Базовая станция оборудования радиодоступа
Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована для организации высокоскоростных радиосетей передачи информации и пакетной дуплексной радиосвязи, обмена цифровой информацией в соответствии со стандартом IEEE 802.16е, где в качестве источника цифровой информации может быть использован интерфейс инфраструктуры высокоскоростной передачи информации Ethernet (стандарт организации локальных сетей IEEE 802.3 и IEEE 802.3u), со скоростью передачи данных 10/100 Мбит/сек. Технический результат - расширение функциональных возможностей базовой станции оборудования радиодоступа за счет синхронизации работы базовой станции с работой других базовых станций, реализации процедуры хэндовера в соответствии со стандартом IEEE 802.16е, а также повышение помехозащищенности и пропускной способности канала приема-передачи данных. Это достигается тем, что в канал приема-передачи данных (I) введены приемная антенна (7.2), второе антенно-согласующее устройство (8.2), блок детектирования фреймов (12), блок формирования оценки CINR-(Carrier to interference plus noise ratio) (13), блок формирования оценки RSSI-(Receive Strength Signal Indicator) (14), блок частотно-временной оценки принимаемого сигнала (15), при этом в кодер (3) введен турбокодер (3.4), в декодер (9) - турбодекодер (9.4), в демодулятор (11) - эквалайзер (11.8), причем блоки (5), (11), (12), (13), (14), (15) выполнены двухканальными, кроме того в состав базовой станции введен двухканальный модуль буферизации (16), а блок управления (1) имеет дополнительно интерфейс управления, мониторинга и телеметрии RS-232/RS-485 и интерфейс RS-232/RS-485 для подключения к GPS приемнику.
Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована в качестве базовой станции для организации высокоскоростных радиосетей передачи информации и пакетной дуплексной радиосвязи, обмена цифровой информацией в соответствии со стандартом IEEE 802.16е (http://standards.ieee.org/getieee 802), имеющей в качестве источника цифровой информации интерфейс инфраструктуры высокоскоростной передачи данных Ethernet (стандарт организации локальных сетей IEEE 802.3 и IEEE 802.3u), со скоростью передачи данных 10/100 Мбит/сек, интерфейс управления, мониторинга и телеметрии базовой станции RS-232/RS-485 (МККТТ (CCITT) V.24/V.28, X.20bis/X.21bis и ISO IS2110) и интерфейс для подключения базовой станции к GPS приемнику RS-232/RS-485 (МККТТ (CCITT) V.24/V.28, X.20bis/X.21bis и ISO IS2110).
Известно большое количество носимых и возимых радиостанций, например, Р-159М ИП1.100.63, радиостанции по патентам на полезные модели 
27764, 31181 и др., выполняющих аналогичные функции.
Недостатками этих радиостанций являются:
- отсутствие возможности работы в режиме базовой станции в соответствии со стандартом IEEE 802.16е;
- отсутствие процедуры хэндовера, позволяющей мобильным станциям переключаться между базовыми станциями вследствие изменения своего местоположения и помеховой обстановки, не разрывая при этом связь и не прекращая прием-передачу цифровой информации;
- низкая помехозащищенность;
- малая пропускная способность.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой базовой станции оборудования радиодоступа является высокоскоростная стационарная радиостанция по патенту на полезную модель 72590, принятая за прототип.
На фиг.1 приведена схема устройства-прототипа, на фиг.2 - схема кодера устройства-прототипа, на фиг.3 - схема декодера устройства-прототипа, на фиг.4 - схема модулятора (одинаковая для устройства-прототипа и предлагаемого устройства), на фиг.5 - схема демодулятора устройства-прототипа, на фиг.6 - структурная схема предлагаемого устройства, на фиг.7 - схема кодера предлагаемого устройства, на фиг.8 - схема декодера предлагаемого устройства; на фиг.9 - схема демодулятора предлагаемого устройства.
На фиг.1 приведена обобщенная структурная схема радиостанции-прототипа, где обозначено:
1 - блок управления;
I - канал приема-передачи данных;
2 - синтезатор частот;
3 - кодер;
4 - передатчик;
5 - приемник;
6 - антенный коммутатор;
7 - антенна;
8 - антенно-согласующее устройство (АСУ);
9 - декодер;
10 - модулятор;
11 - демодулятор.
Устройство-прототип содержит блок управления 1, управляющий выход-вход которого соединен двунаправленной шиной управления с управляющим входом-выходом канала приема-передачи данных I, причем вход-выход блока управления 1 является интерфейсом сетей высокоскоростной передачи информации Ethernet.
Канал приема-передачи данных I содержит последовательно соединенные кодер 3, модулятор 10, передатчик 4 и антенный коммутатор 6, выход-вход которого через АСУ 8 подсоединен к антенне 7, а также последовательно соединенные приемник 5, демодулятор 11 и декодер 9, выход которого является информационным выходом канала приема-передачи I и соединен с информационным входом блока управления 1, информационный выход которого является информационным входом канала приема-передачи I и первым входом кодера 3. Кроме того, выход синтезатора частот 2 соединен со вторыми входами передатчика 4 и приемника 5, а его вход - с управляющим входом-выходом канала приема-передачи I и с управляющими входами кодера 3, модулятора 10, передатчика 4, приемника 5, демодулятора 11, декодера 9 и антенного коммутатора 6. При этом выходы автоматической регулировки усиления (АРУ) и автоматической подстройки частоты (АПЧ) демодулятора 11 соединены с соответствующими входами АРУ и АПЧ приемника 5, выход антенного коммутатора 6 соединен с первым входом приемника 5.
