Перелік скорочень 8 страница

.

При виборі відповідної пари МП можна одержати сукупність послідовностей Голда з «гарними» кореляційними властивостями. Так, наприклад, при k =13 кількість МП дорівнює 630 й є пари таких МП, взаємна кореляційна функція яких R=703/L, тоді як серед послідовностей Голда можна вибрати пари з меншим значенням АКФ

.

Послідовності Касами

Ще одним різновидом ПВП є послідовності Касами. Ці послідовності привабливі тим, що їх максимальна взаємна кореляційна функція для одного з варіантів послідовностей Касами (малий набір) становить , а для іншого варіанта (великий набір послідовності Касами) , де L – довжина послідовностей Касами, що дорівнює .

Послідовності Касами формуються для парних значень k. Принципи їхнього формування в певній мері аналогічні тим, які використовуються для послідовностей Голда з використанням процедур децимації вихідних m-послідовностей, комбінованої обробки послідовностей Голда й певних наборів уже сформованих послідовностей Касами.Сімейство кодів Касами містить послідовностей з періодом . Вони вважаються оптимальними в тому розумінні, що для будь-якої «кращої» пари забезпечується максимальне значення автокореляційної функції, що дорівнює .Кодові послідовності Касами реалізуються за допомогою трьох послідовно включених регістрів зсуву (u, v й w) з різними зворотними зв'язками (Рис. 5.22), кожний з яких формує свою m-послідовність.

Рис. 5.22 – Генератор послідовностей Касами типу kas(6, m, k),

де m й k - циклічні зміщення

Щоб одержати кодові послідовності Касами із заданими властивостями, послідовності v й w повинні мати різні зсуви.

Послідовності Баркера

Псевдовипадкові послідовності з малим значенням аперіодичної АКФ здатні забезпечити синхронізацію переданих і прийнятих сигналів за досить короткий проміжок часу, звичайно дорівнює довжині самої послідовності. Найбільшу популярність одержали послідовності Баркера.

Кодова послідовність сигналу Баркера складається із символів +1 й -1. Його АКФ має вигляд

де N - число розрядів у сигналі Баркера. Знак в останньому рядку залежить від величини N.

У Таблиці 1.2 наведені відомі коди Баркера для N=3,4,5,7,11,13. Для N>13 сигнали Баркера, що володіють зазначеною властивістю АКФ не знайдені.

Таблиця 1.2 - Структура кодів Баркера

Приклад, що пояснює вигляд АКФ сигналу Баркера для N=5, представлений на Рис.5.23.

Рисунок 5.23 – Вид АКФ коду Баркера для N=5

На Рис. 5.24 й Рис. 5.25 наведені схеми пристроїв формування й прийому сигналів Баркера для N=7 (структура сигналу 111-1-11-1) відповідно.

Рисунок 5.24 – Структурна схема формувача коду Баркера (N=7)

З виходу генератора імпульсів (ГІ) сигнали надходять на формувач, що формує імпульси необхідної форми й тривалості. Далі ці імпульси надходять на лінію затримки. З відводів лінії затримки сигнали подаються на суматор, а з його виходу сигнал Баркера надходить на модулятор.

Рисунок 5.25 – Структурна схема приймача сигналів у коді Баркера (N=7)

Прийом сигналів Баркера здійснюється пристроєм, що складається із вхідного фільтра й декодувального пристрою, що складається із суматора, лінії затримки й інверторів. Оскільки імпульсна характеристика фільтра збігається із дзеркальним відбиттям сигналу, інвертори встановлені на виходах 1,3 й 4 лінії затримки.

Якщо сигнали Баркера передаються по кабелю, то немає необхідності в пристрої формування балансового модулятора й генератора ВЧ коливань.

Сигнали Баркера мають найкращі авто кореляційні властивості (АКФ). Тому їх найчастіше застосовують у якості синхросигналів для забезпечення циклової синхронізації.

