Ипатов В.П. Широкополосные сигналы

Подождите немного. Документ загружается.

348

DS-CDMA с полосой в три раза более широкой (3.75 МГц). Этому значению отвечает в

три раза более высокая чиповая скорость (3.6864 Мчип/с) длинного расширяющего кода.

При столь большой скорости прямого расширения ряд решений стандарта IS-95 было пе-

ресмотрено и заменено более уместными. Прежде всего, используется сверточное кодиро-

вание со скоростью

4/1

вместо

3/1

, означающее, что исходная скорость данных, равная

например, 9.6 кбит/с становится 38.4 кбит/с. Использование модуляции данных с помо-

щью QPSK и расширения такого кодового потока длинной последовательностью приво-

дит к коэффициенту расширения, равного

19210)4.38/6864.3(2



, что незначительно

меньше 256 в IS-95. В то же время уменьшение скорости сверточного кода с длиной кодо-

вого ограничения 9 до величины

4/1

приводит к некоторому дополнительному (не асим-

птотическому) выигрышу от кодирования. На основании этого факта проектировщики

решили отказаться от ортогональной 64-ичной модуляции и сделать структуру обратного

канала трафика более близкой к структуре аналогичного назначения в прямом канале.

Другим отличием служит широкий перечень логических каналов, включая обрат-

ный пилотный канал, который становится теперь обязательным, поскольку в отсутствии

ортогональной модуляции БС необходимо иметь локальную когерентную опору для де-

модуляции QPSK данных МС. Имеются и другие новые логические каналы, часть из кото-

рых работают одновременно. Будучи образованными с помощью сигналов Уолша, упомя-

нутые каналы затем линейно суммируются, означая, что усилитель мощности передатчика

должен быть линейным, а значит, привлечение O-QPSK лишено смысла. Следовательно,

используется обычный QPSK модулятор данными, при котором кодовый поток, отобра-

женный QPSK, первоначально умножается на расширяющий код с QPSK, а затем вещест-

венная и мнимая части произведения модулируют косинусную и синусную компоненты

CW несущей, как это было объяснено в параграфе 7.1. Отметим, что аналогично прямому

каналу обратные дополнительные каналы могут поддерживать обратный основной (тра-

фика) канал (один на МС), обеспечивая многокодовую передачу на высоких скоростях, не

достижимых с помощью только одного основного канала. Дополнительные каналы опять

могут использовать либо сверточные, либо турбо-коды.

349

11.4. Эфирный интерфейс мобильной радиосвязи стандарта UMTS.

11.4.1. Предварительные замечания.

Система Всемирной Мобильной Связи (Universal Mobile Telecommunication System

(UMTS)) представляет собой широкополосный CDMA стандарт третьего поколения, про-

ект которой был разработан Европейским телекоммуникационным сообществом. В на-

стоящее время UMTS наряду с cdma2000 входят в т.н. IMT-2000 семейство, т.е. перечень

стандартов, принятых Международным союзом связи (International Telecommunication Un-

ion (ITU)) в качестве основы для 3G (третьего поколения) систем. Существуют две версии

UMTS: с частотным дуплексом (frequency division duplex (FDD)) и временным дуплексом

(time division duplex (TDD)). Непосредственно из названий видно, что эти системы отли-

чаются друг от друга способом разделения прямого («вниз») и обратного («вверх») кана-

лов. В FDD-UMTS прямой и обратный каналы занимают Неперекрывающиеся частотные

полосы, тогда как в TDD-UMTS они используют различные временные слоты. Для крат-

кости ограничимся обсуждением только FDD-UMTS, учитывая, что многие принятые ре-

шения являются общими для обеих систем.

