFFT соединены с последними m портами ввода параллельно-последовательного конвертера P/S_tx, тогда как на первые s-m порты ввода параллельно-последовательного конвертера P/S_TX подают копии последних s-m выборок IFFT вывода для сохранения разборчивости символа OFDM. s-m копии последних s-m выборок IFFT вывода формируют так называемый интервал защиты.

Вывод параллельно-последовательного конвертера P/S_tx соединен с каналом 3 в конечном счете с помощью соответствующего передатчика, такого как антенна, оптический источник и т.п. (не показан на Фиг.1).

В принимающей части 4 телекоммуникационной системы 1 OFDM выполняются операции, обратные операциям, описанным для передающей части 2. В частности, входные сигналы сначала распараллеливают с помощью параллельно-последовательного конвертера S/P_rx для получения символов OFDM и одновременно удаляют интервалы защиты. После этого символы OFDM подвергаются операции обратного быстрого преобразования Фурье, выполняемого блоком обратного быстрого преобразования Фурье FFT. В частности, блок обратного быстрого преобразования Фурье FFT выдает ряд чипов, которые после удаления нулей, вставленных при передаче, преобразуются в последовательность параллельно-последовательным конвертером P/S_rx, выдающим последовательность WK_RX. Преобразованные в последовательность чипы последовательности WK_RX мультиплицируются с использованием кода DK CDMA, эта операция известна как "сжатие", и полученную таким образом последовательность VK_RX вводят в декодер DR дублирования, который объединяет L чипы последовательности VK_RX, получая точную копию MN_RX исходного модулированного входного потока МС. Наконец, декодер группы DC демодулирует точную копию MN_RX для извлечения потока CN данных.

Для лучшего понимания способа по настоящему изобретению обратимся к Фиг.2, на которой показан иллюстративный пример заполнения полосы пропускания канала 3 в заданный момент времени t0. В частности, В1, B2 и B3 представляют используемые подполосы, которые представляют собой подполосы, выделенные для пользователей телекоммуникационных систем 5₁, 5₂..., 5_n, имеющих доступ к каналу 3 в момент времени t0, следовательно, в момент времени t0 происходит эффективная передача. Телекоммуникационные системы 5₁, 5₂..., 5_n обеспечивают связь между своими пользователями, используя любые способы модуляции и мультиплексирования. G1-G4 представляют собой свободные подполосы, которые являются как защитными полосами, так и выделенными подполосами, назначенными для пользователей телекоммуникационных систем 5₁, 5₂..., 5_n, которые не выполняют передачу в рассматриваемый момент времени t0. Эти выделенные подполосы, назначенные телекоммуникационным системам 5₁, 5₂..., 5_n, которые не выполняют передачу в рассматриваемый момент времени, становятся используемыми подполосами в моменты времени, когда их соответствующие пользователи выполняют передачу. Очевидно, что определения "свободные подполосы" и "используемые подполосы" относятся к данному моменту времени, причем выделенные подполосы, назначенные для пользователей, не выполняющих передачу в рассматриваемый момент времени, должны рассматриваться как свободные подполосы.

Для эффективного использования доступной полосы важно рационально заполнять все подполосы, используя также свободные подполосы, которые в известных телекоммуникационных системах остаются неиспользованными.

Кроме того, полное использование полосы должно происходить без негативного воздействия на сигналы, передаваемые в используемых подполосах, т.е. сигналы, передаваемые в подполосах, выделяемых телекоммуникационными системами, получившими доступ к каналу 3 в момент времени t0. Следует отметить, что сигналы в используемых подполосах могут передаваться с использованием любого способа модуляции и/или мультиплексирования. Для способа по настоящему изобретению используемые подполосы представляют собой просто подполосы, не доступные для передачи.

На Фиг.3 показано, как можно достичь полного использования свободных подполос. В частности, рассматривая физический канал 3, имеющий свою заданную схему распределения подполос в виде заданного количества телекоммуникационных систем 5₁, 5₂..., 5_n, имеющих доступ к каналу 3 и соответствующее назначение выделенных подполос, предположим, что дополнительный сигнал, не предоставленный в момент времени t0 и имеющий полосу Bsignal, должен быть передан позже в момент времени t1. Дополнительный сигнал может быть передан и принят путем деления его полосы Bsignal на соответствующее количество частей таким образом, чтобы заполнить свободные подполосы, передавая его и затем восстанавливая его просто путем восстановления его спектра, как более подробно описано ниже.

