(87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO96/36135, PCT Gazette nr 50/96

Transkrypt

1 R Z E C Z P O S P O L IT A P O LSK A Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (1 1 ) (21) Numer zgłoszenia: ( 1 3 ) B1 (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: (51) IntCl7: , PCT/US96/03315 H04B 7/00 H04J 1/00 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: H04J 11/ , WO96/36135, PCT Gazette nr 50/96 (54) Odbiornik transmisji danych (30) Pierwszeństwo: (73) Uprawniony z patentu: 12.05,1995.US,08/ MOTOROLA INC, Schaumburg, US (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 06/98 (72) Twórca wynalazku: Kazimierz Siwiak, Coral Springs, US (74) Pełnomocnik: (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: W ierzchoń Jan, JAN WIERZCHOŃ & WUP 01/01 PARTNERZY, Biuro Patentów i Znaków Towarowych S.c. PL Β1 (5 7 ) 1 Odbiornik transm isji danych, zn am ien n y tym, że na w ejście jego elem entu odbiorczego (201) zostają doprowadzone sygnały częstotliw ości radiowej reprezentujące pierwszą część transm isji kom unikatu zaw ierającą informację adresow ą i informacj ę charakteryzującą komunikat a przesyłaną w pierwszym formacie modulacji z uprzednio określoną szybkością znaku, oraz sygnały częstotliwości radiowej reprezentujące drugą część transmisji kom unikatu zaw ierającą dane kom unikatu w ramkach obejmujących sekwencję czasową N bitów danych a przesyłaną w drugim formacie modulacji z uprzednio określoną szybkością ramki zasadniczo rów ną uprzednio określonej szybkości znaku, który to drugi format modulacji jest formatem wielu częstotliwości nośnych odpowiednio reprezentujących sekwencję czasową N bitów danych w domenie częstotliwości, zaś z wyjścia elementu odbiorczego (201) sygnały reprezentujące informację adresową i informację charakteryzującą kom unikat w pierwszym formacie modulacji zostają skierowane do wejścia pierwszego dem odulatora (202), na którego wyjściu pojaw iają się jako sygnały reprezentujące informację adresową i informację charakteryzującą kom unikat zdem odulowane w pierwszym formacie modulacji, natom iast sygnały reprezentujące dane komunikatu w drugim formacie modulacji z wyjścia elementu odbiorczego (201) są skierowane do w ejścia drugiego dem odulatora (204), na którego wyjściu pojawiają się jako sygnały reprezentujące dane komunikatu zdemodulowane w drugim formacie modulacji FIG. 5

2 Odbiornik transmisji danych Zastrzeżenia patentowe 1. Odbiornik transm isji danych, znam ienny tym, że na wejście jego elementu odbiorczego (201) zostają doprowadzone sygnały częstotliwości radiowej reprezentujące pierwszą część transmisji komunikatu zaw ierającą informację adresow ąi informację charakteryzującą komunikat a przesyłaną w pierwszym formacie modulacji z uprzednio określoną szybkością znaku, oraz sygnały częstotliwości radiowej reprezentujące drugą część transmisji komunikatu zawierającą dane komunikatu w ramkach obejmujących sekwencję czasową N bitów danych a przesyłaną w drugim formacie modulacji z uprzednio określoną szybkością ramki zasadniczo równą uprzednio określonej szybkości znaku, który to drugi format modulacji jest formatem wielu częstotliwości nośnych odpowiednio reprezentujących sekwencję czasow ą N bitów danych w domenie częstotliwości, zaś z wyjścia elementu odbiorczego (201) sygnały reprezentujące informację adresową i informację charakteryzującą komunikat w pierwszym formacie modulacji zostają skierowane do wejścia pierwszego demodulatora (202), na którego wyjściu pojawiają się jako sygnały reprezentujące informację adresową i informację charakteryzującą komunikat zdemodulowane w pierwszym formacie modulacji, natomiast sygnały reprezentujące dane komunikatu w drugim formacie modulacji z wyjścia elementu odbiorczego (201) są skierowane do wejścia drugiego demodulatora (204), na którego wyjściu pojawiają się jako sygnały reprezentujące dane komunikatu zdemodulowane w drugim formacie modulacji. 2. Odbiornik według zastrz. 1, znamienny tym, że informacja adresowa jednoznacznie identyfikuje odbiornik łączności danych, do którego są skierowane dane komunikatu. 