В Европе для FDD-UMTS Международными регламентирующими документами

выделены частотные полосы 1920-1980 МГц (канал «вверх») и 2010-2170 МГц (канал

«вниз») с ограничением в 5 МГц на ширину полосы канала. Прямое расширение спектра

(DS spreading) является основной технологией, обеспечивающей разделение физических

каналов и, в частности, множественный доступ (DS-CDMA). Стандарт определяет единую

и постоянную чиповую скорость в 3.84 Мчип/с в полном соответствие с ограничением на

полосу канала. UMTS, как и cdma2000, является системой, в которой скорость передачи

может варьироваться в очень широких пределах. Следствием этого, наряду с неизменно-

стью чиповой скорости, является изменение коэффициента расширения при изменении

скорости передачи.

В дальнейшем снова сконцентрируем наше внимание на физическом уровне систе-

мы, т.е. решениях, касающихся расширения, канализации и модуляции. Подчеркнем, что

БС системы UMTS не пользуются поддержкой GPS и функционируют с собственными ав-

тономными не синхронизированными опорными генераторами. Выгодная с точки зрения

экономии оборудования, подобная архитектура, однако, превращает поиск и эстафетную

передачу в более сложные процедуры и определяет многие отличия в физических уровнях

UMTS и cdma2000.

Аналогично параграфу 11.3, данный материал есть не более чем очень краткий об-

зор, однако множество недавно опубликованных книг, посвященных стандарту UMTS

[92,104,114,115,120-122], помогут заинтересованному читателю в расширении своих зна-

ний о данной системе, которая в ближайшие годы обязана стать доминирующей среди

систем мобильной связи.

11.4.2. Типы каналов стандарта UMTS.

В соответствие с терминологией спецификаций UMTS различают логические,

транспортные и физические каналы. На уровнях, выше физического, данные распределя-

ются между логическими каналами на основе информационного содержания, но перед пе-

реходом на физический уровень они реструктурируются в транспортные каналы. Крите-

рием различения транспортных каналов служит способ и формат представления данных,

тогда как физические каналы (которые есть просто сигналы, переносящие информацию),

как и в любой CDMA системе, различаются своими специфическими кодами. Физический

уровень состоит из двух подуровней. Передаваемые данные доставляются на первый фи-

зический подуровень с верхних уровней, упакованными в транспортные каналы в соответ-

ствии с информационным содержанием. Первый подуровень включает среди других при-

350

соединение CRC символов для защиты блоков данных, канальное кодирование и переме-

жение. Канальное кодирование выполняется либо как сверточное (длина кодового огра-

ничения 9, скорость

3/1

или

2/1

) или как турбо-кодирование (образованное кодером па-

мяти 3 и скорости

3/1

). Для очень высокой скорости передачи данных возможна также не

кодированная передача. Второй подуровень, т.е. линия радиосвязи, охватывает отображе-

ние транспортных каналов на физические (т.е. сигналы), передачу сигналов через среду

распространения. Сигналы, принятые МС (канал «вниз») или БС (канал «вверх»), подвер-

гаются затем всем необходимым взаимным операциям двух подуровней (демодуляции,

деперемежению, декодированию и т.п.), обратному отображению, если это необходимо, и

передаче данных на более высокий уровень.

Другая классификация, применимая как к транспортным, так и физическим кана-

лам, различает общие (common) и выделенные (dedicated) каналы. Первые из них содержат

данные, относящиеся ко всей системы и используемые совместно всеми пользователями,

тогда как вторые служат только для установления соединения между БС и конкретной

МС.

Временная структура всех каналов строго определена стандартом. Все они состоят

из кадров длительностью 10 мс (38 400 чипов), а каждый кадр, в свою очередь, поделен на

15 слотов длительностью 666.66 мкс (2560 чипов).

11.4.3. Выделенные физические каналы «вверх».