Для простоты приведенное ниже описание относится к случаю только одного дополнительного сигнала, но способ по настоящему изобретению может быть расширен непосредственно для случая с большим количеством дополнительных сигналов. Передача дополнительного сигнала происходит с использованием метода OFDM, который предусматривает деление всей полосы физического канала 3 на подполосы, у которых частоты центральной несущей ортогональны друг другу. Фактически, рассматривая период Ts, равный по времени продолжительности каждого символа, передаваемого в системе OFDM, поднесущие системы OFDM имеют частоты, кратные основной частоте, равной инверсии периода Ts. В силу известных тригонометрических соотношений интегрирование любых двух поднесущих по периоду Ts дает ноль.

Ортогональные поднесущие являются независимыми друг от друга и могут включаться или отключаться независимо, следовательно, можно решить, использовать ли определенные поднесущие согласно потребностям пользователей. Следовательно, в случае использования метода OFDM сигнал, занимающий определенную полосу, Bsignal не должен передаваться по одной подполосе, амплитуда которой равна ширине полосы пропускания, но он может передаваться по несмежным подполосам, при условии что вся используемая ширина полосы пропускания равна ширине полосы Bsignal.

Более подробно, передача дополнительного сигнала в свободных подполосах выполняется телекоммуникационной системой 1 OFDM, показанной на Фиг.1. В частности, блок 12 считывания детектирует n свободных поднесущих и генерирует соответствующие сигналы, выдаваемые на контроллер 10. Блок 12 считывания также вычисляет доступную длину свободной полосы, которая представляет собой сумму длин свободных подполос, и предоставляет ее в устройство GC расширения, которое использует доступную ширину свободной полосы для определения длины L кода DK CDMA.

Контроллер 10 посылает последовательность WK расширения в n портов вывода последовательно-параллельного конвертера S/P_tx и на вход блока обратного быстрого преобразования Фурье IFFT, соответствующий свободным поднесущим. На входе блока обратного быстрого преобразования Фурье IFFT, соответствующего используемым поднесущим, а также на любые порты ввода m-n блока обратного быстрого преобразования Фурье IFFT подают нули.

Описанные отношения между последовательно-параллельным конвертером S/P_tx, блоком обратного быстрого преобразования Фурье IFFT и поднесущими телекоммуникационной системы 1 OFDM обеспечивают возможность передачи дополнительного сигнала в свободных подполосах. Порты ввода блока обратного быстрого преобразования Фурье IFFT, соединенные с нулями, указывают, что соответствующие поднесущие не используются для передачи телекоммуникационной системой 1 OFDM, потому что они соответствуют используемым подполосам, которые являются выделенными эффективно передающими подполосами во время их использования пользователями телекоммуникационных систем 5₁, 5₂..., 5_n. Более подробно, иллюстративное представление телекоммуникационной системы 1 OFDM на Фиг.1 относится к заполнению полосы, показанной на Фиг.4, на которой показано заполнение полосы в момент времени t0, аналогично Фиг.2, а также расположение поднесущих OFDM в подполосах. Соответствие между поднесущими и портами ввода блока обратного быстрого преобразования Фурье IFFT, показанное на Фиг.1, можно понять, рассматривая известный сдвиг частоты, характеризующий обратное быстрое преобразование Фурье и суммирование, с учетом расположения поднесущих, которое показано на Фиг.4, где четыре боковые поднесущие, т.е. две боковые поднесущие на одну сторону полосы канала, установлены на нуле. На Фиг.4 поднесущие, используемые телекоммуникационной системой 1 OFDM, показаны стрелками, в то время как неиспользуемые поднесущие отмечены крестиками. Следует отметить, что в телекоммуникационной системе 1 OFDM деление всей полосы на подполосы происходит независимо от эффективного заполнения полосы, таким образом до любого считывания канала 3. Когда телекоммуникационная система 1 OFDM получает запрос на передачу дополнительного сигнала, она считывает все поднесущие, детектируя защитные полосы и поднесущие, неиспользуемые телекоммуникационными системами 5₁, 5₂..., 5_n. После этого телекоммуникационная система 1 OFDM включает все поднесущие, соответствующие свободным подполосам.

