В системах CDMA каналы для передачи от BTS к MS называются прямыми каналами (forward), для приема от MS к BTS называются обратными каналами (reverse)

.

.

.

.

.

.

.

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 обратноготрафика - обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации от MS к BTS.

.

.

.

.

.

.

.

.

Прямой канал системы CDMA 1,25мГц (канал передачи от BTS к MS)

Структура канала передачи сигнала в системе CDMA

Подканал контроля

Данные

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

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 8000,0бит/с (9600,0бит/с - в канале). Возможны режимы работы на скоростях 4800,0; 2400,0; 1200,0бит/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 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, то есть одновременно передается по два бита (число: от 0 до 4), закодированных четырьмя различными сдвигами фаз несущей частоты. Перемножение принятого сигнала и сигнала такого же источника ПСП, который использовался в передатчике, сжимает спектр полезного сигнала и одновременно расширяет спектр шума. Например, отношение скорости передачи цифрового потока в канале к скорости передачи базового информационного сигнала для стандарта IS-95 составляет 128 раз, или 21,0дБ. Это позволяет системе работать 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 канале 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 сигнала вследствие интерференции и помех), так как интерференция пришедших в конечный пункт разными путями узкополосных сигналов приводит к значительному снижению суммарной интенсивности сигналов, что характерно только в достаточно узком частотном диапазоне.

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 необходимо, 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 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.

Дата добавления: 2014-01-11