diplov / file1

RS1) становить 9,6 Кбіт/с, а швидкість передачі чіпів (після кодування сигналу)

– 1,2288 Мбіт/с. В результаті кожному інформаційному бітові вхідного потоку відповідає (1,2288∙106)/(9,6∙103)=128 чіпів вихідної послідовності. Виграш у відношенні сигнал/шум для розширеного і вхідного сигналу становить

10·lg(128)≈21 дБ. Якщо прийняти, що на вході приймача допустиме відношення сигнал/шум в 3 дБ, то передачу теоретично можна вести при рівні сигналу на 18

дБ нижче рівня інтерференційних завад.

Найважливіші характеристики всієї системи IS-95, в основному,

визначаються технічними можливостями базової станції - BTS, та абонентських станцій АС.

Структурна схема каналу зв’язку

Всклад каналу зв’язку входить:

передавач BTS та приймач АС – для прямого каналу;

передавач АС та приймач BTS – для зворотного каналу.

Структурну схему, як передавача так і приймача, доцільно представити у виді трьох функціональних складових частин:

від входу голосового повідомлення до входу перетворення даних;

від входу перетворення даних до входу канального кодування;

від входу канального кодування до антени, де здійснюється канальне кодування (тобто кожному каналу або кожному абоненту присвоюється свій індивідуальний канальний код ), скремблювання та модуляція.

Структурна схема каналу зв’язку приведена на рис.9.6.

511

а)

б)

Рис.9.6 Структурна схема каналу зв’язку:

а) передавальна частина, б) приймальна частина

Формування каналів

Для забезпечення можливості одночасного обслуговування однією BTS

багатьох АС в межах одного частотного каналу формується 64 кодованих канали в прямому каналі та 94 кодованих канали – в зворотному каналі. Для формування кодованих каналів використовується три види функцій:

ПВП ―короткий код‖.

ПВП ―довгий код‖.

Функції Уолша.

Всі вони являються загальними для BTS та АС, але реалізують різні функції (таблиця 9.2).

9.3. Формування каналу трафіку в прямому каналі

У випадку прямого каналу передавальна частина (рис 9.6,а) знаходиться на

базовій станції.

512

Таблиця 9.2 Параметри кодових послідовностей в стандарті IS-95

Для розпізнавання різних каналів використовується код прямого розширення спектру. Код розширення спектру в прямому каналі включає 64

ортогональні 64-бітові коди, отримані з матриці Адамара розміром 64х64.

Діляться всі 64 канали на 4 типи наступним чином (рис. 9.7):

канал 0, пілотний канал (допоміжний канал для управління);

канали 1÷7, пейджингові канали, причому їх кількість може бути різною,

від 1 каналу до 7, (допоміжний канал для управління) з швидкістю 19,2

Кбіт/c;

канал 32, синхронізації (допоміжний канал для управління) з швидкістю

4,8 Кбіт/c;

канали трафіку (основні канали передачі інформації користувачів) канали

8÷31 і 33÷63, (додатково деякі, або всі канали 1÷7, якщо вони не використовуються як пейджингові), які забезпечують швидкість передачі даних до 9,6 Кбіт/с для набору швидкостей RS1, або 14,4 Кбіт/с - для набору швидкостей RS2.

513

Рис.9.7 Типи каналів передавача ВТS

9.3.1. Перетворення голосового повідомлення

Як вказувалось вище в системі наявні два набори швидкостей передачі:

набір RS1 - з швидкостями передачі 1.2, 2.4, 4.8, 9.6 Кбіт/с;

набір RS2 - з швидкостями передачі 1.8, 3.6, 7.2, 14.4 Кбіт/с.

Перетворення голосового повідомлення для набору швидкостей

передачі RS1

Голосове повідомлення перетворюється в цифрову форму за допомогою блочного кодера. Для цього використовується один з трьох типів вокодерів: 8

Кбіт/c (QCELP, Qualcomm Code Excited Linear Prediction), 13,25 Кбіт/с (CELP) -

з постійною швидкістю, або 8 Кбіт/c (EVRC) - з змінною швидкістю.

