Скорость передачи символов и битов в выделенном нисходящем канале

Коэффициент расширения спектра	Скорость передачи символов в канале (Кбит/с)	Скорость передачи бит (Кбит/с)	Диапазон битовых скоростей в канале DPDCH(Кбит/с)	Максимальная скорость передачи данных пользователя при кодировании со скоростью 1/2
512	7.5	15	3 – 6	1 – 3 Кбит/с
256	15	30	12 – 24	6 – 12 Кбит/с
128	30	60	42 – 51	20 – 24 Кбит/с
64	60	120	90	45 Кбит/с
32	120	240	210	105 Кбит/с
16	240	480	432	215 Кбит/с
8	480	960	912	456 Кбит/с
4	960	1920	1872	936 Кбит/с
4 при 3 параллельных кодах	2880	5760	5616	2,3 Мбит/с

Рис. 6.14. Мультиплексирование данных управления/передаваемых данных в выделенном

нисходящем канале на физическом уровне (в нисходящем DPCH).

В нисходящем DPCH для улучшения работы может использоваться разнесение при передаче в открытом либо закрытом контуре. Использование такого усовершенствования не требуется со стороны сети, но обязательно для терминалов. Оно стало обязательным, когда почувствовали, что такого рода элементы имеют прямое отношение к таким вопросам, как планирование сети и пропускная способность системы, так что стала требоваться его реализация. Принцип разнесения при передаче в открытом контуре показан на рис. 6.15, где информация кодируется для передачи с двух антенн. Этот метод также указан в спецификациях 3GPP как блочное кодирование в пространстве и времени (пространственно-временное блочное кодирование), основанное на разнесении при передаче (STTD). Другой возможностью является использование разнесения при передаче с режимом обратной связи, где сигнал посылается с двух антенн на основании информации обратной связи от терминала. В режиме с обратной связью используются фазовые, а в некоторых случаях также и амплитудные сдвиги между антеннами. Разнесение при передаче с режимом обратной связи рассматривается в разделе, посвященном процедурам на физическом уровне.

Рис. 6.15. Кодирование для разнесения при передаче в открытом контуре.

6.4.6. Мультиплексирование в нисходящем канале

Последовательность операций при мультиплексировании в нисходящем канале во многом сходна с последовательностью операций в восходящем канале, но есть некоторые функции, которые выполняются по-другому.

Как и в восходящем канале, перемежение применяется в двух местах, включая в себя как внутрифреймовое перемежение, так и межфреймовое. Кроме того, согласование скоростей позволяет уравновешивать необходимую энергию передачи символа в канале для различного качества обслуживания. Услуги также могут переноситься более, чем на один код, что является необходимым, если возможности одного кода оказываются превышенными либо в терминале, либо в базовой станции.

Имеются различия в порядке, в котором выполняются функции согласования скоростей и сегментации. Использование постоянных или гибких позиций определяется точкой вставки индикации DTX. Биты индикации DTX не передаются через эфир, они просто вставляются для того, чтобы проинформировать передатчик о том, в каких положениях передача должна быть выключена. В них нет необходимости в восходящем канале, где согласование скоростей производилось более динамичным образом и всегда заполняла фрейм, когда было что передавать по DPDCH.

Рис. 6.16. Последовательность мультиплексирования и канального кодирования

в нисходящем канале.

Использование фиксированных позиций означает, что для данного транспортного канала всегда используются одни и те же символы. Если скорость передачи меньше максимальной, то для этих символов используются биты индикации DTX. Различные транспортные каналы не оказывают динамического влияния на значения согласуемых скоростей для другого канала, и все транспортные каналы могут использовать одновременно также и максимальную скорость. Использование постоянных позиций частично связано с возможным применением слепого обнаружения скорости передачи. Когда транспортный канал имеет одну позицию независимо от скорости передачи, канальное декодирование может быть выполнено за один «прогон» декодирования, и единственное, что необходимо проверять, так это то, какая позиция выходного блока согласуется с результатом проверки CRC. Естественно это требует, чтобы различные скорости передачи имели различное число символов.

При гибких позициях ситуация будет другой, поскольку теперь канальные биты, использованные одной услугой, могут использоваться другой. Это оказывается полезным, когда возможно иметь такую комбинацию транспортных каналов, когда не требуется, чтобы они могли работать с максимальной скоростью одновременно, а могли бы меняться, когда возникает потребность работать с полной скоростью. Это позволяет уменьшить число необходимых кодов расширения спектра в нисходящем канале. Концепция сравнения постоянных и гибких позиций в нисходящем канале иллюстрируется на рис. 6.17. Использование слепого детектирования скорости передачи в принципе также возможно при гибких позициях, но не требуется спецификациями. Если скорость передачи данных слишком высокая и число возможных скоростей не слишком большое, терминал может выполнить канальное декодирование для всех комбинаций и проверить, какой из вариантов дает правильный результат для CRC.

