Результат интеллектуальной деятельности: Передатчик с когерентным частотно-кодовым разделением каналов и с высокой структурной скрытностью передаваемых сигналов

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в системах радиосвязи, призванных функционировать в условиях противодействия и одновременно обеспечивать при этом передачу больших потоков информации в выделенной полосе частот с требуемым качеством.

Среди основных требований, предъявляемых к перспективным системам радиосвязи, наряду с требованием по обеспечению высокой структурной скрытности передаваемых сигналов, выдвигается требование по обеспечению ими высокой пропускной способности в выделенной полосе частот.

Поскольку весь имеющийся частотный ресурс уже поделен между континентами, странами и системами передачи информации, а требования по расширению предоставляемых телекоммуникационных услуг и их качеству постоянно взрастают, то удовлетворение этих требований в условиях ограничений на выделение полос частот возможно только за счет обеспечения высокой спектральной эффективности как существующих, так и перспективных систем радиосвязи.

Под спектральной эффективностью системы понимается максимально высокий трафик интерфейса в заданной полосе частот, которая оценивается коэффициентом спектральной эффективности и представляет собой отношение скорости передачи информации в системе (пропускной способности системы) к полосе частот спектра сигнала.

Известны системы сотовой, беспроводной и спутниковой связи с кодовым разделением каналов, а именно: система сотовой подвижной связи стандарта IS-95 на основе технологии многостанционного доступа с кодовым разделением каналов - МДКР (в иностранной терминологии - CDMA); система спутниковой связи «Глобалстар» (США), перспективные системы с МДКР, такие как CDMA-450, CDMA-2000 и WCDMA и спутниковые: SAT-SDMA (Ю. Корея), SW-CDMA (Европейское космическое агентство-ESA) [1, 2]. Эти системы связи характеризуются низкой спектральной эффективностью. Например, у системы сотовой подвижной связи стандарта IS-95 значение коэффициента спектральной эффективности не превосходит величины, равной 0,5.

Известны устройства [3, 4], у которых значение коэффициента спектральной эффективности несколько выше и составляет 1,65 и 1,875, соответственно, что не в полной мере отвечает современным требованиям по эффективному использованию выделенного спектра частот.

Кроме того, все приведенные выше системы и устройства не в полной мере отвечают требованию по обеспечению ими высокой структурной скрытности передаваемых сигналов, а, следовательно, допускают возможность сторонним лицам перехватывать и контролировать передаваемую информацию из-за ограниченности ансамбля используемых сигналов, их низкой структурной скрытности, а также наличия и доступности сигнала синхронизации.

Известно также устройство [5], которое по сравнению с устройствами [1-4] обладает более высокой структурной скрытностью передаваемых сигналов как за счет отсутствия в нем в явном виде пилот-сигнала, так и за счет значительного расширения ансамбля используемых сигналов, но оно имеет относительно низкий коэффициент спектральной эффективности.

Известно [6], что в широкополосных системах радиосвязи с квадратурным двоичным методом модуляции сигналов и когерентным частотно-кодовым разделением каналов можно значительно повысить пропускную способность в ограниченной выделенной полосе частот.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство [5] (прототип), в состав которого входят N информационных каналов, К каналов вызова, J каналов синхронизации, причем общее число каналов равно L, где L=N+К+J, а также тактовый генератор, генератор несущей частоты, сумматор канальных сигналов, делитель частоты, генератор нелинейной маскирующей последовательности и генератор нелинейных ортогональных кодов, причем каждый n-ый информационный канал включает n-ый преобразователь информации информационного канала, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где n принимает значения от 1 до N, a i=n, первый вход n-ого преобразователя информации информационного канала является первым входом n-ого информационного канала, второй вход n-ого преобразователя информации информационного канала является вторым входом n-ого информационного канала, а третий вход n-ого преобразователя информации информационного канала является третьим входом n-ого информационного канала, первый выход n-ого преобразователя информации информационного канала соединен с первым входом i-ого внутреннего кодера канала, а второй выход n-ого преобразователя информации информационного канала соединен с вторым входом i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, причем каждый k-ый канал вызова включает k-ый преобразователь информации канала вызова, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где k принимает значения от 1 до K, а i=N+k, причем первый вход k-ого преобразователя информации канала вызова является первым входом k-ого канала вызова, а второй вход k-ого преобразователя информации канала вызова является вторым входом k-ого канала вызова, первый выход k-ого преобразователя информации канала вызова соединен с первым входом i-ого внутреннего кодера канала, а второй выход k-ого преобразователя информации канала вызова соединен с вторым входом i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, причем каждый j-ый канал синхронизации включает j-ый преобразователь информации канала синхронизации, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где j принимает значения от 1 до J, а i=N+K+j, причем вход j-ого преобразователя информации канала синхронизации является входом j-ого канала синхронизации, выход j-ого преобразователя информации канала синхронизации соединен с первым и вторым входами i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, выход тактового генератора соединен с входом делителя частоты, с входом генератора нелинейной маскирующей последовательности и с первым входом генератора нелинейных ортогональных кодов, третьи входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с выходом делителя частоты, четвертые входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с вторым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, пятые входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с (L+1)-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, третьи входы формирователей спектра сигнала всех каналов объединены и соединены с первым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, с которого подается нелинейная маскирующая последовательность, четвертый вход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, а пятый вход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с (L-l+1)-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, выход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым входом сумматора канальных сигналов, где l принимает значения от 1 до L=N+К+J, шестые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и соединены с первым выходом генератора несущей частоты, седьмые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и соединены с вторым выходом генератора несущей частоты, второй вход генератора нелинейных ортогональных кодов соединен со вторым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, выход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым входом сумматора канальных сигналов, выход сумматора канальных сигналов является выходом устройства.