6 4.2 Стільникова системи зв'язку з доступом СДМА стандарту IS-95

6.1 Загальна характеристика стільникової системи зв'язку стандарту

IS-95

Система зв'язку стандарту IS-95 призначена для роботи в діапазонах частот 824-849 МГц (зворотний канал) і 869-894 МГц (прямий канал) з дуплексним рознесенням 45 МГц. Загальна смуга частот, займана в ефірі, - 1,25 МГц, тобто системі для роботи призначається один із 20 – можливих частотних каналів.

Передача мови і даних за стандартом IS-95 здійснюється кадрами тривалістю 20 мс. При цьому швидкість передачі в межах сеансу зв'язку може змінюватися від 1,2 до 9,6 кбіт/с, але протягом одного кадру вона залишається незмінною. Якщо кількість помилок в кадрі перевищує допустиму норму, то спотворений кадр усувається.

У стандарті IS-95 інформацію кожного з абонентів,що передається, кодують своїм кодом і отриману послідовність перетворюють на шумоподібний широкосмуговий сигнал (ШСС). В результаті його можна виділити знову, тільки маючи в розпорядженні свій код на приймальній стороні. При цьому одночасно в широкій смузі частот можна передавати і приймати досить велику кількість сигналів, які не заважають один одному.

Базова станція може одночасно забезпечувати передачу по 64 каналам CDMA (кодовим каналам), з яких 2 використовуються для синхронізації, 7 - для виборчого виклику АС, 55 - для передачі мовних повідомлень абонентів (канали прямого трафіку).

На абонентській станції організується канал доступу й канал зв'язку (канал зворотного трафіку).

Основні технічні характеристики системи IS-95 наведені раніше в таб.4.3,де вказано, що кожен з піддіапазонів частот по 25 МГц із дуплексним рознесенням 45 МГц розділений на 20 частотних каналів (несучих) по 1,25 МГц у кожному. Для роботи системи IS-95 виділяється один частотний дуплексний канал.

У системі IS-95 канали передачі від БС до АС є прямими, а канали для передачі від АС до БС - зворотними. Оскільки кодовий поділ сигналів дозволяє використовувати однакову несучу частоту у всіх стільниках системи, то це в принципі виключає необхідність частотного планування. На базових станціях можуть використовуватися антени із круговою або секторною (зазвичай 120°) діаграмою спрямованості.

4.4.14 Склад і призначення обладнання стільникової системи зв'язку стандарту IS-95

На рисунку 4.29 наведено узагальнену структурну схему ССЗ стандарту IS-95, основні елементи якої базові станції (BTS), контролер базових станцій(BSK), центр комутації рухомого зв язку(MSK), центр управління та обслуговування (OMC), база даних (ДB) про абонентів та обладнання аналогічні тим, які використовуються у ССЗ із МДЧР (FDМА) і МДЧвР (ТDМА). Основна відмінність полягає в тому, що до складу мережі із МДКР (CDМА) включені пристрої оцінки якості й вибору кадрів (SU). Для реалізації процедури м'якого режиму "естафетної передачі" між БС, які управляються різними контролерами (BSK), вводиться лінія передачі між BSK і SU.

Рисунок 4.29 – Узагальнена структурна схема обладнання ССЗ стандарту IS-95

М'який режим "естафетної передачі" відбувається за рахунок взаємодії абонентської станції (АС) із двома або трьома БС. Транскодер, що входить до складу основного обладнання (ЦКРЗ) оцінює якість прийому від двох БС послідовно кадр за кадром, як показано на рис.4.30.

Рисунок 4.30- Послідовність вибору кадрів, що надходять від двох БС

Процес вибору кращого кадру призводить до того, що результуючий сигнал може бути сформований у процесі безперервної комутації (безперервних перемикань з однієї БС на іншу) і наступного "склеювання" кадрів, прийнятих від різних БС, що беруть участь в "естафетній передачі". М'яке перемикання забезпечує високу якість прийому мовних повідомлень й усуває перерви в сеансі зв'язку, що має місце в ССЗ інших стандартів.