Выделенный физический канал является каналом, который сеть предоставляет МС

для эксклюзивного использования, т.е. два мобильных абонента в пределах одной и той

же соты никогда не используют одинаковый выделенный канал. Существуют два типа

выделенных каналов «вверх»: выделенный физический канал данных (dedicated physical

data channel (DPDCH)

) и выделенный физический канал управления (dedicated physical

control channel (DPCCH)), наименование которых согласуется с их функциональным на-

значением. Канал DPCCH используется для передачи БС служебной информации: пилот-

ный сигнал, необходимый для оценки параметров распространения и синхронизации ко-

герентной опоры БС, сообщение о формате данных в DPDCH, информацию обратной свя-

зи, используемую при эстафетной передаче, и команды регулировки мощностью. На одну

МС всегда приходится только один DPCCH точно также, как передаваемые пользователь-

ские данные попадают на физический уровень, упакованные в единственный транспорт-

ный канал, приходящийся на МС. Однако этот единственный транспортный канал может

быть отражен на несколько (вплоть до 6) DPDCH каналов, если необходимая скорость

превосходит максимальную скорость, обеспечиваемую единственным DPDCH каналом.

Мультиплексирование выделенных каналов осуществляется следующим образом

(см. рис. 11.7). Канал DPCCH передается через квадратурную ветвь QPSK модулятора, то-

гда как первый DPDCH канал поступает в синфазную ветвь. Остальные DPDCH каналы

при их использовании по возможности равномерно распределяются между ветвями. Та-

ким образом, несмотря на применение QPSK модулятора в канале «вверх» используется

BPSK модуляция данных. Скорость передачи по DPCCH всегда постоянна и равна 15

кбит/с или 10 бит/слот. Тогда каждый бит занимает интервал, равный 2560/10=256 бит, и

коэффициент расширения в DPCCH всегда равен 256. В отличие от этого коэффициент

расширения в DPDCH канале варьируется в зависимости от требуемой скорости данных и

может изменяться от 256 (минимальная скорость) до 4 (максимальная скорость). Таким

образом минимальная скорость передачи данных равна 15 кбит/с, тогда как максимальная

скорость на один DPDCH канал в 64 раза выше, т.е. 960 кбит/с. Использование 6 парал-

лельных DPDCH каналов в многокодовом режиме передачи, описанном в предыдущем

разделе, в принципе позволяет достичь максимальной скорости, равной 5760 кбит/с. Оче-

Наименование и аббревиатура каналов UMTS в точности воспроизводит используемые в документах

UMTS.

351

видно, что т.н. гросс-скорость (т.е. скорость кодового потока после канального кодера)

является желаемой, а исходная скорость потока данных пропорционально меньше скоро-

сти канального кода.

Каждый физический канал «вверх» обладает собственным каналообразующим ко-

дом, умноженным на кодированные данные. Рис. 11.7 иллюстрирует ситуацию, когда все

DPDCH каналы активны, используя 6 различных каналообразующих кодов

КК,,КК 

с обозначением

КК

, зарезервированным для каналообразующего кода DPCCH. После

умножения на канализирующий код все физические каналы взвешиваются своими коэф-

фициентами усиления, реализуя регулировку мощности обратного канала. Фактически

используются только два различных коэффициента: при любом числе DPDCH каналов их

коэффициент усиления один и тот же

, тогда как в DPCCH канале он равен

. Мак-

симальное значение коэффициента усиления равно единице, его нулевое значение означа-

ет отключение канала, а изменение значений коэффициента осуществляется с шагом

15/1

11.4.4. Общие физические каналы «вверх».

Общие физические каналы представляют собой ресурс, которые находится в общем

распоряжении всех мобильных абонентов. Существуют два типа общих каналов «вверх»:

канал случайного доступа (random access channel (RACH)) и общий канал пакетирования

КК



DPDCH



DPDCH



DPDCH



DPDCH



DPDCH



DPDCH



DPCCH



К модулятору (через

скремблер)

Рис.11.7 Мультиплексирование выделенных каналов «вверх».

352

(common packet channel (CPCH)), название которых используется как для транспортных,

так и соответствующих физических каналов. МС использует канал RACH для установле-

ния соединения (например, вызова) с сетью и для передачи коротких пакетных сообще-

ний, а CPCH является основным ресурсом для передачи пакетов мобильной станцией.