Структурная схема кодера устройства-прототипа 3 приведена на фиг.2, где обозначено:
3.1 - блочный кодер Рида/Соломона; 3.2 - сверточный кодер; 3.3 - перемежитель.
Кодер 3 содержит последовательно соединенные блочный кодер Рида/Соломона 3.1, сверточный кодер 3.2 и перемежитель 3.3, выход которого является выходом кодера 3. Первый вход блочного кодера Рида/Соломона 3.1 является первым входом кодера 3, управляющий вход которого соединен с управляющими входами блоков 3.1, 3.2, 3.3.
Структурная схема декодера устройства-прототипа 9 приведена на фиг.3, где обозначено:
9.1 - обратный перемежитель; 9.2 - декодер Витерби; 9.3 - блочный декодер Рида/Соломона.
Декодер 9 содержит последовательно соединенные обратный перемежитель 9.1, декодер Витерби 9.2 и блочный декодер Рида/Соломона 9.3, выход которого является выходом декодера 9. Первый вход перемежителя 9.1 является первым входом декодера 9, а его управляющий вход подсоединен к управляющим входам блоков 9.1, 9.2, 9.3.
Структурная схема модулятора 10 приведена на фиг.4, где обозначено:
10.1 - блок формирования символов BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM из потока входных данных; 10.2 - блок подстановки пилот-сигнала и защитных подсимволов; 10.3 - блок обратного быстрого комплексного преобразования Фурье; 10.4 - блок интерполятора и цифрового фильтра низких частот; 10.5 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).
Модулятор 10 содержит последовательно соединенные блок формирования символов BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM из потока входных данных 10.1, блок подстановки пилот-сигнала и защитных подсимволов 10.2, блок обратного быстрого комплексного преобразования Фурье 10.3, блок интерполятора и цифрового фильтра низких частот 10.4 и ЦАП 10.5, выход которого является выходом модулятора. Первый вход блока формирования символов BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM из потока входных данных 10.1 является первым входом модулятора 10, управляющий вход модулятора 10 соединен с управляющими входами блоков 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5.
Структурная схема демодулятора устройства-прототипа 11 представлена на фиг.5, где обозначено:
11.1 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 11.2 - блок цифрового фильтра низких частот и устройства прореживания; 11.3 - блок быстрого комплексного преобразования Фурье; 11.4 - блок выделения пилот-сигнала и защитных подсимволов; 11.5 - блок формирования потока битов данных; 11.6 - контроллер автоматической подстройки коэффициента усиления приемника; 11.7 - контроллер автоматической подстройки частоты.
Демодулятор 11 содержит последовательно соединенные АЦП 11.1, блок цифрового фильтра низких частот и устройства прореживания 11.2, блок быстрого комплексного преобразования Фурье 11.3, блок пилот-сигнала и защитных подсимволов 11.4 и блок формирования потока битов данных 11.5, выход которого является выходом демодулятора 11. Кроме того, выход АЦП 11.1 соединен с первым входом контроллера автоматической подстройки коэффициента усиления приемника 11.6, выход которого является выходом АРУ. Выход блока цифрового фильтра низких частот и устройства прореживания 11.2 соединен с первым входом контроллера автоматической подстройки частоты 11.7, выход которого является выходом АПЧ, выход блока быстрого комплексного преобразования Фурье 11.3 соединен со вторым входом контроллера АПЧ 11.7. Первый вход АЦП 11.1 является первым входом демодулятора 11, управляющий вход которого соединен с управляющими входами блоков 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5, 11.6, 11.7.
Недостатками устройства-прототипа являются:
- отсутствие возможности работы в режиме базовой станции в соответствии со стандартом IEEE 802.16е;
- отсутствие процедуры хэндовера, позволяющей мобильным станциям переключаться между базовыми станциями вследствие изменения своего местоположения и помеховой обстановки, не разрывая при этом связь и не прекращая прием-передачу цифровой информации;
- низкая помехозащищенность;
- малая пропускная способность.
Задачей предлагаемого устройства является расширение функциональных возможностей высокоскоростной стационарной радиостанции за счет синхронизации работы базовой станции с работой других базовых станций, реализации процедуры хэндовера в соответствии со стандартом IEEE 802.16е, повышение помехозащищенности и увеличение пропускной способности канала приема-передачи данных.