В известных системах OFDM поднесущие включаются и выключаются в случае, если канал является селективным по частоте: сигналы передаются только по подполосам с низкими потерями, сохраняя качество передачи, выключая поднесущие с высоким ухудшением по каналу.

Согласно способу по настоящему изобретению дополнительный сигнал передается с использованием свободных подполос, которые находятся в диапазонах свободных частот, чтобы не происходило ее наложение с другими уже установленными связями, использующими выделенные подполосы, следовательно, передача дополнительного сигнала очевидна пользователям телекоммуникационных систем 5₁, 5₂..., 5_n; фактически, выделенные подполосы, используемые пользователями телекоммуникационных систем 5₁, 5₂..., 5_n, не изменяются, таким образом пользователи не испытывают никаких ухудшений связи.

Описанный способ может быть легко реализован на терминале, который может выполнять считывание канала 3 с использованием известных средств и методов для определения частоты поднесущей, а также для определения того, используются или нет поднесущие, независимо от того, соответствуют ли свободные поднесущие выделенным подполосам, назначенным для пользователей, тихих в рассматриваемый момент, или назначенным для защитных полос.

Например, исходя из предположения, что, как показано на Фиг.4, вся полоса фактически разделена на 25 поднесущих OFDM, возможна передача дополнительного сигнала при использовании поднесущих n. 1, 8, 9, 14, 15, 16, 17, 24 и 25, которые являются поднесущими, соответствующими свободным подполосам G1, G2, G3 и G4, и выключении других поднесущих.

Поскольку защитные полосы и изначально неиспользованные выделенные подполосы теперь используются телекоммуникационной системой 1 OFDM для того, чтобы нести дополнительный сигнал, интерференция из-за наложения между очередями спектра дополнительного сигнала и спектров сигналов, передаваемых телекоммуникационными системами 5₁, 5₂..., 5_n, больше не уменьшается за счет свободных частот. Для решения этой проблемы поток данных, соответствующий дополнительному сигналу обеспечивается по методу CDMA.

Как описано выше, согласно этому методу поток данных дополнительного сигнала умножается с помощью кода CDMA, составленного из последовательности ±1, где длина кода равна L. Выполняя эту операцию, плотность спектральной мощности дополнительного сигнала расширяется по полосе, которая в L раз превышает исходную ширину полосы сигнала, которая является полосой, мнимально необходимой для передачи дополнительного сигнала. Поскольку вклад кода CDMA в плотность спектральной мощности является единичным, мощность дополнительного сигнала не меняется и, следовательно, его плотность спектральной мощности уменьшается L раз.

Следовательно, передача дополнительного сигнала дает интерференцию со связями телекоммуникационных систем 5₁, 5₂..., 5_n, но эта интерференция происходит из-за тепловых помех, таким образом не повреждая значительно пользователей телекоммуникационных систем 5₁, 5₂..., 5_n. В любом случае, возможные ошибки при передаче могут быть исправлены известными способами (например, с помощью кодов прямой коррекции ошибок).

Как очевидно из вышеприведенного описания, методы CDMA помогают поддерживать по возможности низкую интерференцию, индуцируемую передачей дополнительного сигнала в свободных подполосах на сигналах, передаваемых телекоммуникационными системами 5₁, 5₂..., 5_n согласно схеме распределения подполос канала 3.

Кроме того, методы CDMA помогают ограничивать интерференцию, которую сигналы, передаваемые пользователями телекоммуникационных систем 5₁, 5₂..., 5_n согласно схеме распределения подполос, индуцируют на дополнительный сигнал, передаваемый в свободных подполосах. Фактически, для извлечения дополнительного сигнала при приеме происходит другое умножение с использованием такого же кода CDMA, используемого при передаче. Эта операция уменьшает полосу принимаемого сигнала в исходной полосе Bsignal дополнительного сигнала и расширяет все интерферирующие сигналы, поскольку эти последние сигналы подвергаются только одному умножению с использованием кода CDMA, который уменьшает их воздействие на дополнительный сигнал до уровня тепловых помех.

Помимо этих преимуществ в терминах способности системы противостоять интерференции благодаря использованию метода CDMA и метода OFDM фактически можно реализовать деление полосы Bsignal дополнительного сигнала на свободные подполосы, а также обеспечивать более одного дополнительного сигнала. Фактически, наличие более одного дополнительного сигнала обеспечивается простым назначением различных кодов CDMA в различных сигналах, соответствующих различным пользователям телекоммуникационной системы 1 OFDM. При приеме умножение с использованием тех же кодов CDMA позволяет понять, какой пользователь ассоциирован с принятым, дополнительным сигналом.