Физический RACH (PRACH) канал содержит преамбулу из 4096 чипов, которая

представляет собой 16-чиповый идентификатор МС, повторенный 256 раз. МС может на-

чать передачу по PRACH в начале любого из 15 слотов доступа, занимающих совместно

два кадра, т.е. 5120 чипов или 20 мс. Диаграмма слотов доступа задается в формате пере-

дачи БС, использующей специальный транспортный канал «вниз» (broadcasting channel

(BCH)). В начальном состоянии у МС нет достоверных сведений об ослаблении сигнала в

канале «вверх», и первая передача преамбулы реализуется при низком уровне мощности.

В случае отсутствия подтверждения от БС об установлении соединения МС случайным

образом выбирает новые слоты доступа и предпринимает новые попытки соединения, ка-

ждый раз увеличивая мощность сигнала. После получения от БС подтверждения МС пе-

редает собственно сообщение, занимающее один или два кадра (10 или 20 мс). В канале

PRACH отсутствует замкнутая петля регулировки мощности, поскольку сеансы соедине-

ния по нему чрезвычайно коротки.

Структуры физических каналов CPCH (PCPCH) и PRACH в основном подобны,

однако сегмент сообщения по каналу PCPCH может занимать большее число кадров, а

сегмент преамбулы сопровождается еще одной частью: преамбулой коллизии обнаруже-

ния, помогающей выявить одновременные попытки нескольких МС воспользоваться ка-

налом PCPCH. Вследствие большей длительности пакетов PCPCH представляется оправ-

данным присутствие в канале замкнутой петли регулировки мощности в сравнении с

PRACH.

Как и в выделенных, в общих каналах PCPCH и PRACH используется квадратурное

мультиплексирование для комбинирования информационных и служебных компонентов

передаваемых данных. Разделение общих и выделенных физических каналов осуществля-

ется с помощью канализирующих кодов, рассматриваемых в следующем пункте.

11.4.5. Канализирующие коды линии «вверх».

Как было установлено выше, индивидуальная МС использует несколько типов ка-

налов, которые должны быть разделены в приемнике БС. Поскольку все физические кана-

лы МС привязаны к одной и той же временной шкале, то наилучшим способом организа-

ции разделения физических каналов (нескольких DPDCH, DPCCH, PRACH, PCPCH) слу-

чит синхронное кодовое разделение. Отметим, что речь идет только о разделении каналов

отдельной МС, тогда как сигналы других мобильных абонентов разделяются с помощью

асинхронного варианта CDMA, аналогично реализованному в cdmaOne и cdma2000.

В документах по UMTS формат канализирующего кодирования описан с помощью

двоичного графа, определяемого итерационной процедурой. На каждом шаге итерации

любое кодовое слово, полученное на предыдущей итерации, порождает два новых слова

удвоенной длины путем добавления либо исходного слова, либо его инверсии. Пусть

–

некоторый кодовый вектор, полученный на k–м шаге итерации. Тогда два кодовых векто-

ра удвоенного размера

),(

1 kkk

ccc 



),(

1 kkk

ccc 





являются его потомками на сле-

дующей итерации. Таким образом, отталкиваясь от тривиального слова (1) длины один,

после k итераций приходим к

канализирующим кодовым словам длины

N 2

. (На

рис. 11.8 представлен пример построения для

3k

). Легко заметить, что данный алго-

ритм отличается от конструирования матрицы Адамара по правилу Сильвестра (см. пункт

2.7.3) только переупорядочиванием строк результирующей матрицы, так что полученные

кодовые слова есть ничто иное, как функции Уолша. Несмотря на это в спецификациях по

UMTS они фигурируют под специальным названием ортогональных кодов с переменной

353

величиной расширения (orthogonal variable spreading factor (OVSF)).

