動態無線通信系統的製作方法
2023-12-01 02:20:51 1
專利名稱：動態無線通信系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種通信系統，具體涉及一種增加通信容量的通信系統，同時允許同時接收和發送數據。
現有的通信系統利用直接的發送器。就是說，這種系統能夠使主叫或發送用戶連接多個接收機中的任何一個，並且基於一種連接，向該被叫用戶發送和從該被叫用戶接收數據。直接發送器系統每次提供一條通信鏈路進行操作。按照這種方式，任何指定的頻率或某些代表各個位置的碼都是「郵遞員」。例如，在諸如電話系統的系統中，任何用戶可以在一個很寬的用戶頻譜範圍內呼叫另一用戶，或者可以進行會議電話呼叫。各用戶要求有一個唯一碼的撥號，因此對於該系統每個用戶具有一個碼(電話號碼)，撥這一號碼就可以接通該用戶。因此，基於這種碼的知識或基於與其他的各種系統有關的一個特定的頻率等等的知識，僅可以實現各種連接。這種系統不允許獨立使用或同時使用。這種系統要求有時間性連接或頻率兼容來提供通信。該系統僅能實現各「被叫」用戶與各「主叫」用戶之間的通信。
即將要描述的本系統，以在無線媒介提供全方位傳播的同時，提供一種獨立使用的方式操作。本系統由於利用了時間離散冗餘編碼信號格式，所以能夠通過多個源同時進行操作，和基本上允許信息的交換，該系統還同時提供了進行定時和接入的靈活性，以及用戶和用途的獨立性。將要描述的系統區別於傳統系統是由於該系統支持同時傳送，其中所有被傳送的信號存在於用於接收的每個場地，即便該收發信機正在進行發送和正在從另外一個通信對應端進行接收。
正如人們將能理解的那樣，該系統的操作類似於出現在雞尾酒會的聲學通信。按照這種方式許多人可以彼此通信或者與隔壁房間的任何人和其他情況下的人通信。因此，雞尾酒會的每個參加者可以與該酒會中的任何一個通信，並且進行這種談話的同時還可以有許多人聽和參加交談。根據這種模擬進行操作的現有技術尚沒有通信系統。
正如將要解釋的那樣，本通信系統允許每個單個用戶可以獲得每個單個的被發送的消息和按照要求接收任何消息，並且任何消息能夠被多於一個的單元所接收和當該單元正在發送時也能夠被接收。因此，由於消除了突衝，與現有技術的通信系統相比較，本系統增加容量一個數量級，給予每個用戶對該社區傳輸的總的可利用度，和允許每個用戶選擇接收僅與其相關的數據。基本上，該系統的操作可以模擬上面說明的雞尾酒會的簡單描述。
具體來說，該系統適合於軍事通信，因為現存的通信裝備將不滿足於正顯露出的為更好的配位動態戰爭戰術的作戰需要。傳統的通信結構於各種動態配位功能的適應是很差的，這些功能是諸如傳感器配置、檢測增強、瞄準、靈活配位、武器配位、和殺傷評估。
對於集體信息共享的通信情況是以具有存取其他各用戶信息功能的用戶網絡或群為特徵的。每個用戶需要存儲整個地區所產生的數據和能夠僅選擇相關的數據用於接收。
當前的信道化無線系統僅提供單獨分開的連接，不能提供全面的利用，由於其社區範圍的增加和接收阻塞所用發射機，因此易遭受到平面的傳輸容量嚴重損失。對在軍隊的各士兵之間信息共享的識別需要是實際的，並且能夠期望有所增加，和將壓倒現在所構成的通信系統的容量。傳統的通信沒有能力支持這些需要將不可避免地導致集團軍實際需求的切斷、集團軍之間最小的信息共享，因此削弱了戰鬥力。傳統的無線通信，它們依賴於時間和頻率的防護帶，由於在時間和頻率利用上的低效率，使得這種通信具有低效率的系統容量。低效率的基本理由是傳統無線通信在同時發送時不能接收。正如人們所了解的那樣，無線發射機對於其接收機而言總是一個阻塞或幹擾源。
在一個各種平面(platform)和多種媒體的社區中，由於在無線電路結構、定時和鏈路協議方面的失配而使有效數據交換失效。這些結構和協議已被用於組織參與，以防止發射機阻塞接收，反之亦然。已經開發了許多類型的順序存取協議，以對付當前對於順序地互相排斥發送與接收的需要。
從技術的角度來看，數據的相互可操作性(interoperability)明顯有所裨益，它消除了使接收不受發送的影響的需要。高質量的、保密的、經濟的、邊說邊聽的、有效率的話音帶寬的通信是一種長期的需要。當前，低成本的話音數位化解決辦法要求過寬的帶寬、低帶寬的解決辦法要求高成本的處理和易受到環境噪聲的損害。傳統的無線通信系統的局限還要通信源的複雜預分配。通信規劃者為了分隔開發送和接收，同時試圖實現滿足軍事通信需要的某種操作，以時隙的方式預分配各頻率信道。通信系統需要避免通信規劃者任務的複雜性;給予該平面更大的容量，更大自主權，和動態平面對數據確定的可利用性;和對於支持實時交戰配位功能所需要的地域。