Для решения поставленной задачи в базовую станцию оборудования радиодоступа, содержащую блок управления, управляющий выход-вход которого соединен двунаправленной шиной управления с управляющим входом-выходом канала приема-передачи данных, причем первый вход-выход блока управления является интерфейсом сетей высокоскоростной передачи информации Ethernet, канал приема-передачи данных содержит последовательно соединенные кодер, модулятор, передатчик и антенный коммутатор, выход-вход которого через первое антенно-согласующее устройство подсоединен к приемопередающей антенне, а также последовательно соединенные приемник, демодулятор и декодер, выход которого является информационным выходом канала приема-передачи данных и соединен с информационным входом блока управления, информационный выход которого является информационным входом канала приема-передачи данных и первым входом кодера, кроме того, выход синтезатора частот соединен со вторыми входами передатчика и приемника, а его управляющий вход - с управляющим входом-выходом канала приема-передачи данных и с управляющими входами кодера, модулятора, передатчика, приемника, демодулятора, декодера и антенного коммутатора, выход которого соединен с первым входом приемника, при этом выходы автоматической регулировки усиления (АРУ) и автоматической подстройки частоты (АПЧ) первого канала демодулятора подсоединены к соответствующим входам АРУ и АПЧ первого канала приемника, согласно полезной модели, в канал приема-передачи данных введены приемная антенна, которая через второе антенно-согласующее устройство подсоединена к третьему входу приемника, выполненному двухканальным, блок детектирования фреймов, блок формирования оценки CINR-(Carrier to interference plus noise ratio), блок формирования оценки RSSI-(Receive Strength Signal Indicator) и блок частотно-временной оценки принимаемого сигнала, выполненные двухканальными, первые входы которых объединены и подсоединены к первому выходу приемника, вторые входы объединены и подсоединены ко второму выходу приемника, а их управляющие входы соединены с управляющим входом-выходом канала приема-передачи данных, при этом выход блока детектирования фреймов является первым выходом канала приема-передачи данных, выход блока формирования оценки CINR - его вторым выходом, выход блока формирования оценки RSSI - третьим, выход блока частотно-временной оценки принимаемого сигнала - четвертым, причем выходы с первого по четвертый канала приема-передачи данных подсоединены к соответствующим входам блока управления, второй и третий входы-выходы которого являются интерфейсом управления, мониторинга и телеметрии RS-232/RS-485 и интерфейсом RS-232/RS-485 для подключения к GPS приемнику соответственно, при этом в кодер введен турбокодер, первый вход которого соединен с первым входом блочного кодера Рида/Соломона, управляющий вход - с управляющим входом кодера, а выход - с входом перемежителя, в декодер - турбодекодер, первый вход которого соединен с выходом обратного перемежителя, управляющий вход - с управляющим входом декодера, а выход - с выходом блочного декодера Рида/Соломона, кроме того, демодулятор выполнен двухканальным, причем второй канал идентичен первому, второй вход демодулятора является соответствующим входом аналого-цифрового преобразователя и входом второго канала, выходы АРУ и АПЧ второго канала демодулятора являются вторыми выходами контроллера автоматической подстройки коэффициента усиления приемника и контроллера АПЧ соответственно и подсоединены к соответствующим входам АРУ и АПЧ второго канала приемника, при этом соединения функциональных узлов демодулятора являются двухканальными, в демодулятор введен двухканальный эквалайзер, первый вход которого подсоединен к выходу блока быстрого комплексного преобразования Фурье и второму входу блока взвешенного суммирования и формирования потока битов данных, а управляющий вход - к управляющему входу демодулятора, при этом выход эквалайзера подсоединен к третьему входу блока взвешенного суммирования и формирования потока битов данных, кроме того, в базовую станцию оборудования радиодоступа введен двухканальный модуль буферизации, первый и второй входы которого являются соответственно входами опорной частоты и опорного импульса секундной метки, причем первый выход модуля буферизации - выход опорной частоты - соединен с пятым входом блока управления и первым входом синтезатора частот, а второй выход-выход опорного импульса секундной метки - соединен с шестым входом блока управления и вторым входом синтезатора частот, при этом первый и второй входы синтезатора частот являются соответствующими входами канала приема-передачи данных, кроме того, третий и четвертый выходы модуля буферизации являются дополнительными выходами опорной частоты и опорного импульса секундной метки соответственно.
Структурная схема предлагаемой базовой станции оборудования радиодоступа приведена на фиг.6, где обозначено:
1 - блок управления;
1 - канал приема-передачи данных;
2 - синтезатор частот;
3 - кодер;
4 - передатчик;
5 - приемник;
6 - антенный коммутатор;
7.1 - приемопередающая антенна;
7.2 - приемная антенна;
8.1, 8.2 - первое и второе антенно-согласующие устройства (АСУ);
9 - декодер;
10 - модулятор;
11 - демодулятор;
12 - блок детектирования фреймов;
13 - блок формирования оценки CINR-(Carrier to interference plus noise ratio - отношение сигнал-шум);
14 - блок формирования оценки RSSI-(Receive Strength Signal Indicator-индикатор уровня принимаемого сигнала);
15 - блок частотно-временной оценки принимаемого сигнала.
16 - модуль буферизации.
Предлагаемое устройство содержит блок управления 1, управляющий выход-вход которого соединен двунаправленной шиной управления с управляющим входом-выходом канала приема-передачи данных I, причем первый вход-выход блока управления 1 является интерфейсом сетей высокоскоростной передачи информации Ethernet, а второй и третий входы-выходы являются соответственно интерфейсом управления, мониторинга и телеметрии RS-232/RS-485 и интерфейсом RS-232/RS-485 для подключения к GPS приемнику.