3. Odbiornik według zastrz. i albo 2, znamienny tym, że informacja charakteryzująca komunikat identyfikuje usługę informacyjną. * * * Przedmiotem wynalazku jest odbiornik transmisji danych stosowany w urządzeniach do szybkiej równoczesnej wieloszybkościowej transmisji komunikatów danych w systemie przywoławczym z wykorzystaniem zwielokrotnienia z ortogonalnym podziałem częstotliwości OFDM (Orthogonal Frequency Divisional Multiplexing). Znane są przywoławcze systemy łączności wykorzystujące modulację częstotliwości FM (Frequency Modulation). W tych systemach sygnały przywoławcze są nadawane z nadbiornika przywoławczego do wielu przenośnych odbiorników przywoławczych według uprzednio określonego protokołu transmisji, zgodnie z którym, przykładowo, przekształca się na postać szeregow ą kodowane cyfrowo dane synchronizacji, adres i słowa danych komunikatu. Nadbiomiki w równoczesnych systemach przywoławczych o dużej szybkości danych rozmieszcza się tak, aby zmniejszyć do minimum opóźnienie różnicowe, wynikające z różnic czasu potrzebnego sygnałom przywoławczym na propagację z nadbiorników. W szczególności, odstęp pomiędzy nadbiomikami jest ograniczony przez opóźnienia różnicowe zależne od odwrotności szybkości kanałowej znaku. Opóźnienie różnicowe pomiędzy równocześnie nadającymi nadbiomikami może powodować poważne problemy, kiedy jest ono większe niż ułamek, zwykle około 1/4 lub 1/3, czasu znaku Ts przy określonej prędkości kanałowej. Przykładowo, Ts = 1/2400 dla prędkości kanałowych 2400 BPS (bajtów na sekundę). Nadbiomiki są zatem zwykle oddalone od siebie nie więcej niż o odległość zapewniającą, że opóźnienia różnicowe w obszarze obsługi będą mniejsze niż 1/4 lub 1/3 Ts. Staje się to problemem, gdy trzeba wysyłać dane ze znacznie w iększą szybkością. O graniczenie to pow oduje konieczność dużej gęstości rozm ieszczenia nadbiorników, co prowadzi do większych kosztów z powodu zwiększonej liczby nadbiorników.

3 Potrzebne jest zatem urządzenie do przesyłania komunikatów w systemie przywoławczym, w którym dane mogłyby być nadawane z większą prędkością niż jest to możliwe przy obecnych odległościach pomiędzy nadbiomikami. Pokrycie obszaru geograficznego powinno być uzależnione jedynie od mocy sygnału, a nie od opóźnienia różnicowego. Wtedy możliwa byłaby mniejsza gęstość nadbiomików w obszarze pokrycia. Parametry równoczesnej szybkiej transmisji powinny być wybierane zasadniczo niezależnie od prędkości kanałowej transmisji danych, a jedynie w zależności od dostępnej szerokości pasma. Z opisu patentowego US jest znany pracujący w dwóch trybach odbiornik zespołu abonenckiego, w którym wykorzystuje się modulację częstotliwości do nadawania informacji adresu i informacji charakteryzującej komunikat, i w którym wykorzystuje się format modulacji liniowej do nadawania równocześnie wielu analogowych komunikatów głosowych. Odbiornik odbiera informację adresową i informację charakteryzującą komunikat określającą tę część transmitowanego pasma, którą ma odebrać. Następnie odbiera i demoduluje tę określoną część transmitowanego pasma, w celu zdekodowania co najmniej jednego z wielu komunikatów głosowych. W opisie patentowym US został ujawniony odbiornik, w którym odebrane sygnały transmisyjne OFDM zostają zdemodulowane do postaci sekwencji danych zawierającej odebrane dane właściwe i odebrane dane odniesienia. Właściwe dane transmisyjne szacuje się z odebranej sekwencji danych na podstawie odebranych danych właściwych, danych odniesienia i uprzednio określonych danych odniesienia dla każdej nośnej. System transmisji danych cyfrowych z wykorzystaniem OFDM ujawniony jest w opisie patentowym US Odbiornik transmisji danych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na wejście jego elementu odbiorczego zostają doprowadzone sygnały częstotliwości radiowej reprezentujące pierwszą część transmisji komunikatu zawierającą informację adresową i informację charakteryzującą komunikat a przesyłaną w pierwszym formacie modulacji z uprzednio określoną szybkością znaku, oraz sygnały częstotliwości radiowej reprezentujące drugą część transmisji komunikatu zawierającą dane komunikatu nadawane w ramkach reprezentujących sekwencję czasową N bitów danych a przesyłaną w drugim formacie modulacji z uprzednio określoną szybkością ramki zasadniczo równą uprzednio określonej szybkości znaku. Drugi format modulacji jest formatem wielu częstotliwości nośnych odpowiednio reprezentujących sekwencję czasową N bitów danych w domenie częstotliwości. Z wyjścia elementu odbiorczego sygnały reprezentujące informację adresową i informację charakteryzującą komunikat w pierwszym formacie modulacji zostają skierowane do wejścia pierwszego demodulatora, na którego wyjściu pojawiają się jako sygnały reprezentujące informację adresową i informację charakteryzującą komunikat zdemodulowane w pierwszym formacie. Natomiast sygnały reprezentujące dane komunikatu w drugim formacie modulacji zostają skierowane z wyjścia elementu odbiorczego do wejścia drugiego demodulatora, na którego wyjściu pojaw iają się jako sygnały reprezentujące dane komunikatu zdemodulowane w drugim formacie modulacji. Korzystnie, informacja