Целью настоящего изобретения является повышение спектральной эффективности передачи информации в перспективных системах связи в условиях ограничений на выделение полос частот.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем в себя N информационных каналов, К каналов вызова, J каналов синхронизации, причем общее число каналов равно L, где L=N+К+J, а также тактовый генератор, генератор несущей частоты, сумматор канальных сигналов, делитель частоты, генератор нелинейной маскирующей последовательности и генератор нелинейных ортогональных кодов, причем каждый n-ый информационный канал включает n-ый преобразователь информации информационного канала, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где n принимает значения от 1 до N, а i=n, первый вход n-ого преобразователя информации информационного канала является первым входом n-ого информационного канала, второй вход n-ого преобразователя информации информационного канала является вторым входом n-ого информационного канала, а третий вход n-ого преобразователя информации информационного канала является третьим входом n-ого информационного канала, первый выход n-ого преобразователя информации информационного канала соединен с первым входом i-ого внутреннего кодера канала, а второй выход n-ого преобразователя информации информационного канала соединен с вторым входом i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, причем каждый k-ый канал вызова включает k-ый преобразователь информации канала вызова, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где k принимает значения от 1 до K, a i=N+k, первый вход k-ого преобразователя информации канала вызова является первым входом k-ого канала вызова, а второй вход k-ого преобразователя информации канала вызова является вторым входом k-ого канала вызова, первый выход k-ого преобразователя информации канала вызова соединен с первым входом i-ого внутреннего кодера канала, а второй выход k-ого преобразователя информации канала вызова соединен с вторым входом i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, причем каждый j-ый канал синхронизации включает j-ый преобразователь информации канала синхронизации, i-ый внутренний кодер канала и i-ый формирователь спектра сигнала канала, где j принимает значения от 1 до J, a i=N+K+j, вход j-ого преобразователя информации канала синхронизации является входом j-ого канала синхронизации, выход j-ого преобразователя информации канала синхронизации соединен с первым и вторым входами i-ого внутреннего кодера канала, первый выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с первым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, а второй выход i-ого внутреннего кодера канала соединен с вторым входом i-ого формирователя спектра сигнала канала, выход тактового генератора соединен с входом делителя частоты, с входом генератора нелинейной маскирующей последовательности и с первым входом генератора нелинейных ортогональных кодов, третьи входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с выходом делителя частоты, четвертые входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с вторым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, пятые входы внутренних кодеров всех каналов объединены и соединены с (L+1)-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, третьи входы формирователей спектра сигнала всех каналов объединены и соединены с первым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, с которого подается нелинейная маскирующая последовательность, четвертый вход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, а пятый вход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с (L-l+1)-ым выходом генератора нелинейных ортогональных кодов, выход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым входом сумматора канальных сигналов, где l принимает значения от 1 до L=N+К+J, шестые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и соединены с первым выходом генератора несущей частоты, седьмые входы всех формирователей спектра сигнала канала объединены и соединены с вторым выходом генератора несущей частоты, второй вход генератора нелинейных ортогональных кодов соединен со вторым выходом генератора нелинейной маскирующей последовательности, выход l-ого формирователя спектра сигнала канала соединен с l-ым входом сумматора канальных сигналов, выход сумматора канальных сигналов является выходом устройства, внесены следующие изменения: из него исключен генератор несущей частоты, а все оставшиеся элементы и связи между ними объединены в единый информационный модуль, кроме того, в схему устройства дополнительно введены: генератор когерентной сетки частот, М информационных модулей, где М=2Δƒ/R, причем М целая часть числа, Δƒ - величина допустимого ограничения спектра сигнала с каждой стороны на выходе информационного модуля в Гц, a R - величина разноса соседних частот генератора когерентной сетки частот в Гц, численно равная скорости передачи информации в квадратурных каналах информационных модулей, (М+1) фазовращателей на π/2, (М+1) полосовых фильтров информационных модулей, сумматор сигналов информационных модулей и полосовой фильтр группового сигнала, и установлены следующие связи: объединенные шестые входы всех формирователей спектра сигнала каналов информационного модуля являются его первым входом, а объединенные седьмые входы всех формирователей спектра сигнала каналов информационного модуля - его вторым входом, i-ый вход n-ого информационного канала информационного модуля, где i принимает значения от 1 до 3, а n - от 1 до N, является s-ым входом информационного модуля, где s=(2+(n-1)_*3+i), i-ый вход k-ого канала вызова информационного модуля, где i принимает значения от 1 до 2, а k - от 1 до К, является s-ым входом информационного модуля, где s=(2+3N+(k-1)_*2+i), вход j-ого канала синхронизации информационного модуля, где j принимает значения от 1 до J, является s-ым входом информационного модуля, где s=(2+3N+2K+j), выход сумматора канальных сигналов информационного модуля является его выходом, i-ый выход генератора когерентной сетки частот соединен с первым входом i-ого информационного модуля непосредственно и через i-ый фазовращатель на π/2 - со вторым входом i-ого информационного модуля, а выход i-ого информационного модуля через i-ый полосовой фильтр соединен с i-ым входом сумматора сигналов информационных модулей, где i принимает значения от 1 до М+1, выход сумматора сигналов информационных модулей соединен со входом полосового фильтра группового сигнала, выход полосового фильтра группового сигнала является выходом устройства.