Канал приема-передачи данных I содержит последовательно соединенные кодер 3, модулятор 10, передатчик 4 и антенный коммутатор 6, выход-вход которого через первое АСУ 8.1 подсоединен к приемопередающей антенне 7.1, последовательно соединенные двухканальный приемник 5, двухканальный демодулятор 11 и декодер 9, выход которого является информационным выходом канала приема-передачи данных I и соединен с информационным входом блока управления 1, информационный выход которого является информационным входом канала приема-передачи данных I и первым входом кодера 3, а также приемную антенну 7.2, которая через второе АСУ 8.2 соединена с третьим входом приемника 5, блок детектирования фреймов 12, блок формирования оценки CINR 13, блок формирования оценки RSSI 14 и блок частотно-временной оценки принимаемого сигнала 15, выполненные двухканальными, первые входы которых объединены и подсоединены к первому выходу приемника 5, а вторые входы объединены и подсоединены к его второму выходу. Кроме того, выход синтезатора частот 2 соединен со вторыми входами передатчика 4 и приемника 5, а его управляющий вход - с управляющим входом-выходом канала приема-передачи данных I и с управляющими входами кодера 3, модулятора 10, передатчика 4, приемника 5, демодулятора 11, декодера 9, антенного коммутатора 6, блока детектирования фреймов 12, блока формирования оценки CINR 13, блока формирования оценки RSSI 14 и блока частотно-временной оценки принимаемого сигнала 15. При этом выходы автоматической регулировки усиления (АРУ1 и АРУ2) и автоматической подстройки частоты (АПЧ1 и АПЧ2) первого и второго каналов демодулятора 11 соединены с соответствующими входами АРУ и АПЧ первого и второго каналов приемника 5, выход антенного коммутатора 6 соединен с первым входом приемника 5. Кроме того, выход блока детектирования фреймов 12 является первым выходом канала приема-передачи данных I, выход блока формирования оценки CINR 13 - его вторым выходом, выход блока формирования оценки RSSI 14 - третьим, выход блока частотно-временной оценки принимаемого сигнала 15 - четвертым, причем выходы с первого по четвертый канала приема-передачи данных I подсоединены к соответствующим входам блока управления 1.
Кроме того, базовая станция оборудования радиодоступа содержит двухканальный модуль буферизации 16, первый и второй входы которого являются соответственно входами опорной частоты и опорного импульса секундной метки, причем первый выход модуля буферизации - выход опорной частоты - соединен с пятым входом блока управления 1 и первым входом синтезатора частот 2, а второй выход-выход опорного импульса секундной метки - соединен с шестым входом блока управления 1 и вторым входом синтезатора частот 2, при этом первый и второй входы синтезатора частот 2 являются соответствующими входами канала приема-передачи данных I, кроме того, третий и четвертый выходы модуля буферизации 16 являются дополнительными выходами опорной частоты и опорного импульса секундной метки соответственно и зарезервированы для возможности наращивания количества канальных карт базовой станции.
Структурная схема кодера предлагаемой базовой станции оборудования радиодоступа приведена на фиг.7, где обозначено:
3.1 - блочный кодер Рида/Соломона; 3.2 - сверточный кодер; 3.3 - перемежитель, 3.4 - турбокодер.
Кодер 3 содержит последовательно соединенные блочный кодер Рида/Соломона 3.1, сверточный кодер 3.2, перемежитель 3.3, выход которого является выходом кодера 3. Первый вход блочного кодера Рида/Соломона 3.1 является первым входом кодера 3, управляющий вход которого соединен с управляющими входами блоков 3.1, 3.2, 3.3, 3.4. Первый вход турбокодера 3.4 соединен с первым входом блочного кодера Рида/Соломона 3.1, а выход - с входом перемежителя 3.3.
Структурная схема декодера 9 предлагаемой базовой станции оборудования радиодоступа приведена на фиг.8, где обозначено:
9.1 - обратный перемежитель; 9.2 - декодер Витерби; 9.3 - блочный декодер Рида/Соломона, 9.4 - турбодекодер.
Декодер 9 содержит последовательно соединенные обратный перемежитель 9.1, декодер Витерби 9.2 и блочный декодер Рида/Соломона 9.3, выход которого является выходом декодера 9. Первый вход перемежителя 9.1 является первым входом декодера 9, а его управляющий вход подсоединен к управляющим входам блоков 9.1, 9.2, 9.3, 9.4. Первый вход турбодекодера 9.4 соединен с выходом обратного перемежителя 9.1, а его выход - с выходом блочного декодера Рида/Соломона 9.3.
Структурная схема модулятора предлагаемого устройства 10 аналогична схеме модулятора-прототипа 10 и приведена на фиг.2.
Структурная схема двухканального демодулятора 11 предлагаемой базовой станции оборудования радиодоступа представлена на фиг.9, где обозначено:
11.1 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП); 11.2 - блок цифрового фильтра низких частот и устройства прореживания; 11.3 - блок быстрого комплексного преобразования Фурье; 11.4 - блок выделения пилот-сигнала и защитных подсимволов; 11.5 - блок взвешенного суммирования и формирования потока битов данных, 11.6 - контроллер автоматической подстройки коэффициента усиления приемника; 11.7 - контроллер автоматической подстройки частоты, 11.8 - эквалайзер.