Граф OVSF кодов канала «вверх» построен с использованием k=8 итераций, так что

кодовые слова имеют максимальную длину, равную

256n

чипов. Состоящее из одних

единиц слово указанной длины определено для выделенного канала управления DPCCH, в

результате чего последующее скремблирование обеспечивает DPCCH каналу коэффици-

ент расширения спектра 256, о чем упоминалось в пункте 11.4.3. Выбор каналообразую-

щих кодов аналогичной длины для DPDCH (коэффициент расширения 256) позволяет вес-

ти передачу данных со скоростью 15 кбит/с. Если требуется более высокая скорость, то

символы данных укорачиваются, т.е. уменьшается коэффициент расширения (чиповая

скорость никогда не изменяется, оставаясь равной 3.84 Мбит/с). Тогда соответствующие

DPDCH канализации слова берутся с промежуточной (k–й,

SF 2

– требуемое значение

коэффициента расширения спектра) итерации графа OVSF кода. Если требуемая скорость

достижима при единственном DPDCH канале, то номер его канализирующего слова опре-

деляется спецификацией как

24/





при ведении отсчета по дереву сверху вниз и

нумерации наивысшего слова нулевым. Подобный выбор всегда сохраняет ортогональ-

ность DPDCH и DPCCH каналов вне зависимости от коэффициента расширения в DPDCH

канале. Если единственный DPDCH канал (с коэффициентом расширения 4) не может

обеспечить требуемую скорость данных, то привлекается метод многокодовой передачи

по нескольким DPDCH каналам, обладающих одним и тем же минимальным коэффициен-

том расширения 4. Имеются три кодовых слова длины 4, ортогональные друг другу и ко-

довому слову DPCCH канала, так что, учитывая возможность использования одного и то-

го же слова для двух DPDCH каналов в схеме квадратурного мультиплексирования (рис.

11.7), может быть организовано до 6 многокодовых DPDCH каналов.

Способ назначения кодовых слов PRACH и PCPCH каналам, устанавливаемый спе-

цификацией, также обеспечивает их ортогональность выделенным каналам во всем диапа-

зоне скоростей передачи данных по DPDCH каналам.

11.4.6. Скремблирование линии «вверх».

Завершающим этапом формирования сигнала МС является его прямое расширения

(1, 1, –1, –1, –1, –1, 1, 1)

(1, –1, 1, –1, 1, –1, 1, –1)

(1, –1, –1, 1, –1, 1, 1, –1)

(1, –1, –1, 1, 1, –1, –1, 1)

(1, –1, 1, –1, –1, 1, –1, 1)

(1, 1, –1, –1, 1, 1, –1, –1)

(1, 1, 1, 1, –1, –1, –1, –1)

(1, –1, –1, 1)

(1, –1, 1, –1)

(1, 1, 1, 1)

(1, 1, –1, –1)

(1)

(1, 1)

(1, –1)

(1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1)

Рис.11.8. Граф OVSF кодов длины 8.

354

с помощью специфической для каждого пользователя сигнатурой, реализующей асин-

хронный вариант CDMA разделения сигналов различных МС в приемнике БС. Согласно

терминологии UMTS, данная операция, как и подобная в линии «вниз», называется

скремблированием, употребление термина которой несколько отлично от используемого в

документах по cdmaOne и cdma2000 (см. подпункты 11.3.3.3 и 11.3.3.4). Существует два

типа скремблирующих кодов линии «вверх», определенных стандартом: длинный или ко-

роткий коды, применяемые при скремблировании выделенных каналов.

Последовательности Голда (пункт 7.5.2) длиной

L

, усеченные до длитель-

ности одного кадра, т.е. 38 400 чипов, используются для построения длинных скрембли-

рующих кодов. Генераторы с линейной обратной связью, определяемой полиномами

1)(

325

 xxxf

1)(

2325

 xxxxxf

, формируют две m–последовательности,

вторая из которых может быть также получена в результате децимации первой с индек-

сом, присущим кодам Голда. Сложение по модулю два сдвинутой копии второй m–

последовательности с первой дает последовательность Голда, которая затем усекается и

отображается на

}1{

алфавит. «Истинная» усеченная последовательность Голда

}{

оп-

ределяет вещественный компонент QPSK сигнатуры МС. Для получения мнимой части

исходная (до усечения) последовательность Голда вначале сдвигается на 777 232 чипа, а

затем подвергается усечению и отображению с целью построения бинарной

}1{

после-

довательности

}{



. Далее, инверсией каждого четного элемента последней последова-

тельности заменяется следующий нечетный элемент, а полученный результат посимволь-

