13 Архитектура сотовых систем
Решение об изменении мощности передатчиков принимается на основании измерений уровня сигнала в специальном контрольном канале и отношения сигнал/шум в канале трафика.
Высокая точность и быстродействие АРМ современных систем сотовой связи позволяют также эффективно бороться с медленными и быстрыми замираниями сигналов.
Изменение размеров сот в пределах одной сети называют расщеплением coт (англ. cell splitting). На рис. показана топология сети с расщеплением сот. Как видно из рисунка, при использовании расщепления возможно два типа сот: с одинаковыми секторами («большие» и «малые» соты) и с разными секторами («переходные» соты).
14 Архитектура сотовых систем
В целях максимально эффективного использования частотного ресурса в сетях мобильной радиосвязи применяют динамическое распределение каналов, когда рабочие каналы закрепляют не за абонентами, а за вызовами. По мере поступления заявок на установление соединения абонентам в соответствии с приоритетом и очередностью выделяют свободные рабочие каналы. По мере их освобождения банк свободных рабочих каналов вновь пополняется.
Принципы многостанционного доступа в системах мобильной радиосвязи
Одной из основных проблем построения систем мобильной радиосвязи является решение задачи доступа многих пользователей к ограниченному ресурсу среды передачи. Число каналов базовых станций ограничено. По назначению эти каналы могут быть служебными и трафиковыми, по которым передаются команды и информация.
К служебным относятся каналы, обеспечивающие поддержку функционирования абонентской сети и назначение каналов трафика подвижным абонентам на этапе вхождения в связь.
Трафиковые каналы предназначены для передачи информации и команд, обеспечивающих процессы ведения связи с требуемым качеством и восстановления связи (хэндовер) при перемещениях подвижных абонентов по зоне обслуживания.
2 Принципы многостанционного доступа в системах мобильной радиосвязи
Задачей многостанционного доступа (уплотнения, мультиплексирования) является разделение между абонентскими станциями таких параметров, как пространство, время, частота и код с минимумом взаимных помех и максимальным использованием характеристик передающей среды.
По способам предоставления системного ресурса абонентам систем мобильной радиосвязи могут иметь место следующие варианты многостанционного доступа:
с пространственным разделением каналов;
с частотным разделением каналов;
с временным разделением каналов;
с кодовым разделением каналов.
3 Принципы многостанционного доступа в системах мобильной радиосвязи
огостанционный доступ с пространственным разделением каналов (Space Division Multiple Access, SDMA) — это метод доступа, при котором вся зона обслуживания разбивается на множество узких областей, охватываемых отдельными лучами диаграмм направленности антенн. Связь между абонентами, работающими в разных зонах, осуществляется за счет межлучевой коммутации. При этом каждая абонентская станция может вести передачу только в границах одной определенной территории, на которой любому другому устройству запрещено передавать свои сообщения.
Еще недавно данный метод считался малоэффективным — до тех пор, пока не получили развитие системы, обеспечивающие достаточно точную локализацию зон отдельных передатчиков. С появлением аппаратуры (и соответствующих стандартов), обеспечивающей адаптивную перестройку мощности передатчиков абонентских и базовых станций, а также систем на основе секторных антенн (или антенн с перестраиваемой диаграммой направленности), данный метод получил широкое распространение.
Многостанционный доступ с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access, FDMA) характерен тем, что каждая абонентская станция работает на строго определенной частоте, благодаря чему множество устройств могут вести передачу данных на одной территории. Исторически это наиболее ранний метод уплотнения каналов, так или иначе используемый в самых современных системах беспроводной связи. Характерной особенностью многостанционного доступа с частотным разделением каналов является наличие защитных полос между соседними каналами, что уменьшает количество возможных каналов и, соответственно, спектральную эффективность системы. Ширина полосы канала зависит от требуемого качества передачи информации. Главным недостатком этого метода является неоправданное расходование частотных ресурсов, поскольку требуется выделение отдельной частоты для каждой абонентской станции.
Многостанционный доступ с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access, TDMA) — это метод доступа, при котором все абоненты передают свои сообщения на одной несущей частоте, но в разные, как правило циклически повторяющиеся, интервалы времени при жестких требованиях к синхронизации процесса передачи. Таким образом, абонентской станции в течение фиксированных интервалов времени предоставляется вся пропускная способность канала. Основная единица времени называется кадром (frame). Каждый кадр разделен на фиксированное количество временных интервалов (slot). Максимально возможное количество одновременно обслуживаемых абонентов равно количеству временных интервалов в кадре. Обычно количество абонентов меньше, т.к. часть временных интервалов используются для передачи сигналов управления, контроля и сихронизации. Поэтому кадры часто организуются в структуры более высокого порядка (мультикадры, суперкадры и т.д.).
Недостатком многостанционного доступа с временным разделением каналов является то, что если канал не используется для передачи в выделенный ему временной интервал, другие каналы не могут передавать данные в это время. Тем не менее подобная схема достаточно удобна, так как временные интервалы могут динамично перераспределяться между устройствами сети. Так, устройствам с высоким трафиком назначаются более длительные интервалы, чем устройствам с меньшим объемом трафика.
Основной недостаток систем с временным уплотнением — это мгновенная потеря информации при срыве синхронизации в канале, например, из-за сильных помех. Временное уплотнение возможно только для цифрового сигнала. Метод TDMA требует наличия защитных временных промежутков между блоками данных, занимающих соседние временные интервалы. Это обусловлено конечным временем включения оборудования и прохождения сигнала по радиоканалу. В реальных системах часто используется комбинация методов FDMA и TDMA. В этих системах рабочая полоса частот делится на частотные каналы, которые уплотняются по времени.
Многостанционный доступ с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access, CDMA) основан на использовании сигналов с расширенным спектром и одновременной передачей большого числа сигналов в общей полосе частот. Их разделение осуществляется по виду кодовых последовательностей, поступающих от каждого абонента. При этом все передатчики передают сигналы на одной и той же частоте.
При использовании CDMA каждый бит исходного потока данных заменяется на CDMA-символ, или кодовую последовательность длиной в 11, 16, 32 или 64 элементов («чипов»). Кодовая последовательность уникальна для каждого передатчика, причем их подбирают так, чтобы взаимная корреляция двух любых CDMA-кодов была минимальна. В приемнике известен CDMА-код передатчика, сигналы которого он должен принимать. Он постоянно принимает все сигналы, оцифровывает их. В специальном устройстве (корреляторе) производится операция свертки (умножения с накоплением) входного оцифрованного сигнала с известным ему CDMA-кодом
Теоретически метод CDMA позволяет выделять информацию одного пользователя до тех пор, пока используемые коды взаимно ортогональны. Эффект многолучевости распространения радиоволн приводит к потере ортогональности сигналов на входе приемника, что приводит к снижению качества приема информации.
Основной же проблемой кодового уплотнения до недавнего времени являлась сложность технической реализации приемников и необходимость обеспечения точной синхронизации работы передатчика и приемника для гарантированного приема сообщений.
Уплотнение с кодовым разделением часто совмещается с частотным либо временным методами. В наиболее «чистом» виде метод кодового уплотнения реализуется в случае DSSS. Однако используются также и другие методы расширения спектра – посредством частотных и временных скачков (Frequency/Time Hoping Spread Spectrum, FHSS/THSS).
Очевидно, что при организации доступа подвижных абонентских радиостанций к каналам базовых станций должны использоваться определенные протоколы многостанционного доступа, обеспечивающие разрешение конфликтов (коллизий) при одновременной посылке двух и более вызовов. Можно выделить три вида таких протоколов:
протоколы детерминированного доступа;
протоколы случайного доступа;
протоколы комбинированных методов доступа.
Протоколы детерминированного многостанционного доступа упорядочивают доступ подвижных абонентов сети к канальному ресурсу базовой станции таким образом, чтобы полностью исключить конфликты при передаче вызовов. Это делается за счет закрепления канального ресурса за абонентами и обычно приводит к нерациональному использованию канального ресурса, появлению временных задержек и требует жесткой синхронизации процесса доступа. Данные протоколы многостанционного доступа могут применяться в радиосетях со сравнительно небольшим числом абонентов и регулярным потоком вызовов.
Протоколы случайного многостанционного доступа в принципе допускают возникновение конфликтов при передаче вызовов от мобильных станций. Однако потери от таких конфликтных ситуаций, как показывает практика, могут оказаться меньше потерь от простоя каналов при использовании протоколов детерминированного доступа. Для уменьшения вероятности возникновения конфликтов используются предварительная проверка состояния каналов доступа и различные методы обнаружения конфликтов. При обнаружении конфликта абонент прекращает передачу сигнала вызова.
Простейшим по идее примером случайного многостанционного доступа является протокол ALOHA (иногда называемый «чистая» ALOHA), который вообще не предусматривает процедуры распределения каналов доступа и предотвращения коллизий. Это означает, что любая абонентская станция может передавать данные в любое время, но при этом не обеспечивается гарантированная доставка их получателю.
Тем не менее, этот протокол предусматривает подтверждение приема данных путем передачи по каналу обратной связи специального короткого пакета (Acknowledged, ACK). В случае же обнаружения коллизии принимаемых пакетов данных (путем проверки контрольной суммы пакета) вместо подтверждения ACK передается другой короткий пакет с сообщением о неприеме данных (Not-Acknowledged, NAK), после чего делается следующая попытка передачи данных. Данный протокол успешно используется в сетях со слабой нагрузкой, имеющих малое число абонентов, или в сетях, в которых передается небольшое количество информации в единицу времени. Рост интенсивности трафика неизбежно приводит к увеличению вероятности коллизий и числа повторных передач.
