Способ многостанционного доступа и система связи с многостанционным доступом

1 Область изобретения Настоящее изобретение касается нового протокола передачи с расширенным спектром и несколькими несущими, предназначенного для применения в радиосвязи, связи по волноводам и радиолокации. Обзор известных технических решений Замирания, вызываемые многолучевым распространением сигнала, представляют собой флуктуации амплитуды принимаемого сигнала. Они возникают из-за интерференции между двумя или большим числом версий переданного сигнала, которые достигают приемника в разное время. Это явление является результатом отражений от земли и близлежащих сооружений. Глубина замираний при многолучевом распространении сигнала зависит от интенсивности и времени прохождения отраженных сигналов, а также от ширины полосы передаваемого сигнала. Принимаемый сигнал может состоять из большого числа волн, имеющих различные амплитуды, фазы и углы прихода. Эти составляющие векторно складываются в приемнике, что вызывает замирания или искажения принимаемого сигнала. Замирания и искажения сигнала изменяются, когда приемник и окружающие его объекты перемещаются при осуществлении радиосвязи. Эти эффекты многолучевого распространения зависят от ширины полосы передаваемого сигнала. Если передаваемый сигнал имеет узкую полосу (то есть длительность передаваемых битов данных больше, чем задержка, возникающая при многолучевых отражениях), то тогда во время перемещения приемника в обстановке многолучевого распространения радиоволн принимаемый сигнал имеет глубокие замирания. Это явление известно как амплитудные замирания. Чтобы компенсировать такие замирания, необходим значительный диапазон регулирования мощности (например, увеличение мощности передачи и (или) усиления приемника). Кроме того, сигналы при передаче данных с низкой скоростью подвергаются искажениям, если характеристики условий радиосвязи значительно изменяются в течение длительности принимаемого бита данных. Искажения возникают, когда перемещение приемника или близлежащих объектов приводит к доплеровскому сдвигу частоты принимаемого сигнала, который сопоставим с шириной полосы передаваемого сигнала или больше ее. Широкополосный сигнал, передаваемый в условиях многолучевого распространения, подвергается частотно-избирательному замиранию. Общая интенсивность принимаемого сигнала испытывает относительно небольшое изменение, когда приемник передвигается в условиях многолучевого распространения. Однако на определенных частотах принимаемый сигнал имеет глубокие замирания. Если длительность битов данных меньше, чем задержка при многолу 002914 2 чевом распространении, то принимаемые сигналы испытывают межсимвольную интерференцию, возникающую из-за задержанных копий более ранних битов, достигающих приемника. При многостанционном доступе с частотным разделением обычно имеют место амплитудные замирания, в то время как протоколы связи с несколькими несущими, типа мультиплексирования с ортогональным разделением частот, подвержены частотно-избирательным замираниям. Многостанционный доступ с кодовым разделением обычно подвержен замираниям обоих видов; однако кодирование путем прямой модуляции кодовой последовательностью ограничивает воздействие многолучевости при величине задержки, меньшей скорости элементов кода. Кроме того, емкость системы при многостанционном доступе с кодовым разделением каналов ограничивается взаимными помехами между абонентами. Чтобы увеличить емкость, усовершенствованные системы на основе многостанционного доступа с кодовым разделением используют подавление помех, однако требуемые затраты по обработке сигналов пропорциональны, по крайней мере, кубу ширины полосы. Кроме того, многостанционный доступ с кодовым разделением каналов восприимчив к помехам, приходящим с близкого и дальнего расстояния, а его длинные псевдослучайные коды требуют большого времени вхождения в синхронизм. По этим причинам мультиплексирование с ортогональным разделением частот было объединено с многостанционным доступом с кодовым разделением. Мультиплексирование с ортогональным разделением частот имеет высокую эффективность использования спектра (спектры поднесущих перекрываются) и обеспечивает защиту от частотно-избирательных замираний. Однако амплитуда каждой несущей подвержена изменениям в соответствии с законом Релея, поэтому происходят амплитудные замирания. Следовательно, хорошая оценка характеристик канала с соответствующим алгоритмом обнаружения и канальнымкодированием являются существенными для компенсации замираний. Эффективность частотного разнесения при мультиплексировании с ортогональным разделением частот сравнима с эффективностью пространственного разнесения для оптимальной системы многостанционного доступа с кодовым разделением(которая требует приемника с обработкой по методу Rake). Поскольку разнесение является неотъемлемым свойством мультиплексирования с ортогональным разделением частот, оно достигается в нем намного проще, чем в оптимальной системе многостанционного доступа с кодовым разделением. Система мультиплексирования с ортогональным разделением частот использует преимущества низкоскоростной обработки сигналов параллельного типа. Приемник с обработкой по методу Rake в оптимальной сис 3 теме многостанционного доступа с кодовым разделением использует быструю обработку сигналов последовательного типа, которая требует затраты больших мощностей. Кроме того,метод мультиплексирования с ортогональным разделением частот упрощает проблему оценки характеристик канала, тем самым упрощая конструкцию приемника. При многостанционном доступе со многими несущими и кодовым разделением расширяющая последовательность преобразуется из последовательной в параллельную. Элементы расширяющей последовательности модулируют разные несущие частоты. Таким образом, результирующий сигнал имеет псевдошумовую структуру в частотной области и выигрыш при обработке равен числу несущих. При многочастотном многостанционном доступе с кодовым разделением доступный спектр разделяется на множество полос частот одинаковой ширины,которые используются, чтобы передавать узкополосные колебания, полученные путем прямой модуляции кодовой последовательностью. С помощью расширения спектра путем скачкообразной перестройки частоты можно хорошо справляться с помехами, приходящим с близкого и дальнего расстояния. Самым большим преимуществом такого способа является то, что он позволяет избегать использования некоторых областей спектра. Это позволяет системе лучше избегать помех и частотноизбирательных замираний. К недостаткам относится необходимость использования сложных синтезаторов частоты и коррекции ошибок. Скачкообразное переключение временных интервалов обеспечивает намного более высокую эффективность использования полосы частот по сравнению с прямой модуляцией кодовой последовательностью и скачкообразной перестройкой частоты, и его реализация относительно проста. Однако оно характеризуется длительным временем