11.5) Канальная структура cdma2000.

Взаимодействие между объектами разных уровней осуществляются с использованием логических каналов, структура и выполняемые функции которых определяются видом передаваемой информации. Сегодня логические каналы стали неотъемлемой частью любых цифровых стандартов сотовой и транкинговой связи 2-поколения (cdmaOne,GSM,TETRA), однако используемый вcdma2000 канальная структура имеет ряд особенностей.

Кроме того, для организации связи в прямом и обратном направлениях дополнительно введены общий (CCCH, Common CCH) и выделенный (DCCH, Dedicated CCH) каналы управления, которые по назначению аналогичны каналам PCH (в прямом канале) и ACH (в обратном канале)

Об используемой терминологии

В стандартеcdma2000 все логические каналы, также как и в системеcdmaOne, разделены на две группы. Каналы, предназначенные для передачи информации с базовой на мобильную станцию, называются прямыми, а каналы для передачи с мобильной станции на базовую -обратными.

При формировании названия логических и физических каналов используются буквы, обозначающие специальные характеристики (признаки) данного класса. Первая буква всегда указывает на направление связи: F(Forward) - прямой канал,R(Reverse) – обратный канал, а две последние буквы - всегда признак канала - СН (channel). Другие буквы в обозначении канала характеризуют следующие признаки:

• назначение канала - передача трафика Т (Traffic) или управляющей информации С (Control);

• тип канала - основной F(Fundamental) или дополнительныйS(Supplemental);

• способ организации связи - выделенный канал D(Dedicated) типа «точка-точка», организуемый между базовой и одной из мобильных станций или общий канал С (Common) типа «точка-многоточка», доступный группе или всем мобильным станциям, расположенным в одной соте;

• функции, выполняемые в общем канале - канал доступа A(Access) или пейджинговый (вызывной) канал Р (Paging);

• служебные и вспомогательные каналы: вспомогательный A(Auxiliary), канал пилот сигналаPICH(Pilot), синхроканалSYNC.

В cdma2000 сохранена существующая в стандартеIS-95 канальная структура, однако число логических каналов увеличено с 9 до 15 (табл. 6.6). Прежде всего, введены 3 дополнительных пилот-сигнала: два вспомогательныхCAPICH(CommonAuxiliaryPICH) иDAP1CH(DedicatedAuxiliaryPICH) в прямом канале иR-PICH- в обратном канале. Новые каналы используются в случае разнесения антенн на базовой станции (CAPICH), при применении антенн с узким лучом у абонента (DAPICH) и для установления начальной синхронизации на базовой станции (R-PICH).

Пилотные и вызывные каналы

Канал передачи пилот-сигнал PICH(PilotChannel) вCDMAиграют важную роль. Он излучается каждой базовой станцией непрерывно в широковещательном режиме и может быть принят одновременно всеми мобильными станциями, расположенными в ее зоне обслуживания. С его помощью может быть обеспечено решение трех основных задач:

• оценка коэффициента передачи радиоканала и фазы принимаемых сигналов;

• выделение копий многолучевого сигнала (так называемый «поиск многолучевости») с возможностью дальнейшей обработки в многоканальном RAKEприемнике;

• идентификация базовых станций при поиске сот и обеспечение хэндовера.

Использование общего пилот-сигнала PICHпозволяет более точно и эффективно оценить характеристики каналов с замираниями и обеспечить ускоренное обнаружение слабых сигналов по сравнению со случаем использования индивидуальных пилот-сигналов. Кроме того, в случае группового пилот-сигнала сокращаются затраты на передачу индивидуальной служебной информации. В результате, система с общим пилотным каналом позволяет обеспечить лучшие характеристики и снизить суммарные затраты пропускной способности.

Измерение уровня пилот-сигнала позволяет оценить коэффициент передачи радиоканала и фазу принимаемых сигналов, однако не во всех случаях. Если антенна базовой станции разделена на секторы, в каждом из которых формируется узкий луч, то такой пилот-сигнал не может быть использован для оценки характеристик каналов.