Демодулятор 11 выполнен двухканальным, причем второй канал идентичен первому, при этом все функциональные узлы демодулятора 11 и их соединения являются двухканальными. Демодулятор 11 содержит последовательно соединенные АЦП 11.1, блок цифрового фильтра низких частот и устройства прореживания 11.2, блок быстрого комплексного преобразования Фурье 11.3, блок пилот-сигнала и защитных подсимволов 11.4 и блок взвешенного суммирования и формирования потока битов данных 11.5, выход которого является выходом демодулятора 11. Первый и второй входы АЦП 11.1 являются соответствующими входами демодулятора 11 и соответственно входами первого и второго каналов. Управляющий вход демодулятора 11 соединен с управляющими входами блоков 11.1, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5, 11.6, 11.7, 11.8. Кроме того, выход АЦП 11.1 соединен с первым входом контроллера автоматической подстройки коэффициента усиления приемника 11.6, первый выход которого является выходом АРУ первого канала, а второй выход-выходом АРУ второго канала. Выход блока цифрового фильтра низких частот и устройства прореживания 11.2 соединен с первым входом контроллера АПЧ 11.7, первый выход которого является выходом АПЧ первого канала, а второй выход - выходом АПЧ второго канала. Выход блока быстрого комплексного преобразования Фурье 11.3 соединен с первым входом эквалайзера 11.8 и вторыми входами блоков 11.5 и 11.7. При этом выход эквалайзера 11.8 соединен с третьим входом блока взвешенного суммирования и формирования потока битов данных 11.5.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
С включением питания базовая станция оборудования радиодоступа автоматически переходит в режим излучения служебных пакетов синхронизации согласно стандарту IEEE 802.16е. В процессе установления синхронизации с мобильными радиостанциями базовая станция оценивает помеховую обстановку и качество сигнала от мобильных станций в результате работы введенных в состав радиостанции блока детектирования фреймов 12 (фиг.6), блока формирования оценки CINR 13, блока формирования оценки RSSI 14 и блока частотно-временной оценки принимаемого сигнала 15. Основываясь на оценке помеховой обстановки и оценке частотно-временных и физических параметров принимаемых пакетов информации от мобильных станций, может быть осуществлена процедура хэндовера, в ходе которой под управлением базовой станции происходит перестройка частоты мобильной станции на частоту другой базовой станции, а так же других параметров абонентской мобильной станции согласно стандарту IEEE 802.16е.
Базовая станция оборудования радиодоступа осуществляет передачу данных в направлении к мобильным станциям, находящимся в синхронизации с базовой станцией оборудования радиодоступа, по сигналу "Запрос передачи" от источника цифровой информации, в данном случае от интерфейса между оборудованием инфраструктуры сетей высокоскоростной передачи информации, использующих интерфейс высокоскоростной передачи информации Ethernet (стандарт организации локальных сетей IEEE 802.3 и IEEE 802.3u), со скоростью передачи данных 10/100 Мбит/сек. Данные сети Ethernet попадают на первый вход-выход блока управления 1, где реализуются методы доступа к среде, формат кадров, адресация, поддержка доступа к каналу связи, осуществляется прием и передача информационных и управляющих кадров, обнаруживаются ошибки приема-передачи, а также реализуется процедура хэндовера, позволяющая абонентским мобильным станциям переключаться между базовыми станциями, находящимися в синхронизации между собой, вследствие изменения своего местоположения и помеховой обстановки, не разрывая при этом связь и не прекращая прием-передачу цифровой информации. Все функциональные узлы и процессы, реализуемые в блоке управления 1 и синтезаторе частот 2, выполняются в строгой синхронизации с опорными частотами, поступающими с модуля буферизации 16, причем третий и четвертый выходы модуля буферизации 16 зарезервированы для возможности наращивания количества канальных карт базовой станции.
Передаваемые пакеты информации, представляющие собой непрерывный поток байтов, с соответствующего информационного выхода блока управления 1 через информационный вход канала приема-передачи I поступают на первый вход кодера 3 (фиг.7), где под управлением блока 1 байтовый поток кодируется, что обеспечивается блочным кодером Рида/Соломона 3.1. После обработки в блочном кодере Рида/Соломона 3.1 байтовый поток подается в виде последовательного битового потока в сверточный кодер 3.2, который вносит избыточность в битовый поток. После сверточного кодера 3.2 поток битов поступает на вход перемежителя 3.3, где поступающие из сверточного кодера 3.2 биты перемеживаются с заданными значениями интервала и глубины. В зависимости от параметров, установленных на базовой станции, входной поток под управлением блока 1 может кодироваться турбо-кодером 3.4 вместо кодирования блочным кодером Рида/Соломона 3.1 и сверточным кодером 3.2. Далее с выхода кодера 3 поток бит поступает на первый вход модулятора 10 (фиг.4), где под управлением блока 1 в блоке 10.1 преобразуется в символы BPSK, QPSK, 16QAM либо 64QAM, предпочтительно с ортогональным частотным разделением, и поступают в блок 10.2, где происходит подстановка подсимволов пилот-сигнала. Далее новая сформированная последовательность поступает в блок 10.3 обратного быстрого преобразования Фурье. По завершении модуляции цифровая последовательность подается в блок 10.4 и, если это необходимо, интерполируется до более высокой частоты перед выводом в ЦАП 10.5, выходной сигнал которого является выходным сигналом модулятора 10. Далее сигнал с модулятора 10 подается на первый вход передатчика 4. Блок 1 управляет передатчиком 4 и его необходимым уровнем выходной мощности. Затем сигнал поступает на антенный коммутатор 6, где под управлением блока 1 через антенно-согласующее устройство 8.1 поступает на приемопередающую антенну 7.1 и с канальной скоростью до 37.2 Мбит/сек излучается в эфир.