В определенной степени преодолеть эти проблемы можно, если ввести синхронизацию работы станций в форме выделения специальных временных интервалов (слотов). При этом всем абонентским станциям передается последовательность синхронизующих импульсов. Сообщения доступа могут передаваться только между синхроимпульсами, а начало передачи должно совпадать с началом любого слота. Коллизии могут возникать только на протяжении одного временного интервала. Такой протокол получил название синхронная ALOHA (Slotted ALOHA, или S-ALOHA).
Режим повторной передачи в S-ALOHA отличается тем, что следующая попытка передачи сообщения производится лишь после паузы, длительность которой является случайной, но кратной длительности временного слота.
Дальнейшее снижение вероятности коллизий может быть обеспечено путем перехода к протоколам, предусматривающим предварительное «прослушивание» канала перед тем, как передавать сообщение. Эта группа протоколов получила название протоколы многостанционного доступа с контролем несущей (МДКН) (Carrier Sense Multiple Access, CSMA). Простейшим из них является т.н. 1-настойчивый МДКН (1-persistent CSMA), в соответствии с которым отсутствует разбиение времени на слоты, а сообщение отправляется лишь после предварительного прослушивания канала, причем немедленно (с вероятностью 1) после принятия решения о том, что канал свободен. Далее в случае, если вовремя не поступает сообщение АСК, станция через случайный промежуток времени снова начинает прослушивать канал и повторяет попытку передачи и т.д.
В соответствии с другой версией протокола CSMA, называемой часто ненастойчивый МДКН, повторные прослушивания канала производятся через случайные промежутки времени после выяснения того, что канал занят. При принятии решения о том, что канал свободен, сообщение немедленно передается. В отличие от настойчивого МДКН в данном случае снижается вероятность того, что две станции одновременно начнут передачу немедленно после освобождения канала.
При использовании протокола р-настойчивый МДКН используется синхронизация на основе слотов и предварительное прослушивание канала. Однако передача сообщения, в случае освобождения канала, производится с некоторой вероятностью р < 1, что, как и при использовании ненастойчивого МДКН, снижает вероятность одновременной передачи сообщения двумя и более станциями.
Протоколы, использующие комбинацию различных методов многостанционного доступа, могут иметь централизованное или децентрализованное управление каналами доступа. При централизованном управлении базовая станция передает абонентам порядок доступа, который адаптируется, исходя из интенсивности поступающих вызовов, времени задержки предоставления доступа, потерь вызовов и др. При децентрализованном управлении каналами доступа базовая станция передает абонентам лишь информацию о приоритетах доступа.
В современных системах беспроводного доступа часто используют сочетание механизмов централизованного назначения каналов и методов конкурентного доступа. По сути, работа этих систем происходит в два этапа. Первый этап – резервирование ресурсов (например, временных интервалов) для будущей передачи. На этом этапе все станции заявляют (пытаются заявить) о своих потребностях в канальных ресурсах. На втором этапе происходит непосредственная передача данных в отведенном интервале. В этих схемах используется контроллер базовой станции, с помощью которого производится синхронизация передач и осуществляется резервирование. Как правило, механизмы резервирования приводят к увеличению времени задержки получения пакетов при слабой загрузке системы, но при этом обеспечивают ей более высокую пропускную способность.
Организация процесса обслуживания абонентов
Системы мобильной радиосвязи относятся к многоканальным системам массового обслуживания (СМО) [1], которые обеспечивают услуги связи большому числу мобильных абонентов при ограниченном числе каналов на базовых станциях. По типу организации процесса обслуживания они относятся к СМО с отказами или СМО с очередями.
Процесс обслуживания в СМО характеризуется принятой дисциплиной обслуживания и отказа в обслуживании (блокировании вызова), средним временем ожидания в очереди и др.
В СМО с отказами (примерами являются сотовые системы общего пользования) вызов (заявка), поступивший с абонентской радиостанции (заявка на обслуживание) в момент, когда все каналы заняты, получает отказ и теряется.
В СМО с очередями (примерами являются транкинговые системы) в случае занятости каналов вызов ставится в очередь на обслуживание и ожидает, когда освободится хотя бы один канал.
При этом в случае системы с ожиданием это время ничем не ограничивается (чистая система с ожиданием). В системах же смешанного типа время нахождения в очереди ограничивается определенными условиями. Если эти условия не выполняются, заявка получает отказ в обслуживании. В противном случае заявка ожидает своей очереди на обслуживание. Ограничения, накладываемые на ожидание, чаще всего бывают двух типов: ограничение на время нахождения в очереди и ограничение на число заявок в очереди. Для СМО с очередями могут иметь место разные дисциплины обслуживания очереди в порядке очередности либо по приоритетам абонентов.
При оценке показателей эффективности (например, пропускной способности) и при определении основных параметров систем мобильной радиосвязи (числа базовых станций в сети, основных характеристик радиоканала, приемопередающего оборудования и др.) важным является характеристика (профиль) обслуживаемого трафика. Трафик в системах мобильной радиосвязи является случайным, образуется суммированием отдельных потоков заявок (вызовов) от многих абонентов и близок к пуассоновскому потоку, для которого вероятность поступления в СМО заявок (вызовов) за время определяется по формуле:
г
де
—интенсивность
(плотность) потока
заявок (вызовов), или среднее число
вызовов в единицу времени. При этом
среднее число вызовов на интервале
равно
Продолжительность
обслуживания одного вызова (длительность
занятости канала связи) обычно принимается
случайной величиной с экспоненциальным
распределением
г
де
—интенсивность
обслуживания, или величина,
обратная среднему времени
обслуживания одного вызова.
Одной из форм классификации СМО является символьная классификация Д.Кендалла [39], при которой система характеризуется символами A/B/n/m. Первые символы характеризуют тип распределения входящего потока заявок на обслуживание (A) и распределения времени обслуживания (B). Последующие символы показывают число обслуживающих каналов СМО (n) и емкость буфера для ожидания заявок в очереди (m).
Рассмотрим далее СМО с ожиданием при использовании дисциплины обслуживания «в порядке поступления заявок», т.е. если в момент поступления заявки (вызова) хотя бы один канал оказывается свободным, то она обслуживается немедленно. В противном случае заявка ставится в очередь и ждет освобождения канала (модель Эрланга С).
М
ожно
показать, что в случае системы с отказами
(модель Эрланга В) вероятность отказа
в обслуживании, т.е. вероятность того,
что в момент поступления заявки все
каналов системы окажутся занятыми,
равна
г
де
величина — среднее
число заявок, приходящееся на среднее
время обслуживания одной заявки, илиприведенная плотность
потока заявок. Эту величина называется
также интенсивность нагрузки
(чаще — просто нагрузка),
или трафик и измеряется
в единицах Эрлангов (Эрл).
При анализе телефонных сетей
принято измерять величины и соответственно
в единицах 1/час и час. Тогда нагрузка
в один Эрл — нагрузка, требуемая для
поддержания занятости канала каждый
час в течение одного часа, или, как часто
говорят в таком случае, «одно часозанятие
в час». Соответственно вероятность
обслуживания заявки в многоканальной
СМО из равна
Вероятность
того, что поступившая заявка окажется
в очереди, очевидно, равна вероятности
того, что занятыми оказываются все
каналов и имеется очередь, включающая
заявок :В сетях передачи данных интенсивность нагрузки, которая представляет собой поток сообщений в виде блоков данных, как правило, оценивается числом бит (байт) в секунду. Интенсивность нагрузки (трафик) может быть оценена в Эрлангах, если разделить число пакетов в секунду на скорость передачи в канале, поскольку интенсивность нагрузки зависит не от скорости «перемещения» пакетов, а от «плотности» их движения.
Если следовать Рекомендации МСЭ-R V665-2.2000 «…один Эрланг соответствует такой интенсивности нагрузки, когда в течение часа передачи данных занят один из имеющихся ресурсов…», где под ресурсом понимается базовая скорость в канале передачи данных.
ПРИНЦИПЫ ЛОКАЛИЗАЦИИ ПОДВИЖНЫХ АБОНЕНТОВ В СЕТЯХ МОБИЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ
Типовая структурная схема взаимодействия
служб СПРВ
Структурная
схема системы персонального
радиовызова
Классификация систем персонального радиовызова.
Зона обслуживания региональной СПРВ.
Структурная схема репитера.
Структура протокола POCSAG.
Структура протокола ERMES.
Процесс сканирования пейджера по частотам и пачкам
Структура одного FLEX-цикла.
Системы сотовой связи с кодовым разделением каналов
Стандарт IS-95 (cdmaOne)
Первый действующий стандарт мобильной сотовой связи с кодовым разделением каналов IS-95 был разработан фирмой QUALCOMM (США).
Основная цель разработки – увеличение пропускной способности системы сотовой связи не менее, чем на порядок, по сравнению с аналоговыми системами.
Хотя технология CDMA была достаточно хорошо изучена, и даже реализована в некоторых областях связи (например, в военной), её использование в системах коммерческой сотовой связи сдерживал ряд серьезных проблем.
Важнейшие из них – необходимость быстродействующей и высокоточной системы регулировки мощности, трудности, возникающие при синхронизации адресных последовательностей, и недостаточно высокий уровень технологии изготовления оборудования.
(cdmaOne)
Синхронизация адресных последовательностей требует:
специальных быстродействующих алгоритмов синхронизации, работающих в условиях многолучевого распространения сигналов.
необходимость постоянной подстройки генераторов адресных последовательностей BS и MS при передвижения мобильных абонентов.