вхождения в синхронизм и требует коррекции ошибок. Каждый протокол связи обеспечивает различные преимущества и имеет свои недостатки. Преимущества могут быть усилены объединением различных протоколов, но только в ограниченной степени. Имеется потребность в протоколе связи, который решает все или большинство проблем, связанных, в частности, с замираниями. Сущность изобретения Основной целью настоящего изобретения является создание протокола связи, который позволяет объединить преимущества ранее упомянутых протоколов. Другой целью изобретения является создание протокола связи с расширением спектра, который предназначен, в частности, для связи с подвижными объектами. Эти цели достигаются посредством интерферометрии многих несущих. Протоколом, который позволяет реализовать настоящее изобретение, 002914 4 является многостанционный доступ с интерференцией несущих (Carrier Interference MultipleAccess - CIMA). При многостанционном доступе с интерференцией несущих частота и фаза каждой несущей выбираются так, что суперпозиция сигналов дает в результате импульс (за счет усиливающей интерференции несущих,являющейся результатом нулевого фазового сдвига между ними), который появляется в определенном временном интервале. Результирующий сигнал имеет боковые лепестки, амплитуды которых намного ниже амплитуды импульса. Таким образом достигается ортогональность во временной области. Поскольку несущие существуют в пределах интервала времени, где суперпозиция дает пренебрежимо малый уровень сигнала, можно заключить, что импульс существует в другом фазовом пространстве. Это фазовое пространство определяется как сдвиг по времени (фазе) между несущими. Этот сдвиг позволяет наблюдать импульс в определенном интервале времени. Приемник, настроенный на несколько фазовых пространств, может формировать несколько отсчетов сигнала многостанционного доступа с интерференцией несущих. Таким образом, многостанционный доступ с интерференцией несущих позволяет обрабатывать сигналы одновременно как сигналы с низкой скоростью следования данных и как сигналы с высокой скоростью следования данных. Это смягчает проблемы многолучевого распространения, присущие обоим классам сигналов, и позволяет системе функционировать с существенно уменьшенными уровнями мощности сигнала. Кроме того,если несущие при многостанционном доступе с интерференцией несущих модулируются с использованием амплитудно-импульсной модуляции так, что суперпозиция не приводит к появлению импульса в нуль-фазовом пространстве,то сигналы многостанционного доступа с интерференцией несущих будут обнаруживаться только приемниками многостанционного доступа с интерференцией несущих, настроенными на фазовое пространство, не являющееся нульфазовым. Обычные радиоприемники не смогут обнаружить эти сигналы. В дисперсионной среде, такой как оптическое волокно, фазовое пространство передаваемых сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих может быть выбрано так, чтобы быть согласованным с хроматической дисперсией на определенном отрезке дисперсионной среды. Результатом дисперсии является то, что фазы несущих выравниваются,давая в результате импульс, появляющийся в среде в определенном месте. Зависящий от времени характер фазового пространства при многостанционном доступе с интерференцией несущих также позволяет осуществлять автоматическое сканирующее перемещение диаграммы излучения антенной ре 5 шетки. Если каждый элемент антенной решетки передает несущую многостанционного доступа с интерференцией несущих, то диаграмма излучения антенной решетки осуществляет сканирование с периодом, который зависит от частотного разноса между несущими и расстояния между элементами антенны. Многостанционный доступ с интерференцией несущих может использоваться в любом из ранее упомянутых протоколов. Задачей настоящего изобретения является создание способа и устройства для передачи и приема сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих. При этом достигаются следующие цели. Одной из целей изобретения является ограничение влияния замираний, возникающих из-за многолучевого распространения, и помех. Следствием достижения этой цели является уменьшение требуемой мощности передачи. Другой целью является обеспечение скрытности связи путем создания передаваемых сигналов, которые трудно перехватывать, так как их почти невозможны обнаружить. Это осуществляется за счет малых необходимых мощностей несущих и за счет передачи несущих в не нуль-фазовых пространствах. Еще одной целью изобретения является ограничение помех, создаваемых другим системам, и минимизация восприимчивости системы связи ко всем видам радиопомех. Еще одной целью изобретения является минимизация и компенсация внутриканальных помех, которые появляются, когда система связи обслуживает множество абонентов. Еще одной целью является создание протокола связи с расширенным спектром, не только совместимого с адаптивными антенными решетками, но и дающего возможность существенно их усовершенствовать. Еще одной целью является создание системы связи с расширенным спектром, имеющей преимущества по эксплуатационным параметрам, свойственные системам, в которых число абонентов ограничено ресурсами системы, преимущества по емкости и постепенности ухудшения характеристик, свойственные системам, в которых число абонентов ограничено помехами между ними, и способность обеспечивать преимущества обеих этих систем одновременно. Другие цели и преимущества изобретения станут очевидными после ознакомления с описанием предпочтительных форм его осуществления. Краткий перечень чертежей На фиг. 1 показана схема передатчика, который генерирует сигналы многостанционного доступа с интерференцией несущих. На фиг. 2 показана вторая форма выполнения передатчика, который генерирует сигналы многостанционного доступа с интерференцией несущих. 6 На фиг. 3 показана схема передатчика, который генерирует несущие многостанционного доступа с интерференцией несущих, излучаемые антенной решеткой. Фиг. 4 представляет график множества несущих в системе многостанционного доступа с интерференцией несущих и результат суперпозиции несущих. Фиг. 5 А представляет график восьми несущих в системе многостанционного доступа с интерференцией несущих, который показывает относительные фазы между несущими как функцию времени и иллюстрирует фазовые пространства, представленные относительными фазами. Фиг. 5 В представляет график суперпозиции показанных на фиг. 5 А сигналов несущих во временной области. На фиг. 6 приведен график суперпозиции несущих, показанных на фиг. 5 А, в полярных координатах. На фиг. 7 показана структурная схема приемника, который принимает сигнал многостанционного доступа с интерференцией несущих и берет отсчеты сигнала в нескольких фазовых пространствах. На фиг. 8 показана часть частотного профиля для группы несущих в системе многостанционного доступа с интерференцией несущих. На фиг. 9 А-9L показаны диаграммы излучения, создаваемые передатчиком (фиг. 3) в разные моменты