當今使用的許多通信系統，由於其複雜的擴頻和/或跳頻技術使其具有很差的可靠性。具有良好軍事可靠性的無線通信系統是更加必不可少的，因為友鄰部隊間的信息交換對於戰爭的勝利變得愈來愈重要。將要描述的通信系統對於軍事和其他通信系統具有可應用性，在那裡通信平面的多樣性可以包括習行器、地面車輛，以及海上的艦隻。
這個通信系統的總的目的是將可用的系統通信容量增加一個數量級。該系統對該社區的各個傳輸提供全面的取存和克服當今的分散的連接。該系統還允許每個用戶僅對那些與該用戶有關的數據或話音有選擇性的接收。該系統在所使用的多功能的收發信機中能夠按照一種低成本的功能實現邊說邊聽。該系統通過利用一種公共的基本波形結構和通過避免原發定時結構電路提供數據相互可操作性。
本發明的這些方面和其他方面，通過基於經共享無線通信結構、簡化的功能模塊和自動故障隔離提供改善的軍事可靠性和簡便的維護。
一種優選的通信系統是這樣類型的系統，該系統包括形成一個社區的多個用戶，每個上述用戶具有包括發射機和接收機的收發信機，包括耦合到每個上述收發信機的裝置，啟動上述發射機發送具有預定時間、頻率和相位(TFP)碼，和包括耦合到上述接收機的裝置，能使上述各用戶的任何一個用戶接收任何所發送的波形，而包括那些連接上述波形的上述各用戶的其他用戶同時能夠發送其他的唯一波形，因此，任何用戶能夠接收任何已發送的波形，而同時發送其它的波形。
圖1是描述按照本發明的系統的用戶的社區的簡化框圖。
圖2是與本發明一起使用的一種典型收發信機的框圖。
圖3A、3B和3C是描述用於本發明的定時格式圖。
圖4是定時圖和按照本發明的通信的圖形表示。
圖5是按照本發明表示一個數據單元組的框圖。
圖6是表示按照本發明利用一種處理單元庫的定時和流程圖。
圖7是描述按照本發明所使用的時間、頻率和相位圖形。
參照圖1，其中表示多個單元或用戶，每個單元標示有意味著發射一接收或收發信機的字母T-R，諸如單元10和11。正如要進一上解釋地那樣，每個單元，如10或11可以與任何單元通信、接收任何正在發送的數據、和同時發送與接收。這些單元被表示為安排圓形的組態，其模式純粹還是任意的和恰需要解釋該系統的操作和說明與傳統的線性或每一時刻一臺發送機單方向信道模式的區別。正如還要解釋的那樣，每個單元10或11可以是飛機載的、地面的或在海上的，仍然能夠與任何其他單元通信。如圖1所示組態的大小和幾何形狀是任意的，由於舉例的原因稱之為社區。
多個收發信機單元或T-R單元10和11能夠使該社區交換信息和接收與發送信息，該信息對於在該社區中的其他人們或平面是重要的。按照這種方式中，一個最大數目的參與者能夠以高功率發射，輸出對其他裝置潛在重要的數據、話音和定位信號。其他裝置可以是具有接收這些信息的需要或要求的各個單元。一般情況下，每個T-R單元具有以較低信號電平接收對其自己感興趣或重要的信息的能力。按照這種方式中，每個T-R單元能夠以高功率電平發送，和連續地以較低功率接收對該特定T-R單元感興趣的信息。這個信息的交換是由一種時間離散、冗餘編碼信號格式，該格式還允許同時定時和接入靈活性，來啟動操作的，因此與用戶和用途無關。該系統與最大化了的社區佔用按照要求進行配位的一個頻率信道、安排使用時間集中的、自阻塞信號格式的最大社區佔用的傳統定向明顯不同。
參照圖2，圖中示出使用在圖1所示的和個單元的社區中，諸如10或11的典型T-R單元的框圖。可以注意到，在圖1中的每個T-R單元都是如圖2所示的形式。
圖2示出一個用虛線表示的平面(platform)20。術語「平面」表示單元的類型，即是在諸如飛行器、艦隻或諸如坦克、吉普車、卡車等上面或有連繫的特定的收發信機。該單元取決於平面20可以以不同的方式編程。
表示與該平面相連的是中央控制模塊21。中央控制模塊21基於初始化加載或來自該平面的控制/顯示輸入初始化該收發信機單元。基本上說，這種操作通知支持數據單元的接收單元或無線電裝置。正如要解釋的那樣，作為與中央控制器21接口的平面在顯示方式上具有某些要求，這些顯示可能位於控制板上或在機艙中。因此，每個模塊為了在相應於該平面的最有效地水平上啟動其功能，經由中央控制器21被編程。如圖所見，中央控制器21與設計為資源控制器的模塊22相接口。中央控制器和資源控制器兩者可以包括小型的或微型的處理器和包含存儲器和控制器。