но перемножается с

}{

. Последняя операция вдвое уменьшает число элементов в ре-

зультирующей QPSK последовательности, полярность которых противоположна предше-

ствующему. Действительно, соотношение, описывающее полученную таким способом

QPSK сигнатуру, представимо в виде

])2/[2()()1()( icicjica





, (11.1)

где

)(ic



– просто более подходящее обозначение для элементов



. Теперь

каждый может увидеть, что при переходе от четной позиции

li 2

к следующей нечетной

12  li

вещественная и мнимая части не могут изменяться одновременно, означая, что

максимальные фазовые скачки возможны только на 90 и никогда на 180, так что чипо-

вая полярность может изменяться в противоположную только во время переходе от не-

четного к четному чипам. Как правило, уменьшение частоты противоположных переходов

желательно с точки зрения продления работоспособности батареи, поскольку усилитель

мощности в эти моменты рассеивает большую энергию.

Завершающий шаг QPSK скремблирования состоит в умножении мультиплексиро-

ванного сигнала МС, взятого из ветвей схемы на рис. 11.7, со скремблирующей последо-

вательностью. Эта операция, осуществляемая обычным QPSK модулятором, была обстоя-

тельно обсуждена в пункте 7.1.2.

Скремблирующая последовательность точно синхронизирована с временной шка-

лой МС, начинаясь в любом кадре с одного и того же символа (чипа).

Отметим, что главное достоинство кодов Голда – минимаксные периодические

корреляционные свойства – не могут объяснить их выбор для скремблирования линии

«вверх», поскольку усечение радикально ухудшает корреляционные свойства. Альтерна-

тивным объяснением может служить легкость формирования множества (не менее чем



) псевдослучайных последовательностей.

Короткие скремблирующие последовательности обладают периодом 256 и плани-

руются к использованию в случае, когда приемник БС готов к выполнению многокодово-

го алгоритма (см. параграф 10.1). В случае асинхронного CDMA сложность этого типа

приемника обычно возрастает с ростом длины расширяющего кода. Правило формирова-

355

ния коротких скремблирующих кодов, устанавливаемое спецификацией, включает опера-

ции генерирования четвертичной линейной рекуррентной последовательности длиной

255, ее суммирования по модулю четыре с двумя двоичными рекуррентными последова-

тельностями длин 51 и 85, расширения результирующей последовательности на один эле-

мент до длины 256, отображения четверичных символов на QPSK алфавит и преобразова-

ния полученной комплексной последовательности по правилу (11.1).

11.4.7. Отображение транспортных каналов «вниз» на физические каналы.

Информация, передаваемая сетью некоторой конкретной МС на транспортном

уровне, организована в виде единственного выделенного канала, который затем отобража-

ется двумя физическими каналами «вниз», подобными в линии «вверх»: выделенные кана-

лы данных (dedicated physical data channel (DPDCH)) и управления (dedicated physical con-

trol channel (DPCCH)).

Перечень общих транспортных каналов линии «вниз» много шире по сравнению с

линией «вверх». В частности, он содержит уже упоминавшийся канал оповещения BCH,

по которому передаются параметры сети или соты, используемые всеми МС; прямой ка-

нал доступа (forward access channel (FACH)), используемый БС для отсылки командных

данных МС, положение которой известно; канал вызова (paging channel (PCH)), посредст-

вом которого БС передает команды МС с неизвестным местоположением и т.п. На физи-

ческом уровне первичный общий физический канал управления (primary common control

physical channel (P-CCPCH)) передает данные BCH канала, канал FACH отображается во

вторичный общий физический канал управления (secondary common control physical chan-

nel (S-CCPCH)), передача данных PCH частично осуществляется снова S-CCPCH каналом

и частично каналом синхронизации (synchronization channel (SCH)). Еще имеется общий

пилотный канал (common pilot channel (CPICH)), транслирующий сигнал немодулирован-

ных данных, которые используются приемником для оценки параметров канала. Полная

схема соответствия между транспортными и физическими каналами линии «вниз» уста-

навливается спецификацией, которая может быть найдена в [92,121].