adresowa jednoznacznie identyfikuje odbiornik transmisji danych, do którego są skierowane dane komunikatu, a informacja charakteryzująca komunikat identyfikuje usługę informacyjną. Zaletą wynalazku jest to, że problem różnicowego opóźnienia przy nadawaniu równoczesnym jest związany tylko z okresem ramki Ttx = N/S sekund, a nie z okresem znaków 1/S sekund. Zastosowanie zwielokrotnienia z ortogonalnym podziałem częstotliwości OFDM przy modulacji kanałowej dla szybkiej drugiej części transmisji oraz standardowej modulacji FSK FM dla wolnej pierwszej części transmisji likwiduje ograniczenie odstępu między nadajnikami. Parametry równoczesnej szybkiej części transmisji są wybierane zasadniczo niezależnie od kanałowej szybkości danych a są ograniczone jedynie dostępną szerokością pasma. Wynalazek pozwala na mniejszą gęstość nadajników w obszarze pokrycia, a zatem mniejsze koszty abonenckie ze względu na mniejsze koszty infrastruktury. Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia odbiornik transmisji danych o dwóch trybach pracy, w schemacie blokowym; fig. 2 -

4 protokół transm isji danych; fig. 3 - zasilanie odbiornika, dem odulatora częstotliwości FM i demodulatora OFDM w odbiorniku z fig. 1, w wykresie czasowym; fig. 4 - sieć działań modulacji i demodulacji OFDM; fig. 5 - system przesyłania komunikatów, w schemacie blokowym, zaś fig. 6 przedstawia część nadajnika, w schemacie blokowym. Odbiornik transmisji danych 200 (fig. 1), jest przeznaczony do odbierania informacji adresowej i informacji charakteryzującej komunikat, nadawanych w pierwszym formacie modulacji, takim jak FM, oraz do odbierania danych komunikatu nadawanych w drugim formacie modulacji, takim jak OFDM, we wspólnym kanale. Odbiornik transmisji danych 200 ma konwencjonalny element odbiorczy 201 zawierający: wzmacniacz częstotliwości radiowej RF (Radio Frequency), układ przemiany obniżającej i wzmacniacz pośredniej częstotliwości IF (Intermediate Frequency). Element odbiorczy 201 jest sprzężony z pierwszym demodulatorem 202 (np. FM) wykrywającym informacje przesyłane w pierwszym formacie modulacji, co wymaga niewielkiego poboru mocy przez odbiornik. Drugi demodulator 204 (np. OFDM) jest również sprzężony z elementem odbiorczym 201 wykrywającym dane przesyłane w drugim formacie modulacji, co wymaga większego poboru mocy przez odbiornik. Wykryte dane w drugim formacie modulacji zajmują zasadniczo całą szerokość pasma nadawania. Drugi demodulator OFDM 204 wykorzystuje odwrotną transformatę Fouriera IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) procesora sygnału cyfrowego DSP (Digital Signal Processor) 220, (np. procesora DSP56000 produkcji firmy Motorola), do demodulacji formatu modulacji OFDM przy użyciu znanych technik. Odbiornik transmisji danych 200 zawiera również konwencjonalny obwód przełączający 206 do oszczędzania energii, selektywnie doprowadzający zasilanie do pierwszego demodulatora 202 i do drugiego demodulatora 204. Przedstawiony na fig. 2 protokół formatu transmisji 100 w systemie przywoławczym, ma dwie części. Pierwsza część transmisji 102 jest wysyłana w pierwszym formacie modulacji, np. FM. Podczas pierwszej części transmisji 102 odbiornik zespołu abonenckiego działa w trybie zmniejszonego poboru mocy, co przedłuża żywotność baterii. Druga część transmisji 104 wysyłana w drugim formacie modulacji, np. OFDM, wymaga by odbiornik pracował z większym poborem mocy. Pierwsza część transmisji 102, która zawiera adresy 106 urządzeń przywoławczych i wektory komunikatów 108, może być nadawana z jedną z kilku prędkości transmisji danych w zależności od ruchu, np bajtów na sekundę BPS (Bytes Per Second) z 2-poziomową FM, 3200 BPS z 2-poziomową FM, 3200 BPS z 4-poziomową FM i 6400 BPS z 4-poziomową FM. Można to uzyskać wykorzystując protokół formatowania danych FLEX opracowany przez firmę Motorola. Kiedy transmisja komunikatu zostanie zainicjowana w kanale, wówczas pierwsza część transmisji 102, zmodulowana w znanym formacie FM, zostanie nadana w tym kanale. Ta pierwsza część transmisji 102 zawiera nagłówek komunikatu i bity synchronizacji, po których następuje adres 106 urządzenia przywoławczego w bloku adresowym i wektory komunikatu 108, które zawierają informację dotyczącą formatu modulacji danych komunikatu 110 w drugiej części transmisji 104 (fig. 2). Nadajniki 302, 304,306,308, 310 systemu przesyłania komunikatów 500 (fig. 5) wysyłają sygnał zgodnie z protokołem formatu transmisji, który ma dwie części. Pierwsza część transmisji 102 jest nadawana w pierwszym formacie modulacji, np. FM, i zawiera adresy 106 urządzeń przywoławczych oraz wektory komunikatów 