資源控制器22與數據或信令控制庫23接口和還與消息和話音緩衝模塊24接口。消息和話音緩衝模塊24被啟動與平面20的雙向通信，以便使平面20將消息發送到消息和話音緩衝器23和從消息和話音緩衝器23接收消息。消息和話音緩衝器24還經由一條雙向信道與數據或信號控制庫23通信。
正從圖2看到的那樣，數據或信令控制庫23包括一系列稱為數據單元組的模塊。數據單元模塊被一組一組地安排和每個T-R單元可以具有多個這種組。如圖2所示，與圖2中的T-R模塊相連繫的有15個數據單元。在每個模塊組中有五個具有三個數據單元的模塊。數據單元的功能將接下來解釋。正如所見，每個數據單元從資源控制器22和消息與話音緩衝器24接收輸入信號，和每個數據單元能夠與每個模塊22與24通信，或發送數據到22與24。數據單元組和資源控制器22和消息與話音緩衝器24之間的信息交換是雙向的。
正如所見，例如，數據單元組中的每一個和在該組中的每個數據單元都與矩陣交換裝置30接口。矩陣交換裝置30能夠連接到脈衝控制模塊31、脈衝控制和相關器模塊32，和附加的脈衝控制相關器模塊33。而脈衝控制和相關器模塊32與每一接收機35相連，脈衝控制器相關器模塊33與第二接收機36相連。可以理解，每個T-R單元可以具有一個以上的接收機，並因此具有一個以上的示為32和33的脈衝控制器和相關器模塊。還可以理解，一個具體的T-R單元可以具有多於或少於5個數據單元的模塊組，或在一個模塊中可以具有多個或少於三個數據單元。
每個發射機和接收機模塊34、35和36都與和天線40相接口的RF前端模塊39相連接。天線40用於接收和發送。RF前端39能夠經由天線40接收來自發射機34發送的RF功率信號和能夠接收來自天線40的輸入信號。
發送的操作描述如下。平面20通過發送消息或話音數據到消息和話音緩衝器24初始化一個發送序列。經平面20的發送初始化請求可以由車輛的操作員做出，或者更為典型地講，是由在該平面內的計算機做出。中央控制器21命令資源控制單元21開始該發送序列。如所指出的，中央控制器21和資源控制器22可以含有微處理器，並且如將要進一步解釋的那樣，基本上是與計算機一樣的操作。資源控制器22檢索數據或信號控制庫23，在一個組中找到一個可用數據單元，諸如DE1或DE6等等操作。資源控制器22選擇和命令一個可用數據單元(DE)，起動該信令波形序列，該序列包含位於也叫「數據串」(STRING)的每個數據傳輸之前的一個前置碼和一個「標識碼」(TAG)。所選的數據單元執行有關的信號處理，該處理對信令的初始波形、前置碼的每個脈衝確定時間、頻率和編碼。
正如將要解釋的那樣，前置碼通知對該社區的一次傳輸和使該傳輸同步。如圖2所示在收發信機內發生信號處理時，該數據單元為傳送信號的分解在頻率、編碼和時間上的獨特性做好準備。正值為每個前置脈衝的傳輸所預定的時間之前，該單個脈衝的時間、頻率和編碼參數被通過矩陣交換裝置30分配到發射機的脈衝控制單元31。脈衝控制器31而後操作發射機的頻率合成器或本振，並實時地控制單個前置碼脈衝的調製和發送。然後該數據單元返回控制庫23和由另外的分配所利用。發前置碼正被發送時，資源控制模塊22從數據或信令控制庫23中選擇和命令另外的數據單元，起動信令的標識波形序列。跟在每個前序碼發送後面的標識碼用以識別即將到來的數據傳輸，和提供將被用於該數據波形的產生的傳輸加密(TRANSEC)。選擇的數據單元執行TRANSEC有關的信號處理，確定在標識碼中的時間、頻率和碼。該處理還加上編碼的冗餘度。
隨著一個脈衝的傳輸時間的逼迫，對於該單個脈衝的時間、頻率和PN碼參標通過矩陣交換裝置30分配到發射機的脈衝控制模塊31。對於前置碼來說，脈衝控制器31在標識脈衝傳輸期間提供實時控制和而後為有效。該數據單元連續其分配處理，直至全部標識脈衝被發送完畢;而後被返回到控制庫23和執行15個可用的另外的分配。當標識傳輸正在進行之中，資源控制器21從控制庫中為數據串(波形序列)選擇另外的數據單元。消息和話音緩衝器24發送該數據，傳送到所選擇的數據單元，該單元執行數據編碼和TRANSEC有關的數據處理。因為兩者都會有數據字，所以該數據序列實質上是與上文所描述的標識序列相同。數據單元持續進行其數據處理，直至該數據傳輸的結束。這一操作完成了一次單一的傳輸序列。有可能出現同時的多個傳輸序列。例如，假設從該平面接收所的數據時一次長時間話音正在傳送。另一個傳輸序列可能開始。其他的數據單元將被分配給與正在進行的傳輸相併行的另一序列的操作。每個有效的數據單元將分別地經矩陣30接入發射機的脈衝控制器31和發送脈衝參數給該控制器。