Рис. 6.17. Гибкая и постоянная позиции слотов в транспортном нисходящем канале.

6.4.7. Совмещенный нисходящий канал

Передача данных с максимальной скоростью для цикла с низкой активностью в нисходящем канале быстро приводит к тому, что коды передачи под одним кодом скремблирования начинают быстро расходоваться. Чтобы избежать этой проблемы существует два варианта: использовать либо дополнительные коды скремблирования, либо общие каналы. Подход с использованием дополнительных кодов скремблирования приводит к потере того преимущества, что передачи от одного источника являются ортогональными, и потому от него следует отказаться. Использование ресурса совмещенных каналов сохраняет вышеназванное преимущество и в то же время приводит к уменьшению расхода кодовых ресурсов в нисходящем канале. Поскольку такое совместное использование ресурсов не может дать 100% гарантий наличия ресурса физических каналов в любой момент времени, его применение на практике ограничивается услугами по передаче пакетов.

Так как в системе CDMA необходимо обеспечивать непрерывную информацию по управлению мощности и другую, было определено, что совмещенный нисходящий канал (DSCH) всегда используется вместе с выделенным нисходящим каналом (нисходящим DCH). Помимо информации об управлении мощностью DCH обеспечивает указание терминалу, когда тому следует декодировать DSCH и какой код расширения спектра из DSCH он должен сжимать. Для этого указания были определены два варианта: либо TFCI фрейм за фреймом, либо сигнализация высокого уровня, основанная на более продолжительном периоде назначения. Таким образом, скорость передачи данных в DSCH без кодирования представляет собой непосредственно скорость передачи бит в канале, указанную в таблице 6.3 для нисходящего DCH. Небольшое отличие от кодов расширения в нисходящем DCH заключается в том, что коэффициент расширения 512 в DSCH не поддерживается. DSCH позволяет также смешивать терминалы с различными возможностями по скоростям передачи под одной ветвью кодового ресурса, что делает конфигурацию управляемой при растущих возможностях терминалов. Кодовое дерево DSCH было показано на рис. 6.9 в разделе, связанном с вопросом о расширении спектра в нисходящем канале.

В DSCH пользователю могут быть назначены различные скорости передачи данных, например 384 Кбит/с с коэффициентом расширения 8, а затем 192 Кбит/с с коэффициентом расширения 16. Определение кодового дерева для DSCH позволяет делить пропускную способность DSCH фрейм за фреймом, например, активным является один пользователь с высокой скоростью передачи данных или же активны несколько пользователей с низкой скоростью передачи данных, работающие параллельно. DSCH может быть также перенесен и на случай использования мультикодов: например, три кода передачи с коэффициентом расширения 4 обеспечивают DSCH возможность передачи со скоростью 2 Мбит/с.

В направлении восходящего канала такого рода беспокойства по поводу использования кодовых ресурсов отсутствуют, но стоит вопрос, как управлять полным уровнем помех и в некоторых случаях как использовать ресурсы на стороне приемника. Так работа, близкая к работе DSCH, не указывается в восходящем канале в UTRA FDD.

Физический канал, передающий DSCH, является совмещенным нисходящим каналом управления на физическом уровне (PDSCH). Временное соотношение между PDSCH и связанным с ним выделенным нисходящим каналом передачи на физическом уровне (DPCH) показано на рис 6.18. Фрейм PDSCH не может начаться раньше, чем через 3 слота после окончания фрейма связанного с ним выделенного канала. Это гарантирует, что требования к буферизации для приема DSCH не выше, чем другие требования к буферизации в приемнике.

6.4.8. Прямой канал доступа для передачи данных пользователя

Прямой канал доступа (FACH) может использоваться для передачи (пакетов) данных пользователя. Канал обычно мультиплексируется каналом переда

чи поискового вызова в том же физическом канале, но канал также может быть и отдельным. Основное отличие от выделенного и совмещенного каналов состоит в том, что FACH не позволяет использовать быстрое управление мощностью и в нем применяется медленное управление мощностью или же управление мощностью полностью отсутствует. Медленное управление мощностью возможно в том случае, когда между базовой станцией и терминалом передается большой поток данных и терминал обеспечивает обратную связь по качеству принимаемых пакетов. Этот тип управления мощностью не позволяет бороться с замираниями в канале за исключением медленно происходящих изменений в среде распространения. При менее частых передачах каналу FACH необходимо использовать более менее полный уровень мощности. Управление мощностью для FACH, как правило, совершается очень медленно, так как передачей данных по FACH управляет RNC, что подразумевает довольно большую задержку для любой информации обратной связи от базовой станции.

