Моделирование беспроводных систем связи

Через уровень транспортной сети и уровень радиосети проходят следующие вертикальные плоскости:

плоскость управления (англ. Control Plane) - используется для сигнализации и управления в системе UMTS. Состоит из прикладного протокола (англ. Application Protocol), специфицированного в отношении соответствующего интерфейса, и канала сигнализации (англ. Signaling Bearer), используемого для передачи сообщений прикладного протокола;

плоскость пользователя (англ. User Plane), в которой выполняется перенос пользовательских данных, таких, как кодированная речь или пакеты данных. В рамках пользовательской плоскости определены потоки данных

(англ. Data Streams) и связанные с ними каналы данных (англ. Data Bearers).

Потоки данных характеризуются одним или более кадровым (фреймовым)

протоколом;

В рамках уровня транспортной сети определены следующие вертикальные плоскости:

плоскость управления транспортной сетью (англ. Transport Network Control Plane), в которой осуществляется все управление сигнализацией на транспортном уровне. В эту плоскость входят:

протокол управления доступом к соединению (англ. Access Link Application Part - ALCAP), который отвечает за конфигурацию транспортных каналов в соответствии с выдвинутыми требованиями и за комбинирование пользовательских данных и управляющих команд в выделенных и общих каналах;

каналы сигнализации, необходимые для реализации ALCAP;

пользовательская плоскость транспортной сети, которая содержит каналы сигнализации для прикладного протокола и каналы сигнализации в пользовательской плоскости.

Радиоинтерфейс наземного радиодоступа UMTS (англ. UMTS Terrestrial Radio Access) был определен рабочей группой 3GPP. Его часто

называют WCDMA (англ. Wideband CDMA-широкополосный CDMA). В

131

рамках WCDMA определены два режима работы, которые различаются типом дуплексной передачи данных. Как уже отмечалось, парные диапазоны в системе UMTS используются в режиме FDD, а непарные - в режиме TDD. С

точки зрения потенциальных приложений и деталей радиоинтерфейса режимы отличаются друг от друга. В таблице 7.3 приведены их основные характеристики.

Перед изучением радиоинтерфейса WCDMA рассмотрим его уровневую структуру. На рисунке 7.5 приведены основные компоненты его протокольной архитектуры.

Все протоколы можно разместить на одном из трех нижних уровней модели OSI; физическом (PHY), уровне звена данных (DLC) или сетевом уровне.

Физический уровень определяет услуги обмена информацией в виде транспортных каналов. На этом уровне выполняются все функции, связанные

собработкой сигналов, канальным кодированием, перемежением,

модуляцией, синхронизацией и т.д. В число этих функций входит

отображение транспортных каналов в физические каналы.

132

Рисунок 7.3 – Модель протоколов для интерфейсов UTRAN

Уровень звена данных разделен на следующие подуровни:

подуровень управления доступам к среде (МАС-подуровень);

подуровень управления радиоканалом (RLC-подуровень);

подуровень протокола сходимости пакетных данных (англ. Packet Data Convergence Protocol — PDCP);

подуровень управления вещанием/широковещанием (англ.

Broadcast/Multicast Control - ВМС).

Подуровень MAC реализует услуги обмена данными по логическим каналам, которые определяются в соответствии с типами передаваемой по ним информации.

Подуровень RLC реализует алгоритмы ARQ, отвечает за сегментирование и сборку пользовательских данных, контролирует соответствующие последовательности блоков данных и борется с дублированием блоков.

Таблица 7.3 Основные параметры интерфейсов WCDMA

133

Подуровень PDPC обеспечивает передачу и прием протокольных блоков данных (блоков PDU) в RLC-режиме с подтверждением или без него,

а также прозрачном RLC-режиме. Подуровень ВМС осуществляет вещательную или широковещательную передачу данных в прозрачном режиме или режиме без подтверждения.

Наконец, нижний подуровень сетевого уровня, изображенного на рисунке 7.4, называется подуровнем управления радиоресурсами (англ.

135

Radio Resource Control - RRC). RRC-подуровень выполняет следующие функции: трансляция системной информации, распределение радиоресурсов,

управление требуемым качеством предоставляемых услуг, а также управление измерениями и составлением отчетов по ним.

Для того чтобы верхние уровни могли выполнять возложенные на них функции, МАС-подуровень предоставляет им логические каналы. Для выполнения МАС-функций в распоряжении МAC-подуровня остаются

транспортные каналы, которые отображаются в физические каналы на физическом уровне.

Рассмотрим каналы всех трех типов. Логические каналы разделены на два класса:

каналы управления (англ. Control Channels - ССН) используются для переноса информации в плоскости управления;

каналы трафика (англ. Traffic Channels - ТСН) используются для переноса информации в пользовательской плоскости.