Что касается разделения полосы дополнительного сигнала, для расширения полосы дополнительного сигнала Bsignal по всем свободным подполосам передающая часть 2 вычисляет длину L кода CDMA в виде функции всей свободной полосы (суммы всех свободных подполос) и полосы Bsignal дополнительного сигнала. Затем назначение дополнительного сигнала для каждой свободной поднесущей выполняется методом OFDM путем соединения выходов последовательно-параллельного конвертера S/P_tx со всеми портами ввода блока обратного быстрого преобразования Фурье IFFT, соответствующего свободным поднесущим.

С практической точки зрения способ по настоящему изобретению динамически управляет, момент к моменту, включенными или выключенными поднесущими, которые представляют собой подполосы, используемые или не используемые телекоммуникационными системами 5₁, 5₂..., 5_n. Фактически, в реальных телекоммуникационных системах пользователи инициируют и завершают передачи, освобождая или занимая свои выделенные подполосы. Кроме того, передача дополнительного сигнала происходит в ограниченный момент времени, таким образом приводя к непрерывным изменениям в заполнении полосы. В обоих случаях способ по настоящему изобретению отслеживает изменения в схеме распределения подполос. Благодаря легкости управления поднесущими (включенными или выключенными) в пределах системы OFDM способ по настоящему изобретению обеспечивает адаптацию к заполнению полосы в текущий момент времени. Конечно, этот результат может быть достигнут при условии, что и у передатчика и у приемника можно изменять существующие установки во время их использования; например, они могут представлять собой программируемые радиотерминалы.

Способ по настоящему изобретению может быть реализован методом CDMA в терминалах OFDM, способных к считыванию канала 3 не только до установки передачи, а также и непосредственно во время передачи для обеспечения быстрого ответа на изменения, происходящие во время использования подполос. На Фиг.5 показан иллюстративный пример заполнения полосы в момент времени t2>t1, и в отличие от Фиг.4 показано заполнение полосы в зависимости от времени, предполагая, что пользователь, который осуществлял передачу в момент времени t0 в выделенной подполосе B2, закончил передачу к моменту времени t2. Поднесущие, перекрывающиеся с выделенной подполосой B2, которые представляют собой поднесущие n. 10, 11, 12 и 13, могут быть включены для передачи дополнительного сигнала.

Напротив, предположим, что в момент времени t3 пользователь, для которого выделена полоса G3 (Фиг.4 и Фиг.6), который до этого молчал, решил инициировать связь. В такой ситуации телекоммуникационная система 1 OFDM узнает, что подполоса G3 более не доступна для передачи, поэтому она выключает поднесущие n. 14, 15, 16 и 17, перекрывающиеся с подполосой G3, и модифицирует длину L кода CDMA для передачи дополнительного сигнала, используя доступные поднесущие n. 1, 8, 9, 24, 25. Это приводит к заполнению всей полосы, показанной на Фиг.6, где B4 указывает на прежнюю подполосу G3. В качестве альтернативы, вместо модификации длины кода CDMA, телекоммуникационная система 1 OFDM может сократить количество пользователей, которые могут передавать в одно и то же время, как более подробно описано ниже. В любом случае, перед выключением поднесущих, соответствующих подполосе B4, имеется небольшое количество времени, во время которого дополнительный сигнал и сигналы, передаваемые телекоммуникационными системами 5₁, 5₂..., 5_n, сосуществуют в одной и той же подполосе B4. Это происходит, поскольку телекоммуникационная система 1 OFDM реагирует на изменения в заполнении полосы в ограниченном периоде времени. В любом случае, метод CDMA, который увеличивает ширину полосы пропускания дополнительного сигнала, гарантирует хорошую эффективность передачи, поскольку интерференция находится в пределах тепловых помех.

