Качество связи

Общеизвестно, что MS обеспечивает не высокое качество связи. Причин тому много. В городах, где обычно развертываются сети мобильной связи, имеется много индустриальных помех. Распространяясь между BTS и MS, радиоволна многократно отражается от препятствий. В результате интерференции сигналов, прошедших разными путями, интенсивность принимаемого сигнала может внезапно упасть. Такие явления, называются федингами (fading).

Качество связи заметно снижается при переходах MS из одной локальной зоны -LA или ячейки (соты) сети в другую: в обычных стандартах мобильной связи осуществляется так называемое "жесткое переключение" (hard handoff), при котором сначала разрывается связь с покидаемой ячейкой и только после этого устанавливается связь с другой ячейкой.

Сравнивать качество связи, устанавливаемой в фиксированных телефонных сетях, с качеством беспроводной связи не вполне корректно: в последнем случае действует значительно больше факторов, обуславливающих ухудшение связи.

.

.

Технология CDMA позволяет получить значительно более высокое качество связи, чем стандарты, основанные на FDMA и TDMA так как

в CDMA 2000 - широкополосные сигналы.

Широкополосный сигнал значительно меньше "страдает" от помех, особенно узкополосных.

Влияние помехи на широкополосный сигнал

Сигнал помехи <150,0кГц

Спектр широкополосного сигнала < 1250,0кГц

Сигнал после корреляции

Результирующий широкополосный сигнал

В стандарте GSM так не получится, т.к. система GSM - узкополосная. Ширина полосы канала 200,0кГц.

Система CDMA фирмы Qualcomm Inc. (США) работает в диапазоне частот ~800,0мГц. Система CDMA построена по методу прямого расширения спектра частот на основе использования 64-х видов последовательностей – кодов Уолша. Для передачи речевых сообщений выбрано устройство с алгоритмом CELP со скоростью преобразования 8,0кбит/с (9,6кбит/с в канале). Возможны режимы работы на скоростях: 9,6кбит/с; 4,8; 2,4; 1,2кбит/с. Ширина канала системы CDMA составляет > 1,25мГц. В стандарте CDMA используется раздельная обработка отраженных сигналов, приходящих с разными задержками. При раздельной обработке сигналов в каждом канале приема BTS используется 4 параллельно работающих коррелятора, а на MS три коррелятора. Наличие параллельно работающих корреляторов и позволяет осуществить мягкий режим переключения каналов ("soft handoff", или "make before break"). Мягкий режим "эстафетной передачи" происходит за счет управления MS двумя и более BTS.

В ССС каналы для передачи от BTS к MS называются Forward, для приема от MS к BTS называются Reverse.

Структура каналов в системе CDMA (lS-95)

Прямые каналы Forward Channel

Обратные каналы Revers Channel

Пилотный канал Pilot Channel Каналы доступа Access Channel

Канал синхронизации Sync. Channel

Канал обратного трафика Revers Traffic Channel

Канал вызова Paging Channel

Канал прямого трафика Forward Traffic Channel

Прямые каналы в системах CDMA:

Пилотный канал - используется MS для начальной синхронизации с сетью и контроля сигналов от BTS по времени, частоте и фазе.

Канал синхронизации - обеспечивает идентификацию BTS, уровень пилотного сигнала, а так же фазу псевдослучайной последовательности BTS. После завершения указанных этапов синхронизации начинаются процессы установления соединения.

Канал вызова - используется для вызова MS. После приема сигнала вызова MS передает сигнал подтверждения в BTS, после чего по каналу вызова в MS передается информация об установлении соединения и назначения канала связи. Канал персонального вызова начинает работать после того, как MS получит всю системную информацию: несущая частота, тактовая частота, задержка сигнала в канале синхронизации.

Канал прямого доступа - предназначен для передачи речевых сообщений и данных, а так же управляющей информации от BTS в MS.

Обратные каналы в системах CDMA:

Канал доступа - обеспечивает связь от MS к BTS, когда MS еще не использует канал трафика. Канал доступа используется для установления соединения и разговорного тракта, по каналу вызова, команды и запросы на регистрацию в сети. Каналы доступа совмещаются (объединяются) с каналами вызова.

Канал обратного трафика - обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации от MS к BTS.