времени. На фиг. 10 показан резонатор с обратной связью, обеспечивающей сдвиг по частоте, содержащий резонатор бегущей волны и преобразователь частоты, через который циркулируют оптические сигналы. На фиг. 11 показаны различные сигналы многостанционного доступа с интерференцией несущих при их распространении по оптическому волокну, в котором сдвиги фаз несущих согласованы с характеристиками хроматической дисперсии волокна. На фиг. 12 А показана зависимость относительной амплитуды несущих от частоты в системе многостанционного доступа с интерференцией несущих; эти несущие формируют во временной области последовательность элементов кода многостанционного доступа с кодовым разделением каналов и прямой модуляцией кодовой последовательностью. На фиг. 12 В показано представление во временной области сигнала многостанционного доступа с кодовым разделением каналов и прямой модуляцией кодовой последовательностью,формируемого несущими, показанными на фиг. 12 А. Описание предпочтительных форм осуществления изобретения На фиг. 1 показана структурная схема передатчика многостанционного доступа с интерференцией несущих, который преобразует ин 7 формационный сигнал основной полосы частот отдельного абонента k в сигнал многостанционного доступа с интерференцией несущих, предназначенный для передачи. Данные, полученные от источника 12 входных данных, модулируют N несущих многостанционного доступа с интерференцией несущих, которые имеют различные частоты. Эта модуляция происходит в множестве смесителей 14n. В данном случае частоты сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих располагаются с шагом, равным частоте сдвига fs. Однако неравномерный разнос частот также может использоваться для получения определенных преимуществ, как описано в патентной заявке США 09/022950, которая включена в данное описание путем ссылки на соответствующий документ. Частоты несущих обычно выбираются так, чтобы они были взаимно ортогональными:i и j -произвольные фазы. Сигнал j-ой полосы частот не вызывает помех в i-ой полосе частот. Однако ортогональность колебаний не требуется, если передаваемые сигналы являются ресурсно-ограниченными. Фаза каждого сигнала многостанционного доступа с интерференцией несущих устанавливается с учетом определенного временного интервала приемника и фазового пространства, в котором сигналы многостанционного доступа с интерференцией несущих складываются с усилением при их приеме приемником системы многостанционного доступа с интерференцией несущих. Дискретный фазовый сдвиг еink добавляется к каждой несущей одним из N устройств 16n задержки на интервал абонента. Каждая несущая имеет свой коэффициент усиления, регулируемый системой 18n регулировки амплитуды. Система регулировки 18n амплитуды формирует профиль усиления сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих. Этот профиль может включать частотное окно со спадом амплитуд по направлению к его краям, обеспечивать компенсацию амплитудных замираний несущих в канале связи, а также амплитудно-импульсную модуляцию несущих (которая ограничивает существование несущих временными областями вблизи заранее заданного временного интервала приемника для каждой несущей). Сигналы многостанционного доступа с интерференцией несущих с отрегулированными амплитудами суммируются устройством 20 объединения. Преобразователь 22 частоты может использоваться для переноса сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих на подходящие частоты передачи для подачи в выходное устройство 24. 8 Выходное устройство 24 представляет собой любое устройство, вводящее передаваемые сигналы многостанционного доступа с интерференцией несущих в канал связи, из которого сигналы многостанционного доступа с интерференцией несущих принимаются приемником. Для систем радиосвязи выходное устройство 24 может содержать один или несколько антенных элементов (не показаны). Для систем оптической связи выходное устройство 24 может быть линзой или просто элементом связи, который вводит свет в оптическое волокно. Хотя эта схема показывает формирование передаваемых сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих в виде поэтапной процедуры, в предпочтительной форме осуществления изобретения для выполнения этих операций следует использовать цифровые методы обработки сигналов, такие как дискретное преобразование Фурье. Порядок выполнения некоторых из этих операций обработки может быть изменен. Например, модуляция каждой несущей входными данными может быть конечным шагом перед объединением несущих. На фиг. 2 показана схема формирования сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих, где каждая из операций подобна операциям, показанным на фиг. 1. Различие между схемами заключается в том, что на фиг. 2 сигналы многостанционного доступа с интерференцией несущих не объединяются до тех пор, пока они не передаются в канал связи. Иллюстрация этого приведена на фиг. 3. На фиг. 3 показан поток данных от источника 12 данных, используемый для модуляции множества несущих многостанционного доступа с интерференцией несущих в множестве смесителей 25n. Несущая со своей определенной частотой, фазой и амплитудой подается на вход каждого смесителя 25n. Каждый бит данных от источника 12 данных модулирует все несущие. Каждый смеситель 25n соединен с одним из множества элементов 24n антенной решетки; таким образом, каждый антенный элемент 24n передает только одну несущую многостанционного доступа с интерференцией несущих. Хотя набор несущих имеет избыточность вследствие того, что один и тот же бит модулирует несколько несущих, частотные и фазовые соотношения между несущими обусловливают ортогональность во времени (иллюстрируемую обратным преобразованием Фурье в частотную область). Эта ортогональность предотвращает обычное уменьшение эффективности использования полосы частот, вызываемое избыточностью данных, при сохранении преимуществ частотного разнесения. Ортогональность проистекает из усиливающей и ослабляющей интерференции между несущими многостанционного доступа с интерференцией несущих. Усиливающая интерференция вызывает появление во 9 временной области узких импульсов с периодом повторения, пропорциональным величине, обратной разносу частот несущих fs. Фиг. 4 поясняет, как фазовые фронты несущих выравниваются в определенный момент времени. В другие моменты времени несущие складываются с ослаблением, что приводит к необнаружимым уровням сигнала. Составной сигнал 130 является результатом суммирования несущих. Составной сигнал 130 имеет импульсную огибающую, появляющуюся в определенном временном интервале 135. В случае, когда нет никакого спада амплитуды к краям частотного диапазона (то есть частотное окно прямоугольное) и несущие равномерно разнесены по частоте, составной сигнал многостанционного доступа с интерференцией несущих может быть представлен в виде Сигналы многостанционного доступа с интерференцией несущих являются периодическими функциями с периодом 1/fs для нечетного числа