Отличительными признаками предлагаемого устройства являются введенные в его схему новые элементы, а именно: М информационных модулей, (М+1) фазовращателей на π/2, (М+1) полосовых фильтров информационных модулей, а также сумматор сигналов информационных модулей и полосовой фильтр группового сигнала и соответствующие связи между ними, благодаря чему удалось сохранить в нем высокую структурную скрытность передаваемых сигналов, достигнутую в устройстве-прототипе, и одновременно существенно повысить его спектральную эффективность, т.е. обеспечить более высокую пропускную способность в выделенной полосе частот.

Поскольку совокупность введенных элементов и их связи до даты подачи заявки в патентной и научно-технической литературе не обнаружены, то предлагаемое техническое решение соответствует «изобретательскому уровню».

С целью упрощения структурная схема заявляемого устройства представлена на фиг. 1 и 2. Причем на фиг. 1 представлена структурная схема информационного модуля, а на фиг. 2 - структурная схема заявляемого устройства. На фиг. 1 изображены два n-ых информационных канала (n=1 и n=N), два k-ых канала вызова (k=1 и k=K) и два j-ых канала синхронизации (j=1 и j=J), а также элементы, которые обеспечивают функционирование информационного модуля и позволяют пояснить его работу. На фиг. 2 изображены три m-ых информационных модуля (m=1, m=2 и m=М+1), а также элементы, которые обеспечивают функционирование заявляемого устройства и позволяют пояснить его работу в целом.

На фиг. 1 обозначено:

1.n - n-ый преобразователь информации информационного канала (ПИ ИК), причем n принимает значения от 1 до N;

2.i - i-ый внутренний кодер канала (ВКК), причем i принимает значения от 1 до L=N+К+J;

3.i - i-ый формирователь спектра сигнала канала (ФССК), причем i принимает значения от 1 до L=N+К+J;

4.k - k-ый преобразователь информации канала вызова (ПИ КВ), причем k принимает значения от 1 до K;

5.j - j-ый преобразователь информации канала синхронизации (ПИ КС), причем j принимает значения от 1 до J;

6 - тактовый генератор (ТГ);

7 - делитель частоты (ДЧ);

8 - генератор нелинейной маскирующей последовательности (ГНМП);

9 - генератор нелинейных ортогональных кодов (ГНОК);

10 - сумматор канальных сигналов (СКС);

11 - информационный модуль (ИМ).