С

Прямой канал системы CDMA 1,25мГц

(канал передачи от BTS к MS)

труктура канала передачи сигнала в системе CDMA

Пилот-канал

Синхро-канал

Канал вызова

Канал вызова

Трафик канал

Трафик канал

Трафик канал

Трафик канал

Трафик канал

W0 W32 W1……………….W7 W8……………….W9……………………………………..W31

Данные

Подканал контроля

Например, система CDMA фирмы Qualcomm Inc. (США) работает в диапазоне частот 800,0мГц. Система CDMA построена по методу прямого расширения спектра частот на основе использования 64 видов ПСП - псевдослучайных последовательностей, сформированных по закону функций Уолша.

Для передачи речевых сообщений выбрано речепреобразующее устройство с алгоритмом CELP со скоростью преобразования 8,0кбит/с (9,6бит/с - в канале). Возможны режимы работы на скоростях 4,8; 2,4; 1,2кбит/с.

Каждому логическому каналу назначается код Уолша. В схемах с кодовым разделением каналов - CDMA - коды (уникальная последовательность битов) используются для разделения MS различных пользователей в кодовом пространстве. Коды позволяют получить доступ в общую среду без помех. Главное найти такие ортогональные (уникальные, отличные от всех остальных) коды, которые позволят отделить полезный сигнал от шума, создаваемого окружающей средой и остальными сигналами.

Для увеличения пропускной способности системы (увеличения емкости ячейки) схему CDMA используют в комбинации со схемами FDMA и TDMA.

В одном физическом канале 64 логических канала, т.к. последовательностей Уолша, которым в соответствие ставятся логические каналы, всего 64, каждая из которых имеет длину 64 бита.

Из 64 каналов первому каналу назначается первый код Уолша -W0, которому соответствует "пилотный канал", второму каналу назначается код Уолша - W32, следующим семи каналам так же назначаются коды Уолша - W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7, которым соответствуют каналы вызова.

Остальные 55 каналов или больше, если каналов вызова менее семи, предназначены для передачи данных по каналам трафика.

При изменении знака бита (0; 1) фаза используемой последовательности Уолша изменяется на 180⁰.

Последовательности взаимно ортогональны, взаимных помех между каналами передачи одной BTS нет.

Для передачи результирующего битового потока используется фазовый сдвиг 180⁰, называемый двоичной фазовой манипуляцией – BPSK - Binary Phase-Shift Keying.

Чаще всего передача данных реализуется с помощью квадратурно-фазовой модуляции – QPSK - Quadrature Phase-Shift Keying (сдвиг фазы 90⁰), то есть одновременно передается по два бита (числа: от 0 до 4), кодирующих четыре различных сдвига фаз несущей частоты. Перемножение принятого сигнала и сигнала такого же источника псевдослучайной последовательности - ПСП, которые использовались в передатчике, сжимает спектр полезного сигнала и одновременно расширяет спектр шума - ШПС.

Например, отношение скорости передачи цифрового потока в канале к скорости передачи базового информационного сигнала для временного стандарта IS-95 составляет 128 раз, или 21,0дБ. Это позволяет системе при уровне интерференционных помех, превышающих уровень полезного сигнала на 18,0дБ, так как обработка сигнала на выходе приемника требует превышения уровня сигнала над уровнем помех всего на 3,0дБ. В реальных условиях уровень помех значительно меньше.

Помехи по каналам передачи могут создавать только соседние BTS, которые работают в той же полосе частот и используют ту же самую полосу пропускания, но с другим циклическим сдвигом. В прямом и обратном каналах эта схема повторяется в зависимости от того, какой канал используется в данный момент. Речевой аналоговый сигнал в аналого-цифровом преобразователе - АЦП преобразуется в цифровую форму. Далее цифровой речевой сигнал поступает в блок кодирования от прослушивания. Цифровой поток данных перемножается на битовую последовательность, сгенерированную по функции Уолша.

На этапе кодирования полезного сигнала происходит расширение спектра частот. Каждый бит информации кодируется последовательностью, построенной по функции Уолша, длиной 64 бита. При этом скорость потока данных в канале увеличивается в 64 раза. Особенность использования кодов Уолша переменной длины для расширения спектра состоит в том, что более короткий код делает невозможным использование более длинных кодов, частью которых он сам и является.

Если высокоскоростной канал передачи данных использует 4-битовый код типа

1,1,-1,-1, все каналы с более низкими скоростями передачи данных, использующие более длинные коды, которые начинаются с 1,1,-1,-1 не должны использоваться, чтобы избежать конфликтов в процессе корреляции в приемнике.