Требуется разработка технологической базы (прежде всего технологии изготовления СБИС) сетевого оборудования с определенными надежностными, массагабаритными и ценовыми параметрами.
Основные характеристики стандарта.
Система рассчитана на работу в диапазоне частот 800 МГц.
Общая полоса частот канала связи составляет 1,25 МГц так что при развертывании сотовых сетей cdmaOne операторы могут формировать частотный план на основе таких полос.
В соответствии с нормами Федеральной Комиссии Связи США (Federal Communications Commission) одному оператору может быть выделен максимальный диапазон частот 12.5 МГц в стволах MS-BS и BS-MS, что соответствует 10 полосам по 1.25 МГц.
Основные характеристики стандарта CDMA QUALCOMM и технические параметры оборудования сетей приведены в Таблице.
|
Параметр |
Значение |
|
Диапазон частот передачи, МГц MS BS |
824.040 – 848.860 869.040 – 893.970 |
|
Относительная нестабильность несущей частоты MS BS |
±2.5×10-6 ±5×10-8 |
|
Вид манипуляции несущей частоты MS BS |
OQPSK QPSK |
|
Ширина спектра излучаемого сигнала, МГц по уровню –3 дБ по уровню –40 дБ |
1.23 1.50 |
|
Количество каналов на одной несущей частоте MS доступа обратного трафика BS пилотный синхронизации персонального вызова прямого трафика |
1 1 1 1 0...7 62...55 |
|
Скорость передачи данных в каналах, бит/с синхронизации персонального вызова и доступа трафика |
1200 9600, 4800, 2400 9600, 4800, 2400, 1200 |
|
Помехоустойчивое кодирование информации в каналах MS доступа и обратного трафика BS синхронизации, персонального вызова и прямого трафика |
Сверточный код с длиной кодового ограничения 9 и скоростью 1/3 (декодирование по Витерби с мягким решением), код Рида-Соломона I рода Сверточный код с длиной кодового ограничения 9 и скоростью 1/2 (декодирование по Витерби с мягким решением) |
|
Перемежение информации в каналах |
Блоковое, с длительностью кадра 20 мс |
|
Требуемое отношение с/ш, дБ |
6...7 |
|
Максимальная эффективная излучаемая мощность, Вт MS 1-й класс 2-й класс 3-й класс BS |
6.3 2.5 1.0 До 50 |
Принцип работы
Система CDMA QUALCOMM построена по методу прямого расширения спектра частот. В каналах системы используют помехоустойчивое кодирование и перемежение передаваемых сообщений.
В стандарте применяют раздельную обработку отраженных сигналов, приходящих с разными задержками, и последующее их весовое сложение, что значительно снижает отрицательное влияние эффекта многолучевости.
При раздельной обработке лучей в каждом канале приема на BS используют 4, а на MS − 3 параллельно работающих коррелятора. Наличие параллельных каналов корреляционной обработки позволяет осуществить мягкий режим эстафетной передачи (soft handover) при переходе мобильного абонента из одной соты в другую.
В процессе мягкой эстафетной передачи MS могут сопровождать 2 и более базовых станций.
Принятые меры позволяют поддерживать высокое качество связи при переключении MS с одной базовой станции на другую и делают эстафетную передачу практически незаметной для пользователя.
Быстродействующая система автоматического регулирования мощности (АРМ) передатчиков MS не только обеспечивает заданный средний уровень сигнала при приеме на BS, но и существенно компенсирует быстрые замирания на трассе распространения.
Эффективная работа системы АРМ MS облегчает работу приемника BS, снижает уровень внутрисистемных шумов, увеличивает помехоустойчивость и повышает пропускную способность сети связи.
Высокую пропускную способность системы CDMA QUALCOMM обеспечивают также за счет использования речевой активности абонентов: в стандарте применен алгоритм прерывистой передачи речи и вокодер CELP (code excited linear prediction) с переменной скоростью преобразования речевого сигнала.
Стандарт cdmaOne гарантирует безопасность передаваемых сообщений и данных об абонентах.
Он имеет более сложный, чем GSM, радиоинтерфейс, обеспечивающий передачу сообщений с использованием составных адресных поднесущих, сформированных на основе функций Уолша и М-последовательностей.
Безопасность связи обеспечивают применением процедур аутентификации и шифрования сообщений.
Прямой канал связи(1)
Прямой канал связи состоит из одного пилотного канала (pilot channel), одного канала синхронизации (synchronization channel), и 62 других каналов. Эти 62 канала могут быть полностью использованы для передачи прямого трафика (forward traffic channels), однако до 7 из них можно использовать в качестве каналов персонального вызова (paging channels).
Для разделения каналов служат кодовые БФМ-последовательности, сформированные на базе ансамбля ортогональных функций Уолша.
Адресная последовательность W0 (константа) предназначена для организации пилотного канала, а адресная последовательностьW32 (меандр) – для организации канала синхронизации.
Каналы персонального вызова и прямого трафика используют другие 62 адресные последовательности.
В прямом канале связи функции Уолша используют для кодового разделения рабочих каналов (в обратном канале связи их функциональное назначение будет иным).
Прямой канал связи(2)
В передающем тракте BS перенесение сигналов в каналах на адресные поднесущие производят в 2 этапа:
На первом этапе последовательность информационных символов модулирует (операция «сумма по модулю 2») адресную БФМ-последовательность на основе функций Уолша (Wi) с тактовой частотой 1.2288 Мчип/с.
На втором этапе полученный поток скремблирует («сумма по модулю 2») псевдослучайные БФМ-последовательности PNIиPNQ (PN- pseudonoise)в синфазном (I) и квадратурном (Q) каналах. Эти псевдослучайные последовательности (ПСП) не совпадают между собой и являются известными М-последовательностями.
Они одинаковы для всех 64 каналов и имеют тактовую частоту 1.2288 Мчип/с.
Прямой канал связи(3)
Поскольку в пилотном канале используют функцию Уолша W0 (константу), то адресную последовательность в нем фактически определяют квадратурные ПСПPNI иPNQ.
В канал синхронизации данные поступают со скоростью 1200 бит/с. После сверточного кодирования (9, 1/2) их скорость возрастает до 2400 символов/с. Затем информация поступает на устройство повторения, и на его выходе поток имеет скорость 4800 символов/с.
Далее следует процедура блокового перемежения, в ходе которой информацию перемежают в пределах кадров 20 мс.
Прямой канал связи(4)
Перемежение применяют для преобразования пакетов ошибок, возникающих при передаче в канале связи, в одиночные ошибки.
Это позволяет уменьшить вероятность ошибки при декодировании информации.
На выходе перемежителя скорость потока по-прежнему составляет 4800 символов/с.
После проведения «подготовительных» операций информация поступает на модулятор последовательностей Уолша.
Каждый символ на входе модулятора имеет длительность, равную четырем периодам последовательности Уолша:
1.2288 Мчип/с = 64 ´ 4 ´ 4800 символов/с, где
64 – количество чипов на периоде функции Уолша, или длина кода.
Очевидно, что на выходе модулятора тактовая частота потока также будет 1.2288 Мчип/с.
Прямой канал связи(5)
Для передачи речи по каналам прямого трафика стандартом предусмотрено использование вокодера CELP с переменной скоростью преобразования 8550, 4000, 2000 или 800 бит/с в зависимости от параметров речи абонента.
Информацию в каналах трафика передают кадрами по 20 мс. При этом скорость передачи кодированной речевой информации, поступающей в канал, постоянна в течение кадра и составляет 9600, 4800, 2400 или 1200 бит/с.
Сверточный кодер с длиной кодового ограничения 9 и скоростью 1/2 удваивает скорость потока: 19 200, 9600, 4800 или 2400 символов/с на выходе соответственно.
Для выравнивания скорости потоков кодированной речевой информации применяют устройство повторения: данные на его выходе всегда следуют со скоростью 19 200 символов/с:
Прямой канал связи(6)
Чем больше кратность повторения символов, тем меньшую мощность используют для их передачи по каналу связи при фиксированной суммарной энергии посылки исходного символа. Это позволяет уменьшить уровень взаимных помех в системе и увеличить пропускную способность сети.
При приеме MS заранее неизвестны скорость передачи информации и кратность повторения символов в текущем кадре. Поэтому декодер MS предпринимает 4 попытки декодирования принятой посылки с четырьмя возможными скоростями передачи и кратностями повторения. Истинную скорость передачи определяют по минимуму обнаруженных декодером ошибок.
Прямой канал связи(7)
Длинный код (на основе М-последовательности) несет информацию об индивидуальном номере абонента в сети.
Маска, необходимая для генерирования длинного кода, записана в ПЗУ MS. Тактовая частота при генерировании длинного кода − 1.2288 Мчип/с, но устройство децимации (на рис. не показано) понижает тактовую частоту до 19 200 бит/с, оставляя лишь каждый шестьдесят четвертый символ в последовательности.
Модифицированный длинный код с выхода дециматора поступает на один вход скремблера; на другой вход со скоростью 19 200 символов/с поступает информация с выхода блокового перемежителя.
Скремблер производит операцию «сумма по модулю 2» над входными потоками информации.
Следует отметить, что скремблирование информации длинным кодом является еще и мощным криптографическим средством, обеспечивающим высокую степень конфиденциальности передаваемых сообщений.
Прямой канал связи(9)
Скремблированные данные мультиплексируют с информацией о регулировании мощности передатчиков MS: определенные символы потока данных на входе мультиплексера заменяют битами команд регулировки мощности.
После мультиплексирования информация со скоростью 19 200 символов/с поступает на кодовый модулятор.
Номер функции Уолша, применяемой в адресной последовательности, однозначно определяет номер канала трафика данной BS.