несущих N и с периодом 2/fs для четного числа несущих N. Основной лепесток имеет длительность 2/fs, каждый из боковых лепестковN-2 имеет длительность 1/Nfs, а амплитуда 1-го бокового лепестка относительно амплитуды основного лепестка равна Поскольку период и ширина огибающей импульса зависят от амплитуды, фазы и разноса несущих по частоте, частота каждой несущей может быть изменена без воздействия на огибающую импульса, пока сохраняются амплитуда, фаза и разнос по частоте. Таким образом,скачкообразная перестройка рабочих частот и сдвиг несущих по частоте не влияют на временные характеристики составного сигнала 130. Обеспечение распределения амплитуд несущих со спадом к краям частотного диапазона увеличивает ширину главного лепестка и уменьшает амплитуду боковых лепестков. Фиг. 5 А поясняет фазовое пространство несущих, показанных на фиг. 4. С течением времени фазовое соотношение между несущими изменяется. Прямая линия 113 показывает нулевой фазовый сдвиг между несущими. Суммирование несущих наблюдается в определенном фазовом пространстве. Импульс появляется,когда фазовый сдвиг между всеми несущими нулевой, однако несущие могут существовать в других временных областях, даже если никакого импульса не наблюдается. Когда импульс перемещается в это фазовое пространство (что он делает, как периодическая функция времени),импульс становится наблюдаемым. Нуль 002914 10 фазовое пространство является фазовым пространством, в котором функционируют все обычные приемники. Это фазовое пространство иллюстрируется суммой амплитуд несущих вдоль любой прямой линии, которая вращается вокруг неподвижной точки 112. Сумма амплитуд волн вдоль линии 113, когда она вращается,показана на фиг. 5 В и на графике в полярных координатах, показанном на фиг. 6. На фиг. 5 А кривая линия 111 иллюстрирует одно из многих фазовых пространств, в которых может наблюдаться импульс. Это фазовое пространство 111 находится во временном интервале, который ограничен линиями 115 и 117. В этом временном интервале амплитуда составного сигнала 130 (показанная на фиг. 5 В) незначительна. Однако приемник может настраиваться на определенное фазовое пространство путем избирательной задержки каждой из принимаемых несущих на заранее заданную величину перед суммированием несущих. Таким образом приемник может обнаруживать импульс, который является ненаблюдаемым при нулевом относительном фазовом сдвиге несущих. На фиг. 7 показан приемник одного абонента, который способен производить отсчеты в нескольких фазовых пространствах. Принимаемый сигнал многостанционного доступа с интерференцией несущих обнаруживается в канале связи приемным блоком 52 и преобразуется с понижением частоты смесителем 54 перед разделением частотным фильтром 56 на N составляющих его несущих. В зависимости от того,каким образом передаваемый сигнал может быть изменен каналом связи, какой-либо из множества компенсаторов усиления (не показаны) может компенсировать усиление каждой компоненты n. Затем каждая компонента со скомпенсированным усилением расщепляется на М задержанных компонент, каждая из которых задерживается компенсатором 60mn задержки фазового пространства. Выходные сигналы, полученные задержкой каждой из М компонент, суммируются на шаге 62 объединения,чтобы воспроизвести импульсы, наблюдаемые в других фазовых пространствах. Каждый импульс может быть задержан на шаге 64m задержки, чтобы синхронизировать импульсы перед их суммированием на шаге 66 принятия решения, в результате которого формируется оценка исходного переданного сигнала. На практике шаг 64m задержки может быть объединен с шагом 66 принятия решения. Этот приемник получает множество экземпляров импульса, так как он отслеживает импульс в различных фазовых пространствах. Таким образом, приемник извлекает выгоду из относительно низкой скорости передачи данных(то есть периода следования импульсов) несущими многостанционного доступа с интерференцией несущих, которые складываются для формирования импульсов. Это решает проблему 11 межсимвольной интерференции при многолучевом распространении. Малая длительность каждого импульса позволяет приемнику избегать проблем замираний и искажений, присущих системам, которые получают медленно изменяющиеся сигналы, а также и амплитудных замираний, свойственных узкополосным сигналам. Хотя импульс образуется из многих узкополосных несущих, амплитудные замирания(которые вызывают очень глубокие ослабления сигнала) устраняются благодаря тому, что импульс определяется картиной интерференции между большим числом несущих. Кроме того,если число несущих и разнос между ними выбраны надлежащим образом, то маловероятно,что более чем одна несущая попадет в полосу глубокого замирания. Таким образом обеспечивается частотное разнесение. Каждый абонент k может совместно с другими использовать ресурсы связи посредством уникального выбора сдвига фазы (то есть временного сдвига) при использовании тех же самых несущих, что и у других абонентов. Если N ортогональных несущих используются каждым абонентом k, то тогда N абонентов могут использовать ресурсы без возникновения внутриканальных помех. В этом случае существует уникальная комбинация фазового пространства относительно времени для каждого абонента k. Точно так же абоненты, использующие различные несущие, могут использовать то же самое фазовое пространство относительно времени без возникновения внутриканальных помех. Поскольку характеристики импульса зависят от частотных и фазовых соотношений между несущими, частота и фаза каждого сигнала многостанционного доступа с интерференцией несущих может быть изменена без изменения огибающей импульса, если указанные соотношения между несущими остаются неизменными. Это позволяет перестраивать частоту передатчика,чтобы избежать помех или повысить скрытность связи. Разнос fs между несущими для каждого абонента может быть выбран таким образом,чтобы он превышал ширину полосы когерентности (то есть величину, обратную длительности многолучевого распространения), как показано на фиг. 8. Это приводит к частотно-неизбирательному замиранию всех несущих. Если соседние несущие перекрываются по частоте на 50%, то пропускная способность системы увеличивается вдвое по сравнению с классическим случаем неперекрывающихся несущих. Такая система не имеет независимых характеристик замирания в канале для каждой несущей. Однако не требуется, чтобы несущие при многостанционном доступе с интерференцией несущих были расположены рядом по частоте. Система может обеспечивать N-кратный коэффициент частотного разнесения, используя такое подмножество частот несущих для каждого множе 002914 12 ства абонентов, чтобы разнос несущих fs для каждого абонента k превышал ширину полосы когерентности. Например, на частотном профиле, показанном на фиг. 8, набор несмежных несущих частот 42, 43 и 44 может быть выбран для определенной группы абонентов. Этот частотный профиль позволяет обеспечить как временные сдвиги, так и мультиплексирование с частотным