10.9) Логические каналы линии «вверх». Общая структура обратного канала связи системы is-95. Структурные схемы каналов.

В обратном канале (линии «вверх») асинхронный вариант кодового разделения реализуется в комбинации с некогерентным приемом сигналов на БС. Благодаря этому отпадает необходимость в пилотном канале и канале синхронизации. В итоге остаются лишь два тина логических каналов линии «вверх»:

• канал доступа (access channel);

• канал обратного трафика (reverse traffic channel).

Асинхронность кодового разделения делает нерациональным применение функций Уолша в роли каналообразующих последовательностей (сигнатур) физических каналов, так как при относительных временных сдвигах они не могут сохранять ортогональность и имеют весьма непривлекательные взаимные корреляционные свойства. Поэтому за разделение каналов в линии «вверх» отвечают различные циклические сдвиги длинной IICП периода 2⁴²-1. Функции Уолша в обратном канале также используются, но в ином качестве: для организации еще одной ступени помехоустойчивого кодирования данных, передаваемых МС.

Рисунок. 8.9 – Структура обратного канала стандарта 1S-95

Общая структура обратного канала связи системыIS-95 иллюстрируется на рисунке 8.9. Каналы доступа и обратного трафика, которые используются МС, ассоциированы с определенными каналами персонального вызова. В результате на один канал персонального вызова может приходиться доп = 32 каналов доступа и дот = 64 каналов обратного трафика.

Канал доступа

Канал доступа обеспечивает соединение МС с БС, пока МС не настроилась на назначенный ей канал обратного трафика. Процесс выбора канала доступа случаен – МС произвольно выбирает номер канала из диапазона

0–АСС_СНАN,

где ACC_CHAN– параметр, передаваемый БС в сообщении о параметрах доступа. Канал доступа используется для регистрации МС в сети, передачи на БС запроса на установление соединения, ответа на команды, переданные по каналу вызова и др. Скорость передачи данных по каналу доступа фиксирована и составляет 4,8 кбит/с.

Процедура формирования сигнала в канале доступа представлена на рисунке 8.10.

Рисунок. 8.10 – Структурная схема канала доступа

Входные данные со скоростью 4,8 кбит с подвергаются сверточному кодированию со скоростью 1/3. Применение кодера с более низкой скоростью (большей избыточностью), чем в прямом канале, как уже говорилось, объясняется более низкой помехоустойчивостью обратного канат вследствие ограниченности энергоресурса МС. После кодирования скорость информационного потока в числе кодовых символов возрастает до 14,4 кбит/с. Двукратное повторение символов в устройстве повторения доводит символьную скорость до величины 28,8 кбит с. Применение блокового перемежения в пределах 20 мс кадра не меняет скорости информационного потока, так что на ортогональный модулятор данные поступают с прежней скоростью в 28,8 кбит/с.

Ортогональный модулятор осуществляет отображение (кодирование) групп из 6 двоичных символов в некоторую функцию Уолша длины 64. Подобная операция представляет собой кодирование 6-битовых блоков (64, 6) ортогональным кодом.

При оптимальном («мягком») декодировании энергетический выигрыш от использования такого кода асимптотически стремится к 4,8 дБ. В то же время во многих источниках рассматриваемую процедуру именуют ортогональной модуляцией или Уолш-модуляцией. Замена 6 символьной группы на функцию Уолша производится по следующему правилу: десятичное значение 6 разрядного двоичного числа, соответствующего группе из 6 бит, однозначно определяет номер функции Уолша. Например, если на вход ортогонального модулятора подается группа из 6 символов вида (010110), то ей соответствует десятичное значение 22, а значит, эта группа заменяется модулятором на функцию Уолша W₂₂состоящую из 64 символов. В результате ортогональной модуляции скорость 64 данных возрастает до 28,8х64/4 = 307,2 кбит/с.

Поток ортогонально модулированных данных подвергается прямому расширению спектра с помощью длинной ПСП с определенным циклическим сдвигом, однозначно определяющим данную МС, что позволяет идентифицировать ее на БС, а значит, осуществить кодовое разделение абонентов. Циклический сдвиг длинной ПCП определяется маской генератора длиной 42 бита, которая конструируется из идентификатора БС, номеров канала вызова и доступа.

После расширения спектра (суммирования по модулю 2 с длинной ПСП и преобразования булевых символов в двуполярные) поток, следующий со скоростью чипов, т.е. 1,2288 Мчип/с, поступает в квадратурные каналы фазового модулятора, где повергается скремблированию двумя короткими ПСП (ПСП-Iи ПСП-Q) периода 2¹⁵. Все МС данной соты используют один и тот же сдвиг короткой ПСП. Поскольку в обратном канале применяется квадратурная ФМ со сдвигом (OQPSK.), в плечеQмодулятора введен элемент задержки на половину длительности чипа. ПрименениеOQPSKуменьшает глубину нежелательных провалов огибающей сигнала, а значит, сокращает требуемый линейный динамический диапазон усилителя мощности передатчика МС.

Сообщение канала доступа подвергается определенной структуризации (капсулированию) на временных отрезках, называемых слотами и кадрами (рисунок 8.11).