Режим приема базовая станция оборудования радиодоступа может осуществлять как на одну антенну 7.1, так и на две антенны 7.1 и 7.2, для последующего оптимального приема сигналов и подавления помех в блоке 11.5, реализованного в виде весового сумматора с комплексными весовыми коэффициентами, обеспечивая тем самым улучшение помехозащищенности и пропускной способности канала приема-передачи данных I. Для этого в базовой станции оборудования радиодоступа предусмотрен двухканальный приемник 5 и двухканальный демодулятор 11.
Функциональные узлы демодулятора 11.1-11.8 (фиг.9) и все их соединения реализованы двухканальными. Включение в работу второго канала приема приемника 5, демодулятора 11 и блока взвешенного суммирования и формирования потока битов данных 11.5 происходит в зависимости от режима работы станции и управляется непосредственно блоком управления 1.
В режиме приема на одну антенну базовая станция оборудования радиодоступа осуществляет процедуру обратного преобразования сигнала, принятого антенной 7.1. При этом сигнал через АСУ 8.1 и под управлением блока 1 с антенного коммутатора 6 поступает на первый вход приемника 5, а затем в демодулятор 11 (фиг.9), где аналоговый сигнал подается на вход АЦП 11.1. Выходной сигнал АЦП 11.1 дискретизируется и подается в виде сигнала обратной связи в контур автоматической регулировки усиления (АРУ), реализуемый блоком 11.6, так что режим работы АЦП 11.1 поддерживается в линейном рабочем диапазоне. Выходной сигнал АЦП 11.1 подается также на первый вход блока 11.2, в результате чего цифровой сигнал подвергается цифровой обработке и фильтруется. После этих преобразований сигнал представляет собой символы с ортогональным частотным разделением, которые подаются в петлю обратной связи автоматической подстройки частоты, реализуемой контроллером АПЧ 11.7 так, чтобы частота приема совпадала с частотой принимаемого сигнала. Далее символы с ортогональным частотным разделением поступают в блок быстрого комплексного преобразования Фурье 11.3, с выхода которого подаются на вход блока 11.4 для выделения подсимволов и пилот-сигналов синхронизации, в петлю обратной связи автоматической подстройки частоты, реализуемой блоком 11.7, на первый вход эквалайзера 11.8 и на второй вход блока 11.5. В эквалайзере 11.8 под управлением блока 1 данные подвергаются цифровой фильтрации с целью компенсации нелинейности канала распространения и затем подаются в блок 11.5. Выделенные блоком 11.4 подсимволы и пилот-сигналы синхронизации также поступают в блок 11.5. На следующем этапе демодуляции в блоке 11.5 под управлением блока 1 происходит преобразование полученных символов BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM в поток бит, поступающих на выход демодулятора 11.
Далее поток бит подвергается обратному перемежению в блоке 9.1 декодера 9 (фиг.8). Обратный перемежитель 9.1 размещает биты в том же порядке в каком они были в исходном передаваемом сигнале. Далее последовательный поток данных поступает в декодер Витерби 9.2, где скорость потока бит понижается для исправления ошибок и поступает в декодер Рида/Соломона 9.3 для исправления оставшихся ошибок. В зависимости от параметров, установленных на базовой станции, последовательный поток данных из блока 9.1 под управлением блока 1 может декодироваться турбодекодером 9.4 вместо декодирования в декодере Витерби 9.2 и декодере Рида/Соломона 9.3. Сформированный информационный поток поступает в блок управления 1 для его преобразования в формат принимаемых данных, соответствующих стандарту организации локальных сетей IEEE 802.3 и IEEE 802.3u Ethernet, где реализуются методы доступа к среде, формат кадров, адресация, поддержка доступа к каналу связи, осуществляется прием и передача информационных и управляющих кадров, обнаруживаются ошибки приема-передачи и подается на вход-выход блока управления 1 для дальнейшего подключения абонентской мобильной станции к оборудованию инфраструктуры сетей высокоскоростной передачи информации, использующих интерфейс высокоскоростной передачи информации Ethernet.