Отраженные сигналы принимаются как копия исходного сигнала с различной временной задержкой и суммируются, улучшая тем самым качество приема. Этот же фактор позволяет осуществить незаметное для абонента "мягкое переключение" – "soft handoff" канала от ячейки к ячейке, обеспечивая связь с несколькими BTS одновременно. В системах CDMA может применяться и "жесткое переключение" при одновременном переходе от одного частотного канала к другому. Узкополосная помеха способна исказить широкополосный сигнал только в относительно узком частотном диапазоне. Это относится и к федингам (пропаданию, или замиранию сигнала вследствие интерференции и помех). Интерференция пришедших в конечный пункт разными путями узкополосных сигналов приводит к значительному снижению суммарной интенсивности сигналов, что характерно только для достаточно узкого частотного диапазона.

Устойчивость систем CDMA к федингам (замираниям) сигнала приводит к значительной экономии ресурса источников питания и улучшению экологических параметров MS, т.к. практически нет "hard handoff" - жесткого переключения каналов. В других сетях сотовой связи MS обычно работают на более высокой мощности, чем это необходимо для устойчивой связи с BTS, что позволяет при внезапном возникновении фединга не потерять связь (происходит лишь значительное снижение ее качества). В CDMA этот резерв мощности не нужен, поэтому MS могут работать со значительно меньшей мощностью передаваемого сигнала.

Вместо режима "жесткого переключения" ("hard handoff", или "break before make"), принятого в других сотовых сетях, в CDMA используется режим "мягкого переключения" ("soft handoff" или "make before break").

MS сначала устанавливает канал связи с BTS, в зону действия которой переходит, а затем обрывает канал связи в покидаемой LA (ячейке, соте). Это возможно за счет того, что и в покидаемой, и в новой LA (ячейке, соте) используется одна и та же несущая частота. Данное преимущество заметнее всего сказывается на работе MS, которые находятся на границе смежных ячеек (сот), где уровни сигналов от BTS примерно одинаковы. Выбор BTS случайный - MS пользователя подключается то к одной, то к другой BTS. При жестком переключении – "hard handoff "- частые переключения значительно ухудшают качество связи и могут привести к разъединению установленного соединения, при мягком переключении этого не происходит. Для работы системы CDMA нужно, чтобы все приходящие в BTS сигналы имели одинаковую мощность, в противном случае возникнут проблемы с декодированием информации. Чем дальше MS от BTS, тем выше должна быть мощность передаваемого сигнала. BTS контролирует сигналы от всех MS в ячейке, которые должны быть строго одинаковой мощности. BTS передает управляющие сигналы в MS о повышении или понижении мощности передаваемого сигнала. Такая схема управления мощностью реализована во многих стандартах мобильной связи, однако в сетях сотовой связи CDMA удается управлять мощностью передатчиков MS с очень высокой точностью.

Мощность удерживается на том минимальном уровне, который обеспечивает уверенный прием сигнала BTS. При этом снижается общий уровень взаимных помех в системе, что повышает качество связи. Кроме того, точное управление мощностью позволяет продлить срок службы аккумуляторов MS и улучшить экологические параметры системы CDMA в целом.

Недостатков у стандарта CDMA мало

Главный из недостатков - новизна технологий. Системы CDMA стандартизированы не так давно (стандарты IS-95; IS-136; IMT-2000), довольно дорогие и сложные, поэтому внедряются медленно.

Необходимость использования достаточно широкой и неразрывной полосы частот, что не всегда возможно в современной обстановке дефицита частотного ресурса, сложность аппаратной реализации данной технологии и, как следствие, высокая стоимость систем.

Определенные проблемы вызывает и использование "мягкого переключения".

В частности, если MS находится в зоне действия нескольких BTS, то правило мягкого переключения - make before break - может привести к тому, что для работы с ним будут одновременно резервироваться каналы в нескольких ячейках сети, что приведет к снижению эффективной емкости (пропускной способности) сети.

Наибольший интерес к сетям CDMA проявляют Операторы фиксированной связи из стран с большими географическими зонами, где необходимо быстро и с минимальными затратами обеспечить связь на большой территории. Помимо недостаточно развитой телекоммуникационной инфраструктуры, существует и еще одна причина интереса к беспроводным технологиям "последней мили" - большие зоны покрытия. Сети CDMA обеспечивают эти функции посредством WLL - Wireless Local Loop - беспроводная местная линия связи. Технология WLL реализуется в сетях фиксированной связи и не поддерживает работу с мобильными станциями - MS сетей сотовой связи.