С выхода модулятора сложный сигнал с тактовой частотой 1.2288 Мчип/с направляют в квадратурные каналы (I и Q), где он скремблирует ПСП, применяемые во всех 64 каналах.
Прямой канал связи(10)
Последняя группа каналов – каналы персонального вызова. Они служат для передачи MS системной информации и команд управления.
При вызове, исходящем от MS, когда она производит запрос по каналу доступа о предоставлении ей канала трафика, BS подтверждает запрос и передает команду настроиться на выделенный канал прямого трафика.
Для этого также используют каналы персонального вызова.
За несколькими исключениями структура канала персонального вызова повторяет структуру канала прямого трафика. Различия состоят в том, что данные в каналы вызова поступают со скоростью 9600, 4800 или 2400 бит/с, информацию в них не мультиплексируют с командами регулировки мощности, и, наконец, используют другую маску длинного кода.
Прямой канал связи(11)
Сформированные в прямом канале связи квадратурные составляющие сигналов во всех 64 CDMA-каналах затем объединяют и суммируют с весами в режиме линейного сложения.
Синфазную и квадратурную компоненты получившегося группового сигнала фильтруют в основной полосе частот и подают на схему 4-позиционной фазовой манипуляции ФМ-4 (quaternary phase shift keying – QPSK), где видеосигнал переносят на промежуточную частоту.
Манипулированный групповой сигнал на промежуточной частоте затем переносят с промежуточной частоты на несущую, подают на линейный усилитель мощности, и через полосовой фильтр направляют к передающей антенне BS.
Прямой канал связи
Непрерывно излучаемый BS пилотный сигнал, выполняет несколько функций.
Уровень мощности сигнала, излучаемого в пилотном канале, постоянен и на 4...6 дБ выше, чем в каналах трафика. MS использует пилотный сигнал для захвата несущей частоты, после чего отслеживает его с точностью до фазы и выделяет опорное колебание, необходимое для когерентной обработки сигналов данной BS при приеме.
Измеряя мощность пилотных сигналов BS, MS может использовать полученные данные при эстафетной передаче, а также при регулировании мощности передатчика.
Прямой канал связи(12)
Адресная последовательность пилотного канала (короткий код) представляет собой ПСП PNI и PNQ, каждая из которых является М-последовательностью с длиной 215 (32 768) и периодом повторения
Для обеспечения точности циклических сдвигов стандарт cdmaOne использует концепцию синхронизированных BS.
Единое время в системе и высокую стабильность тактовых частот поддерживают с помощью спутниковой системы радионавигации GPS (Global Positioning System).
Прямой канал связи(13)
Все BS в системе используют один короткий код, но с разными циклическими сдвигами.
По циклическому сдвигу короткого кода можно выделять и различать сигналы, излучаемые BS в разных сотах и секторах.
Циклические сдвиги имеют равномерный шаг 26 (64) чипа. Таким образом, возможны:
различных циклических сдвигов короткого кода относительно положения с условно нулевым сдвигом.
Это означает, что даже в районах с микросотовой структурой есть твердая гарантия того, что сигналы разных BS можно различить при приеме. Если сеть содержит более 512 BS, то легко добиться того, чтобы BS с одинаковыми циклическими сдвигами короткого кода не были одновременно в зоне радиовидимости одной MS.
Прямой канал связи(14)
RAKE-приемник MS имеет в своем составе 3 параллельных канала корреляционной обработки сигналов и 1 дополнительный, сканирующий канал.
После захвата несущей частоты MS обрабатывает посылки в пилотном канале BS, выделяя из принимаемого многолучевого сигнала наиболее мощные компоненты.
На этом этапе, этапе поиска сигналов BS, MS использует вспомогательный сканирующий канал.
Последующая обработка сигналов трех выбранных лучей в ветвях корреляционного приемника позволяет MS отслеживать данные сигналы в присутствии аддитивных и мультипликативных помех и оценивать с заданной точностью их амплитуды, фазы и временные задержки
Прямой канал связи
Измеряя временные задержки сигналов выделенных лучей, MS подстраивает в корреляторах циклические сдвиги опорных ПСП и синхронизируется с BS по короткому коду.
После этого MS начинает сканировать канал синхронизации, использующий тот же короткий код, с тем же циклическим сдвигом, что и пилотный канал.
Каналы синхронизации всех BS используют одну функцию Уолша W32 и служат для синхронизации MS с сетью.
Скорость передачи данных по каналу синхронизации составляет 1200 бит/с, а длина кадра равна периоду повторения короткого кода (26.66 мс).
Поскольку канал синхронизации жестко связан по тактовой частоте и по сдвигу циклического кода с пилотным каналом, MS получает доступ к синхроинформации той BS, на пилотный канал которой она настроилась.
Прямой канал связи
Сообщение канала синхронизации содержит:
данные о точном времени в системе;
циклический сдвиг короткого кода данной BS;
информацию идентификации BS и MSC;
мощность сигнала в пилотном канале;
параметры длинного кода;
скорость передачи данных в канале персонального вызова.
Принимая сообщение канала синхронизации, MS получает необходимую информацию для начальной синхронизации с сетью.
Прямой канал связи
По завершении процедур начальной синхронизации MS настраивается на канал персонального вызова. Тем самым она получает доступ к системной информации и может принимать команды управления.
Если команды управления с BS не поступают, MS переходит в режим ожидания, продолжая прослушивать канал персонального вызова и поддерживая готовность к установлению соединения.
Скорость передачи информации в канале персонального вызова составляет 9600, 4800 или 2400 бит/с. Маска длинного кода зависит от номера канала вызова и циклического сдвига ПСП в пилотном канале. MS настраивается на канал персонального вызова, либо перебирая имеющиеся каналы (до семи каналов в полосе 1.25 МГц), либо по команде с BS.
Прямой канал связи
Сообщения в каналах персонального вызова могут быть четырех типов:
заголовок (Overhead Message);
пейджинг (Paging Message);
ордер (Order Message);
назначение каналов (Channel Assigment Message).
Система сотовой связи cdmaOne адаптивна. Ее конфигурацию можно выбрать, исходя из конкретных условий развертывания сети. Тип конфигурации передают с помощью четырех сообщений заголовка:
параметров системы (System Parametr Message);
параметров доступа (Access Parametr Message);
граничного списка (Neighbour List Mesasge);
списка каналов CDMA (CDMA Channel List Message).
Параметры системы несут информацию о конфигурации канала персонального вызова, параметрах регистрации, вспомогательных параметрах при поиске пилотного сигнала и т. д.
Параметры доступа содержат сведения о конфигурации канала доступа MS (см. далее) и некоторые параметры управления.
Граничный список содержит данные, позволяющие ускорить процесс эстафетной передачи − например, циклический сдвиг короткого кода в пилотном канале и другие характеристики BS соседних сот.
Список каналов CDMA позволяет MS узнать расположение тех полос (с шириной 1.25 МГц) частотного плана, в которых размещены каналы персонального вызова.
Пейджинг содержит сообщения (страницы), адресованные одной или нескольким MS. Эти сообщения обычно передают те BS, которые находятся в зоне поиска MS при входящем вызове в сеть. При скорости передачи 9600 бит/с один канал персонального вызова может обеспечить передачу около 180 страниц в течение одной секунды. Соответственно 7 каналов могут передавать около 1260 страниц в секунду.
Ордер охватывает широкий класс сообщений управления конкретными MS. Их используют для подтверждения регистрации MS, для блокировки MS в состоянии сбоя и т. д.
Сообщения о назначении каналов позволяют указать MS выделенный канал трафика, назначить ей другой канал персонального вызова, или передать команду о переключении MS в аналоговую систему сотовой связи.
Информацию в канале персонального вызова можно передавать как в обычном режиме, так и в режиме временного разделения (time division multiplexing − TDM), когда сообщения, адресованные той или иной MS, передают в заранее известных временных интервалах − слотах. Период повторения слотов, предназначенных для одной MS, может находиться в пределах 2...128 с. Положение выделенного ей слота MS узнает при регистрации на BS.
Работа в TDM-формате позволяет MS сканировать только нужные слоты, отключаясь в перерывах между ними. Более того, структура сообщений в канале персонального вызова такова, что в большинстве случаев MS достаточно сканировать не весь слот, а лишь его часть. Принятые меры обеспечивают существенную экономию источника питания, когда MS находится в состоянии ожидания.
Применение пилотного сигнала и трехканального RAKE-приемника делает возможным когерентный прием сигналов BS с трехкратным временным разнесением и последующим когерентным объединением ветвей.
Все это обеспечивает существенный энергетический выигрыш при приеме и, как следствие, высокую помехоустойчивость системы.
Чем больше мощность пилотного сигнала, тем выше качество приема в прямом канале связи. Однако введение большого запаса по мощности в пилотном канале неэкономно расходует частотно-временной ресурс системы и снижает ее пропускную способность.
Каналы прямого трафика служат для передачи сообщений трафика (речь и данные абонентов) и служебной информации (сигнализация) с BS на MS.
Кодированная речевая информация поступает в каналы трафика кадрами по 20 мс. Скорость передачи в зависимости от параметров речи абонента составляет 9600, 4800, 2400 или 1200 бит/с и постоянна в течение кадра.
В паузах речи скорость информационного потока автоматически понижают до минимального значения.
Передача трафика с адаптивной скоростью минимизирует уровень внутрисистемных помех и повышает пропускную способность сети.
По выделение MS канала трафика сигнализация проходит непосредственно через него. Служебная информация, передаваемая по каналу прямого трафика, может быть четырех типов: сообщения управления вызовом, сообщения управления эстафетной передачей, команды регулирования мощности, информация обеспечения безопасности связи и аутентификации абонентов.