При приеме принимающая часть 4 телекоммуникационной системы 1 OFDM, реализующей способ по настоящему изобретению, восстанавливает полосу Bsignal дополнительного сигнала на основе символов, которые несут поднесущие, используемые в передающей части 2 для передачи самого дополнительного сигнала. Для того чтобы понять, какие поднесущие эффективно несут информацию, ассоциированную с дополнительным сигналом, принимающая часть 4, как и передающая часть 2, периодически считывает канал 3 с тем, чтобы понять, какие подполосы используются, а какие подполосы свободны. Например, со ссылкой на Фиг.4, показывающую заполнение полосы в момент времени t0, принимающая часть узнает, что поднесущие n. 1, 8, 9, 14, 15, 16, 17, 24 и 25 соответствуют свободным подполосам. Предположим, что передача дополнительного сигнала по каналу 3 началась в момент времени t1, и предположим, что время, требуемое для прохождения сигнала по каналу 3, является незначительным. В момент времени t1 принимающая часть 4 узнает, что поднесущие n. 1, 8, 9, 14, 15, 16, 17, 24 и 25, свободные в момент времени t0, заполняются в момент времени t1, следовательно, принимающая часть 4 узнает, что в поднесущих n. 1, 8, 9, 14, 15, 16, 17, 24 и 25 передается дополнительный сигнал. С практической точки зрения принимающая часть 4 восстанавливает дополнительный сигнал, основываясь на информации (символах), которую несут поднесущие, детектируемые как свободные в момент времени t0. Принимающая часть 4 отслеживает поднесущие, детектируемые как свободные в момент времени t0, до следующего считывания канала 3, например, выполняемого в момент времени t4. Принимающая часть 4 считывает канал 3 и отслеживает поднесущие, детектируемые с помощью известных методов, реализуемых известными блоками, не показанными на Фиг.1.

С практической точки зрения следует отметить, что, когда телекоммуникационные системы 5₁, 5₂..., 5_n, не использующие подполосы, начинают эффективно выполнять передачу данных и таким образом начинают эффективно использовать выделенные им подполосы, способ по настоящему изобретению имеет меньше доступных поднесущих из-за выключения поднесущих, соответствующих указанным выделенным подполосам. Однако согласно способу по настоящему изобретению пользователи телекоммуникационной системы 1 OFDM не уменьшают свою пропускную способность: они могут сохранить постоянными свои скорости передачи битов, поскольку эти скорости передачи битов являются низкими относительно максимальной скорости передачи битов, разрешенной каждому пользователю телекоммуникационной системы 1 OFDM, эта максимальная скорость передачи битов равна 1/T_u, где T_u представляет собой время символов OFDM. Например, скорости передачи битов могут находиться в диапазоне 30 кб/сек - 300 кб/сек.

Фактически, когда выделенные подполосы включены пользователями телекоммуникационных систем 5₁, 5₂..., 5_n, количество пользователей телекоммуникационной системы 1 OFDM сокращается, но пропускная способность эффективно передающих пользователей остается неизменной.

Более подробно, исходя из предположения, что В представляет собой всю доступную полосу и N представляет собой количество поднесущих OFDM, каждая поднесущая имеет соответствующую подполосу, равную B/N. Кроме того, если определенная полоса W используется совместно N _u пользователями, общающимися с помощью метода CDMA, используя код, длина которого равна L, каждому пользователю дается полезная полоса, ширина полосы пропускания которой равна W/(L*N _u ). Согласно способу по настоящему изобретению каждый пользователь телекоммуникационной системы 1 OFDM использует полосу, равную B/(N*L*N _u ). Следовательно, с уменьшением количества N поднесущих все еще можно сохранять постоянной полосу, предоставленную каждому пользователю благодаря динамическому изменению либо длины L кода CDMA, как описано выше, либо количества N_n пользователей, которые могут выполнять передачу в одно и то же время (которое представляет собой количество дополнительных сигналов, которые могут передаваться в одно и то же время), обеспечивая постоянное качество передачи для передающих пользователей.

Следовательно, система и способ по настоящему изобретению дают возможность увеличивать использование полосы канала 3, очевидно для пользователей, имеющих выделенные подполосы. Рассматривая существующий канал 3, имеющий полосу, используемую совместно множеством существующих телекоммуникационных систем 5₁, 5₂..., 5_n, можно обеспечивать большее количество связей, таким образом оказывая больше услуг, без оказания негативного влияния на существовавшие ранее связи. Более конкретно, отсутствует необходимость в назначении выделенных подполос редко передающим пользователям: когда пользователи намереваются осуществлять передачу, способы по настоящему изобретению позволяют использовать ранее неиспользованные подполосы, очевидно для указанных пользователей и пользователей телекоммуникационных систем 5₁, 5₂..., 5_n.