Анализ электромагнитной совместимости – ЭМС - между двумя BTS двух стандартов сетей сотовой связи CDMA и D-AMPS с целью их взаимной корректной работы показал, что взаимная без помех работа не возможна.

В системах CDMA передатчик BTS имеет меньшую излучаемую мощность, чем мощность передатчика BTS стандарта D-AMPS.

Проблема электромагнитной совместимости – ЭМС - сетей сотовой связи различных стандартов, действующих на одной территории, может возникнуть, если рабочие полосы частот в предусмотренных для этих систем диапазонах перекрываются, а также, если защитный интервал между ними недостаточен.

Стандарт W-CDMA

W-CDMA - Wideband Code Division Multiple Access – широкополосная система CDMA - технология, избранная большинством Операторов сотовой связи в Японии и институтом ETSI - European Telecommunications Standards Institute для обеспечения широкополосного абонентского доступа к услугам поколения 3G. Система W-CDMA обеспечивает пользователей высокоскоростными услугами: видео, Интернет и видеоконференций. Обеспечивает скорости доступа 2,048мбит/с – на коротких расстояниях и 384,0кбит/с – на длинных расстояниях с высокой скоростью передвижения MS -120,0км/час.

Такие величины скорости передачи данных требуют широкую полосу частот, поэтому ширина частотной полосы в канале системы W-CDMA составляет 5,0мГц. W-CDMA используется в основном в Европе при переходе от стандарта GSM к стандарту UMTS.

• IMT-MC (Multi Carrier)- представляет собой модификацию многочастотной системы CDMA 2000, в которой обеспечивается обратная совместимость с оборудованием стандарта CDMA-One (IS-95).

• IMT-DS (Direct Spread) – представляет собой стандарт на базе технологии

W-CDMA и является основой европейской системы UMTS.

Технология MC-CDMA - Multi Carrier-CDMA

Данный метод является разновидностью DSSS. В 1993 г., Институт Технологий Связи - Institute for Communications Technology предложил новую синхронную схему множественного доступа, которая объединяет преимущества стандарта DS-CDMA и OFDM - ортогональное мультиплексирование с частотным разделением. Эта схема доступа называется многочастотной системой CDMA (MC-CDMA или OFDM-CDMA), и характеризуется высокой гибкостью и эффективностью использования частотного диапазона по сравнению с DS-CDMA.

В системе MC-CDMA биты после канального кодирования преобразуются в чипы путем перемножения с кодами, что необходимо для минимизации интерференции между MS. Для формирования этих кодов используется ортогональные функции Уолша. Ключевое свойство системы MC-CDMA: все чипы, сопоставленные одному биту кода, передаются параллельно в узкополосных подканалах, с применением OFDM. Это можно представить себе, рассмотрев эту технологию на основе стандарта 802.11.

Представим, что вся используемая "широкая" полоса частот делится на некое число подканалов - (по стандарту 802.11 этих каналов 11). Каждый передаваемый бит информации преобразуется, по определенному алгоритму, в последовательность из 11 бит, и эти 11 бит передаются одновременно, используя все 11 подканалов. При приеме, полученная последовательность бит декодируется с использованием того же алгоритма, что и при ее кодировании. Другая пара приемник-передатчик использует другой алгоритм кодирования - декодирования, и таких различных алгоритмов множество. Результат применения этой технологии в системах MC-CDMA - сильная защита передаваемой информации от подслушивания ("чужой" приемник использует другой алгоритм и не сможет декодировать информацию не от своего передатчика). Более важное другое свойство этой технологии. Благодаря 11-кратной избыточности передачи можно использовать сигнал с очень низким уровнем мощности (по сравнению с уровнем мощности сигнала при использовании обычной узкополосной технологии), не увеличивая при этом размеров антенн BTS. При этом уменьшается отношение уровня передаваемого сигнала к уровню шума, и передаваемый сигнал неразличим в общем шуме. Но благодаря его 11-кратной избыточности (повторяемости) принимающее приемное устройство сумеет его распознать. На данном этапе для систем MC-CDMA используется полоса частот 1,25мГц (стандарт IS-95) с разделением каждой полосы на 512 каналов, которые менее чувствительны к проблеме ближней или дальней зоны ячейки, чем каналы системы DS-CDMA.

