8.3.2. Функції базової станції
Базова станція BS (англ. Base Station) - це обладнання, призначене для обслуговування однієї або декількох комірок мережі. Вона не просто забезпечує доступ до мережі рухомим станціям, а виконує складну обробку радіосигналів з метою забезпечення високої якості і надійної передачі. Структурна схема радіотракту приведена на рис. 8.16.
Функції, які виконує базова станція можна розділити на дві групи. До першої групи відносяться такі функції як:
- канальне кодування;
- перемішування;
- шифрування радіопередачі;
- пакетне форматування;
- модуляція;
- вирівнювання.
Рис.8.16 Спрощена структурна схема радіотракту
Ці функції є обов'язковими і необхідні для забезпечення надійної передачі і достовірного прийому. Друга група – це функції, які призначені для покращення якості передачі, для підвищення ефективності використання частотного спектру.
Вони включають:
- рознесений прийом;
- стрибкоподібне перенастроювання частоти;
- обробку часового випередження;
- перервну передачу;
- звітування контролеру базових станцій.
8.3.2.1. Канальне кодування та перемішування
Кодування в радіоканалі використовується для виявлення і виправлення помилок, які виникають при передачі інформації по радіоінтерфейсу. В системі GSM використовується два види канального кодування: блокове і згорткове. Згорткове кодування є потужним засобом боротьби з одиночними помилками, а блокове кодування в основному використовується для виявлення невиправлених помилок.
При блоковому кодуванні вхідна інформація розділяється на блоки, що містять по k символів, і які по визначеному закону перетворюються блоковим кодером в n символьні блоки, причому n>k. Відношення R=k/n називається швидкістю кодування і є мірою надлишковості, яка вноситься кодером. При правильній побудові коду збільшення надлишковості призводить до підвищення завадостійкості.
При згортковому кодуванні К послідовних символів вхідної інформаційної послідовності, по k біт в кожному символі, приймають участь в утворенні n-бітових символів вихідної послідовності, n>k, причому на кожен символ вхідної послідовності припадає по одному символу вихідної. В стандарті GSM використовуються символи з k=l, тобто символи однобітові, а згортковий кодер - двійковий. Параметр К визначає довжину зсувного регістру (в символах), вміст якого приймає участь в формуванні одного вихідного символу, і називається довжиною обмеження. Оскільки складність декодування згорткового коду по алгоритму Вітербі (даний алгоритм є найбільш вигідний зточки зору реалізації) зростає за експоненційним законом із збільшенням довжини кодового обмеження, то на практиці використовуються значення К в межах від 3 до 10.
В стандарті GSM основні властивості розмовних каналів і каналів управління значно відрізняються один від одного. Для розмовних каналів необхідний зв'язок в реальному масштабі часу з короткими затримками при порівняно низьких вимогах до ймовірності помилок в каналі. Для каналів управління вимагається абсолютна цілісність даних і виявлення помилок, але допускається більш тривалий час передачі і затримки. Як наслідок кодування в каналах управління і розмовних каналах має свої особливості.
Розглянемо процес кодування мовної інформації в повношвидкісному розмовному каналі.
Кодер мовлення поставляє на схему канального кодування 20-мілісекундні блоки довжиною по 260 біт з швидкістю 13 кбіт/с. Кожен блок довжиною 260 біт розбивається на три частини:
- 50 біт класу 1А;
- 132 біти класу 1B;
- 78 біт класу 2.
Біти класу 1А захищаються за допомогою слабого блокового кодування для виявлення помилок в приймачі. В результаті блокового кодування до 50 біт класу 1А додається 3 біти перевірки на парність. Блоковий код являє собою вкорочений систематичний код з формуючим поліномом виду:
g(D)=D3 + D + l.
На даній стадії виконується перший крок перемішування. Перемішування - це така зміна порядку слідування символів інформаційної послідовності, тобто перестановка символів, при якій символи, що були розміщені поряд, стають розділеними декількома іншими символами.
Рис.8.17 Схема канального кодування в розмовному каналі GSM
Перемішування здійснюється з метою перетворення пакетів помилок в одиночні, з якими легше боротись за допомогою блокового і згорткового кодування. Отже, на першій стадії перемішування біти з парними індексами збираються в першій частині інформаційного слова, за ними слідує три біти перевірки на парність. Після цього біти з непарними індексами запам'ятовуються в буферній пам'яті і переставляються так, як це показано на рис. 8.18б. Далі слідує чотири нульових біти, які необхідні для роботи кодера, що формує код для виправлення випадкових помилок в радіоканалі.
Наступним кроком є згорткове кодування 189 біт класу 1 кодом (2, 1, 5) з швидкістю г=1/2. Як показано на рис.8.18в, після згорткового кодування загальна довжина кадру складає 2x189+78 = 456 біт.
Після цього отриманий кадр з 456 біт поділяється на вісім 57-бітових блоків (рис. 8.18г), які зазнають блоково-діагонального перемішування.
При діагональному перемішуванні вхідна інформація поділяється на блоки, а блоки - на субблоки, і в вихідній послідовності субблоки чергуються між собою. Така схема перемішування вносить малу затримку, але розставляє сусідні субблоки лише через один, тобто роззосередження помилкових символів групи є невеликим.
а) інформаційна послідовність на виході схеми блокового кодування;
б) перший етап перемішування;
в) інформаційна послідовність на виході схеми загорткового кодування;
г) блоково-діагональне перемішування;
д) розбиття на пакети
Рис.8.18 Канальне кодування і перемішування в розмовному каналі
При блочному перемішуванні вхідна інформація також поділяється на блоки по n субблоків в кожному, але в вихідній послідовності чергуються субблоки k послідовних блоків. Роботу цієї схеми можна представити у вигляді запису вхідної послідовності у стрічки матриці (k,n), зчитування інформації з якої здійснюється по стовпцях. Дана схема вносить велику затримку, але значно краще роззосереджує символи пакетів помилок.
На рис. 8.18г біти В0 і В4 субблоків попарно перемішуються, утворюючи процес блокового перемішування.
В звичайному пакеті, який переносить розмовну інформацію, є простір для двох 57-бітових блоків інформації. Тому на наступному етапі перемішування вісім 57-розрядних блоків, призначених для передачі, розміщуються в вісім різних інформаційних пакетів. Кожен інформаційний пакет буде містити блоки інформації з різними вибірками мовлення.
В результаті перемішування кожен інформаційний пакет буде містити два 57-розрядні блоки інформації з різними вибірками мовлення. Перевагою перемішування пакетів є те, що воно дозволяє загубити цілий пакет. Оскільки втрата одного пакета впливає тільки на 12.5% біт з кожного циклу розмови, процес кодування каналу дає можливість зробити відповідні виправлення.