6.3 3 1. Модуляция в восходящем канале.
В направлении восходящего канала есть по сути два дополнительных критерия, ориентированных на терминалы, которые необходимо принимать во внимание при определении методов модуляции и расширения спектра. Модуляция в восходящем канале должна строиться так, чтобы максимизировалась эффективность усилителя терминала и/или минимизировались прослушиваемые помехи при передаче от терминала.
Прерывистая передача в восходящем канале может создавать помехи звуковой частоты аудиоаппаратуре, находящейся вблизи терминала, например, средствам прослушивания. Этот вопрос полностью отличный от вопроса, связанного с помехами в воздушном интерфейсе. Помехи звуковой частоты досаждают пользователю, но не сказываются на таких характеристиках сети, как пропускная способность. В GSMнам известны случайные воспринимаемые слухом помехи в аудиоаппаратуре, незащищенной должным образом. Помехи отGSMимеют частоту 217 Гц, определяемые частотой передачи кадровGSM. Эта помеха попадает в полосу частот, которая может прослушиваться человеческим ухом. В системеCDMAподобные вопросы встают, когда используется прерывистая передача в восходящем канале, например, при передаче речи. Во время периодов молчания не требуется передавать информационные биты, идет передача информации только для поддержания канала, например, управление мощностью с частотой 1,5 кГц. При такой скорости передача пилот-сигнала и символов управления мощностью с временным мультиплексированием в направлении восходящего канала приведет к появлению воспринимаемых ухом помех в середине полосы частот речевой телефонной передачи. Поэтому в восходящем каналеWCDMAдва выделенных канала на физическом уровне не уплотнены по времени, а используется здесьI-Q/кодовое мультиплексирование.
Непрерывная передача, получающаяся при использовании канала управления, уплотненного I-Q/кодом, показана на рис. 6.5. Теперь, когда пилот-сигнал и сигнализация управления мощностью поддерживаются по отдельному непрерывному каналу, никакой пульсации передачи не происходит. Единственный мешающий импульс имеет место в моменты, когда канал передачи данныхDPDCHвключается и выключается, но такое переключение случается очень редко. Средние помехи другим пользователям и пропускная способность ячейки остаются такими же, как и при мультиплексировании. Кроме того, работа на канальном уровне является одинаковой в обеих схемах, если энергия, выделенная для пилот-сигнала и для сигнализации управлением мощности будет одинаковой.
Рис. 6.5. Параллельная передача DPDCH и DPCCH при наличии/отсутствии
данных (в режиме прерывистой передачи) (DTX).
Для достижения возможно большей эффективности усилителя мощности передача с терминала должна иметь как можно более низкое значение пикфактора (отношение максимального значения к среднему, PAR), чтобы позволить терминалу работать с минимальными требованиями к потерям мощности, обеспечивая эффективное использование мощности усилителя, что в свою очередь прямо пропорционально времени непрерывной работы терминала. При использовании мультиплексированияI-Q/кодом, называемым также модуляциейQPSKв двойном квадратурном канале, уровни мощностиDPDCHиDPCCHобычно являются разными, особенно по мере увеличения скоростей передачи, и приведут в крайних случаях к передаче типаBPSK, когда ветви передаются независимо. От такой ситуации можно уйти, используя операцию скремблирования с комплексными сопряженными назначениями после расширения спектра кодами канализации.
Созвездие сигналов при мультиплексировании I-Q/кодом перед комплексным скремблированием показано на рис.6.6. Подобное созвездие получается после дескремблирования в приемнике после приема данных.
Рис. 6.6. Созвездие сигналов при мультиплексировании I-Q/кодом перед
комплексным скремблированием. G обозначает коэффициент
относительной интенсивности ветвей DPCCH и DPDCH.