У системах IS-95 забезпечується формування і прийом широкосмугових сигналів. Результуючий виграш у відношенні сигнал/шум на виході приймача є функцією відношення ширини смуг широкосмугового і інформаційного сигналів: чим більше розширення спектру, тим більше виграш. В часовій області - це є функція відношення швидкості передачі цифрового потоку в радіоканалі до швидкості передачі базового інформаційного сигналу. У стандарті IS- 95 відношення складає 128 разів, або 21 дБ.

. Це дозволяє системі працювати при рівні інтерференційних перешкод, що перевищують рівень корисного сигналу на 18 дБ, оскільки обробка сигналу на виході приймача вимагає перевищення рівня сигналу над рівнем перешкод всього на 3 дБ. В реальних умовах рівень перешкод значно менший.

4.4.15 Принципи обробки сигналів в стільниковій системі зв'язку стандарту IS-95

Для модуляції сигналу в системі зв'язку стандарту IS-95 використовується три види функцій: «коротка» і «довга» псевдовипадкові послідовності (ПВП) і функції Уолша порядків від 0 до 63. Всі вони є загальними для базових і мобільних станцій, проте мають різне призначення.

Типи кодів та їх функції в стандарті IS-95 наведені у табл. 4.5.

Таблиця 4.5 Типи кодів та їх функції в стандарті IS-95

Тип сигналу	Довжина коду	Функції що виконуються
Базова станція	Мобільна станція
Код Уолша		Кодове ущільнення або розподіл 64 каналів CDMA	Завадостійке кодування
Короткий код		Розподіл сигналів базових станцій за величиною циклічного зсуву	Код з одинаковим фіксованим циклічним зсувом – як опорний сигнал скремблера
Довгий код		Проріджений довгий код – як опора послідовність скремблера	Довний код з різними циклічними зсувами – як адресна послідовність

Розглянемо питання обробки сигналів в стільниковій системі зв'язку стандарту IS-95 більш детально.

У системі IS-95 кодовий поділ сигналів (кодових каналів) у прямому частотному каналі (від АС до БС) реалізований на основі використання 64 видів послідовностей, які формуються за законом функцій Уолша. У кожному з кодових каналів для модуляції сигналів, що передаються, використовується одна з 64 функцій Уолша. Для передачі інформаційної послідовності по кожному з кодових каналів використовується відповідна функція Уолша (рядок матриці Уолша-Адамара, що відрізняються від функцій Уолша заміною нулів на мінус одиниці), причому при зміні знака біта інформаційного повідомлення фаза послідовності Уолша змінюється на 180^о. Послідовності Уолша взаємно ортогональні, тому взаємні перешкоди між кодовими каналами базової станції відсутні. Перешкоди по кодових каналах БС створюють лише сусідні базові станції, які працюють у тій же смузі частот.

Для синхронізації роботи мережі використовуються сигнали, що приймаються з радіонавігаційних супутників GPS за допомогою спеціальних приймачів, які входять до складу БС.

Розширення спектру забезпечується за рахунок модуляції сигналу короткою псевдовипадковою послідовністю(ПВП) з частотою символів (чипів) 1,23 МГц. Більш точно ця частота складає 1,2288 МГц, причому 1228,8 = 9,6х128, так що при швидкості передачі інформаційної бітової послідовності 9,6 кбіт/с тривалість одного біта відповідає 128 символам (чипам) псевдо випадковій модулюючій послідовності, тобто база сигналу дорівнює 128. Смуга сигналу з розширеним спектром по рівню 3 дБ складає 1,25 МГц.

Відмінність сигналів різних БС забезпечується за рахунок використання для розширення спектру сигналу на всіх базових станціях однакових “коротких” ПВП, але зі зсувом, кратним 64 чипам для кожної з БС. Тобто адреси базових станцій розрізнюються величиною зсуву короткої ПСП Довжина “короткої” ПВП дорівнює символів (чіпів). За рахунок додавання до “короткої” ПВП “0” її довжина зростає до символів (чіп), що забезпечує можливість призначити індивідуальні коди 512 () базовим станціям.