Таблица 11.1. Типы логических каналов

Тип канала	Название канала
F-CAPICH	Forward Common Auxiliary Pilot Channel	Прямой общий вспомогательный пилотный канал
F-CCCH	Forward Common Control Channel	Прямой общий канал управления
F-DAPICH	Forward Dedicated Auxiliary Pilot Channel	Прямой выделенный вспомогательный пилотный канал
F-DCCH	Forward Dedicated Control Channel	Прямой выделенный канал управления
F-FCH	Forward Fundamental Channel	Прямой основной канал
F-PCH	Forward Paging Channel	Прямой пейджинговый канал
F-PICH	Forward Pilot Channel	Прямой пилотный канал
F-SCH	Forward Supplemental Channel	Прямой дополнительный канал
F-SYNC	Forward Sync Channel	Прямой синхроканал
R-ACH	Reverse Access Channel	Обратный канал доступа
R-CCCH	Reverse Common Control Channel	Обратный общий канал управления
R-DCCH	Reverse Dedicated Control Channel	Обратный выделенный канал управления
R-FCH	Reverse Fundamental Channel	Обратный основной канал
R-PICH	Reverse Pilot Channel	Обратный пилотный канал
R-SCH	Reverse Supplemental Channel	Обратный дополнительный канал

Для установления начальной синхронизации используется синхроканал F-SYNC. Традиционно передача вызовов с базовой станции на мобильную осуществляется по пейджинговому каналу PCH (Paging Channel), а многостанционный доступ реализуется по каналу ACH (Access Channel).

Расширение спектра и модуляция

В системе cdma2000 используются ортогональные каналы для передачи пилот-сигналов, управляющей информации и данных, что позволяет снизить уровень взаимных помех. Для передачи высокоскоростной и низкоскоростной информации применяются, соответственно, длинные и короткие ортогональные последовательности. В качестве таких кодов, аналогично, как и в стандартеIS-95, используются последовательности Уолша. Квадратурная модуляцияQPSKосуществляется до расширения спектра сигнала. Каждые два информационных бита отображаются в одинQPSKсимвол. В результате необходимое число последовательностей Уолша снижается в два раза по сравнению со случаем, если бы использоваласьBPSKмодуляция. Кроме того, длина последовательностей Уолша может регулироваться, что позволяет гибко изменять скорость передачи информации в радиоканале.

11.6) W-CDMA. Сравнительный анализ cdma2000 и WCDMA.

W-CDMA (другое название — UMTS, Universal Mobile Telecommunication System — универсальная система мобильной связи), — это стандарт, который принят в Европе и Японии. UMTS, по сути дела, — это апгрейд стандарта GSM через GPRS и EDGE. Наземная часть UMTS известна как UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access). FDD-компонент UTRA основан на стандарте W-CDMA (UTRA FDD). Теоретически он обеспечивает передачу данных со скоростью до 2 Mбит/c, однако на практике скорости гораздо ниже: системы W-CDMA обладают определенными техническими ограничениями. Работа по стандартизации UMTS координируется группой Third Generation Partnership Project (3GPP).

Технология UMTS также содержит другой стандарт радиопередачи, который упоминается гораздо реже, чем W-CDMA — TD-CDMA (другое название — TDD UTRA). Стандарт TD-CDMA, разработанный немецким концерном Siemens, использует технологию TDD, и, в отличие от W-CDMA, использующей технологию FDD, которая требует так называемого парного спектра1, может использовать непарный спектр. Считается, что технология TDD хорошо приспособлена для передачи данных в интернет.

Радиоинтерфейс UMTS, получивший названиеUTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network), основан на кодовом разделении и практически не имеет ничего общего с физическим уровнемGSM. На сетевом уровне предлагаемый стандарт целиком опирается на «ютовую» инфраструктуруGSM. Поэтому он особенно выгоден фирмам-поставщикам оборудованияGSM, ряд из которых (Nokia,Eriksson) принимал самое непосредственное участие в его разработке. Для завершения работы над спецификацией стандарта создано организационное ядро 3GPP(3GPartnership Project), наименование которого часто используется как синоним названия самого проектаUMTS.

Второй проект, известный под именем cdma2000, является максимально преемственным по отношению к системеcdmaOne(IS-95) Процесс доводки спецификации этого стандарта также интернационализирован и контролируется органом, называемым 3GPP2 (3GPartnership Project number 2).

Сравнительный анализ cdma2000 иWCDMA

Ранее уже говорилось о конкурентной борьбе, которая развернулась на этапе гармонизации проектов cdma2000 иWCDMA, и чем окончилось противостояние между компаниямиEricssonиQualcomm. Принятое в конце 1999 г. компромиссное решение открыло дорогу к 3-му поколению сразу двум технологиям. Североамериканский проектcdma2000 окончательно дорабатывается в рамках стандартаIMT-MC(вариантMC-CDMA), а работы поWCDMAиUTRAразделились на два направления. Первый стандартIMT-DSбазируется на технических решенияхWCDMAFDDиUTRAFDD(для парных полос частот), а второйIMT-TC(для непарных полос частот) основан на технических решениях европейского проектаUTRATDDи китайского проектаTD-SCDMA.