Передача двух параллельных каналов DPDCHиDPCCHведет к мультикодовой передаче, что увеличивает отношение максимальной мощности к средней (пикфактор). На рис. 6.6 отношение максимального значения к среднему изменяется, когда изменяетсяG(относительные интенсивностиDPDCHиDPCCH). При использовании решения с модуляцией при расширении спектра, показанном на рис. 6.7, эффективность усилителя мощности передатчика, остается в общем случае такой же, как для обычной сбалансированной передачиQPSK. Коды комплексного скремблирования образуются таким образом, что фазовые сдвиги последовательных чипов за период одного символа ограничиваются+900. Полный поворот на 1800может произойти лишь между последовательными символами. Этот метод еще больше уменьшает отношение максимальной мощности к средней (пикфактор) передаваемого сигнала по сравнению с обычной передачейQPSK.
Эффективность усилителя мощности остается постоянной независимо от соотношения мощности GмеждуDPDCHиDPCCH. Это положение можно объяснить с помощью рис. 6.8, который показывает созвездие сигналов для канала управления с уплотнениемI-Q/кодом при комплексном расширении спектра. В середине созвездия приG=0,5 возможными точками созвездий являются только окружности или только крестики за период одного символа. Их созвездие такое же как и дляQPSKсо сдвигом. Таким образом, измерения огибающей сигнала с комплексным расширением спектра очень похожи на передачуQPSKдля всех значенийG. Решение сI-Q/кодовым мультиплексированием при комплексном скремблировании приводит к требованиям в отношении потерь на выходе усилителя мощности, которые должны оставаться постоянными как функция разности междуDPDCHиDPCCH.
Разность мощностей DPDCHиDPCCHбыла количественно определена в спецификациях физического уровняUTRAв виде 4-битовых слов, т.е. 16 различными значениями. В заданный момент времени величина усиления дляDPDCHилиDPCCHустанавливается на 1, и тогда для другого канала применяется значение между 0 и 1, чтобы отразить различие в мощности между каналами. Ограничение числа возможных значений 4-битовым представлением необходимо для того, чтобы сделать реализацию передатчика терминала достаточно простой. Различия в мощности могут отображаться 15 различными значениями между –23,5 дБ и 0,0 дБ и однобитовой комбинацией при отсутствииDPDCH, когда нет данных для передачи.UTRAстолкнется с проблемами относительно эффективности усилителя по сравнению сGSM. ВGSMиспользуется модуляцияGMSK(Гауссова манипуляция минимальным фазовым сдвигом), которая имеет постоянную огибающую и, таким образом, оптимизируется пикфактор. Будучи узкополосным, сигналGSMможет расширяться относительно больше во временной области. Это позволяет использовать усилитель с меньшей линейностью с большей эффективностью использования мощности. Узкополосный усилитель, кроме того, проще линеаризировать, если возникнет такая необходимость. На практике эффективность усилителя мощностиWCDMAнесколько ниже, чем у усилителя мощностиGSM. С другой стороны,WCDMAиспользует в восходящем канале быстрое управление мощностью, что уменьшает необходимую среднюю мощность передачи в восходящем канале.
Рис.6.7. Мультиплексирование I-Q/кодом с комплексным скремблированием.
Рис. 6.8. Созвездие сигналов для канала управления, мультиплексированного
I-Q/кодом при комплексном скремблировании.
G обозначает относительный вес мощностей в DPCCH и DPDCH.
Вместо применения объединенного I-Qи кодового мультиплексирования с комплексным скремблированием будет возможным использовать чистое кодовое мультиплексирование. При кодовом мультиплексировании происходит мультикодовая передача с параллельными каналами управления и передачи данных. Такой подход увеличивает изменение огибающей передаваемого сигнала и устанавливает более высокие требования к линейности усилителя мощности. Особенно для низких скоростей передачи, как, например, при передаче речи, канал управления может иметь амплитуду, составляющую более 50% от амплитуды канала передачи данных, что приводит к большим изменениям огибающей, чем это имеет место в режиме с использованием комбинированного
I-Q/кодового мультиплексирования.