Портативная абонентская мобильная 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 IЕЕЕ 802.16е, где в качестве источника цифровой информации может быть использован один из интерфейсов инфраструктуры высокоскоростной передачи информации: - PCMCIA - (Peripheral Component Microchannel Interconnect Architecture http://www.pcmcia.org/); - PCIe - (PCI Express или PCI-E, также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O http://www.pcisig.com/specifications/pciexpress/); - USB - (Universal Serial Bus http://www.usb.org/developers/docs/); - CF - (CompactFlash http://www.compactflash.org/); - Ethernet - (стандарт организации локальных сетей IEEE 802.3 и IEEE 802.3u http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.3-2002.pdf). Технический результат - расширение функциональных возможностей портативной абонентской мобильной станции оборудования радиодоступа за счет реализации в ней возможности обмена цифровой информацией в соответствии со стандартом IEEE 802.16е, а также реализация режима энергосбережения в зависимости от режима работы абонентской мобильной станции оборудования радиодоступа, что существенно увеличивает непрерывное время работы и срок службы автономных источников питания. Это достигается тем, что в канал приема-передачи данных (I) введены блок формирования сигналов управления энергопотреблением (16), блоки частичного или полного отключения электропитания и изменения тактовой частоты функциональных узлов (3.5), (4.1), (5.1), (9.5), (10.6), (11.9).
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 (http://standards.ieee.org/getieee802), где в качестве источника цифровой информации может быть использован один из следующих интерфейсов высокоскоростной передачи данных:
- PCMCIA - (Peripheral Component Microchannel Interconnect Architecture http://www.pcmcia.org/);
- PCIe - (PCI Express или PCI-E, также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O http)://www.pcisig.com/specifications/pciexpress/);
- USB - (Universal Serial Bus http://www.usb.org/developers/docs/);
- CF - (CompactFlash http://www.compactflash.org/);
- Ethernet - (стандарт организации локальных сетей IEEE 802.3 и IEEE 802.3u http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.3-2002.pdf).
Известно большое количество носимых и возимых радиостанций, например, радиостанции по патентам на полезные модели 
72590, 87852, 87853 и др., выполняющих аналогичные функции.
Недостатками этих радиостанций являются:
- наличие одного источника цифровой информации, что существенно ограничивает область применения устройства;
- отсутствие режима энергосбережения в зависимости от режима работы абонентской мобильной станции оборудования радиодоступа, что существенно уменьшает непрерывное время работы и срок службы автономных источников питания.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой портативной абонентской мобильной станции оборудования радиодоступа является высокоскоростная абонентская мобильная радиостанция оборудования радиодоступа по патенту на полезную модель 87853, 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 устройства-прототипа, 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 модулятора предлагаемого устройства; на фиг.10 - схема демодулятора предлагаемого устройства; на фиг.11 - схема передатчика предлагаемого устройства; на фиг.12 - схема приемника предлагаемого устройства,
На фиг.1 приведена обобщенная структурная схема радиостанции-прототипа, 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.
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 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 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.
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; 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 устройства-прототипа 9 приведена на фиг.3, 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 устройства-прототипа 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 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.
Недостатками устройства-прототипа являются:
- возможность работы только с одним типом интерфейса высокоскоростной передачи данных, что существенно ограничивает область применения устройства;
- отсутствие режима энергосбережения в зависимости от режима работы высокоскоростной абонентской мобильной станции оборудования радиодоступа, что существенно уменьшает непрерывное время работы и срок службы автономных источников питания.
Задачей предлагаемого устройства является расширение функциональных возможностей портативной абонентской мобильной станции за счет реализации в ней процедуры энергосбережения в зависимости от режима работы абонентской мобильной станции оборудования радиодоступа, а также реализации возможности работы станции с одним из следующих интерфейсов высокоскоростной передачи данных:
- PCMCIA - {Peripheral Component Microchannel Interconnect Architecture http://www.pcmcia. ors/};
- PCIe - (PCI Express или PCI-E, также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O http://www.pcisig.com/specifications/pciexpress/);
- USB - (Universal Serial Bus http://www.usb.org/developers/docs/)'
- CF - (CompactFlash http://www.compactflash.org/);
- Ethernet - (стандарт организации локальных сетей IEEE 802.3 и IEEE 802.3u http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.3-2002.pdf).