На фиг. 2 обозначено:

11.i - i-ый ИМ, причем i принимает значения от 1 до М+1;

12.i - i-ый фазовращатель на π/2 (ФВ), причем i принимает значения от 1 до М+1;

13 - генератор когерентной сетки частот (ГКСЧ);

14.i - i-ый полосовой фильтр (ПФ), причем i принимает значения от 1 до М+1;

15 - сумматор сигналов информационных модулей (ССИМ);

16 - полосовой фильтр группового сигнала (ПФГС).

Работа устройства. Порядок работы предлагаемого устройства рассмотрим по схемам, которые изображены на фиг. 1 и фиг. 2.

При рассмотрении работы предлагаемого устройства будем исходить из следующего:

1. Алгоритм работы каналов (информационного, вызова и синхронизации) заявляемого устройства и устройства-прототипа одинаков. Поэтому для уяснения характера обработки информации в передатчике достаточно рассмотреть обработку информации в одном ИМ.

2. Скорость передачи информации в квадратурных каналах всех ИМ одинакова и равна R;

3. Полоса частот, формируемая ИМ, равна полосе частот, выделенной для работы системы.

4. Алгоритм формирования группового сигнала передатчика представлен на фиг. 3. На фиг. 3 обозначено:

ΔF - полоса частот, которая выделена для работы системы;

Δƒ - допустимая величина ограничения полосы частот спектра ИМ с каждой стороны (слева и справа);

ƒ_вн - нижняя граница выделенной полосы частот;

ƒ_вв - верхняя граница выделенной полосы частот;

R_p - величина разноса соседних частот генератора когерентной сетки частот в Гц, численно равная скорости передачи информации в квадратурных каналах ИМ, т.е. R_p=R;

Δƒ_фiм - полоса пропускания i-ого полосового фильтра i-ого ИМ, причем Δƒ_фiм каждого фильтра равняется ΔF-2Δƒ, где i принимает значения от 1 до М+1, a M=2Δƒ/R (на фиг. 3 представлен вариант формирования группового сигнала ИМ при Δƒ=2R, тогда М=4, а i принимает значения от 1 до 5);

ƒ_iког - i-ая когерентная частота, формируемая генератором когерентной сетки частот и обеспечивающая формирование спектра сигнала i-ого ИМ, где i принимает значения от 1 до М+1.

Работа информационного модуля. Работу ИМ (11) рассмотрим по структурной схеме, представленной на фиг. 1. Для уяснения характера обработки информации в ИМ достаточно рассмотреть процесс обработки информации в трех его каналах: информационном, канале вызова и канале синхронизации.

Работа информационного канала. Работу информационного канала рассмотрим на примере первого ИК (n=1), который включает ПИ ИК (1.1), ВК (2.1) и ФССК (3.1). Пусть на третий вход ИМ (11) поступает информация об адресе абонента, которая через первый вход первого ИК подается на первый вход ПИ ИК (1.1)), а на четвертый вход ИМ (11) - информация, которую необходимо передать другому абоненту, и которая через второй вход первого ИК поступает на второй вход ПИ ИК (1.1)). Информация, поступающая на первый и второй входы ПИ ИК (1.1), представляет собой поток двоичных символов.

Поток двоичных символов, поступающий на первый вход ПИ ИК (1.1), обеспечивает формирование в ПИ ИК (1.1) адреса вызываемого абонента. Поток двоичных символов, поступающий на второй вход ПИ ИК (1.1) преобразуется в нем в два потока для создания синфазной I и квадратурной Q составляющих. Далее каждый из этих информационных потоков кодируется избыточным кодом с целью обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне, затем эта уже кодированная информация «перемешивается» таким образом, чтобы исключить возможность группирования ошибок на приемной стороне. Далее в эти потоки (уже кодированные и «перемешанные») «замешивается» информация об адресе вызываемого абонента. И наконец в информационные потоки уже содержащие признак адреса вызываемого абонента «замешивается» дополнительная информация, которая позволяет управлять уровнем излучаемой мощности передатчика абонента. Эта дополнительная информация поступает в ПИ ИК (1.1) на его третий вход через пятый вход ИМ (11) и через третий вход первого ИК. Сформированные указанным выше способом информационные потоки поступают на первый (синфазная составляющая) и второй (квадратурная составляющая) выходы ПИ ИК (1.1).