Стандартом предусмотрены два возможных режима сигнализации.
При первом режиме (blank-and-burst) служебные сообщения передают со скоростью 9600 бит/с так, что кадры системной информации замещают кадры трафика.
Второй режим (dim-and-burst) обеспечивает передачу трафика и сигнализацию в одном кадре: преобразование речи в вокодере при этом осуществляют не быстрее, чем 4000 бит/с (4800 бит/с в канале), а оставшийся ресурс используют для сигнализации. Результирующий кадр, таким образом, состоит из двух частей − трафика и служебной информации, а скорость передачи в нем составляет 9600 бит/с. Усложнение структуры кадра в режиме dim-and-burst позволяет повысить качество передачи речи по сравнению с режимом blank-and-burst.
Обратный канал связи
К обратным каналам в стандарте cdmaOne относят канал доступа (access channel)W1-7 и канал обратного трафика (reverse traffic channel)W8-63.
После блокового перемежения информации в пределах кадров длительностью 20 мс поток со скоростью 28 800 символов/с поступает на кодер Рида-Соломона I рода (рис. Структура. перед. Тракта MS). В процессе кодирования поток двоичных символов на входе кодера разбивают на пакеты по 6 символов.
Каждый пакет однозначно определяет число от 0 до 63 в десятичной системе счисления. На выходе кодера каждому пакету ставят в соответствие одну из 64 функций Уолша:
000 0002 = 0010 ® W0;
000 0012 = 0110 ® W1;
………………………
101 0102 = 4210 ® W42;
………………………
1
11
1112 = 6310 ® W63.
Обратный канал связи
В итоге скорость информационного потока на выходе кодера составляет:
Важно отметить, что в обратном канале связи функции Уолша используют для помехоустойчивого кодирования информации, но не для расширения спектра частот и формирования адресных последовательностей, как это делают в прямом канале.
После кодирования данные поступают на кодовый модулятор и скремблер, которые расширяют базу сигнала и формируют его «адресные признаки».
После кодирования данные поступают на кодовый модулятор и скремблер, которые расширяют базу сигнала и формируют его «адресные признаки».
В кодовом модуляторе применяют длинный (242-1) код. Все MS в сети используют один и тот же длинный код в каналах обратного трафика, но с разными циклическими сдвигами. Каждая MS характеризуется индивидуальным значением циклического сдвига длинного кода. По величине сдвига BS различают сигналы обслуживаемых MS. Маски длинного кода в каналах прямого и обратного трафика совпадают, но в канале обратного трафика не используют дециматор, так что структура кодовой последовательности сохраняется, а тактовая частота остается неизменной: 1.2288 Мбит/с.
Сложный сигнал с тактовой частотой 1.2288 Мчип/с с выхода кодового модулятора направляют в квадратурные каналы скремблера. Здесь сигнал суммируют «по модулю 2» с коротким кодом – двумя ПСП длиной 215. Все MS в системе используют один короткий код - тот же, что и в пилотных каналах BS. Однако циклический сдвиг короткого кода фиксирован и одинаков для всех MS. Затем результирующий сигнал фильтруют в основной полосе частот и подвергают 4-позиционной фазовой манипуляции со сдвигом (OQPSK- offset quaternary phase shift keying). Взаимный временной сдвиг сигналов в квадратурных каналах, равный половине чипа, вводят для того, чтобы фаза манипулированного сигнала изменялась с шагом ±p/2. В этом случае одновременная смена символов в каждом из квадратурных каналов не вызовет нежелательных провалов огибающей радиосигнала. Манипулированное сообщение переносят с промежуточной частоты на несущую, усиливают по мощности, подвергают полосовой фильтрации и направляют к антенне MS.
При приеме сигналов на BS используют пространственное разнесение; кратность разнесения зависит от количества антенн. RAKE-приемник BS имеет 4 параллельных канала корреляционной обработки сигналов в каждой ветви пространственного разнесения, что позволяет осуществлять прием сигналов с 4-кратным временным разнесением. В каждом канале обрабатывают сигнал одного из выделенных лучей. Поиск наиболее мощных компонент принятого многолучевого сигнала производят с помощью двух дополнительных сканирующих каналов приемника.
Поскольку в стандарте cdmaOne MS не излучают пилотных сигналов, то в обратном канале связи использует некогерентная обработка сигналов при приеме.
Последующее некогерентное сложение ветвей дает значительный энергетический выигрыш и увеличивает помехоустойчивость системы в целом.
В упрощенном виде принцип работы приемника можно пояснить следующим образом.
После преобразования на промежуточную частоту, балансной демодуляции и низкочастотной фильтрации сигнал поступает в каналы корреляционной обработки.
Квадратурные
составляющие сигнала суммируют «по
модулю 2» сначала с длинным кодом, а
затем – с коротким.
Опорные кодовые последовательности подают на сумматоры с нужными циклическими сдвигами и временными задержками.
Продукты суммирования поступают в блоки корреляторов. Каждый из блоков состоит из 64 параллельно включенных корреляторов. На опорные входы корреляторов подают сигналы на основе функций Уолша W0 –W63. После этого синфазные составляющие одноименных каналов блоков складывают и возводят сумму в квадрат. То же проделывают и с квадратурными составляющими. Затем с помощью операций суммирования и извлечения квадратного корня находят амплитуды откликов на выходе каждого из 64 субканалов. Точно такие же операции выполняют и в других трех параллельных ветвях приемника.
На этапе некогерентного объединения выходы одноименных субканалов каждой из ветвей складывают с равными весами:
где j− номер субканала, а − статистика сигнала на выходе RAKE-приемника вk-й ветви пространственного разнесения. Решающую статистикуZjполучают в результате весового сложения статистик отдельных ветвей.
Порядковый номер jкаждого субканала (номер функции Уолша в нем) соответствует пакету из шести двоичных символов. Решающее устройство выбирает субканал с максимальнымZjи, таким образом, декодирует код Рида-Соломона I рода − далее на деперемежитель и сверточный декодер поступают символы пакета.
Снимая модуляцию сигнала ортогональными последовательностями Уолша, приемник BS осуществляет «прием в целом» и действует по оптимальному правилу: формирует решающую статистику для всех возможных типов посылок и выбирает ту посылку, которой соответствует максимальная статистика. Такая обработка сигналов позволяет свести к минимуму вероятность ошибки и обеспечить качественную связь в условиях некогерентного приема, при воздействия замираний.
MS использует канал доступадля связи с BS, пока ей еще не выделен канал трафика. Скорость передачи данных по каналам доступа составляет 4800 бит/с. Маска длинного кода зависит от номера канала доступа, номера текущего канала персонального вызова, информации идентификации BS и циклического сдвига ПСП в пилотном канале BS.
По каналу доступа MS передает:
запрос на установление соединения;
ответ на пейджинговое сообщение в канале персонального вызова;
данные при регистрации в системе.
Все каналы доступа, которые может использовать MS, приписаны к определенным каналам персонального вызова (до 32 каналов доступа на 1 канал персонального вызова); работа BS и MS на ассоциированных каналах упрощает протоколы обмена.
Процесс выбора и использования канала доступа мобильной станцией случаен: MS произвольно конфигурирует канал из имеющегося набора масок и циклических сдвигов длинного кода. Поэтому несколько MS, настроенных на один канал персонального вызова, могут попытаться одновременно вести передачу на одном канале доступа, что, конечно, вызовет сбой. BS постоянно контролирует текущее количество MS, использующих каналы доступа, чтобы предотвратить сбои и удержать отношение с/ш в обратном канале связи в заданных пределах. В случае необходимости определенные MS (например, с низким приоритетом) получают команду освободить канал доступа. Для управления и контроля пользованием каналами доступа BS передает информацию о параметрах доступа (Ассess Parametr Message) в заголовке (Overhead Message) канала персонального вызова.
Каналы обратного трафика служат для передачи речи и данных абонентов с MS на BS, а также для сигнализации, когда MS уже выделен канал трафика. Стандарт cdmaOne позволяет организовать до 62 каналов обратного трафика, приходящихся на 1 канал персонального вызова.
При обработке в тракте канала обратного трафика низкоскоростные информационные кадры (4800, 2400 или 1200 бит/с) компрессируют и передают со скоростью 9600 бит/с, а образовавшиеся
Регистрация мобильных станций
Регистрация MS – процесс, в ходе которого MS извещает BS о своем местонахождении и передает ей некоторую служебную информацию (например, номер слота в канале персонального вызова).
Между частотой регистраций и размером зоны поиска MS существует определенный баланс, который поддерживает оператор сотовой связи.
Если MS вообще не будет регистрироваться, MSC лишится сведений о том, включена ли MS, находится ли она в его зоне обслуживания, а если находится, то где именно. Поэтому зона поиска MS будет чрезмерно велика (фактически, вся территория охвата сети), а нагрузка на каналы персонального вызова высока, так как поисковые сообщения придется передавать во всех секторах сети. С другой стороны, частые регистрации позволят MSC локализовать зону поиска MS с большой точностью и тем самым, казалось бы, снизить нагрузку на каналы персонального вызова. Однако это увеличит нагрузку на каналы доступа, а, следовательно, и на каналы персонального вызова, по которым BS передают подтверждение регистрации.
Таким образом, эксплуатация системы сотовой связи предполагает поддержание некоторого оптимального соотношения между частотой регистраций и размером зоны поиска MS, при котором сетевой ресурс используется наиболее эффективно.