Базовая станция оборудования радиодоступа анализирует Отношение сигнал/шум и, как следствие, качество обмена информацией на рабочей частоте. При плохом отношении сигнал/шум базовая станция оборудования радиодоступа может адаптивно изменять тип кодирования и тип модуляции для обеспечения необходимого качества обмена информацией на рабочей частоте. Кроме того, базовая станция оборудования радиодоступа формирует оценки, получаемые в результате работы блока детектирования фреймов 12 (фиг.6), блока формирования оценки CINR 13, блока формирования оценки RSSI 14, блока частотно-временной оценки принимаемого сигнала 15. Основываясь на оценке помеховой обстановки и оценке частотно-временных и физических параметров принимаемых пакетов информации от мобильных станций, может быть осуществлена процедура хэндовера, в ходе которой происходит перестройка частоты мобильной станции на частоту другой базовой станции, а так же других параметров абонентской мобильной станции согласно стандарту IEEE 802.16е.
Все функциональные блоки базовой станции оборудования радиодоступа управляется от блока управления 1 через шину управления каналом приема-передачи данных I сигналом, поступающим на управляющий вход соответствующего блока.
В режиме приема на две антенны базовая станция оборудования радиодоступа осуществляет процедуру обратного преобразования сигнала, принятого антеннами 7.1 и 7.2. В этом случае по сигналу от блока управления 1 в работу вступают вторые каналы приемника 5, демодулятора 11, аналогичные первым, и блок взвешенного суммирования и формирования потока битов данных 11.5. При этом оба канала приемника и демодулятора работают независимо друг от друга, выполняя одни и те же функции. Также независимо друг от друга работают петли обратных связей АРУ и АПЧ обоих каналов приемника 5. Таким образом, в блок 11.5 демодулятора 11 поступает два независимых потока данных, сформированных идентичными трактами приема, что позволяет на заключительном этапе демодуляции реализовать алгоритм оптимального взвешенного суммирования независимых потоков данных с целью подавления помех и, как следствие, увеличение пропускной способности канала приема-передачи данных I. При этом комплексные весовые коэффициенты суммирования входных потоков могут быть как постоянными, так и формироваться по определенному алгоритму.
Учитывая то, что приемник 5 выполнен двухканальным, функциональные узлы блоков 12, 13, 14 и 15 также являются двухканальными, что дает возможность кроме реализации процедуры хэндовера дополнительно осуществить процедуру автовыбора, заключающуюся в подключении к приему сигнала той антенны, физические характеристики сигнала и помеховая обстановка в точке приема которой наиболее благоприятны.
Кроме того, в базовой станции оборудования радиодоступа реализована процедура управления, мониторинга и телеметрии базовой станции за счет введения в состав блока управления 1 интерфейса RS-232/RS-485 (МККТТ (CCITT) V.24/V.28, X.20bis/X.21bis и ISO IS2110), так же в блоке управления 1 реализован дополнительный интерфейс RS-232/RS-485 (МККТТ (CCITT) V.24/V.28, X.20bis/X.21bis и ISO IS2110) для возможности подключения к GPS приемнику с целью синхронизации работы базовой станции с другими базовыми станциями.
Блоки предлагаемой базовой станции оборудования радиодоступа такие, как блок управления 1, кодер 3, блочный кодер Рида/Соломона 3.1, блок сверточного кодера 3.2, перемежитель 3.3, турбокодер 3.4, декодер 9, обратный перемежитель 9.1, декодер Витерби 9.2, блочный декодер Рида/Соломона 9.3, турбодекодер 9.4, модулятор 10, блок формирования символов BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM 10.1, блок подстановки пилот-сигнала и защитных подсимволов 10.2, блок обратного быстрого комплексного преобразования Фурье 10.3, блок интерполятора и цифрового фильтра низких частот 10.4, демодулятор 11, блок цифрового фильтра низких частот и устройства прореживания 11.2, блок быстрого комплексного преобразования Фурье 11.3, блок выделения пилот-сигнала и защитных подсимволов 11.4, блок взвешенного суммирования и формирования потока битов данных 11.5, контроллер автоматической подстройки коэффициента усиления приемника 11.6, контроллер автоматической подстройки частоты 11.7, эквалайзер 11.8, блок детектирования фреймов 12, блок формирования оценки CINR 13, блок формирования оценки RSSI 14, блок частотно-временной оценки принимаемого сигнала 15 могут быть выполнены с использованием программируемых пользавателем вентильных матриц, представляющих собой матричную БИС ПЛИС или технологии на основе специальных интегральных схем (СИС, СБИС), а так же на основе технологии цифровых сигнальных процессоров и РИСК процессоров. Модуль буферизации 16 может быть выполнен на дискретных элементах аналоговой техники, таких как операционные усилители. В качестве входных сигналов опорной частоты и опорного импульса секундной метки для модуля буферизации могут быть использованы сигналы с выхода GPS приемника.
В качестве источника цифровой информации может быть использован интерфейс инфраструктуры высокоскоростной передачи информации Ethernet (стандарт организации локальных сетей IEEE 802.3 и IEEE 802.3u), со скоростью передачи данных 10/100 Мбит/сек.