上面解釋性的描述簡單地描述了如圖2所示的模塊的傳輸模式。在接收期間，無線信號通過一個網入口處理實現與社區(網絡)的同步。假設無線信號已連續地進入網入口。接下來，資源控制器22分配一個數據單元對信令信號的前置碼進行接收處理。前置碼信號可在任何時間上被接收，以便進行連續的分配。前置碼脈衝通過大於到達最遠用戶的傳播時間的一個時間來分隔。數據單元連續地執行前序碼信號的處理，並經矩陣交換裝置30選擇接收機的脈衝控制和相關單元兩者其中的一個，用以作作脈衝控制器32和相關器33，用以接收和相關該當前前置碼脈衝。接收機，如標號35和36，在整個確定的時間範圍是打開的和向該數據單元報告所有檢測到的脈衝與每個到達的時間(TOA)。
每個前置碼具有N個脈衝(N選為16)，當在近乎相同的範圍N個脈衝的M個被檢測時報告一次前置碼的檢測。從該社區中同時檢測多個前置碼的這種處理也是由數據單元執行的。同時多前置碼的檢測利用了基於頻率、幅度和時間來檢測前置碼的一種算法。由矩陣交換裝置分配或選擇一個數據單元和耦合到脈衝控制器與相關器，去進行這種處理。向資源控制器22報告檢測到的前置碼的TOA，該控制器從庫23選擇和命令一個數據單元，對標識波形開始進行信號處理。如同發送情況一樣，該數據單元執行TRANSEC有關的信號處理，該處理確定標識碼每個脈衝的時間、頻率和編碼。以逐個脈衝為基礎，這些參數經矩陣交換裝置30分配到接收機的脈衝控制器和相關由單元32和32中的一個中，用於每個標識脈衝的接收、相關和數據解調。脈衝控制器和相關器32和33發送檢測到的數據字符返回到它的控制數據單元。當一個碼字的所有脈衝都接收到，該碼字克服差錯字符或疑符而被解碼。該數據單元發送標識碼TOA和其已解碼數據給資源控制器22，並返回到空閒狀態。
正如發送序列的描述所指出那樣，T-R單元由中央控制器21的初始化加載翻譯或從平面20來的控制/顯示輸入控制。平面20指令識別無線信號應當接收和發送到平面20的數據類型。中央控制器21形成和發送這樣一個有關數據類型的表給資源控制器22。所接收的標識數據包括在其後在跟著的數據串或話音傳輸和TRANSEC開端的識別，這些將由發射機用作數據波形的發生。標識數據的識別符ID與有關數據的平面表相比較。如果不一致，則不對該數據繼續追蹤。如果一致，則資源控制器22為其接收選擇一個數據單元，和給該數據單元數據波形期望的TOA和TRANSEC開端。利用發射機的TRANSEC密鑰，該數據單元為每個數據脈衝確定時間、頻率和編碼。正如標識碼一樣，這些參數經由相連的脈衝控制器和相關器32和33把每個脈衝分配到一個可用接收機，如35和36。所接收30的字符被形成為碼字，被解碼和發送給消息和話音緩衝器34。而後該數據被分配到平面20，完成了數據接收序列。同時多重接收操作將是毫無例外順理成章的事。當數據為有效時，則開始發送，不預先分配時間。按照這種式，通信規劃者的複雜任務劃分時隙(例如與時分多址(TDMA)系統一起)都消除了。
在大型社區中，從其組成成員中可以有一個同時發送的基本數目。因此，多個數據單元將被同時分配給前置碼、標識碼和有關數據的接收。數據或信令控制庫23的規模主要是由所期望的同時接收的標識和相關的數據序列的規模確定的。數據或信令控制庫23還支持發送。接收機和脈衝控制器與相關器組合的所需數目是由人們期望同時接收脈衝數目來確定的。如圖2所示，TR單元的結構的包括數據單元的排隊資料庫(例如在一個數據單元組中有三個數據單元)和接收機(如35和36)以及脈衝控制器和相關器模塊32和33的庫。這種結構具有以下好處，其中具有一種模塊的通用性，以及作為正常操作的一個完整部分，對故障模塊例如故障數據單元或故障接收機等等具有組成的隔離和旁路。
