4.5.8 Формування сигналу в системі utra

Формування сигналу в системі UTRA з технологією CDMA передбачає такі операції, як канальне кодування, перемеження, узгодження швидкостей, формування каналостворюючих кодів, розширення спектра й модуляцію.

У системі UTRA передбачене використання чотирьох варіантів кодування: згорткове кодування, каскадне кодування (код Ріда-Соломона+зовнішнє перемеження+згорткове кодування), турбокодування та спеціальне кодування. Застосування того або іншого варіанту кодування визначається вимогами до припустимої ймовірності помилки на біт (BER). Можливі варіанти кодування наведено на рис.4.48.

Рисунок 4.48 - Варіанти кодування в системах 3G

При передачі мовного трафіку необхідне значення ймовірності помилки не більше . Таку ймовірність помилки можна забезпечити з використанням згорткового кодування зі швидкістю в низькошвидкісних каналах і зі швидкістю в каналах управління з кодовим обмеженням К=9 у всіх варіантах.

При передачі даних припустима величина ймовірності помилки не більше . Для забезпечення цієї вимоги застосовується каскадне кодування, у якому використовується згорткове кодування в сполученні з кодом Ріда-Соломона та перемеженням.

Значення коефіцієнтів, що визначають структуру багаточленів згорткового коду у восьмирічній формі для має вигляд, відповідно:

а для

.

Турбокодування вважається доцільним використовувати у високошвидкісних каналах зі швидкістю передачі 32 кбіт/с і бітовою ймовірністю помилки не більш ніж .

Спеціальне кодування забезпечує різний ступінь захисту від помилок для різних повідомлень (пакетів). Спеціальне кодування реалізується шляхом зміни надмірності в переданих даних. Таке кодування забезпечує різний ступінь захисту переданих повідомлень. Так, наприклад, для деяких типів кодерів мовний потік поділяється на пакети, кожен з яких передається з різним ступенем захисту.

Глибина перемеження в транспортних каналах у межах одного кадру може приймати значення 10 мс, 20 мс, 40 мс й 80 мс залежно від вимог до затримки інформації.

Зовнішнє перемеження здійснюється на ширину блоку, обумовленого довжиною коду Ріда-Соломона. Глибина поблочного перемеження змінюється в межах від 20 до 150 мс.

Узгодження швидкостей передбачає два режими: статичне узгодження й динамічне узгодження.

Статичне узгодження здійснюється щоразу, коли транспортний канал додається в мережу або вилучається з мережі й має на меті змінити швидкість транспортного каналу для забезпечення вимог до якості обслуговування при мінімальних ресурсах системи. Технічно статичне узгодження реалізується шляхом n-кратного повторення символів або періодичного виключення j-го символу. Статичне узгодження здійснюється до мультиплексування каналів.

Динамічне узгодження швидкостей виконується після мультіплексування каналів і забезпечує узгодження миттєвої швидкості групового транспортного каналу із пропускною здатністю фізичного каналу.

Оскільки на АС для передачі можуть використовуватися декілька виділених каналів даних DPDCH (мультікодова передача), то передбачені заходи, що забезпечують їхній поділ.

Поділ каналів даних DPDCH у лінії “угору” здійснюється на основі синхронізованих між собою ортогональних каналостворюючих кодів зі змінним розширенням спектра сигналу (OVSF). Алгоритм формування таких кодів розглянутий раніше і представляється у вигляді двійкового кодового дерева. На кожній ітерації кодова послідовність, що отримана на попередньому кроці (С_i), перетворюється на дві нові подвоєної довжини. Причому (відповідно до алгоритму формування кодів Уолша) одна з послідовностей є дворазовим повторенням попередньої (С_i С_i), а друга – повторенням попередньої та її інвертованого значення (С_i- С_i). За К ітерацій можна отримати 2^k послідовностей (кодів, функцій) Уолша довжиною L=2^k кожна. Параметр (коефіцієнт розширення) у лінії “угору” може приймати значення від 2-х до 8-ми, тобто варто помітити, що отримані при цьому кодові послідовності являють собою функції Уолша. Таким чином, мінімальна довжина кодової комбінації Уолша дорівнює 4-м розрядам, а максимальна – 256. Зміною довжини кодових слів здійснюється управління швидкістю передачі (її зміна). Тому що тривалість одного чіпа фіксована (незмінна), то зміна тривалості біта (зміна швидкості передачі інформаційних символів) автоматично змінює співвідношення між тривалістю біта і чіпа, тобто бази ШСС (англомовна абревіатура SF – spread factor – коефіцієнт розширення спектра). Мінімальна величина коефіцієнта розширення SF=4, що відповідає швидкості передачі Мбіт/с.

Якщо, крім того, необхідно збільшити швидкість передачі, то АС може передавати інформацію по декілька (до 6) паралельним каналам DPDCH з однаковими й рівними значеннями коефіцієнта розширення спектра SF. При SF=4 досягається максимальна швидкість передачі по каналу DPDCH.

Як відомо, зменшення коефіцієнта SF (бази В) зменшує виграш у співідношенні сигнал/шум по потужності на виході приймача . Можливе використання ШСС із невеликою базою (4, 8,...) передбачено у випадках, коли взаємні (системні) перешкоди практично відсутні (у мікростільниках усередині приміщення). Приводяться й інші припущення, у яких вказується на можливість використання на БС так названого багатокористувальницького приймача, що забезпечує більш високу швидкість захищеності сигналу від інтермодуляційних перешкод, ніж кореляційний приймач, що використовується.