108. Informacja w pierwszym formacie modulacji jest odbierana przez element odbiorczy 201. Przełącznik oszczędzania energii 206 sterowany przez dekoder/sterownik 208 doprowadza zasilanie do elementu odbiorczego 201, by umożliwić odbiór nadawanej informacji. Przełącznik oszczędzania energii 206 realizuje również sprzężenie z demodulatorem FM 202 w celu umożliwienia zdemodulowania odebranej przez element odbiorczy 201 informacji zmodulowanej w systemie FM. Zdemodulowana informacja jest podawana na dekoder/sterownik 208. Z dekoderem/sterownikiem 208 jest sprzężona pamięć kodowa 210, która przechowuje informację adresową przypisaną konkretnemu zespołowi. Kiedy w zdemodulowanej informacji spośród wysłanych adresów 106 zostanie wykryty adres, który odpowiada informacji adresowej przypisanej konkretnemu zespołow i, wówczas zespół ten

5 demoduluje wektory komunikatu 108, które zawierają parametry informujące ten zespół o prędkości i formacie modulacji, z jakimi pozostała informacja charakteryzująca komunikat ma być nadawana, oraz o pozycji w bloku danych komunikatu 110, w której znajduje się początek komunikatu. Jeżeli parametry wymagają drugiego formatu modulacji dla drugiej części transmisji 104 protokołu formatu transmisji 100, zasilanie demodulatora FM 202 zostaje wstrzymane przez przełącznik oszczędzania energii 206 sterowany z dekodera/sterownika 208. Zasilanie zostaje następnie doprowadzane do drugiego demodulatora 204. który w korzystnym przykładzie realizacji wynalazku jest dekoderem OFDM stosującym przetwarzanie IFFT. Drugie demodulator 204 umożliwia demodulację danych odebranych w drugim formacie OFDM dla drugiej części transmisji 104 protokołu formatu transmisji 100. Informacje odebrane w drugim formacie modulacji są odbierane przez element odbiorczy 201, który następnie podaje odebrane dane na drugi demodulator OFDM 204. Zdemodulowane dane komunikatu są podawane z wyjścia drugiego demodulatora OFDM 204 na wejście zespołu przetwarzania danych 212. Dekoder/sterownik 208 zostaje dołączony do zespołu przetwarzania danych 212 umożliwiając realizację procesu przetwarzania danych komunikatu odebranych w drugim formacie modulacji. Przetworzona informacja jest tymczasowo przechowywana w pamięci 214 i może być przywołana przez użytkownika oraz wyświetlona w zespole prezentacji danych 216. Po skompletowaniu danych komunikatu zasilanie drugiego demodulatora OFDM 204 zostaje wstrzymane przez przełącznik oszczędzania energii 206 sterowany z dekodera/sterownika 208. Korzystnie, odbiornik transmisji danych 200 zawiera również konwencjonalny nadajnik FM kluczowany z przesuwem częstotliwości FSK (Frequency Shift Keying) 218 sprzężony z dekoderem/sterownikiem 208 w celu wysyłania sygnału potwierdzenia. W alternatywnym przykładzie realizacji nadajnik 218 może być pominięty. Zgodnie z wykresem czasowym zasilania (fig. 3) odbiornika transmisji danych 200 początkowo, w interwale czasowym 120, zasilanie jest podawane na element odbiorczy 201 oraz. w interwale czasowym 122, na pierwszy demodulator FM 202, aby umożliwić odbiór nagłówka komunikatu i słowa synchronizacji zmodulowanych w formacie FM. Podawanie zasilania na drugi demodulator OFDM 204 jest uniemożliwione w interwale czasowym 124 przez co oszczędza się energię w urządzeniu. Po wykryciu nagłówka komunikatu i słowa synchronizacji doprowadzanie zasilania jest utrzymywane w dalszym ciągu, do elementu odbiorczego 201 w interwale czasowym 120', oraz do pierwszego demodulatora FM 202, w interwale czasowym 122', w celu odebrania dodatkowo adresu i informacji charakteryzującej komunikat, nadawanych w pierwszej części transmisji 102. Doprowadzanie zasilania do elementu odbiorczego 201 jest utrzymywane jeszcze w interwale czasowym 130, ponieważ następna druga część transmisji 104 zawiera szybkie dane zmodulowane w formacie OFDM skierowane do odbiornika transmisji danych 200. Podawanie zasilania na pierwszy demodulator FM 202 zostaje wtedy, podczas interwału czasowego 128, przerwane a rozpoczyna się zasilanie drugiego demodulatora OFDM 204, w interwale czasowym 132. Po odebraniu szybkich danych zmodulowanych w formacie OFDM zasilanie elementu odbiorczego 201 zostaje przerwane, w interwale czasowym 134, a podane na drugi demodulator OFDM 204, w interwale czasowym 136. Natomiast znowu zostaje podane zasilanie na element odbiorczy 201, w interwale czasowym 138, i na pierwszy demodulator FM 202, w interwale czasowym 140, aby umożliwić ponownie odbiór nowych komunikatów. Dzięki podawaniu zasilania na drugi demodulator OFDM 204 tylko podczas drugiej części transmisji 104 szybkich danych żywotność baterii odbiornika transmisji danych 200 można znacznie przedłużyć w porównaniu z sytuacją gdyby wszystkie informacje były odbierane w szybkim formacie OFDM charakteryzującym się dużym poborem mocy. OFDM jest techniką transmisji danych, która dzieli strumień danych na wiele strumieni danych (ramek), z których każdy ma mniejszą prędkość ramki niż pierwotna prędkość bitów strumienia danych. Każdy z tych stosunkowo wolnych strumieni danych (ramek) jest następnie wykorzystywany do modulowania sygnału swej własnej oddzielnej częstotliwości nośnej. W celu zapewnienia maksymalnego wykorzystania szerokości pasma i aby umożliwić łatwe