Розмовний кодек працює за алгоритмом лінійного передбачення з кодовим збудженням, аналізуючи по 160 відліків дискретизованої розмови на інтервалі

20 мс. В залежності від активності розмови кодек виробляє різну кількість бітів

(172, 80, 40 або 16) на інтервалі 20 мс, причому найнижча швидкість використовується, як правило, в паузах при розмові. Коли користувач мовчить вся пропускна здатність каналу не використовується. В ці моменти часу

514

швидкість передачі бітів знижується до 1200 біт/с. Використання мовного кодека зі змінним набором швидкостей дозволяє значно зменшити структурну заваду, яку створюють абоненти сусідніх БС за рахунок зниження середньої потужності передаючих сигналів. Коли випромінюється сигнал, що відповідає заниженим швидкостям роботи мовного кодека, його потужність може бути знижена прямо пропорційно величині зниження швидкості. В цьому випадку підтримується постійна енергія, що приходиться на кожний біт інформації яка передається та постійна ймовірність помилки.

Далі, після додавання бітів індикатора якості кадру та 8 кінцевих біт кодера (рис. 9.8) формується послідовність зі змінною швидкістю 1.2, 2.4, 4.8, 9.6 Кбіт/с, яка подається на блочний кодер.

Рис.9.8 Перетворення голосового повідомлення для набору швидкостей передачі RS1

Перетворення голосового повідомлення для набору швидкостей

передачі RS2

Якщо в каналі трафіку використовується швидкість з другого набору

(RS2), кількість бітів абонента в 20 мс кадрі становлять 267, 125, 55 або 21. При цьому швидкість вхідного потоку даних становить 13.35, 6.25, 2.75, або 1.05

Кбіт/с відповідно (рис. 9.9). Далі, до кожного 20 мс кадру додається один резервний біт, біти якості кадру та 8-бітовий блок контролю парності. В

результаті швидкість потоку даних зростає відповідно до 14.4, 7.2, 3.6, та 1.8

Кбіт/с.

515

Рис.9.9 Перетворення голосового повідомлення для набору швидкостей передачі RS2

9.3.2. Блок кодування

Кодування даних для набору швидкостей RS1 приведено на рис. 9.10.

Рис.9.10 Перетворення даних в прямому каналі трафіку для набору швидкостей передачі RS1

Дані, або перетворений в цифрову форму звуковий сигнал блоками по 20

мс та швидкістю передачі даних 9,6 Кбіт/с, при забезпеченні швидкостей передачі згідно варіанту RS1, подаються на блок завадостійкого кодування з використанням схеми прямого виправлення помилок (згортковий кодер з ступінню кодування Ѕ). Він може виправляти однократні та двократні помилки в пакеті даних. При вхідній швидкості 9,6 Кбіт/c вихідна швидкість рівна 19,2

Кбіт/c.

Якщо вихідна швидкість даних із блоку кодування є меншою за 19,2

Кбіт/с, вихідні біти в пристрої повторення символів додаються таким чином,

щоб на інтервалі 20 мс завжди було 384 біти, тобто завжди формується вихідний рівномірний потік із швидкістю19,2 Кбіт/c, незалежно від швидкості вхідного потоку.

516

Далі сигнал поступає в блок перемежування сигналу - блок призначений для боротьби з пачками помилок в ефірі. Пачка помилок - кілька спотворених підряд біт інформації. При цьому потік даних записується в матрицю (24х16) по рядках. Як тільки матриця заповнюється, інформація з неї зчитується по стовпцях. Отже, коли в ефірі спотворюються підряд декілька біт інформації,

при прийомі пачка помилок, пройшовши через зворотну матрицю,

перетвориться в одиночні помилки.

Перетворення даних для набору швидкостей передачі RS2

Як було вказано вище, в системі застосовується також інший варіант набору швидкостей передачі – RS2. Перетворення даних для цього набору швидкостей приведена на рис. 9.11.

В цьому випадку на вхід згорткового кодера подається інший набір швидкостей – 14.4, 7.2, 3.6, 1.8 Кбіт/с. Застосування загорткового кодера з швидкістю кодування ½ приводить до збільшення швидкості потоку даних в 2

рази. Якщо швидкість потоку даних є нижчою за 28,8 Кбіт/с для збільшення швидкості застосовується повторення бітів. Щоб швидкість такого потоку даних співпала з постійною швидкістю 19,2 кбіт/с в інших каналах, а також в каналах, що використовують перший набір швидкостей, виконується

―виколювання‖ (англ. puncturing) двох з кожних з шести бітів вхідного потоку.