У лінії “униз” для поділу каналів використовуються такі ж каналостворюючі коди, як й у лінії “угору” з діапазоном можливого розширення спектра від 4 до 512. Варто помітити, що при роботі з різними швидкостями в різних каналах доводиться використовувати каналостворюючі коди з різним коефіцієнтом розширення спектру FT (з різною базою сигналу). Разом з тим, функції (коди) Уолша різної довжини зберігають ортогональність на мінімальній з довжин, якщо жодна з них не є складовою частиною іншої, більш довгої. Ця обставина ускладнює процес присвоєння кодових послідовностей Уолша фізичним каналам у лінії “униз”. Дійсно, кожна АС може використовувати будь-яку послідовність Уолша із загального числа, тому що абонентська станція відрізняється від будь-якої іншої АС даного стільника маскою - унікальним кодом скремблювання. У лінії ж “униз” скремблюючий код для всіх АС даного стільника той самий і служить для поділу сигналів лише між різними БС. Таким чином, стільникова ємність повністю залежить від каналоутворюючих кодів. Саме цей фактор істотно ускладнює управління кодовим ресурсом у лінії “униз”. Завдання управління виявляється складним завданням динамічного управління кодовим ресурсом, що зважується на рівні координації мережі в цілому.

Для розширення спектра сигналу в системі стандарту UTRA використовуються довгі й короткі скремблюючі коди . Кодові послідовності можуть бути представлені у вигляді комплексної послідовності .

У першому випадку довгі коди послідовності являють собою відповідним чином сформовані послідовності Голда. Послідовності Голда формуються на основі двох М-послідовностей, структура яких визначається поліномами і .

У лінії “угору” скремблювання мультіплексованого сигналу АС відбувається послідовністю Голда довжиною , зменшеної до 38400 чипів, тобто до довжини одного кадру. Ця послідовність (довгий код) є ідентифікатором АС. Усікання довжини послідовності Голда в принципі погіршує її кореляційні властивості. Однак простота формування великого їхнього числа (до ) виправдує використання послідовностей Голда. Кожна скремблююча послідовність чітко синхронізована з часовою шкалою АС, так що початок кадру збігається з першим символом послідовності Голда, що повторюється в кожному кадрі.

Операція скремблювання здійснюється у квадратурному модуляторі шляхом перемноження комплексного сигналу зі скремблюючим довгим кодом.

Сигнал, що скремблюється, поділяється на два потоки: потік непарних і потік парних розрядів. Один з них надходить у синфазну, а другий – у квадратурний підканал модулятора. У результаті сигнал, що скремблюється, можна представити в комплексному вигляді, що містить синфазну (дійсну) частину і квадратурну (мниму) частину , тобто . Припустимо, що скремблюючий сигнал також можна представити у вигляді комплексного - . Тоді добуток комплексних сигналів визначається співвідношенням

.

Структурну схему пристрою, що реалізує комплексне скремблювання, представлено на рис.4.49.

Рисунок 4.49 - Структурна схема пристрою, що реалізує комплексне скремблювання.

В комплексному скремблюючому коді як дійсна частина використовується усічена до 38400 чіпів послідовність Голда. Та ж вихідна послідовність Голда (не усічена) зсувається на 16 777 232 чипа, після чого її довжина зменшується до 38400 чіпів. Потім всі непарні чипи заміняються на інверсії попередніх парних чипів. Добуток отриманого результату з дійсною частиною й використовується як мнима частина скремблюючого коду. Така побудова скремблюючого коду вдвічі зменшує частоту переходу QPSK-сигналу в протилежний стан, що полегшує енергетичний режим передавача.

Окрім довгих скремблюючих кодів у лінії “угору” можуть використовуватися короткі скремблюючі коди у вигляді розширених послідовностей Касами довжиною 256 символів. Використання коротких скремблюючих кодів передбачається у випадках застосування більш просунутих багато користувальницьких приймачів. Використання довгих скремблюючих кодів призвело б до істотного ускладнення структури приймача.

Скремблюючі коди забезпечують не тільки ідентифікацію АС (поділ сигналів різних АС), але й розділяють один від одного канали загального користування (PCDCH, PRACH) від виділених каналів (DPDCH, DPCCH). Формування скремблюючих кодів, їхня структура, алгоритми забезпечення відповідності конкретних послідовностей тим або іншим каналам визначені відповідними специфікаціями.

Скремблюючі коди в лінії “униз” забезпечують поділ сигналів різних БС. У якості скремблюючих кодів використовуються послідовності Голда, побудовані на основі М-послідовностей однакової довжини, структура яких відповідає поліномам

і .

Після поелементного складання по модулю “2” двох М-послідовностей, зсунутих одна від одної на деяку величину, отримується одна з послідовностей Голда довжиною . Загальне число послідовностей Голда (крім вихідних М-послідовностей) = . Із цього числа послідовностей Голда використовуються послідовностей. Далі довжина кожної послідовності зменшується до 38400 символів, нулі заміняються на +1, а одиниці - на -1. Ці послідовності використовуються в якості дійсної (синфазної) частини комплексного скремблюючого коду. У якості мнимої (квадратурної) частини скремблюючого коду використовуються ті ж зсунуті на 13072 символа послідовності Голда.

Всі 8192 скремблюючі коди розділені на 16 множин по 512 кодів, кожне з яких розділене на 64 групи по 8 кодів у кожній групі. Кожній БС привласнюється тільки один код. Групування кодів забезпечує більш швидкий пошук стільників, особливо при входженні в синхронізм.