Використання довгої ПСП забезпечує шифрування сповіщень. Крім того, на довгу ПСП накладається маска (код, адреса) АС.

Таким чином,у прямому каналі (від БС до АС) у процесі модуляції сигналу використовуються:

- функції Уолша для розрізнення різних фізичних каналів даної БС;

- довга ПВП для шифрування повідомлень;

- коротка ПВП для розширення спектру сигналу і розрізнення сигналів різних БС.

Послідовність обробки сигналів в передавальному тракті базової станції наведена на рис.4.31.

Рисунок 4.31- Схема обробки сигналів в передавальному тракті базової станції.

Для управління потужністю сигналу АС передбачена передача відповідного сигналу управління.

Для синхронізації роботи мережі використовуються сигнали, що прийняті з радіонавігаційних супутників GPS за допомогою спеціальних приймачів, які входять до складу БС.

На АС теж застосовуються ортогональні коди Уолша, але не для ущільнення кодових каналів (як на БС), а для підвищення перешкодостійкості. З цією метою вхідний потік даних із швидкістю 28,8 кбіт/с розділяється на пакети по 6 біт, і кожному з них однозначно ставиться у відповідність одна з 64 послідовностей Уолша. У результаті швидкість кодованого потоку на вході модулятора зростає до 307,2 кбіт/с (28,8х64/6=307,2). Це кодування однаково для всіх фізичних каналів. На приймальному кінці використовуються 64 паралельні декодери (дешифратори), кожний з яких налаштований на свою функцію Уолша, і ці декодери (дешифратори) розпізнають (декодують) прийняті 6-бітові символи.

Сигнали від різних АС розрізнюються на БС за рахунок того, що кожен з них має адресу, за який використовується однакова “довга” ПВП, але з різним циклічним зсувом для різних АС. Швидкість передачі “довгої” ПВП дорівнює 1,2288Мчіп/с. Використання довгої ПСП забезпечує кодування фізичного каналу (маски,адресу АС) і шифрування сповіщень.

Розширення спектру сигналу абонентських станцій здійснюється за рахунок модуляції (шляхом скремблювання) сигналу, як і на базових станціях, короткою псевдовипадковою послідовністю (ПВП).

Для регулювання рівня сигналу, що приймається з БС,формується і предається на БС сигнал управління потужністю.

Послідовність обробки сигналів в передавальному тракті абонентській станції наведена на рис. 4.32.

Передача повідомлень в ССЗ стандарту IS-95 здійснюється кадрами тривалістю 20 мс. Швидкість передачі може змінюватися від 1,2 до 9,6 кбіт/с, але в межах одного кадру вона незмінна.

Для захисту інформації від помилок використовуються завадостійкі коди (циклічний, згортковий). Якщо в прийнятому кадрі виявлена неприпустимо велика кількість помилок, то цей кадр стирається.

Рисунок 4.32 - Схема обробки сигналів в передавальному тракті абонентській станції

Максимальна швидкість перетворення мовного сигналу у код ері становить 9,6 кбіт/с. Після завадостійкого кодування й розширення спектра сигналу швидкість передачі інформації на одній несучій становить 1228,8 кбіт/с, що визначає базу сигналу В_ся 1228,8/9,6 = 128.

У зворотному каналі, як і в прямому, для захисту від помилок використовуються завадостійке кодування (згортковий код) і перемеження на інтервалі 20 мс. В результаті кодування швидкість в інформаційному каналі збільшується до 28,8 кбіт/с.

На рис.4.33 наведена спрощена структурна схема, що пояснює принцип роботи системи стандарту IS-95. Інформаційний сигнал кодується кодом Уолша, потім змішується з несучою, спектр якої заздалегідь розширюється перемножуванням з сигналом генератора псевдовипадкового шуму (ПВП). Кожному інформаційному сигналу призначається свій код Уолша, потім усі сигнали об'єднуються в передавачі, пропускаються через фільтр, і загальний шумоподіний сигнал випромінюється передаючою антеною.