Інші структурні блоки передавача для цих двох наборів швидкостей ідентичні.

Рис.9.11 Перетворення даних набору RS2 в прямому каналі трафіку

517

9.3.3. Передавач

В передавачі модуляційні символи з виходу блоку кодування (рис. 9.6,а)

перетворюються в сигнал каналу (рис. 9.12).

Рис.9.12 Формування в прямому каналі трафіку кодованих каналів, їх скремблювання та модуляція

Перетворення модуляційних символів здійснюється в наступних блоках:

скремблювання довгим кодом, контролю потужності;

канального кодування, скремблювання коротким кодом;

фільтрування;

QPSK модулятора.

Характерною особливістю технології CDMA являється кодове розділення каналів (абонентів) в загальній частотно-часовій області. При цьому використовується метод прямого розширення спектру DS-CDMA, який передбачає додавання даних (інформації) до канального (розширюючого коду).

Для ідентифікації каналів застосовуються канальні (канальноутворюючі) коди з спеціальними властивостями, які забезпечують їх ―ефективне розпізнавання‖,

або розділюваність. Такі властивості забезпечуються ортогональними кодами.

Для забезпечення ідентифікації базових станцій (комірки, сектору) також застосовуються так звані коди скремблювання. В кожній комірці використовується один код скремблювання, як її ідентифікатор. В кожному

518

коді скремблювання наявна група каналоутворюючих кодів. Слід зауважити,

що в цілому для кодового розділення каналів в широкій смузі частот в технології CDMA використовується один так званий код розширення, який визначається наступним чином:

код розширення = код скремблювання × каналоутворюючий код

Тобто, якщо каналоутворюючі коди не використовуються, то коду розширення відповідає код скремблювання.

Скремблювання довгим кодом, контроль потужності

На наступному етапі біти даних скремблюються (рис. 9.13). Цей крок необхідний для забезпечення конфіденційності даних, а також для запобігання відправки однакових фрагментів даних, що у свою чергу, зменшує ймовірність одночасного відправлення даних користувачами у момент найбільшого завантаження системи. Потік, що утворюється, порівнюється (операція виключне АБО) з вихідними даними пристрою формування ―довгого коду‖.

Характеристичний поліном, що використовується для формування довгого коду має вигляд:

Скремблювання здійснюється з використанням довгого коду, який формується на виході 42 - бітового регістру зсуву. Регістр зсуву встановлюється у вихідне положення за допомогою електронного реєстраційного номера користувача, тобто маска довгого коду відповідає n-му абоненту. Вихідні дані генератора довгого коду передаються з швидкістю

1,2288 Мбіт/с, яка в 64 рази вища за швидкість 19,2 Кбіт/с. Тому далі вибирається тільки 1 біт з 64 (операція децимації).

519

На наступному етапі формується інформація (потік, із швидкістю 800 біт/с)

про регулювання потужності в інформаційному каналі. При цьому в скрембльований потік (з виходу суматора за модулем 2) вводяться в дані, із швидкістю 19,2 Кбіт/с шляхом заміни деяких бітів коду та кодування контрольних бітів за допомогою генератора довгого коду. В цих ―захоплених‖ бітах передається інформація, яка вказує мобільному пристою, чи треба змінювати рівень потужності.

Рис.9.13 Перетворення даних в блоці скремблювання довгим кодом та

контролю потужності

послідовністю

Канальне кодування. Формування кодованих сигналів здійснюється за допомогою кодів Уолша. В даному випадку набір кодів Уолша характеризується матрицею Адамара 64х64, де кожен рядок відповідає окремому коду. Як показано на рис. 9.12 один з 64 кодів (швидкість передачі яких становить 1,2288 Мбіт/с) сумується за модулем 2 з вхідною двійковою послідовністю (швидкість передачі якої становить 19,2 Кбіт/с). Оскільки елементи наборів коду Уолша взаємоортогональні, то їх застосування дозволяє розділити прямий канал зв’язку на 64 ортогональних сигнали. Отримані канали використовуються наступним чином:

520