6 przetwarzanie, sygnały nośne muszą być wzajemnie ortogonalne. Dowolne co najmniej dwa sygnały są ortogonalne, jeżeli całka z ich iloczynu w określonym czasie jest równa zeru. Transformata Fourier'a jest techniką przeznaczoną do reprezentowania danych czasowych w domenie częstotliwości. Transformaty Fourier'a nadają się do technik OFDM, ponieważ funkcje sinus i cosinus, które stanowią podstawę transformaty Fourier'a, są funkcjami ortogonalnymi. Ze względu na postępy w dziedzinie przetwarzania sygnałów cyfrowych realizacja OFDM stała się znacznie łatwiejsza w praktyce i bardziej skuteczna. Jest to spowodowane głównie wprowadzeniem lepszego sprzętu, oprogramowania i algorytmów, które zostały opracowane dla sprawniejszego realizowania dyskretnej transformaty Fourier'a. Algorytmy te nazywane są szybkimi transformatami Fourier'a FFT. Podstawowe etapy formatu modulacji OFDM podczas drugiej części transmisji 104, według wynalazku, są przedstawione na fig. 4. Są to etapy: 1) etap rozdzielenie danych przeznaczonych do szybkiej transmisji, z prędkością S bitów na sekundę, na ramki po N bitów każda, gdzie liczba N jest, korzystnie, potęgą liczby 2; 2) etap realizacja szybkiej transformaty Fourier'a FFT na każdej ramce zawierającej N bitów, aby otrzymać FFT {N} = {N wartość rzeczywista i N wartość urojona } co N/S sekund; 3) etap wykorzystanie N amplitud zespolonych FFT {N} do zestawienia amplitud N podnośnych, które są następnie wysyłane w okresie czasu Ttx = N/S sekund i które są rozmieszczone na osi częstotliwości w odstępach co odwrotność okresu ramki (szerokość pasma B transmisji wynosi zatem B = N/Ttx Hz); 4) etap odtwarzanie danych w odbiorniku przez próbkowanie kanału N razy co Ttx sekund; oraz 5) etap przeprowadzanie odwrotnej szybkiej transformaty Fourier'a IFFT, która odtwarza N bitów pierwotnego strumienia bitów w tej ramce. Parametr N (= bity na ramkę OFDM)w formacie transmisji może być wybrany w oparciu o żądaną szybkość transmisji danych podczas drugiego okresu transmisji 104. Korzystnie, wartość N jest odmienna od tej, która jest przesyłana w pierwszym okresie transmisji 102 protokołu. Alternatywnie N może być stałym parametrem systemu. Według wynalazku ramki reprezentują sekwencję czasową N bitów danych przy uprzednio określonej szybkości ramek. Drugi format modulacji stanowi format modulacji z wieloma częstotliwościami nośnymi odpowiadającymi reprezentacji sekwencji czasowej bitów danych w domenie częstotliwości. Sposób doboru najbardziej odpowiednich parametrów drugiej metody modulacji opiera się na systemowo wyznaczonym wymaganiu na prędkość danych i systemowo narzuconym wyborze miejsc równoczesnego nadawania. W korzystnym przykładzie realizacji wynalazku N jest wybrane tak, że szybkość ramek OFDM drugiej części transmisji 104 jest równa szybkości znaków pierwszej części transmisji 102. Szybkości te nie muszą być dokładnie równe, ale nie mogą przekraczać ograniczeń systemu. W korzystnym przykładzie realizacji uprzednio określona szybkość ramek jest mniejsza niż szybkość bitów danych. Informacja adresowa jest przesyłana z uprzednio określoną szybkością znaków, a uprzednio określona szybkość ramek jest liczbowo równa uprzednio określonej szybkości znaków. Informacja adresowa zawiera informację charakteryzującą komunikat, która definiuje uprzednio określoną szybkość ramek. Równoczesny system przywoławczy, przeznaczony do pracy z szybkością np znaków na sekundę podczas pierwszej części transmisji 102, będzie również działać z szybkością 2400 ramek OFDM na sekundę podczas drugiej części transmisji 104. Szybkość danych w drugiej części transmisji 104 wynosi 2400 N bitów na sekundę, a szerokość pasma B = 2400 N Hz, gdzie N jest parametrem systemowym. Przykładowo, gdy odstęp kanałów wynosi 25 khz, użyteczna szerokość pasma wynosi w przybliżeniu 20 khz. Wtedy odpowiednią wartością N jest część całkowita ułamka /2.400, a więc N = 8. W alternatywnym przykładzie realizacji wynalazku zamiast OFDM można zastosować zwielokrotnienie z kodowanym ortogonalnym podziałem częstotliwości COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), ponieważ jest to równoważna odmiana OFDM. COFDM obejmuje technikę przeplatania, która zmniejsza efekt zaniku wynikający z propagacji wielodrogowej. Przeplatanie jest techniką znaną, która polega na tym, że, przykładowo, strumie-