На вхід приймача поступають корисний сигнал, фоновий шум, перешкоди від БС сусідніх осередків і від AС інших абонентів. Після ВЧ-фільтрації сигнал поступає на корелятор, де відбувається стиснення спектру і виділення корисного сигналу в цифровому фільтрі за допомогою заданого коду Уолша. Спектр перешкод розширяється, і вони з'являються на виході корелятора у вигляді шуму. На практиці в АС використовується декілька кореляторів для прийому сигналів з різним часом розповсюдження в радіотракті або сигналів, що передаються різними БС.

Рисунок 4.33 - Спрощена структурна схема системи cтандарту IS-95

Як відомо,в системах, що використовують метод CDMA,, можна використовувати одну і ту ж ділянку смуги частот для роботи у всіх осередках мережі. Таке 100%-не використовування доступного частотного ресурсу - один з основних чинників, що визначають високу абонентну місткість мережі стандарту CDMA.Системи на базі CDMA мають динамічну абонентну ємність. І хоча є 64 коди Уолша (64 кодових каналів), ця теоретична межа не досягається в реальних умовах, тому що абонентська ємність системи обмежується внутрішньо-системною інтерференцією, що викликається одночасною роботою рухомих і базових станцій сусідніх осередків.

Кількість абонентів в системі CDMA (пропускна здатність) залежить від рівня взаємних перешкод. Злагоджені фільтри БС вельми чутливі до ефекту «ближній-дальній», коли АС, що розташована поблизу БС, працює на великій потужності, створюючи неприпустимо високий рівень перешкод при прийомі інших, «дальніх» сигналів, що приводить до зниження пропускної спроможності системи в цілому. Ця проблема існує у всіх CMРЗ, проте найбільші спотворення сигналу виникають саме в CDMA-системах, що працюють в загальній смузі частот, в яких використовуються ортогональні шумоподібі сигнали. Якби в цих системах було відсутнє регулювання потужності, то вони істотно поступалися б по характеристиках стільниковим мережам на базі TDMA. Тому важливою ключовою проблемою в CDMA-системах можна рахувати індивідуальне управління потужністю кожної станції.

Пропускна здатність систем стандарту МDКР й IS-95 зокрема обмежується перешкодами, які створюють на вході приймача АС інші АС і БС (системні перешкоди). Для зменшення рівня взаємних перешкод у стандарті IS-95 здійснюється регулювання рівня потужності, що випромінюється кожною АС. Це забезпечує можливість прийому сигналів з однаковим рівнем потужності від АС, віддалених від БС на різні відстані. Чим нижче рівень потужності сигналів від АС на вході БС, тим вище ємність системи. Необхідність вирівнювати й зменшувати рівні сигналів від АС на вході БС є недоліком системи IS-95.

Сигнали у зворотному каналі не синхронізовані, тому вплив перешкод, що створюються іншими абонентськими станціями та базовими станціями, призводить до обмеження пропускної здатності мережі стандарту CDMA.

Кількість активних абонентів (М), що одночасно працюють у стільнику мережі CDMA, визначається співвідношенням

де – база сигналу (дорівнює 128 у системі IS-95);

– енергія біта інформаційного сигналу;

– спектральна потужність шуму.

– становить порядку 7-8 дБ. При цьому в трьох-секторному стільнику може одночасно обслуговуватися до 60 абонентів.

Застосування (як у стандарті GSM) системи переривчастої передачі мови призводить до зниження рівня перешкод, і, як наслідок, до збільшення пропускної здатності. Поліпшенню завадостійкості сприяє формування цифрового мовного сигналу з різними швидкостями з наступним їхнім вирівнюванням шляхом повторної передачі.

У стандарті IS-95 використовується роздільна обробка відбитих сигналів, що приходять із різними затримками, і наступне їхнє вагове додавання, що не тільки усуває негативний вплив ефекту багатопроменевості, а напроти, поліпшує якість прийому (підвищує співвідношення сигнал/шум з потужності).

Цифрова форма сигналів, передача в широкій смузі частот, захист інформації (її шифрування) для кожного абонента забезпечують якість і таємність зв'язку в системі IS-95 більше високими, ніж в інших системах.