Поток двоичных символов с первого и второго выходов ПИ ИК (1.1) подается соответственно на первый и второй входы ВК (2.1). На третий вход ВК (2.1) с выхода ДЧ (7) поступают тактовые импульсы, которые обеспечивают ввод информации в ВК (2.1). Частота тактовых импульсов с выхода ДЧ (7) соответствует скорости потока двоичных символов, поступающих с первого и второго выходов ПИ ИК (1.1) на первый и второй входы ВК (2.1). Со второго выхода ГНМП (8) на четвертый вход ВК (2.1) и на второй вход ГНОК (9) поступают тактовые импульсы, которые осуществляют цикловую синхронизацию ВК (2.1) и синхронизацию ГНОК (9). Частота следования импульсов цикловой синхронизации определяется периодом нелинейной маскирующей последовательности. На пятый вход ВК (2.1) поступают тактовые импульсы с (L+1)-ого выхода ГНОК (9), которые обеспечивают вывод информации из ВК (2.1). Частота следования этих тактовых импульсов определяется периодом последовательности, генерируемой ГНОК (9). Обработка передаваемой информации в ВК (2.1) обеспечивает дополнительную защиту ее от интерференционных помех и замираний сигнала.

Информация с первого выхода ВК (2.1) подается на первый вход ФССК (3.1), а со второго выхода ВК (2.1) - на второй вход ФССК (3.1). На третий вход ФССК (3.1) подается нелинейная маскирующая последовательность с первого выхода ГНМП (8). На четвертый и пятый входы ФССК (3.1) подаются нелинейные ортогональные кодовые последовательности от ГНОК (9), причем на четвертый вход ФССК (3.1) подается нелинейная ортогональная кодовая последовательность с первого выхода ГНОК (9), а на пятый вход ФССК (3.1) - нелинейная ортогональная кодовая последовательность с L-ого выхода ГНОК (9). На шестой и седьмой входы ФССК (3.1) с i-ого выхода ГКСЧ (13) через первый и второй входы ИМ (11) соответственно подаются квадратурные (косинусная (I) и синусная (Q)) составляющие когерентной частоты ƒ_iког, где i=1.

В результате взаимодействия потоков информации, поступающих на входы ФССК (3.1), в ФССК (3.1) выполняются следующие операции: потоком двоичных символов, которые поступают на первый и второй входы ФССК (3.1) от ВК (2.1), осуществляется модуляция нелинейных ортогональных кодовых последовательностей, которые поступают на третий и четвертый входы ФССК (3.1), далее происходит сложение нелинейной маскирующей последовательности, которая поступает на третий вход ФССК (3.1), с уже модулированными нелинейными ортогональными последовательностями, а суммарные последовательности (нелинейная маскирующая последовательность + модулированная нелинейная ортогональная последовательность) осуществляют модуляцию квадратурных составляющих когерентной частоты ƒ_1ког, которые поступают на шестой и седьмой входы ФССК (3.1). Далее происходит линейное сложение модулированных квадратурных составляющих, а результат сложения подается на выход ФССК (3.1). Выход ФССК (3.1) соединен с первым входом сумматора канальных сигналов (10). В остальных ИК информационного модуля происходит аналогичное преобразование информации.

Работа канала вызова. Работу канала вызова рассмотрим на примере первого КВ (k=1), который включает ПИ КВ (4.1), ВК (2.N+1) и ФССК (3.N+1). Пусть на (3N+3)-ий вход ИМ (11) поступает информация об адресе абонента, которая через первый вход первого КВ подается на первый вход ПИ КВ (4.1), а на (3N+4)-ый вход ИМ (11) - информация, из которой формируется сигнал вызова, и которая через второй вход первого КВ поступает на второй вход ПИ КВ (4.1). Информация, поступающая на первый и второй входы ПИ ИК (4.1), представляет собой поток двоичных символов.