參照圖3A、圖3B、和圖3C，圖中表示出用於描述在這裡的系統中的定時和波形結構。正如將解釋的那樣，該系統的時間離散的信號波形去掉了如圖1所示的例子中在該社區的各個成員之間有效信息交換的基本的通路的阻塞。在當今的無線社區之中的信息交換受到傳統的無線技術的低效率的困擾。利用時間集中信號的傳統收發信機受到發射機(機內轉發)佔空因數0.00%(關機或不發送)和1.00%(開機或不接收)的兩個極限的限制，因此在發送的時候，不能接收。正如頻率集中幹擾的有害影響可以通過頻率分散來避免，由自身發射機引起的時間集中的自幹擾的影響可以通過發送信號的時間分散與冗餘編碼來避免。通過收發信機所發送信號在頻率上和更重要地是在時間上的分散和通過冗餘編碼，按照本發明的收發信機工作在中間(機內轉送)發射機佔空因數，從而該收發信機在同時發送的時候能夠靠地接收。在發送的同時實現接收的這種能力可以消除基本目的是時間集中的發送和接收分開的電路結構與協議。這種避免結構與協議分開的方式使得時間和預譜的利用大大提高，並因此提供了至少一個數量級的可用容量的增加。這種避免結構和協議分開的方式還消除了為同時分開的複雜的規化和社區內部的連接。
該系統由於不要求規化員為動態的最大戰鬥預則和分配資源而進一步簡化了通信規化。由在一個社區的每個用戶對該社區的數據話音傳輸的總的接入獲得了在發送同時的接收能力和避免了結構和協議的分開。在所有數據傳輸之前同有識別該數據的信令波形。對數據的總的存取意味著每個社區用戶接收所有信令波形並因此被告知即將發生的數據傳輸。因為收發信機可以在全部時間內接收(信令)，所以來自所有其他用戶的信令波形也會接收到。與傳統的無線通信一樣，通過信道化或自幹擾傳輸或通過電路結構和協議，不會被阻塞。此外，偽隨機時間、頻率和相位編碼的離散信號與抗幹擾和低竊聽(LPI)概率技術兼容。
正如作為例子表示在圖2中的收發信機那樣，信令能力通知每個用戶數據即將要傳輸，和允許每個用戶動態僅選擇與該用戶有關的數據(消息或語音)以便接收。在這種方式中，接收機的資源沒有因為等待數據接收或接收了非有關的數據而浪費。相反，傳統的接收機被預指定為某種功能(例如話音)，即使該功能僅有很小的時間百分比是有效的。
參照圖3，其中在圖3A、3B和3C中示出了使用在這一系統中的定時和波形結構。如圖3A所示所發送的波形由信令組和數據串組構成。基本上信令組包括前置碼和由兩個分別的標識碼組成的標識碼組。數據串組用於發送或接收話音或消息的數據信道。如圖所見，數據串組可以多達四個獨立的和時間正交的16kb/s(千比特/秒)的數據串。這些數據串可以合併為兩個或多個數據串組，支持數據速率，這一速率高於一個數據串可能支持的速率。即使四個數據是有效的，在該數據串中的各數據脈衝是時間正交的組且將不互相干擾。
如圖3A所示數據串說明一個例子，其中四個數據串被分為三組。例如數據串A和B用於支持32kb/s(千比特/秒)對空報告信道，數據串c用於16kb/s話音信道，而數據串D用於16kb/s報告信道。因此，這些數據串可以以組合或單獨方式利用。雖然，作為典型數據串表示了16kb/s的比特速率，但是應當理解為，其他的比特速率也將可以採用。基本上如圖3A所示，該信息是一個串行的數據脈衝，該數據串被例如利用直接擴譜方式具有保密性地按時間、頻率和擴譜分隔進行離散。數據串是被保密性加密的。包括用於加密檢測和數據串的解密的部分開端數據的所有限定該數據串組特性的參數都在前端信令信號組中廣播。如圖3A所示的信令信號組包括一系列加密的分離脈衝和從用於粗捕捉的前置碼開始。
一種加密的、脈衝位置調製方案被用於全社區前置碼波形中，這種方案甚至在幾個參與者同時廣播一個前置碼時都可以減小互相的幹擾。在如圖3A所示的前置碼的後面是兩個標識碼組的的第一標識碼，該標識碼識別置於即將到來的數據串中的數據信道的類型。該第一標識碼由接收用戶用於確定是否該數據串組的全部、一些或絲毫沒有保證接收。用做第一標識信號恢復和解密的加密開端該社區是已知的。第一標識碼還包括將被用於在即將到來的數據串中第二標識碼組的恢復和解密的加密發射器相關開端(encipheredemitter-dependentseed)。第二標識碼確定各數據串的分組，每個數據串的長度，和接收及重建信道化數據所需要的其他數據串的標記。
在該系統中，如圖1所示的社區的任何參加者在任何時間都可以發送數據，從而可以快速啟動該通信網絡的可利用性。因此，該系統不要求諸如在現有技術系統所要求的一種發送分配時機的預先任務建立。
再參照圖3A，一次典型的傳輸包括如圖3A所示的信令和數據串並以畫面A來表示。有一系列頁面。一個頁面定義為10ms時間間隙。