7 nie danych są zestawiane wierszami w macierz, a następnie są nadawane w kanale kolumnami. Technika ta powoduje, że błąd strumienia w kanale zniekształca tylko ograniczoną liczbę bitów z każdego nadawanego słowa kodowego w strumieniu danych. Jeżeli słowa kodowe w strumieniu danych umożliwiają odpowiednią korekcję błędu, komunikat jest dekodowany prawidłowo pomimo błędu strumienia. W innym przykładzie realizacji wynalazku modulacja OFDM (lub COFDM) jest stosowana także w pierwszej części transmisji przy nadawaniu z mniejszą szybkością danych, która jest uprzednio określona w systemie i pozostaje stała. W tym przypadku odbiornik nie musi być odbiornikiem o dwóch trybach pracy, ponieważ będzie konieczny tylko jeden typ demodulacji. Pierwszym formatem modulacji jest modulacja na wielu częstotliwościach nośnych OFDM, a informacja adresowa jest transmitowana z uprzednio określoną szybkością ramek adresowych. Ramka adresowa reprezentuje sekwencję czasową N' bitów danych, a uprzednio określona szybkość ramek zasadniczo jest równa liczbowo uprzednio określonej szybkości ramek adresowych. Korzystnie, N jest większe niż N' (bity danych). W tym przykładzie realizacji odbiornik zawiera tylko jeden demodulator OFDM. Przykładowo, pierwsza modulacja może mieć szybkość 6400 bajtów na sekundę z dwoma bitami na jedną ramkę, co równa się szybkości 3200 ramek na sekundę. Modulacja w drugim okresie transmisji jest modulacjąofdm (lub COFDM) przy drugiej szybkości transmisji, która jest większa niż pierwsza szybkość transmisji. Przykładowo, bajtów na sekundę przy 16 bitach na ramkę, co również odpowiada 3200 ramkom na sekundę. Znowu, jak w pierwszym przykładzie realizacji wynalazku, szybkości ramek w tych dwóch okresach transmisji są równe sobie by wyrównać problem opóźnienia różnicowego. Mniejsza szybkość danych w pierwszej części transmisji umożliwia działanie odbiorników zespołów abonenckich w wolniejszym trybie przy mniejszym poborze mocy, co przedłuża żywotność baterii. Ilość energii na bit (Wat/sekundę) jest związana z całkowitą m ocą nadajnika (Waty) podzieloną przez szybkość bitów (bity/sekundę) w kanale. Kanał o mniejszej szybkości bitów, np. OFDM, przy dwóch bitach na ramkę ze stałą szybkością ramek i stałym poziomem mocy, zużywa więcej energii na transmitowany bit niż przykładowo OFDM przy 16 bitach na ramkę. Przy stosowaniu sygnału potwierdzenia z zespołu abonenckiego (kodowanego dla wskazania jakości sygnału lub mocy sygnału w odbiorniku) w odpowiedzi na wysłaną informację adresową i informację charakteryzującą komunikat w wolniejszej pierwszej części protokołu, szybkość danych w szybszej drugiej części protokołu można wyregulować aby ją zoptymalizować w oparciu o jakość lub moc sygnału w zespole abonenckim. System przywoławczy może być tak zaprojektowany, że położenie poszczególnych zespołów abonenckich jest znane. Korzystnie, położenie to jest określone przez sygnał potwierdzenia zwrotnego z dupleksowego urządzenia przywoławczego. Alternatywnie, miejsce to może być określone przez użytkownika wstępnie rejestrującego swoje położenie za pomocą terminala przesyłania komunikatów 314 (fig. 5). W tej sytuacji liczba pracujących równocześnie nadajników w drugiej części transmisji 104 może być różna od liczby równocześnie pracujących nadajników w pierwszej części transmisji 102. Korzystnie, odbiornik transmisji danych 200 zawiera nadajnik 218 do nadawania sygnału oznaczającego aktualne usytuowanie geograficzne odbiornika z selektywnym wywołaniem. Terminal przesyłania komunikatów 314 zawiera ponadto układ wyboru nadajnika 316 (fig. 5), który reaguje na sygnał oznaczający aktualne usytuowanie geograficzne odbiornika transmisji danych 200 powodując selektywne nadawanie z podzbioru nadajników 302, 304, 306, 308 i 3 10 (fig. 5) drugiej części transmisji 104. W tej sytuacji uprzednio określoną liczbę bitów na ramkę N można ustawić w oparciu o aktualne położenie geograficzne. W pewnych sytuacjach ten podzbiór nadajników może stanowić tylko jeden nadajnik. W takim przypadku nie ma problemów z opóźnieniem różnicowym. Określoną liczbę bitów na ramkę N można ustawić na podstawie aktualnego położenia geograficznego i obliczonej mocy sygnału oraz uprzednio określonej maksymalnej szybkości transmisji w kanale, bez względu na parametry opóźnienia różnicowego.