11.4.8. Формат физических каналов линии «вниз».

Механизм мультиплексирования выделенных каналов данных и управления линии

«вниз» DPDCH и DPCCH отличается от используемого в линии «вверх»: каждый слот

разбит на части и каждая часть отведена либо данным DPDCH канала, либо DPCCH кана-

ла. При подобной организации передатчик БС работает в прерывистом режиме, что обу-

словлено паузами в потоке данных во время низкой речевой активности. Прерывистость

излучения в работе передатчика МС может вызвать помехи, сильно затрагивающие сосед-

ние электронные устройства (например, слуховой аппарат). О данном явлении неодно-

кратно сообщалось при использовании телефона стандарта GSM. Однако для БС преры-

вистость излучения не является столь значимым фактором, поскольку маловероятно, что-

бы приборы, о которых говорилось выше, находились достаточно близко от антенны БС.

Другим отличием формата физического канала линии «вниз» служит применение

QPSK модуляция данных (в отличие от BPSK в линии «вверх»). Во-первых, демультип-

лексор (DMUX) расщепляет битовый поток после первого физического подуровня (ка-

нальное кодирование, перемежение и т.п.) на два, содержащих четные и нечетные биты

исходного потока соответственно. Оба потока, отображенные на {1} алфавит, умножа-

ются на двоичный каналообразующий код (CC), создавая вещественную и мнимую части

комплексного канализирующего сигнала данных, что демонстрирует рис. 11.9. Завер-

шающим шагом является умножение данного QPSK сигнала данных на QPSK расширяю-

щий (скремблирующий) код и QPSK модуляция несущей, аналогично осуществляемой в

линии «вверх».

356

11.4.9. Канализирующие коды линии «вниз».

Мультиплексирование во времени каналов данных и управления, рассмотренное в

предыдущем пункте, означает, что для передачи обоих этих информационных потоков не-

обходим только один выделенный физический канал (dedicated physical channel (DPCH)).

Если единственный данный канал удовлетворяет требованиям скорости передачи данных,

то БС формирует его с помощью специфической для данного пользователя кодовой по-

следовательности, которая, конечно, является единственной в соте (или секторе) и не мо-

жет быть использована для соединения с любой другой МС. Сценарий многокодовой пе-

редачи возникает тогда, когда единственный физический канал не способен обеспечить

передачу данных с требуемой скоростью. Тогда БС организует несколько параллельных

физических каналов для соединения с той же МС. Эти каналы всегда строятся с одинако-

вым коэффициентом расширения спектра, но, очевидно, с различными канализирующими

кодами, которые не могут использоваться БС при соединении с другими мобильными.

Поскольку отсутствует необходимость в повторении командных сообщений по всем мно-

гокодовым каналам, то информация управления пересылается МС только по одному из

них.

В подобных условиях каналообразующие коды линий «вниз» и «вверх» принадле-

жат одному и тому же типу. Используются семейство функций Уолша или OVSF графа на

рис. 11.8 с коэффициентом расширения спектра из диапазона от 4 до 512. Некоторые ка-

нализирующие последовательности не доступны для DPCH канала, поскольку предназна-

чены для общих каналов, как CPICH. Например, при минимальном значении коэффициен-

та расширения только три кодовые последовательности могут обслуживать DPCH канал,

обеспечивая максимально возможную скорость передачи данных 2.88 Мбит/с. В предпо-

ложении скорости канального кода

2/1

и наличии неизбежного заголовка (команд управ-

ления и т.д.) данная скорость не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к 3G систе-

мам, по величине «истинной» скорости передачи данных (до 2 Мбит/с), что является од-

ной из причин стимулирования спецификацией высокоскоростной некодированной пере-

дачи данных.