Поток двоичных символов, поступающий на второй вход ПИ КВ (4.1) преобразуется в нем в два потока для создания синфазной I и квадратурной Q составляющих. Далее каждый из этих информационных потоков кодируется избыточным кодом с целью обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне, затем эта уже кодированная информация «перемешивается» таким образом, чтобы исключить возможность группирования ошибок на приемной стороне. Далее в эти потоки (уже кодированные и «перемешанные») «замешивается» информация об адресе вызываемого абонента. Сформированные указанным выше способом информационные потоки поступают на первый (синфазная составляющая) и второй (квадратурная составляющая) выходы ПИ КВ (4.1). Поток двоичных символов с первого и второго выходов ПИ КВ (4.1) подается соответственно на первый и второй входы ВК (2.N+1), а информация с первого и второго выхода ВК (2.N+1) подается соответственно на первый и второй входы ФССК (3.N+1), а информация с выхода ФССК (3.N+1) подается на (N+1)-ый вход СКС (10). Процесс обработки информации в ВК (2.N+1) и в ФССК (3.N+1) аналогичен процессу, рассмотренному в ВК (2.1) и ФССК (3.1), за исключением того, что четвертый вход ФССК (3.N+1) соединен с (N+1)-ым выходом ГНОК (9), а пятый вход ФССК (3.N+1) соединен с (L-N)-ым выходом ГНОК (9). В остальных каналах вызова происходит аналогичное преобразование информации.

Работа канала синхронизации. Работу канала синхронизации рассмотрим на примере последнего КС (j=J), который включает ПИ КС (5.J), ВК (2.N+K+J) и ФССК (3.N+K+J). Пусть на (3N+2K+J+2)-ий вход ИМ (11) поступает служебная информация, которая через вход J-ого КС подается на вход ПИ КС (5.J) и представляет собой поток двоичных символов. В ПИ КС (5.J) эта информация для обеспечения возможности исправления ошибок на приемной стороне подвергается избыточному кодированию, а ее скорость на выходе ПИ КС доводится до скорости потока двоичных символов на выходе ПИ ИК и ПИ КВ. Сформированный указанным выше способом информационный поток поступает на выход ПИ КС (5.J), а с его выхода подается одновременно на первый и второй входы ВК (2.N+K+J), а информация с первого и второго выхода ВК (2.N+K+J) подается соответственно на первый и второй входы ФССК (3.N+K+J), а с выхода ФССК (3.N+K+J) - на (L)-ый вход СКС (10).

Процесс обработки информации в ВК (2.N+K+J) и в ФССК (3.N+K+J) аналогичен процессу, рассмотренному в ВК (2.1) и ФССК (3.1) первого ИК, за исключением того, что четвертый вход ФССК (3.N+K+J) соединен с L-ым выходом ГНОК (9), а его пятый вход соединен с первым выходом ГНОК (9). В остальных каналах синхронизации происходит аналогичное преобразование информации.

Сигналы, поступающие в СКС (10) с выходов всех ФССК информационного модуля, линейно складываются в нем и поступают на его выход. Выход СКС (10) является выходом информационного модуля.

Работа передающего устройства. Работу передающего устройства рассмотрим по структурной схеме, представленной на фиг. 2. С i-ого выхода ГКСЧ (13) на первый вход i-ого ИМ (11.i) непосредственно, а на его второй вход через i-ый фазовращатель на π/2 (12.i) подаются квадратурные (косинусная (I) и синусная (Q)) составляющие когерентной частоты ƒ_iког соответственно, где i принимает значения от 1 до М+1. На все остальные входы (с 3 по 3N+2K+J+2) i-ого ИМ (11.i) поступает соответствующая информация: информация об адресе абонента; информация, которую необходимо передать абоненту; служебная информация и информация об уровне сигнала (см. обозначения на фиг. 1). После определенных преобразований сигналов, поступивших в ИМ (11.i) (последовательность преобразований описана выше в разделе «работа информационного модуля»), групповой сигнал i-ого информационного модуля (11.i) поступает на вход i-ого полосового фильтра (14.i). Причем групповой сигнал на выходе i-ого информационного модуля (11.i) (на входе i-ого полосового фильтра (14.i)) занимает полосу ΔF, т.е. соответствует выделенной полосе частот, но на частотной оси групповой сигнал на выходе соседних ИМ относительно друг друга сдвинут на величину R (на фиг. 3 спектры сигналов на выходе ИМ показаны пунктирной линией). Для того, чтобы избежать превышения выделенной полосы ΔF необходимо ограничить полосу группового сигнала каждого ИМ с обеих сторон, слева и справа, на величину Δƒ, как это показано на фиг. 3. Эта задача решается с помощью ПФ (14.i), полоса пропускания каждого из которых равна Δƒ_фiм=ΔF-2Δƒ, (на фиг. 3 полоса пропускания фильтров показана сплошной линией), а положение полосы пропускания i-ого ПФ (14.i) на частотной оси (через положение нижней ƒ_iниж. и верхней ƒ_iвер. частот полосы пропускания i-ого ПФ (14.i)) можно определить из выражений

ƒ_iниж=ƒ_вн+(i-1)R; ƒ_iвер=ƒ_iниж+Δƒ_фiм.