8 Na ogół wrażliwość na zniekształcenia równoczesności jest różna dla pierwszej części transmisji 102 i dla drugiej części transmisji 104, ponieważ mogą być używane różne kombinacje nadajników 302, 304, 306, 308 i 310. Przy założeniu, że potrzebna jest prędkość transmisji danych S, parametr systemowy N dla drugiej części transmisji 104 jest regulowany tak, że opóźnienie różnicowe równoczesności nie stanowi problemu dla określonej kombinacji podzbioru nadajników 302,304, 306,308 i 310, które są wybrane dla drugiej części transmisji 104 nadawanej jako transmisja równoczesna. W korzystnym przykładzie realizacji wykorzystującym system przywoławczy z potwierdzeniem zwrotnym liczba i wybór określonych nadajników 302, 304, 306, 308 i 310 do równoczesnego nadawania w drugiej części transmisji 104 oparte są na sygnale potwierdzenia zwrotnego z zespołu abonenckiego działającego w systemie przywoławczym. Urządzenia przywoławcze z potwierdzeniem zwrotnym są to takie odbiorniki selektywnego wywołania (urządzenia przywoławcze), które nie tylko odbierają, ale również nadają (automatycznie i/lub ręcznie) sygnał potwierdzenia w odpowiedzi na odebranie swego adresu selektywnego wywołania lub komunikatu. Takie urządzenie jest ujawnione w opisie patentowym US Urządzenie przywoławcze z potwierdzeniem zwrotnym zawiera antenę sprzężoną poprzez przełącznik nadawanie/odbiór albo z nadajnikiem, albo z odbiornikiem. Obwody odbiornika zwykle zawierąją kombinację filtrów, mieszaczy i oscylatorów. Obwody te generują odtworzony sygnał nadający się do przetworzenia przez dyskryminator, który wytwarza sygnał analogowy reprezentujący stany binarne. Te stany binarne reprezentują bity cyfrowo kodowanych słów sygnału przywołującego. Po odebraniu komunikatu m ogą być wysyłane dane potwierdzenia zwrotnego. Użytkownik może wprowadzić dane, przeznaczone do wysłania, do mikroprocesora. Urządzenie przywoławcze może też automatycznie nadawać pewne komunikaty zwrotne. Mikroprocesor przetwarza dane i podaje binarne dane wyjściowe na port wejściowy przetwornika cyfrowo-analogowego D/A (Digital/Analog). Sygnał wyjściowy jest podawany na nadajnik w celu przetworzenia go i wysiania. System przesyłania komunikatów 500 wykorzystujący system przywoławczy z potwierdzeniem zwrotnym, jak pokazano na fig. 5, zawiera wiele nadajników 302, , 308 i 310. Nadajniki te są sprzężone poprzez łącze telekomunikacyjne 318 z terminalem przesyłania komunikatów 314 i są przez niego sterowane. Wiele konwencjonalnych odbiorników FSK FM 322 jest rozmieszczonych w całym obszarze pokrycia nadajników 302, 304, 306, 308 i 310 i są one również sprzężone z terminalem przesyłania komunikatów 314 poprzez łącze telekomunikacyjne 318. Odbiorniki 322 służą do odbierania odpowiedzi potwierdzenia zwrotnego od zespołu abonenckiego 312, aby określić miejsce usytuowania tego zespołu abonenckiego 312. Terminal przesyłania komunikatów 314 (podobny do terminala centrum sterowania przywołań MPS 2000 produkcji firmy Motorola) jest sprzężony z publiczną komutowaną siecią telefoniczną PSTN (Public Switched Telephone Network) poprzez łącza telefoniczne 320 w celu odbierania komunikatów pochodzących z tej sieci przy wykorzystaniu znanych technik. Przy stosowaniu konwencjonalnych technik sterowania nadajniki 302, 304, 306, 308 i 310 są sterowane przez terminal przesyłania komunikatów 314, aby nadawać pierwszą część transmisji 102 w pierwszym formacie modulacji, takim jak FM. Kiedy zostanie wysłany adres określonego zespołu abonenckiego 312, wówczas zespół ten odpowiada sygnałem potwierdzenia. Korzystnie, zespół abonencki 312 jest podobny do odbiornika transmisji danych 200. Jako zespoły abonenckie 312 mogą też być wykorzystywane inne podobne odbiorniki. Za pomocą sygnału potwierdzenia, przy wykorzystaniu znanych technik, system jest w stanie dokładnie określić położenie tego zespołu abonenckiego 312, do którego ma być wysłany komunikat. Alternatywnie, miejsce usytuowania zespołu abonenckiego 312 może być wstępnie zarejestrowane za pomocą systemu przesyłania komunikatów 500. Zespół abonencki 312 może być przykładowo najbliższy nadajnikowi 306. Dlatego resztę komunikatu nadaje się tylko z nadajnika 306, przez co eliminuje się wszelkie problemy związane z opóźnieniem różnicowym. Z drugiej strony, zespół abonencki 312 może być blisko podzestawu nadajników 315, tj. nadajników 306 i 308. Wtedy w systemie przesyłania komunikatów 500 na-