Характеристики широкополосного сигнала в системах CDMA

Сущность широкополосной связи состоит в расширении полосы частот сигнала, передаче ШПС и выделении из него полезного сигнала путем преобразования спектра принятого ШПС в первоначальный спектр информационного сигнала.

Схема расширения спектра частот широкополосного сигнала (ШПС)

Исходный информационный сигнал Выходной широкополосный сигнал (ШПС) V

t t

f₀

Умножитель

f

Несущая частота f_н fо-1/ԏo fо fо+1/ԏo

Цифровая последовательность -

Генератор ПСП

псевдослучайная

последовательность (ПСП)

Т – период ШПС

Этот способ пригоден для любой широкополосной системы, в которой для расширения спектра высокочастотного сигнала применяется цифровая последовательность.

Основной характеристикой широкополосного сигнала является:

его база – "В", определяемая произведением: ширины спектра сигнала – "F" и периода – "T": B = F х T

В результате перемножения псевдослучайного сигнала с информационным сигналом энергия (мощность) последнего распределяется в широкой полосе частот, т. е. спектр информационного сигнала расширяется. Метод широкополосной передачи был открыт Д.В. Агеевым (СССР) – в 1935г и получил развитие в 1947-1948гг., благодаря трудам К. Е. Шеннона (США). Оба ученых ввели понятие пропускной способности канала и установили связь между возможностью осуществления безошибочной передачи информации по каналу с заданным отношением сигнал/шум и полосой частот, отведенной для передачи информации.

Для любого заданного отношения сигнал/шум малая частота ошибок при передаче достигается при увеличении полосы частот, отводимой для передачи информации. Информация может быть введена в канал несколькими способами.

Наиболее известный способ заключается в наложении информации на широкополосную модулирующую кодовую последовательность (перед модуляцией несущей) для получения широкополосного сигнала - ШПС. Узкополосный сигнал умножается на псевдослучайную последовательность - ПСП с периодом – "Т", состоящую из "N" бит длительностью "t" - каждый. В этом случае база – "В" ШПС численно равна количеству битов ПСП. Этот способ пригоден для любой широкополосной системы, в которой для расширения спектра высокочастотного сигнала применяется битовая последовательность.

Сущность широкополосной связи: расширение полосы частот полезного сигнала передатчиком, передача ШПС по каналу связи, выделение приемником из ШПС полезного сигнала путем преобразования спектра принятого ШПС в первоначальный спектр.

Для стандарта 1S-95 функция отношения ширины полос широкополосного и базового сигналов составляет 128 раз, или 21,0дБ - на 18,0дБ (помехи) больше, чем уровень полезного сигнала (3,0дБ)

Это позволяет системе работать при уровне интерференционных помех, превышающих уровень полезнополезного сигго сигнала, так как обработка сигнала на выходе приемника требует превышения уровня сигнала над уровнем помех всего на 3,0дБ.

В реальных условиях уровень помех значительно меньше. Расширение спектра сигнала до 1,25мГц можно рассматривать как применение методов частотного разнесения приема. Сигнал при распространении в радио эфире подвергается замираниям вследствие многолучевого характера распространения. В системе CDMA подавляется лишь около 25% спектра сигнала, что не вызывает особых затруднений при восстановлении сигнала в приемнике.

В

0 0 0 0

W = 0 1 0 1

0 0 1 1

0 1 1 0

стандарте CDMA для кодового разделения каналов используются ортогональные коды Уолша. Коды Уолша формируются из строк матрицы Уолша:

Кодирование по Уолшу

применяется в BTS - прямом

канале (от BTS к MS)

для разделения пользователей

Особенность этой матрицы состоит в том, что каждая ее строка ортогональна любой другой или строке, полученной с помощью операции логического отрицания. В стандарте IS-95 используется матрица 64-го порядка.

Для выделения сигнала на выходе приемника применяется цифровой фильтр.

При ортогональных сигналах фильтр можно настроить таким образом, что на его выходе всегда будет логический "0", за исключением случаев, когда принимается сигнал, на который он настроен.

Кодирование "по Уолшу" применяется в прямом канале (от BTS к MS) для разделения речевых сигналов пользователей. Перемножение принятого сигнала и сигнала такого же источника псевдослучайного шума - ПСШ, который использовался в передатчике, сжимает спектр полезного сигнала и одновременно расширяет спектр фонового шума и других источников помех. В приемнике с помощью идентичного кода сигнал когерентно демодулируется, в результате этого восстанавливается исходный информационный сигнал.