Существуют следующие типы логических каналов управления:

вещательный канал управления (англ. Broadcast Control Channel -

ВССН) используется для трансляции информации управления системой в нисходящем направлении;

канал управления вызовом (англ. Paging Control Channel - РССН)

используется в нисходящем направлении для вызова подвижной станции или для вывода ее из режима «сна»;

общий канал управления (англ. Common Control Channel - СССН)

используется в нисходящем и восходящем направлениях для передачи управляющей информации;

выделенный канал управления (англ. Dedicated Control Channel - DCCH) используется в соединениях типа «точка-точка» для передачи специализированной управляющей информации между сетью и подвижной станцией во время установления RRC-соединения.

136

Общие транспортные каналы переносят управляющую информацию и небольшое количество пользовательских данных без установления отдельного соединения с пользователем. Существуют следующие типы общих транспортных каналов:

вещательный канал (англ. Broadcast Channel - ВСН) используется для низкоскоростной передачи информации о системе и своей соте веем подвижным станциям в соте; переносит часть логического канала ВССН;

прямой канал доступа (англ. Forward Access Channel – FACH),

работающий в нисходящем направлении; переносит управляющую информацию, составляющую другую часть канала ВССН и реализует соединение для передачи пакетных данных. В одной соте может быть несколько каналов FACH, из которых хотя бы один выполняет передачу с низкой скоростью и высокой мощностью;

канал вызова (англ. Paging Channel — РСН) — канал типа «точка-

многоточка», используемый для вызова подвижной станции;

нисходящий прямой разделяемый канал (англ. Downlink Shared Channel - DSCH) - дополнительный транспортный канал, разделяемый между несколькими подвижными станциями. По нему передается специализированная пользовательская информация. Этот канал связан с выделенным каналом (DCH);

канал случайного доступа (англ. Random Access Channel - RACH)

представляет собой канал низкоскоростной передачи данных в восходящем направлении. Он должен быть принят базовой станцией из любого места соты и используется подвижной станцией для установления соединения или передачи в сеть небольшого количества данных;

общий канал пакетных данных (англ. Common Packet Channel -

СРСН) - дополнительный восходящий транспортный канал, работающий по конкурентному принципу и используемый для передачи пакетных данных.

Каждый тип транспортных каналов связан с набором транспортных

форматов (англ. Transport Format - TF). Транспортный формат определяет

138

возможное отображение, кодирование и перемежение заданного типа транспортного канала. Процедура МАС-уровня выбирает соответствующий формат для данного транспортного кадра. Особенности применяемого транспортного формата заключены в блоке данных с названием индикатор транспортного формата (англ. Transport Format Indicator – TFT), который обычно сопровождает транспортные блоки и указывает способ реализации транспортного канала.

После проведения канального кодирования и перемежения несколько транспортных каналов могут быть мультиплексированы. Таким способом получаемый поток данных направляется в физический канал передачи данных. Тогда же индикаторы транспортного формата мультиплексированных каналов образуют индикатор комбинации

транспортных форматов (англ. Transport Combination Format IndicatorTCFI), который передается по физическому каналу управления (на рисунке

7.5).

Рисунок 7.5 – Пример отображения транспортных каналов на физические Поскольку транспортные каналы могут состоять из различного

количества транспортных блоков, то индикатор TFCI также предоставляет информацию о том, какой транспортный канал активен в данном кадре. В

приемнике, после декодирования TFCI, данные, полученные по физическому

139

каналу, могут быть демультиплексированы и декодированы, а транспортные блоки соответствующих транспортных каналов могут быть выделены.

На физическом уровне время в системе UMTS разделено на кадры длительностью 10 мс. В свою очередь, каждый кадр разделен на 15 слотов длительностью по 666,67 мкс. В случае применения режима FDD, такое временное деление кадра не является результатом использования метода многостанционного доступа, каковым здесь является CDMA. Слоты выступают в роли единиц времени, в которых имеет место передача соответствующих двоичных канальных блоков. Зная, что базовая чиповая скорость составляет 3,84 Мчип/с, можно легко подсчитать, что в каждом слоте помещается 2560 чипов.

В режиме UMTS FDD физический канал определяется несущей частотой, используемой расширяющей последовательностью и компонентой сигнала (в восходящей линии связи синфазная и квадратурная составляющие сигнала могут переносить разные физические каналы).

На физическом уровне определены два типа выделенных физических каналов для восходящей и нисходящей линий связи:

выделенный физический канал управления (англ. Dedicated Physical Control Channel - DPCCH);

выделенный физический канал данных (англ. Dedicated Physical Data Channel - DPDCH).

Каждому соединению назначается один выделенный физический канал управления и до шести выделенных каналов данных. В восходящем направлении двоичный поток канала DPDCH направляется на синфазный вход передатчика, а двоичный поток канала DPCCH - на квадратурный. Если количество каналов передачи данных (DPDCH) больше одного, то все нечетные каналы суммируются, взвешиваются и передаются по синфазной составляющей, а четные каналы суммируются, взвешиваются и передаются по квадратурной составляющей вместе с каналом управления (DPCCH).

140