Стандарт cdmaOne предусматривает 8 возможных форм регистрации MS в сети:
При включении MS. MS регистрируется каждый раз при включении, а также при переходе на обслуживание в сеть из другой системы, в том числе из аналоговой системы сотовой связи.
При выключении MS.
По сигналу таймера.
По измеренной дистанции. MS регистрируется, как только расстояние между ней и местом ее последней регистрации превысит порог.
По зоновому принципу. MS регистрируется при переходе в новую зону сети.
При изменении контрольных параметров. Например, при изменении номера слота в канале персонального вызова.
По команде с BS.
По умолчании. Каждый раз при успешном использовании мобильной станцией канала доступа BS может установить ее местонахождение.
Первые 6 форм регистрации − автоматические, поскольку MS регистрируется без дополнительных указаний со стороны BS. При проведении автоматических регистраций у оператора сети есть возможность по своему усмотрению устанавливать пороговые значения контрольных величин (время срабатывания таймера, пороговая дистанция, размер зоны и т. п.).
Для повышения эффективности процесса целесообразно применять комбинацию сразу нескольких форм регистраций. Информацию об используемых формах регистрации и соответствующих контрольных величинах BS передают по каналам персонального вызова с помощью сообщения системных параметров (System Parameter Message). Например, при регистрации по измеренной дистанции BS сообщают свои координаты и пороговую дистанцию. Каждый раз, получая координаты новой BS, MS определяет текущее расстояние до места последней регистрации. Как только порог будет превышен, последует процедура регистрации и новая BS станет точкой отсчета и центром текущей зоны поиска MS.
Прохождение вызовов
Стандарт cdmaOne предусматривает обслуживание вызовов трех типов:
исходящий из сети − MS инициирует соединение с абонентом стационарной телефонной сети общего пользования (PSTN);
входящий в сеть − абонент PSTN инициирует соединение с MS;
внутрисетевой − одна MS инициирует соединение с другой MS, в этом случае все процедуры, связанные с обслуживанием вызова, проходят внутри сети сотовой связи, без обращения к PSTN (англ. Public Switched Telephone Network- коммутируемые телефонные сети общего пользования).
Прохождение вызовов исходящий из сети
После набора номера и нажатия клавиши <SEND> MS посылает на BS начальное сообщение.
BS извещает MSC о поступившем запросе на соединение.
MSC проверяет номер MS, резервирует линию PLMN-PSTN (англ. PLMN-Publik Land Mobile Network – сеть сухопутной подвижной связи общего пользования) и посылает подтверждение на BS.
BS присваивает MS канал трафика.
MS принимает сообщение BS по каналу прямого трафика и начинает передачу по каналу обратного трафика.
BS принимает посылку MS и по каналу прямого трафика передает сообщение о завершении инициализации канала трафика.
Система cdmaOne обеспечивает быстрое выделение MS канала трафика. При этом сигнализация проходит с минимальной скоростью передачи данных, а следовательно и с минимальной мощностью передачи. Это позволяет экономно расходовать частотно-временной ресурс, снизив до предела интерференционные помехи.
По завершении инициализации канала трафика BS разрешает MS использование индивидуального длинного кода для повышения безопасности связи.
Прохождение вызовов при входящем в сеть вызове
MSCпринимает поступивший от PSTN вызов, проверяет номер адресуемой MS и инициирует ее поиск.
MS принимает поисковое сообщение по каналу персонального вызова и передает ответ по каналу доступа.
После чего ей выделяют канал трафика.
Инициализация канала трафика протекает по аналогии обслуживания исходящего из сети вызова.
Мягкая эстафетная передача
Стандарт cdmaOne фирмы QUALCOMM допускает три возможных сценария эстафетной передачи (ЭП) MS:
межсистемная − между сотами разных зон обслуживания, с разными MSC, или при переходе из одного частотного диапазона (1.25 МГц) в другой; межсистемная ЭП всегда жесткая (hard handover);
межсистемная, с переключением MS в аналоговую систему сотовой связи − жесткая ЭП;
внутрисистемная − в пределах одной зоны обслуживания, без изменения диапазона частот; может проходить в мягком режиме (soft handover).
В свою очередь, внутрисистемная мягкая ЭП может быть трех типов:
межсотовая − MS переходит из одной соты в другую (soft handover);
межсекторная − MS переходит из одного сектора в другой внутри соты (softer handover);
межсотовая/межсекторная − в процессе ЭП MS поддерживает связь с разными сотами/секторами (soft/softer handover).
При жесткой ЭП неизбежны перерывы в связи; их длительность зависит от качества системы.
В ходе мягкой ЭП MS одновременно использует несколько каналов связи (старые и новые).
Так, в системе CDMA QUALCOMM при межсотовой ЭП может быть задействовано до трех соседних сот, а при межсекторной − 2 сектора одной соты.
Последующая обработка кадров, переданных/принятых BS, обеспечивает высокое качество связи и делает ЭП практически незаметной для абонента.
В системе cdmaOne все MS, находящиеся в активном режиме или в режиме ожидания, измеряют параметры пилотных сигналов BS и сравнивают их с порогами. На основании измерений каналы той или иной BS относят к одному из четырех списков:
активные каналы (active set);
каналы-кандидаты (candidate set);
граничные каналы (neighbour set);
остальные каналы (remaining set).
Активные каналы− текущие рабочие каналы, используемые MS: MSC по результатам измерений MS формирует список активных каналов и передает его на мобильные терминалы.
Каналы-кандидаты− каналы, по своим параметрам близкие к активным. Если при мягкой ЭП необходим дополнительный рабочий канал, его выбирают из списка кандидатов.
Граничные каналы− те, которые хотя бы по одному из критериев не могут быть отнесены к основным, но, тем не менее, достаточно «сильны». Все оставшиеся каналы причисляют к последнему классу.
В процессе работы MS отслеживает наиболее сильные многолучевые компоненты сигналов в пилотном канале и оценивает их мощность. Полученные оценки MS сравнивает с двумя порогами:
порогом включения Tadd (add threshold);
порогом исключения Tdrop (drop threshold).
Как только уровень любого пилотного сигнала, не относящегося в данный момент к списку активных, превышает порог Tadd , MS сообщает его мощность (Pilot Strength Measurement Message) на BS по каналу обратного трафика, а BS сигнализирует на MSC. Каждый MSC системы cdmaOne содержит селектор, который:
обрабатывает результаты измерений MS;
определяет, нужно ли инициировать ЭП;
посылает запрос контроллеру MSC, если мягкая ЭП возможна.
Контроллер MSC обрабатывает поступивший запрос и подключает нужный контроллер BS (BSC). BSC принимает запрос, выделяет MS свободный канал трафика и посылает подтверждение на МSC. Селектор МSC по команде контроллера инициирует передачу на выделенном канале и передает на BSC команду начать ЭП. BSC транслирует команду на MS, которая:
получает команду и настраивается на выделенный новый канал трафика;
посылает на BS сообщение об установлении режима мягкой ЭП по каналу обратного трафика;
начинает работу в режиме мягкой ЭП, используя выделенные каналы.
При мягкой ЭП задействованные BS восстанавливают кадры трафика, переданные MS по обратному каналу, и транслируют их на MSC. В случае межсотовой/межсекторной ЭП BS предварительно комбинирует сигналы, принятые в двух секторах одной соты. Селектор (рис 3.16) анализирует качество приема в каждой ветви пространственного разнесения и из поступающих кадров клиппируетрезультирующий сигнал. MS, принимая сигналы разных BS, подвергает их когерентной обработке с последующим оптимальным весовым сложением.
При падении уровня сигнала одного из активных пилотных каналов ниже порога Tdrop MS запускает специальный таймер (handover drop timer) и вместе с измеренной мощностью передает на BS (и далее на MSC) текущее значение таймера.
Передвижения мобильного абонента изменяют энергетику принимаемых MS сигналов.
Если в течение отведенного времени уровень критического сигнала снова возрастет и превысит порог Tdrop, таймер сбрасывают и останавливают, а канал оставляют в списке активных.
Если порог превышен не будет, селектор принимает решение о завершении ЭП, удаляет текущий канал из списка активных, сигнализирует об этом MS и сообщает контроллеру MSC о завершении ЭП.
По сигналу MSC BSCотключает канал трафика и пополняет им банк свободных каналов. Эстафетная передача MS на этом завершается.
Рассмотренный пример демонстрирует мягкую ЭП, когда MS находится в активном режиме (regular handover). Процесс будет протекать по другому, если MS пребывает в режиме ожидания (idle handover). В режиме ожидания MS также непрерывно сканирует сигналы пилотного канала; при обнаружении более сильного пилотного сигнала MSС может инициировать процесс эстафетной передачи.
В соответствии с протоколом стандарта cdmaOne MS принимает системную информацию по каналу персонального вызова. С помощью временного разделения канал персонального вызова делят на слоты длительностью по 80 мс каждый.
В процессе мягкой ЭП MS в состоянии ожидания сканирует все слоты канала персонального вызова «новой» BS (т. е. работает в режиме без временного разделения). Как только MS получает хотя бы одно адресованное ей сообщение по каналу персонального вызова от «новой» BS, она переходит в режим с временным разделением и на этом процесс мягкой ЭП завершается.
Эффективность мягкой ЭП во многом зависит от правильности выбора порогов Tadd, Tdrop и времени срабатывания таймера.
Установка низких порогов и большого времени срабатывания таймера приводит к расширению списка активных каналов и снижению частоты обновления списков.
Качество связи при этом выше, поскольку в ЭП участвует больше BS, и следовательно, при приеме доступна большая кратность разнесения. Но при этом возрастает нагрузка на каналы прямого трафика, повышается уровень взаимных помех в прямом канале.