В то же время сигналы остальных MS, поступающие в данный приемник, продолжают оставаться расширенными и воспринимаются им как "белый шум" - наиболее "слабая" помеха, меньше всего мешающая нормальной работе приемника. При этом обеспечивается высокая степень защиты от активных и пассивных помех, что позволяет системе работать при низких значениях отношения сигнал/шум со значительно меньшей мощностью передаваемого сигнала. Использование в реальных условиях (особенно вблизи BTS) уровней излучаемой мощности в 100 - 1000 раз меньше, чем в других системах ССС, снижает их влияние на организм пользователя и увеличивает срок службы MS без зарядки аккумулятора. Выходная мощность MS, работающих в сетях сотовой связи CDMA, составляет всего 2,0мВт - значительно меньше, чем средняя выходная мощность - 125,0мВт MS в сетях GSM.

В системах, использующих стандарт IS-95, все MS могут работать одновременно в одной полосе частот. Согласованные фильтры приемников BTS практически оптимальны в условиях взаимной интерференции между MS одной соты и чувствительны к эффекту "ближний - дальний" (far-near problem). Для максимизации абонентской емкости системы необходимо, чтобы все MS излучали сигнал такой мощности, которая обеспечила бы одинаковый уровень принимаемых BTS сигналов. Чем точнее управление мощностью, тем больше абонентская емкость системы. В технических решениях CDMA компании Qualcomm Inc. расширение спектра обеспечивается за счет модуляции сигнала псевдослучайной последовательностью с тактовой частотой 1,23мГц. Более точно эта частота 1,2288мГц = 9,6 х 128. При частоте информационной битовой последовательности 9,6 кбит/с длительность одного бита соответствует 128 тактам (дискретам) псевдослучайной модулирующей последовательности. Полоса частот одного канала с расширенным спектром по уровню 3,0дБ составляет 1,25мГц. Цифровой фильтр формирует частотный спектр, близкий к прямоугольной форме. Различение сигналов разных BTS обеспечивается тем, что все BTS используют одну и ту же пару коротких ПСП, но со сдвигом на 64 такта между BTS. При этом все физические каналы одной BTS имеют одну и ту же фазу последовательности.

В приемо-передающей станции - BTS четыре типа каналов: пилотный канал (PI), канал синхронизации (SYNC), вызывной канал (РСН) и канал трафика (ТСН). Сигналы разных каналов взаимно ортогональны, что гарантирует отсутствие взаимных помех между ними в одной BTS.

Внутрисистемные помехи в основном возникают от передатчиков других BTS, работающих на той же частоте, но с иным циклическим сдвигом.

Излучение пилотного сигнала происходит непрерывно. Для его передачи используют функцию Уолша нулевого порядка (W₀).

Пилотный сигнал - это сигнал несущей, который используется MS для выбора рабочей ячейки (по наиболее мощному сигналу), а также в качестве опорного для синхронного детектирования сигналов в каналах трафика. Обычно пилотный сигнал излучает около 20% общей мощности, что позволяет MS обеспечить точность выделения несущей частоты и осуществить когерентный прием сигналов.

Для модуляции сигнала используется три вида функций: "короткая", "средняя" и "длинная" ПСП, также коды Уолша от 0 до 63 (64). Это - теоретический предел, но он не достигается в реальных условиях. В синхроканале (SYNC) входной поток со скоростью 1,2кбит/с перекодируется в поток, передаваемый со скоростью 4,8кбит/с. Синхросигнал содержит технологическую информацию, необходимую для установления начальной синхронизации в MS: данные о точном системном времени, о скорости передачи в канале вызова - РСН, о параметрах короткого и длинного кода. Скорость передачи в канале синхронизации ниже, чем в канале вызова - РСН или канале трафика - ТСН, благодаря чему повышается надежность его работы. По завершении процедуры синхронизации MS настраивается на канал вызова РСН и постоянно контролирует его.

Для кодирования канала синхронизации используется функция Уолша - W₃₂.

Функции W₁-W₇ используются для кодирования каналов вызова. Их число составляет от 1 до 7. Остальные функции Уолша, а также не используемые в каналах вызова (если их число меньше 7), используются для кодирования каналов трафика. Число каналов трафика может составлять от 55 до 62.