圖3B表示的是由許多時道(bininterval)組成的頁面間隙。在一個頁面中有800個時道。如圖3C所示的畫面C表示各數據信道的數據關係，其中表示了它們是數據串A和數據串B的兩個16kb/s的數據串。數據串C和D是以一列的形式表示的。可以看出各頁包含數據字符以及跟蹤的信息。基本上，該圖還描述了作為包括用於如格式中所示不同數據頁面的有限的存儲存在內的每個時道中數據是怎樣安排的。因此，用於這個系統的整個波形的結構表示在圖3A、3B和3C。參照圖4，其中表示了描述幾架內部飛機參加者和假設有標識和數據串操作的一種典型情況。複合發送波形如畫出B所示。每個參加者在戰區或場地(社區)受到包括前置碼、標識碼和數據串全部信令的發射。上部分圖形是在飛行器＃3D上假想的複合(未濾波的)標識碼和數據串的操作，該飛行器作為例子表示在模塊40中。模塊41表示飛行器1B和2B的操作並依次類推。
正如所說，每個參加者讀入這些標識碼，識別數據的類型，和僅將適合其戰鬥任務的數據通過其濾波器並接收數據串。如在模塊40中所表示，編號3D的飛行器以十個同時存在的數據串濾出數據串操作的峰值，因此其無線信號僅需要實現其峰值數據要求的十個數據單元。基本上在畫面B中這一原理可以看出。所描述的每個飛行器能夠在所示的社區中發送和接收任何數據串的標識碼。正如所表示的那樣，表示出對於16kb/s數據速率的波形，但如上文所表示，該系統將適應其他的波形和數據速率。
正如人們進一步理解的那樣，並再次參照圖2，設置在數據或信令控制器庫23中數據單元的數目是平面諸如飛行器、地面運輸車輛等等的函數。所有收發信機的組態是類似的，但是數據單元的數目和接收模式可以是變化的，以符合主平面的數據速率。因此，作為主要T-R單元的部件的數據單元起到作為數據串、標識碼或前置碼的獨立信號處理器的作用。這些數據單元的各個單元在某個時刻被動態化分配給或者接收或者發送一個數據串(或標識碼)。這種分配可以是在資源控制模塊22的控制下與中央控制器21共同操作實現的。如圖2所示表示的15個數據單元的庫允許同時發送和接收15個獨立的數據串和/或標識碼。各數據單元被聯網到一組通過無幹擾縱橫交換矩陣30規定的接收節點和發送節點。這些接收和發送節點對具體的數據串或標識碼是不追溯其來源的，但基於脈衝原理服務於數據單元庫。
參照圖5，圖中示出一個典型數據單元組的更詳細的圖，該組基中上包括如圖5所示的數據單元1、數據單元2和數據單元3的僅三個數據單元。實質上，每個數據單元包含具有裝入其中硬體的第一和第二控制器50和51。實質上，該控制器與主門陣52聯合操作，該主門陣是一種為編程陣並與隨機存取存儲器53和54接口。如所見，每個數據單元，諸如55和56與第一描述的數據單元具有精確相同的組態。每個數據單元的輸出與一個公共總線60接口，該總線如圖2所示但與資源控制處理器22而且還與消息和話音緩衝器相連。每個數據單元具有分別的輸出線11、62和63，這樣該單元可以相應地地被控制和分配。在每組中的各數據單元彼此通信和為此與模塊57的接口指定具有門矩列的接口邏輯。
實質上，模塊57不但會有合適的接口邏輯而且含有電可擦可編程只讀存儲器模塊(EPROM)使接口57控制可編程門陣，以執行前文所述數據單元的各項任務的目的。模塊57與可以是以EPROM58形式的查表接口，啟動與格式化等等有關的數據單元模塊的編程。接口模塊57與如圖2交換裝置30所地的矩陣交換裝置相連接並包括一個用於每個數據單元的總線。因此，如圖5所示，對於三個數據單元有三個總線連接到矩陣交換裝置。更進一步地講，表示為導線65的總線從如圖2所示的脈衝控制器和相關器或PCC33或32連接到每個數據單元模塊。
正如上面所指出，能夠在任意時間接收前置信號。前置脈衝是由時間分離的，和數據單元連續執行前置信號的處理和經由矩陣交換裝置選擇接收脈衝控制的相關單中的一個，用來接收和相關發前的前置脈衝。
如圖5所示的數據單元含有諸如控制器50和51的處理單元，而另外接口57具有其自己的處理能力。如前文所指出，每個前置碼具有許多脈衝並當在接近相同的範圍內檢測到一個給定數目的脈衝時，前置碼檢則宣布完成。其必須檢則來自各社區的多個同時的前置碼的相當複雜的處理也是由如圖5所示的數據單元執行的。參照圖6，表示出描述信號控制數據處理單元70的框圖，該單元實質上對應如圖2所示庫23。
如圖6所示，圖中示出了實質上是連續標示碼和數據串的發送信號。正如人們可以從已描述過的標識碼和數據串中所看到的那樣，本系統的目的是發送一系列脈衝，這些脈衝是通過一種獨特的時間、頻率和相位圖形(TFP)予以表示和加以區別的。在這種方式中，基本上在信令信道中被限定的，正如由模塊78所表示的，每個圖形是唯一的連續的三維圖形，該圖形對每個數據串的傳輸是獨特的。以這種方式，通過識別連同信令信息一起發送的圖形，接收機可以連續選擇其所需要的數據。因此，作為用於數據單元組中的各數據處理單元或數據單元的每個單元能夠被分配不但識別不同圖形而且識別多種圖形，並且僅選擇對特定平面所需要的那些圖形和數據。