Таким образом, предлагаемая базовая станция оборудования радиодоступа позволяет организовать высокоскоростную радиосеть передачи информации и пакетной дуплексной радиосвязи, обмена цифровой информацией в соответствии со стандартом IEEE 802.16е за счет реализации процедуры хэндовера, позволяющего абонентской мобильной станции переключаться между базовыми станциями вследствие изменения своего местоположения и помеховой обстановки, не разрывая при этом связь и не прекращая прием-передачу цифровой информации, а также повысить помехозащищенность и пропускную способность канала приема-передачи данных.
1. Базовая станция оборудования радиодоступа, содержащая блок управления, управляющий выход-вход которого соединен двунаправленной шиной управления с управляющим входом-выходом канала приема-передачи данных, причем первый вход-выход блока управления является интерфейсом сетей высокоскоростной передачи информации Ethernet, канал приема-передачи данных содержит последовательно соединенные кодер, модулятор, передатчик и антенный коммутатор, выход-вход которого через первое антенно-согласующее устройство подсоединен к приемопередающей антенне, а также последовательно соединенные приемник, демодулятор и декодер, выход которого является информационным выходом канала приема-передачи данных и соединен с информационным входом блока управления, информационный выход которого является информационным входом канала приема-передачи данных и первым входом кодера, кроме того, выход синтезатора частот соединен со вторыми входами передатчика и приемника, а его управляющий вход - с управляющим входом-выходом канала приема-передачи данных и с управляющими входами кодера, модулятора, передатчика, приемника, демодулятора, декодера и антенного коммутатора, выход которого соединен с первым входом приемника, при этом выходы автоматической регулировки усиления (АРУ) и автоматической подстройки частоты (АПЧ) первого канала демодулятора подсоединены к соответствующим входам АРУ и АПЧ первого канала приемника, отличающаяся тем, что в канал приема-передачи данных введены приемная антенна, которая через второе антенно-согласующее устройство подсоединена к третьему входу приемника, выполненному двухканальным, блок детектирования фреймов, блок формирования оценки CINR-(Carrier to interference plus noise ratio), блок формирования оценки RSSI-(Receive Strength Signal Indicator) и блок частотно-временной оценки принимаемого сигнала, выполненные двухканальными, первые входы которых объединены и подсоединены к первому выходу приемника, вторые входы объединены и подсоединены ко второму выходу приемника, а их управляющие входы соединены с управляющим входом-выходом канала приема-передачи данных, при этом выход блока детектирования фреймов является первым выходом канала приема-передачи данных, выход блока формирования оценки CINR - его вторым выходом, выход блока формирования оценки RSSI - третьим, выход блока частотно-временной оценки принимаемого сигнала - четвертым, причем выходы с первого по четвертый канала приема-передачи данных подсоединены к соответствующим входам блока управления, второй и третий входы-выходы которого являются интерфейсом управления, мониторинга и телеметрии RS-232/RS-485 и интерфейсом RS-232/RS-485 для подключения к GPS приемнику соответственно, при этом в кодер введен турбокодер, первый вход которого соединен с первым входом блочного кодера Рида/Соломона, управляющий вход - с управляющим входом кодера, а выход - с входом перемежителя, в декодер - турбодекодер, первый вход которого соединен с выходом обратного перемежителя, управляющий вход - с управляющим входом декодера, а выход - с выходом блочного декодера Рида/Соломона, кроме того, демодулятор выполнен двухканальным, причем второй канал идентичен первому, второй вход демодулятора является соответствующим входом аналого-цифрового преобразователя и входом второго канала, выходы АРУ и АПЧ второго канала демодулятора являются вторыми выходами контроллера автоматической подстройки коэффициента усиления приемника и контроллера АПЧ соответственно и подсоединены к соответствующим входам АРУ и АПЧ второго канала приемника, при этом соединения функциональных узлов демодулятора являются двухканальными в автоматической подстройки коэффициента усиления приемника и контроллера АПЧ соответственно и подсоединены к соответствующим входам АРУ и АПЧ второго канала приемника, при этом соединения функциональных узлов демодулятора являются двухканальными, в демодулятор введен двухканальный эквалайзер, первый вход которого подсоединен к выходу блока быстрого комплексного преобразования Фурье и второму входу блока взвешенного суммирования и формирования потока битов данных, а управляющий вход - к управляющему входу демодулятора, при этом выход эквалайзера подсоединен к третьему входу блока взвешенного суммирования и формирования потока битов данных, кроме того, в базовую станцию оборудования радиодоступа введен двухканальный модуль буферизации, первый и второй входы которого являются соответственно входами опорной частоты и опорного импульса секундной метки, причем первый выход модуля буферизации - выход опорной частоты - соединен с пятым входом блока управления и первым входом синтезатора частот, а второй выход - выход опорного импульса секундной метки - соединен с шестым входом блока управления и вторым входом синтезатора частот, при этом первый и второй входы синтезатора частот являются соответствующими входами канала приема-передачи данных, кроме того, третий и четвертый выходы модуля буферизации являются дополнительными выходами опорной частоты и опорного импульса секундной метки соответственно.
2. Базовая станция по п.1, отличающаяся тем, что блок взвешенного суммирования и формирования потока битов данных выполнен с возможностью взвешенного суммирования входных сигналов.