Рисунок. 8.11 – Структура кадров канала доступа

Слот канала доступа может состоять из (3+MAX_CAP_SZ)+(l+PAM_SZ) кадров, где параметрMAX_CAP_SZопределяет максимальный размер капсулы сообщения канала доступа, аPAM_SZ– длину преамбулы канала доступа (значения этих параметров передаются на МС по каналу вызова). На длительности кадра (20 мс) содержится 88 информационных бит (тело кадра) и 8 кодированных хвостовых бит (поле Т).

Сообщение канала доступа не обязательно занимает максимальный размер слота. На этот случай МС определяет необходимое число кадров для передачи сообщения и присваивает его переменной CAPSZ. Очевидно, чтоCAP_SZ< 3+MAX_CAP_SZ. Пример подобного сообщения представлен на рисунке 8.12.

Рисунок. 8.12 – Структура сообщения канала доступа

Сообщение канала доступа передается в структурированной форме - в виде капсулы сообщения, содержащейCAP_SZх 88 бит. В том случае, когда размер передаваемого сообщения меньше длины капсулы, свободные позиции заполняются добавочными битами.

КАНАЛ ОБРАТНОГО ТРАФИКА

Канал обратного трафика обеспечивает передачу речевой информации и данных абонента, а также управляющей информации с МС на БС, когда МС уже занимает выделенный ей физический канал.

Структура канала обратного трафика и процедуры формирования сигналов практически аналогичны применяемым в канале доступа (рисунок 8.13) с несколькими оговорками. Во-первых, скорость поступления данных в канал обратного трафика не фиксирована, а может изменяться в зависимости от речевой активности абонента. В канале осуществляется поддержка потока данных со скоростями 9,6; 4,8; 2,4 и 1,2 кбит/с. Во-вторых, маска генератора длинной ПСП формируется с использованием закодированного электронного серийного номера (ESN) МС.

Рисунок. 8.13 – Структурная схема канала обратного трафика

Наиболее же существенным отличием является наличие дополнительного блока, называемого рандомизатором. Назначение данного устройства состоит в реализации возможностей но снижению уровня внутрисистемных помех в обратном канале за счет учета фактора речевой активности абонента.

Алгоритм учета речевой активности в прямом канале, основанный на повторении символов с пропорциональным снижением передаваемой мощности, неприемлем для линии вверх, так как входит в противоречие с процедурой быстрой регулировки мощности по замкнутой петле. Метод уменьшения средней мощности излучения в обратном канале при снижении скорости речевого потока состоит в псевдослучайном прореживании (или маскировании) избыточных символов, образованных в результате операции символьного повторения. Рандомизатор вырабатывает маскирующий образец, состоящий из нулей и единиц, в соответствии с которым и осуществляется прореживание, причем соотношение между числом нулей, отвечающих за исключение символов, и единиц определяется скоростью речевого потока. Так, при максимальной скорости кодированной речи 9,6 кбит с прореживание отсутствует, т.е. маскирующий образец состоит из всех единиц. Если же скорость речевого потока составляет 1,2 кбит/с, рандомизатор вырабатывает образец, устраняющий в среднем семь из восьми символов.

На практике описанная процедура реализуется следующим образом.

РСВ-биты поступают с частотой 800 Гц, т.е. с интервалом 1,25 мс. На основании этого 20 мс кадр канала трафика разбивается на 16 групп регулировки мощности. Рандомизатор псевдослучайным образом вырезает отдельные группы регулировки, причем количество вырезаемых групп определяется скоростью работы вокодера. При передаче речевых данных со скоростью 9,6 кбит/с ни одна из групп не исключается, если же скорость работы вокодера составляет 1,2 кбит/с, то из кадра в среднем вырезается 14 из 16 групп. При этом текущая маска, вырабатываемая рандомизатором, определяется фрагментом длинной НОН, который использовался при расширении спектра предыдущего кадра.

В канале обратного (как и прямого) трафика предусматривается также поддержание набора скоростей 14,4; 7,2; 3,6 и 1,8 кбит/с. При этом для сохранения скорости кодированного потока в 28,8 кбит/с скорость сверточного кодера меняется с 1/3 на 1/2.

В заключение параграфа кратко рассмотрим формат передачи информации в канале трафика, а также способы мультиплексирования речевой (первичной) информации, данных (вторичной информации) и служебной информации (рисунок 8.14).

Кадр обратного (как и прямого) трафика занимает 20 мс. При полноскоростном (9,6 кбит с) режиме кадр содержит 192 битовых позиции; в случае полускоростного режима (скорости поступления информации 4,8 кбит с) кадр состоит из 96 бит и т.д. до 24 бит при скорости 1,2 кбит/с. При скоростях 9,6 и 4,8 кбит с кадр содержит биты с информацией о качестве кадра (индикатор качества кадра). При всех скоростных режимах кадр заканчивается 8 кодированными хвостовыми битами.

Рисунок. 8.14 – Структура сообщения канала доступа

Комбинированная передача первичной и вторичной (или служебной) информации определена стандартом 1S-95 в двух режимах. В первом режиме, называемомblank and burst, вторичная или служебная информация полностью замещает речевую информацию в кадре, а значит, передача информации различного типа может производиться только в разных кадрах. Во втором режиме, носящем названиеdim and burst, в пределах кадра возможна совместная передача либо первичной и вторичной информации, либо первичной информации и информации сигнализации. Указанные режимы применяются лишь при полноскоростной передаче, т.е. при скоростях, меньших 9,6 кбит/с, передается исключительно первичная информация.