Кроме того, способ по настоящему изобретению позволяет управлять специфической ситуацией, которая возможна в реальных беспроводных системах. В частности, в случае если пользователю, имеющему выделенную ему подполосу, нужна большая ширина полосы пропускания для передачи, более нет необходимости в перестройке всей схемы распределения подполос, назначенных для одной или нескольких пользовательских подполос, смежных с выделенной ему подполосой. При использовании способа по настоящему изобретению пользователю дается дополнительная подполоса, даже не смежная с выделенной ему подполосой. То же самое происходит в случае, если пользователь, требующий большую ширину полосы пропускания, не использует существующую телекоммуникационную систему 5₁, 5₂..., 5_n.

Наконец, ясно, что в системе и способе, описанных и проиллюстрированных в настоящем описании, могут быть сделаны многочисленные изменения и модификации, все из которых попадают в объем изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения.

В частности, даже если телекоммуникационная система 1 OFDM описана в терминах компонентов аппаратных средств, все описанные функциональные возможности могут быть реализованы модулями программных средств.

Кроме того, распределение дополнительного сигнала в доступных свободных подполосах может отличаться от описанного. Например, дополнительный сигнал может быть распределен по одному или нескольким свободным подполосам в зависимости от ширины полосы пропускания дополнительного сигнала и ширины полосы пропускания свободных подполос для минимизации количества используемых свободных подполос. В альтернативном варианте может использоваться любой другой алгоритм расширения, промежуточное звено между полным расширением одного или нескольких дополнительных сигналов на все свободные описанные выше подполосы и с минимальным распределением подполос.

Кроме того, способ может использовать в качестве свободных подполос только защитные полосы, даже если в этом случае снижается эффективность.

Claims (4)

1. Способ передачи дополнительных сигналов, исходящих от пользователей, по каналу, имеющему полосу передачи, содержащую защитные полосы и подполосы, выделенные для использования соответствующими системами связи, причем упомянутые выделенные подполосы при использовании соответствующими системами связи заняты передаваемыми сигналами, причем способ содержит
детектирование наличия свободных подполос, не занятых каким-либо передаваемым сигналом, причем упомянутые свободные подполосы, содержащие выделенные подполосы, не используются соответствующими системами связи; и
передачу дополнительных сигналов на поднесущих OFDM, имеющих частоты в пределах свободных подполос;
отличающийся тем, что упомянутые свободные подполосы дополнительно включают в себя защитные полосы, и что передача дополнительных сигналов содержит:
умножение каждого дополнительного сигнала на соответствующий код CDMA, чтобы расширить соответствующую полосу сигнала упомянутого дополнительного сигнала по одной или более соответствующих свободных подполос, причем упомянутый соответствующий код CDMA имеет длину, которая вычисляется на основе упомянутой соответствующей полосы сигнала и полной ширины полосы свободных подполос, чтобы обеспечить расширение соответствующей полосы сигнала по соответствующей(им) свободной(ым) подполосе(ам);
передачу каждого дополнительного сигнала, умноженного на соответствующий код CDMA, на поднесущих OFDM, имеющих частоты в пределах соответствующей(их) свободной(ых) подполосы (подполос);
обнаружение изменения в количестве свободных подполос; и
в ответ на обнаруженное изменение в количестве свободных подполос, поддержание постоянной пропускной способности передачи одного или более пользователей путем изменения длин кодов CDMA или количества дополнительных сигналов, которые передаются в то же самое время.

2. Способ по п.1, в котором пользователи включают в себя пользователя, использующего одну или более выделенных подполос для передачи и требующего большей ширины полосы для передачи.

3. Способ приема дополнительных сигналов, передаваемых с использованием способа по п.1 или 2, содержащий
детектирование первых подполос полосы передачи, которые являются свободными в первый момент времени;
детектирование, заняты ли первые подполосы во второй момент времени, более поздний, чем первый момент времени; и
если во второй момент времени первые подполосы заняты, то прием сигналов, переносимых на поднесущих OFDM, имеющих частоты в пределах первых подполос; и
восстановление дополнительных сигналов путем умножения принятых сигналов на коды CDMA.

4. Система связи OFDM, конфигурированная для осуществления способа по любому из предыдущих пунктов.

Images