разделением, чтобы оптимизировать эффективность использования полосы частот. Если ширина полосы каждой несущей мала по сравнению с частотным разносом fs несущих, то несанкционированный перехват сигнала широкополосным приемником затрудняется. Уровень фонового шума, принимаемого приемником,зависит от ширины полосы пропускания приемника. Приемник многостанционного доступа с интерференцией несущих может быть настроен на прием несущих в заданных узких полосах, в которых отношение сигнал/шум является относительно высоким. Широкополосный приемник принимает шумовые компоненты в интервалах спектра между несущими, что приводит к низкому отношению сигнал/шум. Если число абонентов k превышает числоN несущих, то временной сдвиг для каждого абонента k может быть выбран для размещения импульсов таким образом, чтобы минимизировать среднеквадратичную взаимную корреляцию между импульсами. Сигналы абонентов также могут быть расположены в зависимости от типа и приоритета каждого абонентского канала связи. Это гарантирует качество обслуживания для определенных абонентов или видов передачи. Это также обеспечивает качество ресурсно-ограниченной системы, когда число абонентов равно или ниже классического предела для такой системы, и обеспечивает функционирование, ограниченное уровнем помех,когда требования превышают классический предел. Хотя приемник, показанный на фиг. 7,описан как приемник одного абонента, предпочтительным режимом его работы является обнаружение сигналов множества абонентов. В отличие от многостанционного доступа с кодовым разделением каналов и прямой модуляцией несущей кодовой последовательностью, когда каждый абонент способствует добавлению шума в каналы связи других абонентов, многостанционный доступ с интерференцией несущих ограничивает взаимные помехи между абонентами теми сигналами абонентов (импульсами), которые являются близлежащими во временной области. В предпочтительном режиме работы приемник производит отсчеты сигналов соседних абонентов только в двух соседних абонентских временных интервалах. Затем он выполняет взвешивание и суммирование на шаге 66 решения, чтобы исключить вклады этих сигналов в сигнал заданного абонента. 13 Расстояние d между антенными элементами 24n передатчика 70 (показанного на фиг. 3) приводит к азимутальному перемещению диаграммы излучения антенной решетки 24n вследствие зависящей от времени характеристики фазового пространства сигнала многостанционного доступа с интерференцией несущих. Другими словами, когда фазовое пространство сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих изменяется со временем, происходит сканирующее перемещение диаграммы излучения решетки 24n. Зависимость направления луча от времени описывается следующим уравнением диаграммы направленности:d - расстояние между элементами 24n решетки. Эта характеристика диаграммы излучения может еще более увеличить выигрыш от разнесенного приема при многостанционном доступе с интерференцией несущих. Известно, что изменение формы луча передающей антенны помогает осуществлению разнесенного приема. Графики уравнения формы луча D(t) при d=n/2 для дискретных приращений времени t показаны на фиг. 9 А-9L. Изменение расстояния d приводит к изменению числа главных лепестков и скорости, с которой они осуществляют сканирование. Регулировка разноса по частоте fs изменяет направленность D(t). На фиг. 10 показан резонатор 70 с обратной связью, обеспечивающей сдвиг по частоте,который может использоваться для формирования сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих. Генератор 72 опорной частоты вырабатывает оптический сигнал опорной частоты f0, из которого формируются сигналы со сдвигом по частоте. Сигнал опорной частоты вводится в резонатор 74 бегущей волны, который содержит преобразователь 76 частоты. Преобразователем 76 частоты может быть акустооптический модулятор. Когда свет циркулирует по резонатору 74, он сдвигается по частоте на величину fs каждый раз, когда проходит через преобразователь 76 частоты. Резонатор 74 бегущей волны не осуществляет селективного ослабления частот. Наоборот, колебания, которые он поддерживает, характеризуются необычайно широким спектром выходного сигнала, который не имеет никакой модовой структуры. Часть света выводится из резонатора в процессор 78 для обработки нескольких несущих. Например, свет, проходящий через акустооптический модулятор (не показан), подвергается дифракции и подается назад в резонатор 74. Не подвергшаяся дифракции часть луча образу 002914 14 ет обычный выходной сигнал. Выходной сигнал процессора 78 передается в выходное устройство (не показано), например в антенну, фокусирующий элемент или соединитель с оптическим волокном. Выходной луч состоит из нескольких лучей задержанного с дискретным шагом и сдвинутого по частоте света. Величина задержки,которой подверглась каждая компонента выходного луча, определяется частотой компоненты. Если в резонаторе 74 свет не испытывает существенной хроматической дисперсии, то величина задержки выходной компоненты, по существу, пропорциональна величине частотного сдвига, которому подвергся луч. Процессор 78 для обработки нескольких несущих может содержать дифракционную оптику для спектрального демультиплексирования выходных компонент. Если генератор 72 опорной частоты модулирует оптический сигнал опорной частоты информационным сигналом, то выходной сигнал процессора 78 содержит многочисленные задержанные (и разделенные) версии модулированного сигнала. Каждая из задержанных версий модулированного сигнала может использоваться для модуляции передаваемого сигнала,излучаемого каждым из элементов 24n антенной решетки, показанной на фиг. 3. Если каждый антенный элемент 24n решетки излучает передаваемый сигнал, имеющий одинаковое распределение частот, то направленность диаграммы излучения решетки 24n не изменяется в зависимости от времени. Направленность может быть легко подстроена путем изменения длины резонатора 74 бегущей волны. Резонатор 70 с обратной связью со сдвигом частоты может использоваться также в качестве приемника для взятия отсчетов принимаемых сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих в не нуль-фазовых пространствах. Для этого требуется, чтобы сдвиг fs частоты в преобразователе 76 частоты соответствовал частотному разносу принимаемых сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих. Свет, выходящий из резонатора 70 с обратной связью и сдвигом частоты, разделяется по длинам волн, чтобы идентифицировать отсчеты различных фазовых пространств принимаемого сигнала многостанционного доступа с интерференцией несущих. Эти фазовые пространства будут, по существу, линейными, если резонатор 74 не вносит хроматической дисперсии. Выборка отсчетов линейного фазового пространства соответствует фазовым пространствам принимаемых сигналов при условии, что f0Nfs. Резонатор 70 с обратной связью со сдвигом частоты, показанный на фиг. 10, может использоваться для формирования сигналов,предназначенных для передачи по оптическому волокну или волноводу. В этом режиме работы генератор 72 формирует немодулированный 15 оптический сигнал опорной частоты. Выходной сигнал резонатора 74 бегущей волны является коллинеарной суперпозицией несущих и легко вводится в оптическое волокно. Таким образом,процессор 78 для обработки нескольких несущих не разделяет эти компоненты. Процессор 78 модулирует сигналы многостанционного доступа с интерференцией несущих информационным сигналом, который имеет определенную длительность во временной области. Синхронизация и длительность информационного сигнала могут быть выбраны так, чтобы компенсировать хроматическую дисперсию несущих, имеющую место, когда они распространяются по волокну. Хроматическая дисперсия возникает в оптическом волокне, поскольку пучки света с различными длинами волн распространяются с различными скоростями. Оптическое волокно имеет различные показатели преломления для различных длин волн света. Скорость света в материале обратно пропорциональна показателю преломления. Из-за дисперсии в материале волокна свет с большей длиной волны распространяется быстрее, чем свет с меньшей длиной волны. Это вызывает искажение (расширение) оптических импульсов, передаваемых по оптическому волокну. На фиг. 4 показано фазовое соотношение между несущими многостанционного доступа с интерференцией несущих, когда сигнал многостанционного доступа с интерференцией несущих распространяется в недисперсионной среде. Когда несущие распространяются в свободном пространстве, импульсы многостанционного доступа с интерференцией несущих не искажаются, так как фазовые соотношения между несущими, за исключением их периодической зависимости, не изменяются. Например, приемник, перемещающийся со скоростью несущих,не обнаружит никаких изменений относительных фаз несущих. Другой путь описания этого явления заключается в том, что если два стационарных приемника расположить на расстоянии друг от друга, равном целому числу периодов следования импульсов, то они обнаружат те же самые фазовые соотношения между несущими. Однако в дисперсионной среде два стационарных приемника обнаружат различные фазовые соотношения, потому что некоторые из несущих переместятся по фазе дальше других. Следующее уравнение показывает разность длин волн между смежными несущими многостанционного доступа с интерференцией несущих: Это уравнение описывает нелинейную зависимость, при которой разность длин волнмежду соседними несущими увеличивается с возрастанием длины волны. Это иллюстрирует 002914 16 ся фазовым профилем 123, проведенным через максимумы несущих на фиг. 4. Разнос по частоте fs выбирается с учетом дисперсионных характеристик оптического волокна 150 таким образом, чтобы согласовать профиль скоростей несущих с их фазовым профилем. Затем выбираются части несущих для усиливающего сложения с формированием импульсов в определенных местах вдоль волокна 150. Несущие многостанционного доступа с интерференцией несущих модулируются посредством амплитудно-импульсной модуляции на временном интервале 133, в котором находится фазовый профиль 123. В этом временном интервале 133 составной сигнал 130, получающийся в результате суммирования несущих,незначителен. Когда несущие распространяются по волокну 150, их относительные фазы изменяются. Во время последующего временного интервала 135 фазы несущих выравниваются в определенный момент времени 125, что приводит к усиливающей интерференции, которая вызывает появление импульса в составном сигнале 130. В последующих временных интервалах 127 и 129 несущие с малой длиной волны распространяются немного дальше, что приводит к возникновению искривленных фазовых профилей 137 и 139 соответственно. Составной сигнал 130 в этих временных интервалах возвращается к нулю. На фиг. 11 показано множество составных сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих вдоль дисперсионного оптического волокна 150. Три сигнала 160, 170 и 180 вводятся в один конец волокна 150. Фазовый профиль первого сигнала 160 выбран таким, что несущие складываются с усилением и тем самым формируют импульс 161 в первом узле 151. Во втором и третьем узлах 152 и 153 несущие 160 первого сигнала складываются с ослаблением и формируют сигналы низкого уровня 162 и 163 соответственно. Аналогично фазы несущих второго сигнала 170 выбираются так, чтобы сформировать сигнал 172, интерферирующий с усилением во втором узле 152. Аналогично фазы несущих третьего сигнала 180 выбираются так, чтобы обеспечить усиливающую интерференцию 183 в третьем узле 153. Используя нелинейную дисперсию света в оптическом волокне, можно расширить пригодную для использования ширину полосы оптического волокна за рамки классических ограничений. На фиг. 12 А показано распределение амплитуд двадцати несущих многостанционного доступа с интерференцией несущих. Эти несущие формируют суммарный сигнал, показанный на фиг. 12 В и представляющий собой псевдослучайную последовательность положительных и отрицательных импульсов многостанционного доступа с интерференцией несущих. Таким образом, определенное распределение амплитуд 17 несущих в частотной области дает, в результате,периодическую во временной области кодовую последовательность многостанционного доступа с кодовым разделением и прямой модуляцией кодовой последовательностью. Когда сигналы многостанционного доступа с интерференцией несущих используются как основа для системы многостанционного доступа с кодовым разделением каналов, система многостанционного доступа получает дополнительные преимущества в виде уменьшения помех, связанных с многолучевым распространением, и межсимвольных помех, увеличения емкости и уменьшения внутриканальных помех. Поскольку сигналы многостанционного доступа с интерференцией несущих представляют собой функции интегрального синуса sinc, они имеют высокую автокорреляционную эффективность. Функция автокорреляции быстро уменьшается,когда теряется синхронизация. Предпочтительные формы осуществления изобретения демонстрируют только некоторые из многих возможных способов формирования и приема сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих. Они приведены для общего понимания свойств многостанционного доступа с интерференцией несущих. С учетом этого очевидно, что многие аспекты изобретения могут изменяться, например способы, используемые для формирования и обработки сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих. Такие изменения охватываются настоящим изобретением, поскольку его сущность является более фундаментальной, чем конкретные конструкции. Вышеприведенное описание и формула изобретения, приводимая ниже, описывают предпочтительные формы осуществления настоящего изобретения. При этом различные изменения могут быть сделаны без выхода за рамки сущности изобретения. Такие изменения находятся в пределах объема настоящего изобретения. Если в модификациях используется сущность настоящего изобретения, каждая из них естественно попадает в объем охраны этого патента. Это особенно справедливо для настоящего изобретения, поскольку его основные идеи и понятия являются фундаментальными по своей природе и могут широко применяться. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ связи между, по меньшей мере,одним передатчиком и одним приемником с использованием сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих, согласно которому обеспечивают формирование множества электромагнитных сигналов несущих для использования, по меньшей мере, одним абонентом, причем сигналы несущих имеют множество частот, 002914 18 обеспечивают несущим такую относительную фазу, чтобы создать заранее заданное фазовое соотношение между несущими в заранее заданный момент времени,обеспечивают модуляцию сигналов несущих информационным сигналом,обеспечивают передачу модулированных фазированных сигналов несущих в канал связи для формирования передаваемых сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих, имеющих компоненты, образованные сигналами несущих, и обеспечивают прием передаваемых сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих из канала, при этом их компоненты, образованные сигналами несущих, складывают в фазе с формированием за счет усиливающей интерференции, по меньшей мере, одного импульса, представляющего информационный сигнал. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигналы несущих разнесены по частоте с дискретным шагом. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение формирования множества электромагнитных сигналов несущих включает формирование множества групп несущих, имеющих идентичные наборы частот, при этом каждую группу назначают одному абоненту из множества абонентов, а при обеспечении относительной фазы несущих обеспечивают уникальную относительную фазу несущим каждой группы, при этом каждая группа имеет уникальный сдвиг по времени, чтобы формировать импульсы, которые принимают в различных временных интервалах. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение формирования множества электромагнитных сигналов несущих включает формирование множества групп несущих, причем каждая группа имеет уникальный набор частот несущих и ее назначают, по меньшей мере, одному абоненту, а обеспечение относительной фазы несущих включает обеспечение относительной фазы для каждой группы таким образом, что множество абонентов принимают импульсы в одном и том же временном интервале,но каждый абонент использует различные частоты несущих. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение формирования множества электромагнитных сигналов несущих, имеющих множество частот, включает обеспечение изменений частот несущих во времени, причем изменения частоты каждой несущей в группе несущих, соответствующей каждому абоненту, по существу, идентичны, так что вызываемые этими изменениями частоты изменения огибающей импульса незначительны или отсутствуют. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение модуляции сигналов несущих включает амплитудно-импульсную модуляцию, 19 применяемую к множеству несущих, причем импульс амплитудно-импульсной модуляции имеет большую длительность, чем ширина импульса усиливающей интерференции. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение модуляции сигналов несущих включает амплитудно-импульсную модуляцию,применяемую к множеству несущих, причем импульс амплитудно-импульсной модуляции имеет меньшую длительность, чем период импульса усиливающей интерференции. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение формирования множества электромагнитных сигналов несущих включает уменьшение амплитуды несущих по направлению к краям частотного окна, в котором находятся сигналы несущих, чтобы уменьшить энергию боковых лепестков импульса усиливающей интерференции во временной области. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение приема передаваемых сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих включает обеспечение нескольких заранее заданных задержек для каждого принимаемого сигнала несущей перед их сложением с формированием импульса усиливающей интерференции, где число заранее заданных задержек равно числу различных фазовых пространств, в которых производят отсчеты принимаемого сигнала многостанционного доступа с интерференцией несущих. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение модуляции сигналов несущих информационным сигналом выполняют в определенном временном интервале относительно фазы несущих таким образом, что результирующие модулированные несущие занимают одно или более не нуль-фазовых пространств и не складываются с усилением в нуль-фазовом пространстве с формированием импульса. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение приема передаваемых сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих включает компенсацию относительных фаз несущих, по меньшей мере, в одном из не нуль-фазовых пространств для сложения сигналов несущих в фазе. 12. Способ по п.9, отличающийся тем, что помехи от множества абонентов измеряют в различных фазовых пространствах, а затем взвешивают и объединяют с сигналом заданного абонента так, чтобы устранить вклады помех от множества абонентов в сигнал заданного абонента. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что формирование множества электромагнитных сигналов несущих осуществляют посредством резонатора с обратной связью, обеспечивающей сдвиг по частоте. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что прием передаваемых сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих осу 002914 20 ществляют с помощью резонатора с обратной связью, обеспечивающей сдвиг по частоте. 15. Способ по п.1, отличающийся тем, что канал связи является волноводом. 16. Способ по п.15, отличающийся тем, что электромагнитные сигналы несущих являются оптическими сигналами, а волновод - оптическим волокном. 17. Способ по п.15, отличающийся тем, что обеспечение формирования множества электромагнитных сигналов несущих и обеспечение относительной фазы несущих для создания заранее заданного фазового соотношения выполняют так, чтобы согласовать относительные фазовые сдвиги между несущими с профилем хроматической дисперсии несущих в волноводе таким образом, чтобы в результате дисперсии несущие имели заранее заданное соотношение фаз после прохождения заранее заданного расстояния в волноводе. 18. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение передачи сигналов модулированных фазированных несущих включает передачу несущих передающей антенной решеткой, причем каждую несущую для определенного абонента передают из отдельного передающего элемента решетки и диаграмму излучения решетки формируют путем суперпозиции несущих, передаваемых каждым из передающих элементов. 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что расстояние между передающими элементами выбирают с учетом разноса частот несущих так,чтобы управлять формой диаграммы излучения решетки и периодом, с которым луч решетки осуществляет сканирование. 20. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение относительной фазы несущих дает в результате последовательность импульсов во временной области, а обеспечение модуляции сигналов несущих приводит к модуляции каждого из импульсов элементом кодовой последовательности для прямой модуляции, так что модулированная последовательность импульсов является кодовой последовательностью для прямой модуляции. 21. Способ по п.20, отличающийся тем, что элемент кодовой последовательности для прямой модуляции является произведением информационного сигнала и элемента псевдослучайного расширяющего кода многостанционного доступа с кодовым разделением. 22. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение приема передаваемых сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих включает обнаружение сигналов многих абонентов, при котором принимают сигналы заданного абонента и, по меньшей мере, одного мешающего абонента, причем сигналы мешающего абонента взвешивают и объединяют с сигналом заданного абонента так, чтобы исключить 21 сигналы мешающего абонента из сигналов заданного абонента. 23. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение относительной фазы несущих для создания заранее заданного фазового соотношения в заранее заданный момент времени дает в результате, по меньшей мере, два принимаемых импульса усиливающей интерференции, которые перекрываются во времени. 24. Способ по п.1, отличающийся тем, что обеспечение относительной фазы несущих для создания заранее заданного фазового соотношения в заранее заданный момент времени включает принятие решения позволить, по меньшей мере, двум принимаемым импульсам усиливающей интерференции перекрываться во времени, когда число абонентов или коэффициент использования канала возрастает выше заранее заданного предела. 25. Способ по п.24, отличающийся тем, что принятие решения включает идентификацию абонентов и назначение каждому абоненту приоритета, который используют для определения того, сигналы каких абонентов следует выбирать для перекрытия во времени. 26. Способ по п.1, отличающийся тем, что частоты несущих для каждого абонента разнесены на величину, которая равна ширине полосы когерентности канала связи или превышает ее. 27. Система связи с использованием многостанционного доступа с интерференцией несущих для обеспечения связи между, по меньшей мере, одним передатчиком и одним приемником, содержащая передатчик многостанционного доступа с интерференцией несущих, содержащий генератор множества несущих для формирования множества электромагнитных сигналов несущих, предназначенных для использования, по меньшей мере, одним абонентом, причем сигналы несущих разнесены по частоте с дискретным шагом, контроллер задержки для создания заранее заданного фазового соотношения между несущими в заранее заданный момент времени,модулятор для модуляции сигналов несущих информационным сигналом и выходное устройство для ввода модулированных фазированных сигналов несущих в канал связи для формирования передаваемых сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих,имеющих компоненты, образованные сигналами несущих,и приемник многостанционного доступа с интерференцией несущих для приема из канала связи передаваемых сигналов многостанционного доступа с интерференцией несущих для обеспечения заранее заданной задержки для каждой из компонент и для объединения компонент в фазе с формированием за счет усиливающей интерференции, по меньшей мере, од 002914 22 ного импульса, представляющего информационный сигнал. 28. Система по п.27, отличающаяся тем,что приемник многостанционного доступа с интерференцией несущих производит отсчеты в пределах, по меньшей мере, одного заранее заданного интервала времени для приема, по меньшей мере, одного импульса в нуль-фазовом пространстве. 29. Система по п.27, отличающаяся тем,что приемник многостанционного доступа с интерференцией несущих производит отсчеты сигнала абонента в множестве фазовых пространств в разное время и объединяет эти отсчеты в устройстве оценки сигнала, которое оценивает информационный сигнал. 30. Система по п.27, отличающаяся тем,что приемник многостанционного доступа с интерференцией несущих является обнаружителем сигналов многих абонентов, который измеряет один или несколько сигналов мешающих абонентов, создающих помехи сигналу заданного абонента, взвешивает мешающие сигналы и объединяет их с сигналом заданного абонента так, чтобы подавить помехи от мешающих абонентов. 31. Система по п.27, отличающаяся тем,что генератор множества несущих выполнен в виде резонатора с обратной связью, обеспечивающей сдвиг по частоте. 32. Система по п.27, отличающаяся тем,что канал связи является волноводом. 33. Система по п.27, отличающаяся тем,что выходное устройство является передающей антенной решеткой. 34. Система по п.33, отличающаяся тем,что каждый элемент решетки передает отдельный сигнал несущей для каждого абонента,формируя тем самым зависящую от времени диаграмму излучения для каждого абонента, а генератор множества несущих управляет разносом несущих по частоте для управления скоростью, с которой каждая диаграмма излучения осуществляет сканирование. 35. Система по п.27, отличающаяся тем,что сигналы несущих разнесены по частоте неравномерно. 36. Система по п.27, отличающаяся тем,что одна или более функций, по меньшей мере,или передатчика, или приемника выполняется путем цифровой обработки сигнала. 37. Система по п.27, отличающаяся тем,что приемник обеспечивает регулировку усиления, по меньшей мере, одной из компонент, образованных сигналами несущих, для компенсации амплитудных замираний. 38. Система по п.27, отличающаяся тем,что генератор множества несущих обеспечивает уменьшение амплитуд несущих по направлению к краям их частотного диапазона для уменьшения боковых лепестков. 23 39. Система по п.27, отличающаяся тем,что модулятор осуществляет амплитудноимпульсную модуляцию сигналов несущих. 40. Система по п.39, отличающаяся тем,что амплитудно-импульсная модуляция осуществляется в заранее заданном интервале времени относительно фаз несущих для формирования одного или более передаваемых сигналов, которые занимают одно не нуль-фазовое пространство или более и не складываются с усилением в нуль-фазовом пространстве. 41. Система по п.40, отличающаяся тем,что канал связи является волноводом, а разнос по частоте и относительные фазы несущих в пределах огибающей импульса амплитудноимпульсной модуляции выбраны в соответствии 24 с хроматической дисперсией волновода для создания заранее заданного фазового соотношения между несущими после прохождения ими заранее заданного расстояния в волноводе. 42. Система по п.27, отличающаяся тем,что приемник выполнен в виде резонатора с обратной связью, обеспечивающей сдвиг по частоте. 43. Система по п.27, отличающаяся тем,что генератор множества несущих обеспечивает определенную амплитуду каждого сигнала несущей для формирования последовательности импульсов, имеющей прямую модуляцию кодовой последовательностью.