Для решения поставленной задачи в портативную абонентскую мобильную станцию оборудования радиодоступа, содержащую блок управления, управляющий выход-вход которого соединен двунаправленной шиной управления с управляющим входом-выходом канала приема-передачи данных, причем вход-выход блока управления является интерфейсом сетей высокоскоростной передачи информации, 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, а также приемную антенну, которая через второе АСУ соединена с третьим входом приемника, 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, а вторые входы объединены и подсоединены к его второму выходу, кроме того, выход синтезатора частот соединен со вторыми входами передатчика и приемника, а его вход - с управляющим входом-выходом канала приема-передачи данных и с управляющими входами кодера, модулятора, передатчика, двухканального приемника, двухканального демодулятора, декодера, антенного коммутатора, блока детектирования фреймов, блока формирования оценки CINR, блока формирования оценки RSSI и блока частотно-временной оценки принимаемого сигнала, при этом выходы автоматической регулировки усиления (АРУ1 и АРУ2) и автоматической подстройки частоты (АПЧ1 и АПЧ2) первого и второго каналов демодулятора соединены с соответствующими входами АРУ и АПЧ первого и второго каналов приемника, первый вход которого соединен с выходом антенного коммутатора, кроме того, 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, согласно полезной модели, в канал приема-передачи данных введен блок формирования сигналов управления энергопотреблением, первый вход которого соединен с выходом декодера, а второй вход соединен с выходом блока детектирования фреймов, причем выход блока формирования сигналов управления энергопотреблением подключен к шине управления, при этом в кодер, декодер, модулятор, демодулятор, приемник и передатчик введены соответствующие блоки частичного или полного отключения электропитания и изменения тактовой частоты функциональных узлов, вход каждого из которых соединен с управляющим входом соответствующего блока.
Структурная схема предлагаемой портативной абонентской мобильной станции оборудования радиодоступа приведена на фиг.6, где обозначено:
1 - блок управления;
I - 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 - блок формирования сигналов управления энергопотреблением. Предлагаемое устройство 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 одним из следующих интерфейсов высокоскоростной передачи информации:
- PCMCIA - (Peripheral Component Microchannel Interconnect Architecture http://www.pcmcia. org/);
- PCIe - (PCI Express или PCI-E, также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O http://www.pcisig.com/specifications/pciexpress/);
- USB - (Universal Serial Bus http.:/vww.usb.org/developers/docs/);
- CF - (CompactFlash http://www.compactflash.org/);
- Ethernet - (стандарт организации локальных сетей IEEE 802.3 и IEEE 802.3u http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.3-2002.pdf).
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 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, канал приема-передачи данных I содержит блок формирования сигналов управления энергопотреблением 16, первый вход которого соединен с выходом декодера 9, а второй вход соединен с выходом блока детектирования фреймов 12, причем выход блока формирования сигналов управления энергопотреблением 16 подключен к шине управления.
Структурная схема кодера предлагаемой портативной абонентской мобильной станции приведена на фиг.7, где обозначено:
3.1 - блочный кодер Рида/Соломона; 3.2 - сверточный кодер; 3.3 - перемежитель; 3.4 - турбокодер; 3.5 - блок частичного или полного отключения электропитания и изменения тактовой частоты функциональных узлов.
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, 3.5. 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 предлагаемой портативной абонентской мобильной станции 9 приведена на фиг.8, где обозначено:
9.1 - обратный перемежитель; 9.2 - декодер Витерби; 9.3 - блочный декодер Рида/Соломона; 9.4 - турбодекодер; 9.5 - блок частичного или полного отключения электропитания и изменения тактовой частоты функциональных узлов.
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, 9.5. Первый вход турбодекодеpa 9.4 соединен с выходом обратного перемежителя 9.1, а его выход - с выходом блочного декодера Рида/Соломона 9.3.
Структурная схема модулятора предлагаемой портативной абонентской мобильной станции 10 приведена на фиг.9, 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); 10.6 - блок частичного или полного отключения электропитания и изменения тактовой частоты функциональных узлов.
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, 10.5,10.6.
Структурная схема демодулятора предлагаемой портативной абонентской мобильной станции 11 представлена на фиг.10, 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; 11.9 - блок частичного или полного отключения электропитания и изменения тактовой частоты функциональных узлов.
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, 11.9. 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.
Структурная схема передатчика предлагаемой портативной абонентской мобильной станции 4 приведена на фиг.11 и отличается от схемы передатчика-прототипа дополнительно введенным блоком 4.1 частичного или полного отключения электропитания и изменения тактовой частоты функциональных узлов, вход которого соединен с управляющим входом передатчика 4.