Установка высоких порогов и малого времени срабатывания таймера увеличивает частоту обновления списков, но сохраняет системный ресурс, поскольку меньшее количество BS будет задействовано в эстафетной передаче.
Кратность разнесения при приеме и качество связи при этом упадут, а скорость передачи системной информации между MS и BS возрастет, что опять-таки соответствует повышению нагрузки на систему.
становка высоких порогов и малого времени срабатывания таймера увеличивает частоту обновления списков, но сохраняет системный ресурс, поскольку меньшее количество BS будет задействовано в эстафетной передаче.
Кратность разнесения при приеме и качество связи при этом упадут, а скорость передачи системной информации между MS и BS возрастет, что опять-таки соответствует повышению нагрузки на систему.
Регулирование мощности
.В системе сотовой связи cdmaOne мощность передачи регулируют и в прямом и в обратном каналах связи. Однако «полноценное» регулирование мощности в широком динамическом диапазоне осуществляют только на MS. В прямом канале регулировка носит скорее номинальный характер: мощность BS изменяют в узком динамическом диапазоне для грубой коррекции отношения с/ш в приемном тракте MS. Такое решение продиктовано самой идеологией построения сотовой сети.
Свободное перемещение абонентов обуславливает произвольное положение MS на территории обслуживания. Следовательно, физический канал связи MS®BS будет в каждом случае индивидуален − характер затуханий, медленных и быстрых замираний сигналов MS, находящихся у абонентов, будет разный. Поэтому для приведения уровней сигналов MS на входе приемника BS к заданному диапазону необходима быстродействующая прецизионная система автоматического регулирования мощности (АРМ) в обратном канале связи.
Регулирование мощности в прямом канале
В прямом канале фильтрация группового сигнала на трассе распространения ВS®МS приводит к эквивалентным изменениям канальных сигналов, т.е. посылки, переданные по каналам некоторой BS, испытывают одинаковые затухания и замирания. Следовательно, энергетические соотношения между отдельными сигналами в пределах группового сообщения одной BS будут выдержаны при приеме на MS. Уникальность трасс распространения для каждой из MS здесь уже не играет такой роли, как в обратном канале на трассе распространения MS®BS, и регулирование мощности в прямом канале связи можно проводить менее тщательно, чем в обратном. По существу, главное требование при регулировке мощности передатчиков BS в стандарте cdmaOne сводится к обеспечению минимально допустимого среднего уровня сигнала при приеме на MS. Это, конечно, ограничивает возможности системы, но одновременно и упрощает ее, так как отпадает необходимость в сложных внутрисетевых взаимодействиях для балансирования мощности между отдельными BS.
Регулирование мощности передатчиков BS проводят на основании измерений и команд MS, т. е. по схеме с ОС. Для каждого канала прямого трафика мощность регулируют индивидуально. Основная цель АРМ в прямом канале − ограничение уровня внутрисистемных помех за счет уменьшения излучаемой BS мощности. При этом стремятся, чтобы каждая MS работала с минимально допустимым средним уровнем мощности принимаемого сигнала.
Регулирование мощности в обратном канале
Согласно стандарту, все BS в сети могут вести передачу в одном диапазоне частот. Наряду с другими сигналами каждая из BS излучает пилотный сигнал постоянной мощности.
По циклическому сдвигу короткой ПСП MS определяет, какой BS данный сигнал был передан. Однако уровень мощности принятого сигнала в пилотном канале также позволяет MS оценить потери на трассе распространения от данной BS до MS. При этом MS использует информацию в канале синхронизации о мощности передатчика BS, приходящейся на излучение пилотного сигнала.
В соответствии с оцененным уровнем потерь MS устанавливает такую мощность передатчика, при которой уровень сигнала на входе приемника BS лежит в заданных пределах. Это так называемое регулирование мощности по схеме без обратной связи (ОС) (open loop). Оно предназначено для компенсации эффектов затухания и медленных замираний в обратном канале связи и имеет период регулирования около 30 мс. Принцип работы АРМ без ОС схож с принципом работы АРУ приемника.
Регулирование мощности обратный канал
Поскольку прямой и обратный каналы связи в системе cdmaOne разнесены по частоте (частотное дуплексирование каналов), они имеют различные коэффициенты передачи. В диапазонах частот, соответствующих прямому и обратному каналам, будут близки лишь средние значения затухания мощности сигнала на трассе распространения.
Вследствие того, что быстрые замирания сигналов в этих частотных диапазонах протекают в общем случае независимо, мгновенные значения уровней принимаемых сигналов будут различны. Поэтому после приема и обработки сигнала MS BS оценивает отношение с/ш в тракте приемника и сравнивает его с порогом.
Величину с/ш измеряют, исходя из соотношения амплитуд Zj сигналов на выходе субканалов корреляторов и частоты ошибочных кадров FER (frame error rate).
По расхождению измеренного и порогового отношений с/ш BS вырабатывает решение и посылает MS по каналу прямого трафика корректирующие данные о точной подстройке уровня мощности передатчика.
MS получает команды регулирования каждые 1.25 мс и изменяет мощность передатчика с шагом ±0.5 дБ в динамическом диапазоне 85 дБ. Это быстрое регулирование мощности по схеме с ОС (closed loop), главная задача которого состоит в компенсации эффектов быстрых замираний.
Чтобы минимизировать задержки в петле регулирования, соответствующие командные биты передают, не подвергая их помехоустойчивому сверточному кодированию. Вызванный этим рост вероятности ошибки при передаче бит управления, конечно же, снижает качество работы системы регулирования мощности. Однако несравненно большее снижение качества вызвало бы увеличение времени обработки на кодирование/декодирование команд (в этом случае инерционность системы не позволила бы отслеживать быстрые замирания сигнала
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДИОКАНАЛА В СОТОВЫХ СИСТЕМАХ МОБИЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ
Модель Окамура-Хата (Okumura-Hata).
Эта модель является модификацией модели Окамура на основе использования эмпирических зависимостей, аппроксимирующих экспериментальные графики Окамура. Так, в районах с типичной городской застройкой в диапазоне от 150 до 1500 МГц при эффективной высоте антенны БС от 30 до 200 м потери (в децибелах) средней мощности сигнала оцениваются следующим образом:
Поправочный коэффициент зависит от
высоты расположения антенны МС
Приведенная выше модель удовлетворительно описывает потери средней мощности на расстояниях свыше 1 км и в диапазоне частот до 1,5 ГГц.
В области же частот от 1,5 до 2 Ггц реальное затухание сигнала оказывается существенно выше, чем следует из данной модели. Специально для указанной области частот разработаны модельCOST231-Хата(англ.Cooperation for Scientific and Technical Research, COST) и модель COST231-Уолфиш-Икегами.
Модель Окамура (Okumura).Это одна из наиболее простых и широко используемых моделей. Потери средней мощности сигнала в процессе распространения на расстояниеR(км) от БС оцениваются следующим образом (все величины в децибелах):
при распространении колебания с длиной волны в свободном пространстве;
потери в городской среде по отношению
к потерям в свободном пространстве в
случае, когда эффективная высота антенны
БС =200м, а высота антенны МС =3м.Корректирующий коэффициент
учитывает отклонение величины (м) от
значения 200м, а корректирующий коэффициент
учитывает отклонение величины (м) от
значения 3м. Величины для заданной
частоты сигнала в диапазоне от 150 до
1920 МГц находятся из графиков, являющихся
результатом многочисленных измерений
в условиях г.Токио. При этом расстояниеR между БС и МС
составляет от 1 до 100 км, а выбирается
в диапазоне от 30 до 1000 м.К сожалению, модель Окамура дает большие погрешности для условий сельской местности, особенно при больших перепадах высот.
Кроме рассмотренных выше одномерных распределений мгновенных значений огибающей принимаемого сигнала важными являются также корреляционные характеристики рассматриваемых процессов, описывающие скорость изменения этих значений.
В частности, интервал корреляции медленных замираний по временипри скорости перемещения МС около 60 км/час может быть оценен величиной порядка 1 с. Поскольку период следования передаваемых информационных символов (длительность информационной посылки) в современных системах мобильной связи много меньше этой величины, то, например, в случае однолучевого канала замирания могут оказатьсягладкими,когда сигнал передается практически без искажений.
Однако на практике, с учетом рассмотренных выше эффектов при многолучевом распространении, происходят искажения формы передаваемых сигналов вследствие того, что имеют место частотно-селективные замирания, когда различные частотные составляющие спектра сигналов замирают по-разному.Такие искажения возникают, когда ширина полосы передаваемых сигналов превышает допустимую величину , соответствующую допустимому значению коэффициента корреляции амплитудных значений частотных составляющих спектра сигнала, разнесенных на величину .
Регулирование мощности обратный канал
В целях повышения эффективности работы системы стандарт cdmaOne использует концепцию адаптивного регулирования мощности: опираясь на измерения частоты ошибок в приемниках BS, MSC определяет оптимальные пороговые отношения с/ш для каждой из обслуживаемых MS.
Применение адаптивных порогов позволяет уменьшить вероятность работы MS с избыточной мощностью и, как следствие, повысить спектральную эффективность системы.
При передаче команд регулирования BS использует дельта-модуляцию, при которой одна команда либо увеличивает, либо уменьшает мощность передатчика MS на фиксированный дискрет.
Многочисленные исследования показали, что данный механизм регулирования (bang-bang control) становится эффективным, когда частота поступления команд регулирования как минимум на порядок превышает максимальную действующую частоту в спектре фединга.