Ограниченный с обеих сторон ПФ (14.i) спектр i-ого ИМ поступает на i-ый вход ССИМ (15). В ССИМ (15) все поступившие спектры линейно складываются и через ПФГС (16) групповой сигнал подается на усилитель мощности (не показан).

Сравнительная оценка спектральной эффективности заявляемого устройства и прототипа. При оценке спектральной эффективности прототипа будем исходить из следующих фактов:

заявляемое устройство и устройство-прототип работают в выделенной полосе частот равной ΔF;

число каналов в устройстве-прототипе равно L;

число каналов в ИМ заявляемого устройства равно L;

скорость передачи информации в каналах устройства-прототипа и заявляемого устройства одинакова и равна R;

число информационных модулей в заявляемом устройстве равно М+1, где M=2Δƒ/R, а Δƒ - величина допустимого ограничения спектра сигнала ИМ с каждой стороны.

Основываясь на определении спектральной эффективности системы, ее значение можно определить из выражения

где П - пропускная способность устройства;

ΔF - ширина спектра, занимаемая сигналом, соответствует выделенной полосе частот.

Тогда пропускная способность устройства-прототипа П равна сумме скоростей передачи информации по всем каналам, а при одинаковой скорости передачи информации в каждом канале, равной R, пропускная способность устройства равна произведению скорости передачи информации в одном канале R на число используемых каналов связи L. В этом случае выражение (1) примет вид

Пропускная способность заявленного устройства П в случае одинаковой скорости передачи информации в каждом канале всех ИМ, равной R, равна произведению трех сомножителей: скорости передачи информации в одном канале R, числа используемых каналов в одном ИМ L и числа ИМ (М+1). В этом случае выражение (1) для заявляемого устройства примет вид

Сравнивая значения коэффициентов спектральной эффективности прототипа ε_пр и заявляемого устройства ε_зу, легко установить, что заявляемое устройство в (М+1) раз превосходит его по эффективности.

Определим численное значение коэффициента спектральной эффективности для прототипа и заявляемого устройства при определенных значениях переменных. Пусть значения R, L и ΔF одинаковы как для заявляемого устройства, так и для прототипа, а Δƒ=2R. При таких значениях параметров систем коэффициент спектральной эффективности заявляемого устройства ε_зу в пять превышает значение коэффициента спектральной эффективности прототипа ε_пр.

Из изложенного выше следует, что заявляемое устройство имеет явные преимущества по сравнению с прототипом в части эффективного использования системой выделенного спектра частот и не уступает прототипу в части обеспечения высокой структурной скрытности передаваемых сигналов.

Методы формирования когерентной сетки частот и варианты технической реализации генератора когерентной сетки частот представлены в [7].

Источники информации

1. Новые стандарты широкополосной радиосвязи на базе технологии W-CDMA, М.: Международный центр научно-технической информации, 1999. (стр. 38-58).

2. Vijay K. Garg. IS-95 CDMA and cdma2000 Cellular/PCS Systems Implementation. Pretice Hall, PTR, 2000.

3. Патент на изобретение №2287904, приоритет изобретения от 04.02.2005 г., опубликовано: 20.11.2006 г., Бюл. №32.

4. Патент на изобретение №2303331, приоритет изобретения от 20.12.2005 г., опубликовано: 20.07.2007 г., Бюл. №20.

5. Патент на изобретение №2494550, приоритет изобретения от 19.12.2011 г., опубликовано: 27.09.2013 г., Бюл. №27 (прототип).

6. Сивов В.А., Васильев В.А., Моисеев В.Ф., Савельева М.В. Оценка пропускной способности систем радиосвязи с когерентным частотно-кодовым разделением каналов. Электросвязь, №6. 2018, с. 53-55.

7. Манассевич В. Синтезаторы частот (Теория и проектирование): Пер. с анг. / Под ред. А.С. Галина. М.: Связь, 1979. - 384 с.