因此，這個系統的主要方面是利用冗餘的分散，從而發送獨特的時間、頻率和相位(TFP)圖形，該圖形能夠使人們鑑別和選擇一個作為例子表示在圖7的獨特的三維圖形。依照頻率和時間對該三維圖形進行描述與說明。作為例子所形成的什麼樣圖形的波形的形狀或特性，確定和使每個接收單元能夠選擇和連續響應於那種圖形。這種處理是由被分配的各數據單元組進行的。
如圖6所示，作為例子，參考標號80表示的第一脈衝，接著有由虛線聯住的第三脈衝82，另外的脈衝83等等。這代表一個具體的圖形。因此，通過響應於信令信道的數據單元，在圖形為已知之後選擇該圖形78。為了實現這樣的結果，該平面具有如模塊77表示的選擇依據。這種選擇信據是由該平面編程或選擇的，因此由模塊73表示的選擇是通過選擇適合該平面的人趣的識別數字串來實現的。該平面可以選擇數據或消息數據串，該數據串與模塊71有連繫且該數據串如由模塊72所表示那樣被發送到該平面。數據處理單元可以響應於同步信號。同步檢測模塊76表示，該同步檢測是由指定的數據單元執行的，該數據單元還具有一個存儲在其中的前端序列以識別同步模式。在這種方式中，例如，如圖3所示已知傳輸特性的情況下，同步檢測啟動各數據單元，使其馬上響應於標識碼數據。
如圖6所示，標識碼包括高傳輸速率的同步碼，後面是ID數據串和TFP碼。TFP碼是時間頻率相位碼，該碼是獨特的和限定了如圖6所示的具體的信號圖形。標識碼收集模塊75是控制標識碼接收的另外的處理單元，實質上該單元啟動選擇模塊73，因此，去選擇對該具體平面感興趣的那些標識碼並因此與那些標識碼有關的數據串由模塊71來指示。一旦一個標識碼被限定且該碼是可以被接受的標識碼，則數據串收集模塊71控制如圖6所示具有一種TFP圖形的數據串的接收。還應當馬上指出的，例如存在許多TFP圖形，但是系統取決於標識碼，能夠選擇全部對該平面感興趣的TFP圖形，並在此後收集與那些標識碼和那些圖形有關的數據串。
此外，參照圖7，圖中再次示出一個頻率隨時間變化的圖。在其中描述了由參考號碼90表示的一個三維圖形。由虛線連接起來的脈衝圖形從時間、頻率和相位(TFP)限定方面是獨特的和因此這種獨特性有別於例如可以包括各種不同的網紋因素的任何其他圖形。通過擇優利用時間、頻率和相位的三維的各方面，人們馬上從空間選擇這些發送的圖形的任何一個。按照這種方式，每個TFP圖形可以被鑑別和選擇，進一步講，利用TFP圖形，允許由每個平面同時發送和接收。其原因是，平面將以一個完成不同的TFP圖形進行發送，而後當它正在發送的時候，它還正在接收。因此，基於該系統的嚴格的隨機性，人們能夠按照這樣的一些圖形進行發送和接收，並假設不存在幹擾，例如由常規系統所實現的一樣。
權利要求
1.一種包括構成社區的多個用戶的通信系統，其特徵在於，每個上述用戶具有包含發射機和接收機的收發信機，該收發信機包括與每個上述收發信機相連接的裝置，能使上述發射機發射一個具有預定時間、頻率和相位(TFP)碼的獨特波形，並且該收發信機包括與上述接收機相連接的裝置，能使上述各用戶中的一個接收所發送的任何波形，同時包括正在接收上述波形的其他上述用戶可以同時發送其他獨特波形，因此，任何用戶能夠接收任何發送的波形，而同時發送另外的波形。
2.根據權利要求1所述的通信系統，其特徵在於，所述發送的波形含有所發送的消息的一個脈衝系列，其中上述發送的脈衝包括具有各個脈衝序列在空間上清楚表明獨特的時間、頻率和相位圖形的獨特三維圖形，上述各脈衝序列具有跟隨前置碼的標識碼，其中標識碼含有識別即將到達數據傳輸的消息部分的編碼數據，和其中上述前置碼進行一次傳輸的通知操作，使任何用戶對上述傳輸進行同步。
3.根據權利要求2的系統，其特徵在於，上述標識碼確定使用於該消息產生的前端。
4.根據權利要求2的系統，其特徵在於，每個前置碼包括N個脈衝，其中上述所發送的消息含有N個和M個脈衝，這裡M和N都是正整數，並且M至少比N大10倍。
5.根據權利要求2的系統，其特徵在於，上述接收機還包括接收和檢測裝置，響應任何已發送的消息，接收和檢測上述消息，並且提供一個被檢測的消息的到達時間(TOA)的指示。