9 daje się z obu nadajników 306 i 308, ale uwzględnia się problemy z opóźnieniem różnicowym związane tylko z tymi dwoma nadajnikami 306, 308, a nie z całym zestawem nadajników 302, 304,306,308 i 310. Alternatywnie, w przypadku wykorzystania systemu rejestracji można nadawać tylko z tych spośród nadajników 302, 304, 306, 308 i 310, które są usytuowane blisko zespołu abonenckiego 312, i wyregulować odpowiednio problemy opóźnienia różnicowego. Istota opóźnienia różnicowego równoczesności jest jednakowa w odniesieniu do miejsc geograficznych poszczególnych nadajników, w tym przypadku do każdego z podzbioru nadajników 302, 304, 306, 308 i 310. Param etry opóźnienia różnicowego m ogą być zatem określone jednorazowo podczas projektowania systemu i jego realizacji dla wszystkich żądanych kombinacji lub podzbiorów nadajników 302, 304, 306, 308 i Informacja ta, odniesiona następnie do maksymalnej szybkości przesyłania ramek, jest potrzebna podczas pracy systemu do sterowania szybkością ramek w drugiej części transmisji 104, na podstawie położenia zespołu abonenckiego. W celu zmniejszenia efektów zaniku wynikających z propagacji wielodrogowej stosuje się system przywoławczy lub system dostarczania komunikatów, w którym dane wysłane w pierwszej części transmisji 102 i/lub drugiej części transmisji 104 są przeplatane czasowo. Protokół transmisji tego systemu dodatkowo zawiera jedną lub więcej kombinacji bitów danych, ramek i przeplatanie słów. Stopień przeplotu i sposób przeplatania są wybrane tak, aby zapewnić pewien poziom działania w drugim okresie transmisji, odpowiednio do kombinacji nadajników równocześnie nadających w drugim okresie nadawania. Istnieje kilka sposobów wybierania stopni i sposobu przeplatania. Przykładowo słowa danych mogą być przeplatane całymi ramkami, jak również wewnątrz ramek. Schemat blokowy części nadajnika 302,304, 306,308 i 310 przedstawiony jest na fig. 6. W nadajniku tym znajduje się syntezator 602 do generowania częstotliwości nośnej. Syntezator 602 jest sprzężony z modulatorem FM 604 modulującym częstotliwości nośne w pierwszej części transmisji 102. Syntezator 602 jest również sprzężony z modulatorem OFDM 606 zawierającym cyfrowy procesor sygnałowy DSP (Digital Signal Processor) 608 obliczający szybkie transformaty Fourier'a FFT do modulowania częstotliwości nośnej w drugiej części transmisji 104. Modulator FM 604 i modulator OFDM 606 są sprzężone z mikroprocesorem 610 sterującym tymi modulatorami. Mikroprocesor 610 jest sprzężony z łączem telekomunikacyjnym 318 co umożliwia łączność z terminalem przesyłania komunikatów 314. Modulatory 604 i 606 są sprzężone ze wzmacniaczem mocy 612, który nadaje pierw szą część transmisji 102 w postaci sygnału FM i drugą część transmisji 104 w postaci sygnału OFDM. System nadawania komunikatów zawiera wiele rozmieszczonych geograficznie nadajników komunikatów, z których każdy ma układ generacji sygnału o częstotliwości radiowej. Każdy nadajnik zawiera układ do modulowania w pierwszym formacie modulacji (np. FM) pierwszej części transmisji, obejmującej adres i inne informacje (np. informacje charakteryzujące komunikat), oraz elementy do modulowania w drugim formacie modulacji (np. OFDM) drugiej części transmisji, zawierającej dane komunikatu nadawane w ramkach, jak również środki do nadawania sygnału o częstotliwości radiowej. Protokół FLEX firmy Motorola umożliwia wektorowanie segmentów czasowych w strukturze ramki synchronizacyjnej, co pozwala na wykorzystywanie różnych modulacji do transmisji. Rozwiązanie według wynalazku zapewnia szybkie, równoczesne, wieloszybkościowe przesyłanie komunikatów w systemie przywoławczym z wykorzystaniem zwielokrotnienia z ortogonalnym podziałem częstotliwości.

10 1FFT DSP = CYFROWY PROCESOR SYGNAŁU SZYBKIEJ TRANSFORMACJI FOURIEROWSKIEJ FIG

11 FIG. 4 FIG. 5

12 FIG. 2 FIG. 3

13 FIG. 1 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.