4.4.16 Організація каналів у системах стандарту IS-95

Для організації дуплексного зв'язку в стандарті CDMA використовуються два піддіапазона частот: 869-894 МГц для передачі інформації від БС до АС (прямі канали) і 824-849 МГц - від АС до БС (зворотні канали). Для організації дуплексного зв'язку в зазначених піддіапазонах виділяється по одній несучій (частотні канали шириною 1,25 МГц). У кожному з напрямків передача інформації всіх абонентів здійснюється одночасно на одній несучій.

У системах стандарту IS-95 розрізняють фізичні й логічні канали.

Фізичні канали характеризуються несучою частотою (частотним каналом) і кодовою послідовністю (кодовим каналом - каналом CDMA).

Логічні канали визначаються своїм призначенням і розділяються на інформаційні канали (канали трафіку) і канали управління. Канали трафіку забезпечують передачу мовної інформації і даних, а також сигналів управління (сигналізації) між БС й АС. У системі передбачено чотири швидкості передачі інформації: 9,6; 4,8; 2,4; 1,2 кбіт/с (1; 1/2; 1/4 й 1/8). Режим роботи зі змінною швидкістю не є обов'язковим. До каналів управління ставляться пілотний канал, канал синхронізації, канал персонального виклику (пейджинговий канал) і канал доступу.

В системі IS-95 передача сигналів управління (сигналізація) здійснюється шляхом заміщення всього або частини пакета мови (даних). До сигналізації відноситься і канал управління потужністю АС.

Структура дуплексного радіоканалу для обох напрямків зв'язку показана на рис.4.34. Всі канали напрямку «униз» (прямі канали) розміщені на одній несучій, канали напрямку “угору” (зворотні канали) - на іншій.

У прямому каналі реалізований синхронний варіант кодового поділу каналів.

Пілотний канал призначений для початкової (тактової) синхронізації АС. Потужність сигналу у пілотному каналі зазвичай на 4...6 дБ перевищує потужність сигналу в каналі трафіку, що забезпечує високу надійність процесу синхронізації. Пілотному каналу відведена нульова функція Уолша W₀, тобто послідовність з одних нулів (представлених у вигляді «-1»). Інформаційні дані по пілотному каналі не передаються. АС використовує пілот-сигнал для захоплення несучої частоти, після чого оцінює його фазу й виділяє опорне коливання, необхідне для когерентної обробки сигналів БС при прийомі. Вимірюючи потужність пілот-сигналів базових станцій, абонентська станція може використовувати отримані дані при естафетній передачі, а також при регулюванні потужності передавача.

Канал синхронізації (32-я функція Уолша) забезпечує ідентифікацію БС, визначення рівня випромінювання пілот-сигналу, а також для кадрової синхронізації.

Напрямок «униз» (від БС до АС)

Напрямок «нагору» (від АС до БС)

Канал доступу	…	Канал доступу	Канал зворотного трафіку	Канал зворотного трафіку	…	Канал зворотного трафіку
			1

Рисунок 4.34 - Структура дуплексного радіоканалу

а) прямий канал зв'язку; б) зворотний канал зв'язку

Канали синхронізації всіх БС використовують єдину функцію Уолша W₃₂ і забезпечують синхронізацію абонентських станцій з мережею. Швидкість передачі даних по каналу синхронізації становить 1200 біт/с, а довжина кадру дорівнює періоду повторення короткого коду (26,66 мс). Оскільки канал синхронізації жорстко зв'язаний по тактовій частоті та по зрушенню циклічного коду з пілотним каналом, АС отримує доступ до синхроінформації тієї БС, на пілотний канал якої вона настроїлася.

Повідомлення каналу синхронізації містить дані про точний час у системі, циклічний зсув короткого коду даної БС, інформацію ідентифікації БС й АС, потужність сигналу в пілотному каналі, параметри довгого коду, швидкість передачі даних у каналі персонального виклику.

Поиск по сайту: