Сотовые сети стандарта СDМА

Для организации связи с конкретным пользователем выделен специальный канал DPCH, по которому передаются как информация абонента, так и управляющие сигналы, вспомогательные пилот-символы управления диаграммой направленности антенны, а также биты управления мощностью и прочие служебные данные.

Уникальность технологии с кодовым разделением каналов состоит в том, что каждый логический канал отображается на физический «индивидуально», с присущими ему скоростью передачи и кодом.

Так как число каналов на сетевом уровне значительно больше, чем на канальном, то в одном транспортном канале обычно объединяют несколько низкоскоростных логических (рис. 2.44). При переходе от транспортного к физическому уровню каналы тоже можно объединять, при этом принято канал вызова РСН и канал доступа FACH отображать на общий физический канал «вниз», а канал доступа RACH - на общий физический канал «вверх».

Поток данных при передаче информации из одного канала в другой трансформируется на уровне канальных интервалов, кадров и данных сигнализации. Например, канал вызова разделяется на несколько групп в одном суперкадре, и вызывная информация передается в каждой группе.

Метод пакетной передачи, используемый в CDMA-системах, хорошо согласуется с принципом адаптивных каналов, скорость передачи которых изменяется в соответствии с трафиком. Если трафик низкоскоростной, то может использоваться один физический канал СРСН для нескольких ЛК (FACH, RACH и др.). Если же трафик достаточно высокоскоростной, то выбирается для передачи ЛК типа UPCH.

Канальное кодирование в стандарте CDMA

Кодирование в прямом канале. В ССС стандарта CDMA используются различные виды кодирования. На рис. 12 изображена схема кодирования в прямом канале (от БС к абоненту). Базовая скорость ПД в канале составляет 9,6 кбит/с, что достигается добавлением дополнительных корректирующих двоичных символов к цифровому потоку вокодера 8,55 кбит/с. Для реализации на приемной стороне прямой коррекции ошибок (без повторной передачи сообщения) в канале используется избыточное кодирование. Для этого базовый цифровой поток разбивается на пакеты длительностью по 20 мс и подается на сверточный кодер с половинной скоростью. На его выходе число битов удваивается. Затем данные перемежаются во временном интервале 20 мс.

Рис. 12 - Кодирование в прямом канале стандарта CDMA

После перемежения цифровой поток преобразуется с помощью длинного кода и логической операции «исключающее ИЛИ» (сложение по модулю два). Длинными кодами (кодами максимальной длины) являются коды, которые могут быть получены с помощью регистра сдвига или элемента задержки заданной длины. Максимальная длина двоичной последовательности, которая может быть получена с помощью генератора, построенного на основе регистра сдвига, равна 2ⁿ-1 двоичных символов, где n - число разрядов регистра сдвига. В аппаратуре стандарта CDMA длинный код формируется в результате нескольких последовательных логических операций с псевдослучайной двоичной последовательностью, генерируемой в 42-разрядном регистре сдвига, и двоичной 32-битовой маской, которая определяется индивидуально для каждого абонента. Такой регистр сдвига применяется во всех БС этого стандарта для обеспечения режима синхронизации всей сети. Так как информационный поток имеет скорость 19,2 кбит/с, то в прямом канале используется только каждый 64-й символ длинного кода.

Следующий этап преобразования сообщения - кодирование с помощью кодов Уолша. Один ряд матрицы Уолша ставится в соответствие каналу связи между абонентом и БС. Если на входе кодера «0», то посылается соответствующий ряд матрицы (код Уолша), если «1» - посылается последовательность, сформированная путем логического отрицания соответствующего ряда матрицы (кода Уолша). Это повышает скорость информационного потока с 19,2 кбит/с до 1,2286 Мбит/с. Соответственно расширяется и спектр сигнала.

На заключительном этапе двоичный поток разделяется между синфазным и квадратурным каналами (I- и Q-каналами) для последующей передачи с использованием квадратурной фазовой манипуляции (QPSK). До подачи на смесители цифровой поток в каждом из каналов преобразуется с помощью короткого кода и логической операции «исключающее ИЛИ». Короткий код представляет собой псевдослучайную двоичную последовательность длиной 32768 двоичных символов, генерируемую со скоростью 1,3288 Мбит/с. Эта последовательность является общей для всех БС и ПД в сети. Короткий код формируется в 15-разрядном регистре сдвига с линейной обратной связью. Результирующий двоичный поток в каждом канале проходит через цифровой фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтр), что позволяет ограничить полосу излучаемого сигнала. Частота среза фильтра составляет около 615 кГц. Полученные аналоговые сигналы поступают на соответствующие входы I/Q-модулятора. Ряд информационных сигналов образуется путем слияния I- и Q-каналов.

Поскольку все пользователи получают объединенный сигнал, то для выделения информации необходимо передавать опорный сигнал по пилотному каналу. В пилотном канале передается нулевой информационный сигнал, код Уолша для этого канала формируется из нулевого ряда матрицы Уолша. Другими словами, в пилотном канале передается только короткий код. Обычно на нем излучается около 20% общей мощности. Опорный сигнал необходим для последующей фазовой демодуляции. Короткий код позволяет многократно использовать в каждой ячейке один и тот же набор кодов Уолша. Каждая БС имеет свой временной сдвиг при формировании кода и поэтому может быть однозначно определена в сети. Основано это на свойстве псевдослучайных двоичных кодов: значение автокорреляционного момента приближается к нулю для всех временных смешений более одной длины бита.

Кодирование в обратном канале. В ОК (от абонента к БС) применяется другая схема кодирования (рис. 13). ПС не может использовать преимуществ трансляции опорного сигнала. В этом случае необходимо было бы передавать два сигнала, что значительно усложнило бы демодуляцию в приемнике БС. В ОК применяется такой же, как и в прямом, вокодер и сверточное кодирование со скоростью 1/3, что повышает скорость ПД с 9,6 до 28,8 кбит/с. и перемежение в пакете длительностью 20 мс. После перемежения выходной поток разбивается на слова по шесть бит в каждом. Шестибитовому слову можно поставить в соответствие один из 64 кодов Уолша. Таким образом, каждый AT использует весь их набор. После этой операции скорость потока данных повышается до 307,2 кбит/с. Далее поток преобразуется с помощью длинного кода, аналогичного используемому БС. На этом этапе происходит разделение пользователей. Абонентская емкость системы определяется ОК. Для ее увеличения применяется регулирование мощности в ОК, методы пространственного разнесения приема на БС и др. Окончательное формирование потоков данных происходит таким же образом, как и в БС, за исключением дополнительного элемента задержки на 1/2 длительности символа в Q-канале для реализации смещенной QPSK.

Рис. 13 - Кодирование в обратном канале стандарта CDMA

Обслуживание вызова в сетях стандарта CDMA

После включения питания ПС настраивается на рабочую частоту сети и ищет сигнал БС (в сети используется общий для всех БС и ПС короткий код). Она обнаруживает несколько сигналов разных БС, которые можно различить по временному сдвигу в коротком коде. ПС выбирает сигнал с большим уровнем и, таким образом, получает когерентную опору для осуществления последующей демодуляции сигнала синхронизации. Этому сигналу поставлен в соответствие 32-й код Уолша. В нем передается информация о будущем содержании 42-разрядного регистра сдвига, используемого для формирования длинного кода. Эта информация посылается с опережением относительно информационного канала на 320 мс. Поэтому ПС имеет достаточно времени для декодирования сообщения и загрузки информации в регистр. Таким образом достигается ее синхронизация с сетевым временем. После этого ПС начинает мониторинг одного из каналов вызова.

Установление исходящего и входящего вызовов

Если абонент производит установление исходящего вызова, то его станция будет пытаться осуществить соединение с базовой по одному из каналов доступа (рис. 14). В этом случае для формирования длинного кода используется двоичная маска, параметры которой индивидуальны для каждой БС сети. Если одновременно несколько пользователей пытаются осуществить соединение, то возникает конфликт. Если БС не подтверждает попытку соединения по каналу вызова, то абонентская станция выжидает произвольное время и делает следующую попытку. После принятия вызова подвижной станции БС назначает канал для соединения, имеющий соответствующий код Уолша. После этого МС изменяет параметры двоичной маски в соответствии со своим идентификационным номером и переходит в режим приема и передачи речевой информации [10]. Установление входящего вызова происходит согласно диаграмме, представленной на рис. 2.69.

Рис. 14 - Установление исходящего вызова

Рис. 15 - Установление входящего вызова

Организация эстафетной передачи

Приемники стандарта CDMA предполагают использование нескольких корреляторов одновременно. Приемник с несколькими каналами приема и обработки сигнала получил название Rake-приемника. Он имеет 4 канала приема. В трех каналах одновременно обрабатываются три наиболее сильных сигнала (в четвертом канале постоянно осуществляется поиск сигнала с более высоким уровнем). Эти сигналы складываются, и таким образом в системе с кодовым разделением каналов реализуется метод временного разнесения приема. Многолучевое распространение радиосигналов, с которым приходится бороться всем стандартам сотовой связи, в данном случае становится помощником. В случае построения фиксированных сетей многолучевые отражения позволяют снизить требования к уровню сигнала, приходящего к абонентской станции.

В случае подвижной связи абонентская станция может одновременно принимать и обрабатывать сигналы нескольких БС. Это позволяет осуществлять мягкую эстафетную передачу абонента между БС. Преимущество мягкой передачи заключается в том, что исключается возможность потери связи при движении абонента вдоль границы сот, когда имеет место эффект «пинг-понга». Недостатком такого процесса управления является одновременное использование двух БС.Размещено на Allbest.ru