При работе многих пользователей с разными скоростями их канализирующие коды

должны сохранять ортогональность, несмотря на различие в величине коэффициента рас-

ширения спектра или, что то же самое, в длине кода. Как следует из рис. 11.8, две функ-

ции Уолша различной длины ортогональны на интервале минимальной длины, если и

только если ни одна из них не является потомком другой. Тогда становится понятным, что

в отличие от линии «вверх», где любая МС, выделяемая от других своим уникальным

скремблирующим законом, имеет в эксклюзивном распоряжении все множество канали-

зирующих кодов, управление канализированием в линии «вниз» является гораздо более

сложной задачей. Действительно, разным МС следует назначать различные подмножества

DMUX

Четные

Нечетные

Биты

Рис.11.9. Демультиплексирование и канализация данных в линии вверх.

357

последовательностей Уолша, не содержащие потомков последовательностей, обслужи-

вающих в текущее время другие МС. Данная проблема динамического распределения ре-

сурса решается на более высоком уровне протоколом сети.

11.4.10. Скремблирующие коды линии «вниз».

Как указывалось ранее, скремблирующие коды линии «вниз» обеспечивают разде-

ление сигналов различных БС. Каждая скремблирующая последовательность базируется

на последовательности Голда длины

14326212

L

. Два LFSR генератора с обрат-

ной связью, задаваемой полиномами

1)(

718

 xxxf

1)(

571018

 xxxxxf

формируют исходные m–последовательности, связанные друг с другом, как того требует

построение ансамбля Голда (см. пункт 7.5.2). Хотя имеется

14526212



последова-

тельностей Голда указанной длины, спецификация ограничивает число используемых ве-

личиной

19282



. Затем от каждой разрешенной последовательности отрезаются два

сегмента длиной 38 400: исходный и сдвинутый на

0721312



чипа, отображаемые да-

лее в {1} алфавит по обычному правилу (6.15). Результирующие бинарные последова-

тельности представляют собой вещественную и мнимую части QPSK скремблирующего

кода линии «вниз».

Спецификацией устанавливается строгая иерархия скремблирующих последова-

тельностей. Множество всех скремблирующих кодов делится на 512 подмножеств, каждое

из которых содержит один первичный и 15 вторичных кодов. В свою очередь, все 512

первичных кодов поделены на 64 группы по 8 последовательностей в каждой. Конкретной

БС назначается только один уникальный первичный код. Для некоторых физических ка-

налов разрешено использовать только первичный код, тогда как для других можно приме-

нять как первичный, так и вторичный коды.

11.4.11. Канал синхронизации.

11.4.11.1. Общая структура.

Канал синхронизации (SCH) играет исключительно важную роль в структуре сети,

обеспечивая начальный поиск соты и согласование временной шкалы МС с границами

кадров и слотов принятого сигнала БС. Ни канализирующие, ни скремблирующие коды не

принимают участия в формировании канала синхронизации, поскольку его сигнал должен

быть обнаружен и обработан, прежде чем МС будет осведомлена о скремблирующем коде

контактирующей с ней БС. Подчеркнем еще раз, что временные шкалы базовых станций

сети UMTS не синхронизированы между собой и что при переключении МС на другую

базовую (например, в ходе эстафетной передачи) некоторое время должен осуществляться

начальный поиск соты. Последнее служит обоснованием одного из ключевых положений

проектирования архитектуры SCH канала, заключающегося в проведении двухэтапной

процедуры поиска, которая потенциально способна обеспечить экономию времени поиска

по сравнению с обычным последовательным поиском (см. параграфы 8.2, 8.3). Действи-

тельно, SCH канал образован парой из первичного и вторичного каналов синхронизации,

сигналы которых – первичный и вторичный коды синхронизации – используются на пер-

вом и втором этапах поиска соответственно. Оба сигнала занимают начальные 256 чипов в

каждом слоте. Последовательность первичного кода синхронизации идентична не только

во всех слотах, но и для всех базовых станций сети. Указанный факт делает невозможным

установление синхронизации с первичным сигналом заранее определенной БС; определе-

ние БС, с которой установлен контакт МС после завершения первого этапа синхрониза-

ции, становится ясным только по завершению второго этапа. После нахождения первич-