BS оценивает отношение с/ш в тракте приемника и сравнивает его с порогом. Величину с/ш измеряют, исходя из соотношения амплитуд Zj сигналов на выходе субканалов корреляторов и частоты ошибочных кадров FER (frame error rate). При движении абонента со скоростью 60 км/ч максимальный доплеровский сдвиг сигнала по частоте в диапазоне 800 МГц (диапазон cdmaOne) составляет, как в этом нетрудно убедиться, 44.4 Гц. Следовательно, нижний порог частоты эффективного регулирования равен 444 Гц, в то время как период регулирования, предусмотренный стандартом, составляет 1.25 мс, что соответствует частоте 800 Гц. Если при этом учесть, что скорость перемещения мобильных абонентов во время сеанса связи, как правило, бывает значительно ниже приведенной в примере, можно сделать вывод о том, что для борьбы с быстрыми замираниями система АРМ MS обладает достаточным потенциалом.
Регулирование мощности
Результирующую мощность передатчика MS формируют две системы: с ОС и без ОС, но система АРМ с ОС более динамична: она способна обеспечить большую скорость изменения мощности передатчика MS, чем АРМ без ОС. В итоге доминирующее влияние оказывает система с ОС, ориентированная на борьбу с быстрыми замираниями. В целом совместное использование двух механизмов регулирования мощности передатчиков MS должно обеспечить системе АРМ точность и динамичность.
В процессе регулирования BS периодически начинает уменьшать мощность излучения в канале трафика. Мощность понижают до тех пор, пока MS не зарегистрирует превышения порогового уровня частоты ошибочных кадров (FER) и не пошлет запрос на увеличение мощности передатчика BS. Получая команды MS, BS повышает мощность излучения в соответствующих каналах трафика, при этом она перераспределяет выделенный ей системой и жестко ограниченный ресурс мощности. Изменения мощности излучения каналов трафика в этом случае невелики и составляют @0.5 дБ в диапазоне ±6 дБ. Такое регулирование проводят с периодом 15...20 мс, т.е. приблизительно с частотой следования кадров информации на выходе вокодера.
Ресурс мощности, выделяемый передатчикам BS, в совокупности с коэффициентом направленного действия антенн сот и секторов является важнейшим параметром при развертывании сети сотовой связи cdmaOne, поскольку он обеспечивает эффективное формирование территории охвата сети на базе ячеек разных размеров. Превышение лимита излучаемой мощности в одном из секторов приведет к возрастанию внутрисистемных помех во всей области засветки антенны. Как следствие, упадет отношение с/ш в приемных трактах MS соседних сот, ухудшится качество связи, произойдут разрывы соединений.
Любой дисбаланс мощности передатчиков BS, который не вызвал бы заметных последствий в системах FD/TDMA (там секторы с одинаковым частотным планом разделены защитной дистанцией), приводит к неотвратимым сбоям в системе CDMA. Все рабочие каналы при кодовом разделении могут использовать единый частотно-временной ресурс, а значит MS, находящиеся в ближайших «засвеченных» секторах, в первую очередь ощутят перегрузку по интерференционным помехам.
Особенности стандарта CDMA 2000
К системам третьего поколения можно отнести стандарт CDMA2000 1xRTT, который является членом семейства IMT-MC(англ. IMT-2000 Multi Carrier-стандарт на многочастотную систему CDMA с одновременной передачей нескольких несущих и частотным дуплексным разносом для применения в парных полосах частот) и представляет усовершенствованную версию стандарта IS-95B.
Стандарт CDMA2000 1xRTT (RTT англ. Radio Transmission Technology-технология радиодоступа. Совокупность аппаратных и программных средств, протоколов организации связи, методов модуляции, кодирования и шифрования, определяющих способ передачи информации по радиоканалам) обеспечивает одновременную передачу речи и низкоскоростную передачу данных в режиме коммутации каналов (КК), а также высокоскоростную (до 153 кбит/с) ПД − в режиме коммутации пакетов (КП) при использовании полосы частот 1,25 МГц.
Дальнейшее развитие систем семейства стандарта IMT-MC предпологает. что при сохранении стартовой полосы частот (1x=1,25 МГц) будет происходить расширение полосы частот до 20 МГц, широкое использование пакетной передачи данных (сегмент 1xEV-DO) и применение комбинированных систем, рассчитанных как для передачи речи, так и передачи данных в пакетном режиме (сегмент 1xEV-DV).
Сети мобильной связи стандартов cdmaOne и CDMA2000 1X полностью совместимы.
В стандарт CDMA20001X введены ряд изменений, улучшающих качество радиоинтерфейса, повышающих скорость передачи данных и обеспечивающих большую пропускную способность сети. Эти изменения в первую очередь касаются архитектуры сети и организации высокоскоростной передачи данных.
Учитывая опыт эксплуатации сетей стандарта cdmaOne, были приняты следующие решения:
Для работы на скоростях передачи выше 9,6 кбит/с введены дополнительные каналы, организованные на базе ортогональных канализирующих кодов, которые подстраиваются под требуемые скорости передачи.
Обеспечена возможность когерентного приема сигналов в обратном канале за счет введения пилотного сигнала, излучаемого абонентской станцией, который позволяет базовой станции отслеживать частоту и фазу несущей каждой из обслуживаемых абонентских станций.
Изменен вид манипуляции с бинарной ФМ на КФМ. При этом длина посылки, а значит и коэффициент расширения удваивается, так что даже при использовании прежней полосы в 1,25 МГц он оказывается равным 128. Объём ансамбля канализирующих ортогональных кодов Уолша становится вдвое больше, что означает удвоение сотовой ёмкости.
В добавление к общему пилотному каналу в прямом канале введены вспомогательные выделенные пилотные каналы (по одному на абонентскую станцию), предназначенные для настройки антенной решётки с адаптивным формированием луча (smart antenna), осуществляющей пространственную селекцию индивидуальных абонентских станций или групп абонентских станций. Условия распространения в лучах такой антенны, направленных на разные абонентские станции, различны, поэтому точная их настройка по общему пилотному сигналу невозможна.
Расширен диапазон применяемых методов канального помехоустойчивого кодирования. Помимо свёрточных кодов для высокоскоростной передачи данных используются турбокоды.
Важные усовершенствования касаются также и организации физического уровня.
Высокоуровневое представление сетевой модели CDMA2000 содержит три основные части:
ядро сети (Core Network − CN),
сеть радиодоступа (Radio Access Network − RAN),
мобильная станция (Mobile Station−MS).
Базовая сеть (ядро сети CN) состоит из двух сегментов (разделено на две части), основанных на технологии коммутации каналов (CS сегмент) и на технологии коммутации пакетов (PS сегмент). Одна часть поддерживает стандартIS-41 и связанаcсетью общего пользования (PSTN-Public Switched Telephon Network). Другая частьPCNподдерживает стандарт беспроводной IP- сетиIS-835 и связана с сетьюIP(Internet Protocol-IP), или интернет.
Интерфейсы с PSTNи с сетью IP называют аналоговым интерфейсом (Ai)и пакетным интерфейсом (Pi), соответственно. Абонентская (мобильная) станция (MS) и сеть радиодоступа (RAN) связаны между собой черезUm-радиоинтерфейс.
Абонентская (мобильная) станция (MS) по сути, является мобильным абонентским терминалом (АТ), предназначенным для работы в сети интернет, содержит терминальное оборудование (Terminal Equipment –TE), являющееся устройством обработки данных, и мобильный терминал (MobileTerminal,MT), обеспечивающий связь с сетью радиодоступаRAN(рис.3.18). Терминальное оборудованиеTEможет состоять из персонального компьютера или ноутбука. Трафик междуTEиMTпередается по последовательному интерфейсуRmв форме потока байтов
В состав RANвходят базовые станции (BTS), контроллеры базовых станций (BSC) и оборудование управления пакетной передачей данных (PCF). Базовые станции может содержать от трёх до шести секторов и связаны с контроллером базовых станций по первичному цифровому каналу 2,048 Мбит/с (T1/E1). Контроллер базовых станций осуществляет управление несколькими базовыми станциями, которые обеспечивают связь с абонентскими станциями через радиоинтерфейс, производит упаковку информации, передаваемой вPDSN(англ. Publik Data Switched Network –сети общего пользования с коммутацией данных), и её распаковку при передаче в обратном направлении. Под управлением контроллера базовых станций осуществляются радиоизмерения в каналах радиосвязи, регулируется мощность передатчиков абонентских станций, реализуется процесс инициализации повторной передачи кадров, переданных с ошибками.
Оборудования управления пакетной передачей данных (PCF) предназначено для того, чтобы в максимальной степени сделать подсистемы сети универсальными и стандартно применимыми в сетях передачи данных. Функции узла управления пакетами может выполнять отдельное устройство, но, как правило, он интегрирован сBSC, задачи которого заключаются в обеспечении интерфейса обмена междуBSCиPDSN(инкапсуляции пакетов), а также в контроле активности и управление режимами работы абонентов. Если абонентская станция находится в «спящем» режиме и получает прибывающий трафик, тоPCFбуферизирует эти данные и инициализирует вывод абонентской станции из этого режима. Таким образом, этот узел отвечает за режим неразрывной сессии связи (Always On), описанный ниже
При передаче данных в пакетном режиме участвует только PS сегмент CN, который содержит оборудование аутентификации (Authentication), идентификации (Authorization) и учета (Accounting),т.е.AAA−сервер, оборудование доступа к внутренним ресурсам (HA) и узел обслуживания пакетной передачи данных (Packet Data Service Node -PDSN). Последний представляет собой шлюз междуRANиIPсетью (Интернет/Интранет).