Структурная схема приемника предлагаемой портативной абонентской мобильной станции 5 приведена на фиг.12 и отличается от схемы приемника-прототипа дополнительно введенным блоком 5.1 частичного или полного отключения электропитания и изменения тактовой частоты функциональных узлов, вход которого соединен с управляющим входом приемника 5.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
С включением питания портативная абонентская мобильная станция оборудования радиодоступа автоматически переходит в режим приема служебных пакетов синхронизации от базовых станций согласно стандарту IЕЕЕ 802.16е.
Любая станция, находящаяся в сети радиодоступа, переходит в режим передачи по сигналу «Запрос передачи» от источника цифровой информации, в данном случае от одного из интерфейсов инфраструктуры высокоскоростной передачи данных: PCMCIA, PCIe, USB, CF или Ethernet.
Данные сети попадают на 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 портативной 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.
Передаваемые пакеты информации, представляющие собой непрерывный поток байтов, с 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 турбокодером 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.9), 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 (фиг.6). 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 портативная абонентская мобильная 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, реализуемых в блоке 11.5 в виде весового сумматора с комплексными весовыми коэффициентами, и как следствие, увеличение помехозащищенности и пропускной способности канала приема-передачи данных I. Для этого в мобильной станции предусмотрен двухканальный приемник 5 и двухканальный демодулятор 11.
Функциональные узлы демодулятора 11.1-11.8 (фиг.10) 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 портативная абонентская станция оборудования радиодоступа, находящаяся в сети, 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.10), 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 необходимый формат принимаемых данных, соответствующих стандарту одного из интерфейсов PCMCIA, PCIe, USB, CF или 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 одному из интерфейсов высокоскоростной передачи информации: PCMCIA, PCIe, USB, CF или Ethernet.
Каждая станция анализирует отношение сигнал/шум и, как следствие, качество обмена информацией на рабочей частоте. При плохом отношении сигнал/шум портативная абонентская станция оборудования радиодоступа может адаптивно изменять тип кодирования и тип модуляции для обеспечения необходимого качества обмена информацией на рабочей частоте. Кроме приема сигнала на рабочей частоте абонентская мобильная станция осуществляет поиск соседних базовых станций на других частотах и одновременно 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 соседних базовых станций, может быть осуществлена процедура хэндовера, в ходе которой происходит перестройка частоты абонентской станции на частоту другой базовой станции, а так же других параметров абонентской мобильной станции согласно стандарту IEEE 802.16е.
Каждый из функциональных блоков портативной абонентской мобильной станции оборудования радиодоступа управляется от блока 1 через шину управления каналом приема-передачи данных I сигналом, поступающим на управляющий вход соответствующего блока.
В режиме приема на две антенны абонентская мобильная станция, находящаяся в сети, 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, работая в соответствии со стандартом IEEE 802.16е (http://standards.ieee.org/getieee802) портативная абонентская мобильная станции
оборудования радиодоступа, основываясь на работе блока формирования сигналов управления энергопотреблением 16, определяет моменты времени, в которые станция должна осуществлять прием-передачу. Зная момент выхода радиостанции в режим передачи, блок формирования сигналов управления энергопотреблением 16 через шину управления канала приема-передачи данных I, в зависимости от режима работы мобильной станции, частично или полностью отключает тракт приема, управляя блоками частичного или полного отключения электропитания 5.1, 9.5, 11.9, а также понижает тактовые частоты отдельных энергоемких функциональных узлов соответствующих блоков, что существенно снижает энергопотребление мобильной станции в целом. Аналогичным образом, зная момент времени работы радиостанции в режиме приема, блок формирования сигналов управления энергопотреблением 16 через шину управления канала приема-передачи данных I частично или полностью отключает тракт передачи, управляя блоками частичного или полного отключения электропитания 3.5, 10.6, 4.1, а также понижает тактовые частоты отдельных энергоемких функциональных узлов соответствующих блоков, что, в свою очередь, существенно снижает энергопотребление абонентской мобильной станции в целом. Таким образом, вследствие совместной работы блока формирования сигналов управления энергопотреблением 16 и блоков 5.1, 9.5, 11.9, 3.5, 10.6, 4.1 частичного или полного отключения электропитания и изменения тактовой частоты функциональных узлов блоков достигается существенное увеличение непрерывного времени работы и срока службы автономных источников питания и снижения энергопотребления абонентской мобильной станции оборудования радиодоступа в целом. Возможно также программное отключение алгоритмов работы соответствующих блоков 3, 4, 5, 9, 10, 11.