Ключевое отличие cdma2000 иWCDMA, которое стало предметом острой полемики, -разные чиповые скорости 3,6884 и 3,84 Мчип/с. Выбор чиповой скорости в проектеcdma2000 произведен из условия обеспечения обратной совместимости сcdmaOne(3x1,2288 Мчип/с) и возможности использования на переходном этапе кIMT-2000 двухрежимных терминалов типаcdma2000/cdma0ne. В отличие отcdmaOne, разрабатываемый в Европе и Японии стандартWCDMAне преследует целей обеспечения совместимости с существующими сетями связи, хотя заложенные в нем решения базируются на использовании единых базовых сетейGSMMAP,ANSI-41 иIP-сетей. Для разделения сигналов базовых станций вcdma2000 используются короткие коды длиной 2¹⁵с разными циклическими сдвигами, что требует их взаимной синхронизации.

Асинхронный принцип построения сети WCDMAделает ее независимой от внешнего источника синхронизации. Такая возможность обеспечивается за счет использования разных кодов Голда для разделения базовых станций. Начальная синхронизация мобильных станций в системеcdma2000 обеспечивается по общему пилот-сигналу, излучаемому каждой базовой станцией. Так как все БС в сети синхронны, то никакой дополнительной синхронизации не требуется. После захвата пилот-сигнала мобильная станция определяет все параметры, необходимые для когерентной демодуляции сигнала и обеспечения хэндовера.

Процедура начального поиска в системе WCDMAболее сложная, так как осуществляется в три этапа. Однако с точки зрения быстродействия она обладает преимуществом, т.к. на каждом этапе область неопределенности сравнительно невелика. Время установления начальной синхронизации вcdma2000 несколько выше из-за большой априорной неопределенности.

Между рассматриваемыми технологиями есть и много общего. Прежде всего, для увеличения пропускной способности в них используется мультикодовая передача, позволяющая выделить одному пользователю сразу несколько каналов. Оба стандарта предусматривают динамическое управление мощностью в прямом и обратном каналах связи, хотя в проекте WCDMAиспользуется более быстродействующая схема управления мощностью. Повышение помехоустойчивости обеспечивается за счет разнесения на передаче, использования сверточных и турбо-кодов и др.

Краткие сравнительные характеристики системы cdma2000 и WCDMA приведены в таблице 11.1

Таблица 11.2. Сравнительные характеристики cdma2000 иWCDMA

Система Характеристика		cdma2000	WCDMA
Диапазон частот, МГц		824-849/869-894 и 1900	1920-1980.2110-2170
Полоса частот, МГц		3.75 (3х1,25)-базовая 1,25xN, где N=1,6,9,12	5 - базовая 1,25; 10 и 20
Метод доступа		MC-CDMA	DS-CDMA
Совместимость		Обратная совместимость с cdmaOnе	Совместная эксплуатация с GSM и обеспечение хэндовсра
Чиповая скорость, Мчип/с		3,6864 (3x1,2288) – базовая Nx1,2288, где N 1,6,9,12	3,84 (базовая). 7,78 и 15,56
Кодирование		Сверточный код (К=9, R1/2, 1/3, 1/4), турбо-код (К=4)	Свсрточный код (К=9: R-1/2. 1/3) +код Рида-Соломона, турбо-код (К=3)
Синхронизации базовых станций		Синхронная работа	Асинхронная работа (возможна синхронная)
Ортогональные коды		Функции Уолша и квазиортогональные коды	Ортогональные коды переменной длины OVSFс коэффициентом расширения 1-512 (4-256 вUTRA)
Расширяющие последо- вательности		Короткие коды длиной 215и длинные коды длиной (242-1)	Коды Голда
Схема поиска сот		По пилот-сигналу	Трехэтапный поиск (поиск кода Голда, кадровая синхронизация, идентификация скремблирующего кода)
Длина кадра, мс		5, 20	10
Модуляция данных	«вниз»	qpsk	qpsk
	«вверх»	bpsk	bpsk
Расширяющая модуляция	«вниз»	qpsk	qpsk
	«вверх»	qpsk	qpsk илиHpsk (OCQPSK)
Метод автоматического переключения каналов		Мягкий, жесткий межчастотный)	Мягкий, жесткий (межчастотный или межсистемный)
Управление мощностью		Скорость 0.8 кбит/с. шаг управления 0,25;0,5 и 1,0	Скорость 1,6 кбит/с, шаг управления 0,25-1,5