6.根據權利要求5的系統，其特徵在於，上述檢測到的消息是前置碼，所述的系統還包括處理接收信號的裝置，響應上述前置碼的檢測，處理上述接收到的信號，檢測上述標識碼波形。
7.根據權利要求6的系統，其特徵在於，包括處理標識碼波形的裝置，響應於上述檢測的標識碼波形，處理上述波形，以確定與上述標識有關的每個脈衝時間、頻率和相位位碼。
8.根據權利要求2的系統，其特徵在於，上述標識碼包括第一和第二標識碼，利用上述第一標識碼的操作來識別含在上述發送的消息中數據的類型，和還包括對第二標識碼信息和含在上述消息中的數據進行解碼所需要的前置信息，利用上述第二標識碼確定含在上述消息中的數據的分組。
9.根據權利要求2的通信系統，其特徵在於，每個收信機包括一個天線裝置，內含一個RF前端，以自適應地接收和發送信號，用以耦合分開的發射機和接收機，上述發射機連接一個脈衝裝置，用以將預定的一些脈衝施加到上述發射機上，將經上述前端由上述天線進行發送;選擇裝置，與上述脈衝控制裝置相連，用於為上述消息的傳送選擇脈衝格式。
10.根據權利要求9的通信系統，其特徵在於，與上述選擇裝置包括一個第一中央控制處理器，響應上述用戶提供一個控制輸出以指示與該用戶相關的發送序列;資源控制處理器，與上述中央控制處理器相連，用以著於開始一個發送序列;多個數據單元，具有輸入端和輸出端，利用與上述資源控制處理器相連的輸入端和利用上述脈衝控制裝置相連的輸出端，上述資源控制處理器操作以選擇任何上述數據單元開始傳輸和對上述脈衝格式進行處理。
11.根據權利要求10的通信系統，其特徵在於，每個收發信機還包括至少一個接收機，與上述RF前端相連，具有一個輸入端用以接收信號，還具有一個輸出端;脈衝控制和相關器，具有一個輸入端，與上述接收機的輸出端相連，用以對上述信號進行接收與相關;和檢測裝置，與上述脈衝控制和相關器相連，用以檢測上述波形的前置碼進行檢測。
12.根據權利要求11的通信系統，其特徵在於，上述檢測裝置包括一個選定的數據單元。
13.一種收發信機，用以接收具有在時間、頻率和相位上獨特的脈衝圖形的第一已發送信號，並在接收的同時用於同時發送具有在時間、頻率和相位上另一獨特的脈衝圖形的另一信號，該收發信機其特徵在於包括前端裝置，自適應接收已發送信號，或發送一個信號;第一處理器裝置，與上述前端裝置相連，用於響應第一已發送信號，在時間、頻率和相位上監視上述已發送的獨特的脈衝圖形;第二處理器裝置，與上述前置裝置相連，用於提供在時間、頻率和相位的具有一種脈衝圖形的另一獨特信號，當上述第一已發送信號正被接收時，使上述圖形將被發送。
14.根據權利要求13的收發信機，其特徵在於，上述第二處理器裝置包括消息和話音緩衝器裝置，進行操作，接收將要被發送的數據。
15.根據權利要求13的通信系統，其特徵在於，上述前端裝置包括用於接收和發送信號的天線。
16.根據權利要求13的通信系統，其特徵在於，每個脈衝圖形具有一個前置碼脈衝部分，該部分確定上述圖形中的每個脈衝的時間、頻率和相位;一個標識碼部分，該部分識別該傳輸和含在其中的數據。
17.根據權利要求16的通信系統，其特徵在於，所述的第一處理器裝置包括第一裝置，用以檢測上述前置碼，和第二裝置，用以檢測上述標識碼。
18.根據權利要求16的通信系統，其特徵在於，所述的第二處理器裝置包括第一裝置，用以形成前置碼部分，及第二裝置，用以為上述所發送的脈衝圖形提供標識碼部分。
19.根據權利要求13的通信系統，其特徵在於，還包括處理器庫裝置，與上述第一和第二處理器裝置相連，進行操作，選擇上述第一或第二處理器裝置，以便按照上述時間、頻率和相位關係進行處理信號。
20.根據權利要求13的通信系統，其特徵在於，上述發送的脈衝中的上述脈衝在時間、頻率和相位上是隨機分布的。
全文摘要
一種通信系統，該系統包括多個用戶，每個上述用戶具有一個包含發射機和接收機的收發信機。在系統中有與每個收發信機相連的裝置，能使上述發射機發送具有一種預定的時間、頻率和相位碼的獨特波形，每個收發信機的與接收機相連的裝置，能使上述用戶中的任何一個接收任何所發送的波形，而包括那些接收上述波形的其他用戶能夠同時發送另外的獨特波形，因此，任何用戶能夠接收任何已發送的波形，而同時發送另外的波形。
文檔編號H04B7/26GK1099538SQ9311678
公開日1995年3月1日 申請日期1993年8月26日 優先權日1993年8月26日
發明者約漢·B·甘迺迪, 約瑟夫·海因南 申請人:國際標準電氣公司