Блоки предлагаемой портативной абонентской мобильной 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, блок формирования сигналов управления энергопотреблением 16 могут быть выполнены с использованием программируемых пользователем 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. Блоки частичного или полного отключения электропитания и изменения тактовой частоты функциональных узлов 3.5, 4.1, 5.1, 9.5, 10.6, 11.9 могут быть выполнены на микросхемах аналоговой техники, а также микросхемах, предназначенных для управления электропитанием отдельных функциональных узлов. Возможно также программное отключение алгоритмов работы соответствующих блоков 3, 4, 5, 9, 10, 11.
Таким образом, предлагаемая портативная абонентская мобильная станция оборудования радиодоступа позволяет организовать высокоскоростную радиосеть 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 один из следующих интерфейсов инфраструктуры высокоскоростной передачи данных:
- PCMCIA - (Peripheral Component MicroChannel Interconnect Architecture http://www.pcmcia.org/);
- PCIe - (PCI Express или PCI-E, также известная как 3GIO for 3rd Generation I/O http://www.pcisig.com/specifications/pciexpress/);
- USB - (Universal Serial Bus http://www.usb.org/developers/docs/);
- CF - (CompactFlash http://www.compactflash.org/);
- Ethernet - (стандарт организации локальных сетей IEEE 802.3 и IEEE 802.3u http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.3-2002.pdf),
а также осуществлять режим энергосбережения в зависимости от режима работы портативной абонентской мобильной станции оборудования радиодоступа, что существенно увеличивает непрерывное время работы и срок службы автономных источников питания.
1. Портативная абонентская мобильная станция оборудования радиодоступа, содержащая блок управления, управляющий выход-вход которого соединен двунаправленной шиной управления с управляющим входом-выходом канала приема-передачи данных, причем вход-выход блока управления является интерфейсом сетей высокоскоростной передачи информации, 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, а также приемную антенну, которая через второе АСУ соединена с третьим входом приемника, 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, а вторые входы объединены и подсоединены к его второму выходу, кроме того, выход синтезатора частот соединен со вторыми входами передатчика и приемника, а его вход - с управляющим входом-выходом канала приема-передачи данных и с управляющими входами кодера, модулятора, передатчика, двухканального приемника, двухканального демодулятора, декодера, антенного коммутатора, блока детектирования фреймов, блока формирования оценки CINR, блока формирования оценки RSSI и блока частотно-временной оценки принимаемого сигнала, при этом выходы автоматической регулировки усиления (АРУ1 и АРУ2) и автоматической подстройки частоты (АПЧ1 и АПЧ2) первого и второго каналов демодулятора соединены с соответствующими входами АРУ и АПЧ первого и второго каналов приемника, первый вход которого соединен с выходом антенного коммутатора, кроме того, 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, отличающаяся тем, что в канал приема-передачи данных введен блок формирования сигналов управления энергопотреблением, первый вход которого соединен с выходом декодера, а второй вход соединен с выходом блока детектирования фреймов, причем выход блока формирования сигналов управления энергопотреблением подключен к шине управления, при этом в кодер, декодер, модулятор, демодулятор, приемник и передатчик введены соответствующие блоки частичного или полного отключения электропитания и изменения тактовой частоты функциональных узлов, вход каждого из которых соединен с управляющим входом соответствующего блока.
2. Портативная абонентская мобильная станция по п.1, отличающаяся тем, что вход-выход блока управления 1 является интерфейсом высокоскоростной передачи информации PCMCIA.
3. Портативная абонентская мобильная станция по п.1, отличающаяся тем, что вход-выход блока управления 1 является интерфейсом высокоскоростной передачи информации PCIe.
4. Портативная абонентская мобильная станция по п.1, отличающаяся тем, что вход-выход блока управления 1 является интерфейсом высокоскоростной передачи информации USB.
5. Портативная абонентская мобильная станция по п.1, отличающаяся тем, что вход-выход блока управления 1 является интерфейсом высокоскоростной передачи информации CF.
6. Портативная абонентская мобильная станция по п.1, отличающаяся тем, что вход-выход блока управления 1 является интерфейсом высокоскоростной передачи информации Ethernet.