При передаче сигнала от BTS используется сверточное кодирование со скоростью R=1/2 и кодовым ограничением K=9. Для борьбы с замираниями в стандарте IS-95 предусмотрено поблочное перемежение символов, позволяющее устранять пакеты ошибок. Скорость передачи по каналу трафика - ТСН может изменяться от 1,2кбит/с до 9,6 кбит/с, что позволяет гибко адаптировать трафик к условиям распространения радиоволн.

CELP - (англ. - Code Excited Linear Prediction) - линейное предсказание с мультикодовым управлением представляет собой алгоритм кодирования речи, первоначально предложенный М. Р. Шредером и Б. С. Аталом в 1985 году.

Наряду с вариантами ACELP, RCELP, LD-CELP и VSELP, CELP - наиболее широко используемый алгоритм кодирования речи и в настоящее время используется как общий термин для класса алгоритмов кодирования, а не для определенного кодека.

Вносимая алгоритмом CELP задержка речевого сигнала в настоящее время не превышает 30,0мс. Качество передачи речи в вокодере QCELP приближено к качеству передачи речи по проводным линиям связи. В MS предусмотрено два типа информационного обмена: доступ (АСН) и трафик (ТСН).

Пилотного сигнала в обратном канале нет, т.к. синхронное детектирование не используется. В кодеках MS тоже применяются ортогональные коды Уолша, но не для уплотнения каналов (как в BTS), а для повышения помехоустойчивости. С этой целью входной поток данных со скоростью 28,8кбит/с разбивается на пакеты, в каждом пакете - 6,0бит. Каждому пакету отводится одна из 64 последовательностей Уолша.

Скорость кодированного потока на входе модулятора возрастает до 307,2кбит/с. Это кодирование одинаково для всех физических каналов. На приемном конце - 64 канала, каждый настроен на свою функцию Уолша, и эти каналы распознают (декодируют) принятые 6-ти битовые пакеты.

В обратном канале, как и в прямом канале, для защиты от ошибок используются сверточное кодирование с длиной ограничения "9", но со скоростью 1/3 (т.е. с вдвое большей избыточностью - это мера компенсации отсутствия синхронного детектирования) и перемежение во временном интервале (кадре) 20,0мс.

В результате кодирования скорость в информационном канале увеличивается до 28,8кбит/с.

.

.

Функциональная схема системы CDMA (стандарт lS-95)

Фоновый шум

и помехи

Передатчик Приемник

коррелятор

речь цифровой фильтр

9

ПФ

f = 1,25мГц

К и П

по Уолшу

ЦФ

ПФ

f = 1,25мГц

обрат-ное

П и К

,6кбит/с

АЦП

ЦАП

псевдослучайная

последовательность

(ПСП) - источник

ПСП - источ-ник

Несущая Несущая

частота частота

где:

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

К – кодирование сигнала

П – перемежение сигнала

ПФ – полосовой фильтр

ЦФ – цифровой фильтр

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь

В обратном канале модуляция сигнала короткой псевдослучайной последовательностью - ПСП используется только для расширения спектра, причем все MS используют одну и ту же пару последовательностей с одинаковым (нулевым) смещением. Эффективная работа системы с кодовым доступом возможна лишь при условии выравнивания сигнала от MS на входе BTS. Причем чем выше точность выравнивания, тем больше зона покрытия системы. Прямой канал менее подвержен искажениям сигнала за счет внутрисистемных помех и многолучевых замираний, так как на BTS всегда существует запас по мощности. Поэтому основные проблемы возникают при регулировке мощности в обратном канале - от MS к BTS. Процесс регулирования мощности от MS к BTS заключается в следующем: каждая MS непрерывно передает информацию об уровне ошибок в принимаемом сигнале. На основании этой информации BTS распределяет излучаемую мощность между MS таким образом, чтобы в каждом случае обеспечить качество речи.

Основная цель регулировки мощности от MS к BTS: оптимизация площади соты (ячейки).

.

.

.

В процессе регулирования мощности от BTS к MS возможны два варианта регулирования: по открытому циклу (разомкнутая петля) и по замкнутому циклу (замкнутая петля):

Приемник

MS

Прямой канал предоставления доступа

Открытый

цикл

Замкнутый

цикл

BTS

TRX

Регулировка усиления

мощности сигнала