Рис. 6.18. Временное отношение PDSCH и DPCH.

Содержит ли FACH пилот-символы или нет зависит от того, применяет ли он методы формирования луча. Обычно FACH не содержит пилот-символы, и приемник использует общий пилот-канал в качестве опорной фазы.

Необходимо, чтобы FACH принимали все терминалы, в основном FACH не могут использоваться высокие скорости передачи данных. Если бы от FACH требовались более высокие скорости, то потребовался бы отдельный физический канал, где необходимо было бы учитывать только возможности в отношении максимальных скоростей передачи терминалов, выделенных этому каналу. Необходимая конфигурация стала бы довольно сложной при включении терминалов с разными возможностями. FACH имеет постоянный коэффициент расширения, и резервирование FACH для очень больших скоростей передачи данных не оптимизируется с точки зрения кодовых ресурсов, особенно если не все терминалы могут декодировать FACH с высокой скоростью передачи.

Сообщением, передаваемым по FACH, обычно требуется внутренняя сигнализация, чтобы дать знать, кому из пользователей предназначаются данные. Чтобы прочесть такого рода информацию, терминал должен вначале декодировать сообщения, передаваемые по FACH. Непрерывное осуществление такого декодирования нежелательно ввиду лишнего потребления мощности, особенно при высоких скоростях в FACH.

6.4.9. Канальное кодирование для данных пользователя

В UTRA определены два метода канального кодирования. Сверточное кодирование с половинной скоростью и скоростью 1/3 предназначено для использования с относительно небольшой скоростью передачи данных, эквивалентной скорости передачи данных, обеспечиваемой в настоящее время сотовыми системами второго поколения, хотя верхний предел определен не был. Для более высоких скоростей может применяться турбокодирование, которое обычно дает выигрыш в рабочих характеристиках, когда используются блоки достаточно больших размеров. По оценкам, для того, чтобы турбокодирование давало некоторый выигрыш по сравнению со сверточным кодированием, на TTI должно приходиться приблизительно 300 бит. Это зависит также от требующегося уровня обслуживания и рабочей среды.

Сверточное кодирование основано на ограничении длины кода 9 при использовании «хвостовых» (оконечных) бит. Выбранный метод турбокодирования/декодирования является PCCC (параллельным каскадным сверточным кодом) с 8 состояниями. Основной мотивацией для использования турбокодирования для высоких скоростей передачи данных послужили эксплуатационные данные, тогда как для низких скоростей основная причина для того, чтобы не применять его, заключалась в желании допустить использование простого слепого определения скорости передачи при низких скоростях, как, например, в случае передачи речи. Слепое определение скорости при турбокодировании требует обычно детектирования всех скоростей передачи, в то время как при сверточном кодировании методы проб позволяют применять для определения того, какая скорость была использована, только однократное прохождение по Витерби. Это выполняется с помощью CRC и применения соответствующего метода перемежения.

Турбокодирование имеет особый вид перемежения, которое построено с расчетом на большое разнообразие скоростей передачи. Максимальный размер блока при турбокодировании ограничен 5114 информационными битами, поскольку при большем их числе увеличиваются только требования к размерам памяти, но какого-либо существенного влияния на эффективность работы не наблюдается. При большем объеме данных на период перемежения используется несколько блоков по размеру равных 5114 битам или чуть меньших. Фактический размер блока немного меньше, так как в размер блока входят биты CRC и «хвостовые» биты.

Сперва минимальный размер блока при турбокодировании был определен равным 320 битам, что соответствует 32 Кбит/с при длительности перемежения 10 мс или 4 Кбит/с при длительности перемежения 80 мс. Возможные пределы размеров блока были однако снижены до 40 бит, так как при переменной скорости соединений не желательно применять кодек «на лету», при уходе с максимальной скорости. Не может и транспортный канал изменять метод канального кодирования на пофреймовой основе. При турбокодировании может осуществляться передача со скоростями менее 40 бит/с, но в таком случае используется набивка фиктивными битами для заполнения перемежителя, минимальный размер которого рассчитан на 40 бит.

При передаче речи для кодирования AMR используется схема неравномерной защиты от ошибок. Это означает, что три различных класса битов имеют различную защиту. Биты класса A, более всего влияющие на качество, имеют наиболее высокую защиту, тогда как биты класса C посылаются без канального кодирования. Это позволяет повысить отношение E_b/N₀ примерно на 1 дБ по сравнению со схемой равномерной защиты. Методы кодирования, используемые в различных каналах, приведены в таблице 6.4. Хотя для FACH даны два варианта, доступ к ячейке, используемый в FACH, основан на сверточном кодировании, так как не все терминалы поддерживают турбокодирование.

Таблица 6.4