«ОСОБЕННОСТИ РАДИОИНТЕРФЕЙСА СИСТЕМЫ IMT-MC-450 1X EV-DO», автор Капустин Р. А.
Первоисточник: http://www.huawei.com/ru/file.do?f=251
ВВЕДЕНИЕ
Не так давно в России был принят федеральный стандарт третьего поколения сотовой связи IMT-MC-450, позволяю- щий абонентам достигать высоких скоростей передачи данных (до 153 кбит/с), но уже ведутся работы по внедрению стандарта следую- щего поколения EV-DO, позволяющего достичь в той же полосе частот значительно большей скорости передачи данных (до 2,4 Mбит/с). Стандарт CDMA в настоящее время используется достаточно широко и существует большое количество его разновидностей. Попробуем разобраться в его отличительных особенностях.
ЭВОЛЮЦИЯ ПОКОЛЕНИЙ СЕТЕЙ НА БАЗЕ CDMA
Первые коммерческие системы сотовой связи, пост- роенные на основе технологии многостанционного до- ступа с кодовым разделением каналов (CDMA), были основаны на стандарте IS-95 A/B. Данные сети предо- ставляли абонентам голосовые услуги и услуги переда- чи данных, основанные на канальной коммутации. Скорость передачи данных была невысока, до 64 кбит/с. В стандарте IS-95B уже появилась пакетная передача данных, но скорость еще относительно невысока, до
115 кбит/с. Эволюция стандарта показана на рис. 1.
Рис. 1. Эволюция стандарта CDMA
Основным преимуществом стандартов данной линейки, с точки зрения абонента, является совместимость радиоинтерфейса стандартов различных поколений. Это выделяет определенные особенности в эволюции стандартов. Так трубки стандарта IS-95 могут работать в сетях 1Х. Это стало возможным благодаря унификации использования частотного ресурса, так как ширина несущей для всех стандартов одинакова и составляет примерно 1,25 МГц.
Стандарт EV-DO (от английского EVolution Data Only) рассчитан исключительно для передачи данных и по- этому не требует оборудования для коммутации каналов, т. е. данную сеть можно относительно легко использовать как с сетями CDMA 1Х, так и с сетями IS-95, как наложенную сеть для высокоскоростной передачи данных. Рассмотрим, что позволяет достичь таких высоких скоростей в той же самой полосе частот.
ОСОБЕННОСТИ РАДИОИНТЕРФЕЙСА CDMA 2000 1X
Отличительной особенностью технологии много- станционного доступа с кодовым разделением каналов является возможность нескольких абонентов передавать данные или разговаривать на одной и той же частоте в один момент времени. Это достигается следующим образом. Имеется исходная достаточно узкополосная информация (голос или данные). После предварительного кодирования и перемежения происходит процесс расширения спектра. Каждый информационный канал расширяется соответствующей функцией Уолша и далее парой псевдослучайных последовательностей (PN-кодами) с фиксированной чиповой скоростью 1,2288 Mчип. Далее полученные последовательности от разных абонентов суммируются и передаются по радиоканалу (рис. 2).
Рис. 2. Принцип формирования сигнала CDMA
Соответственно минимальная информационная скорость одного канала составляет 9600 бит/с. Этого достаточно для передачи голосовой информации и именно это является условием обратной совместимости системы данного стандарта с системами, построенными на базе стандартов IS-95. Таким образом, обеспечивается преемственность различных поколений. Для голосового канала и передачи данных со скоростью 9600 бит/с используются функции Уолша длиной 64 бита. Для обеспечения большей скорости необходимо уменьшить длину кодовой последовательности. Для скорости пере- дачи 19200 бит/с используются функции Уолша дли- ной 32 бита, и далее в соответствии с ростом скорости длина функции уменьшается, составляя, например для скорости 153,6 кбит/с, 4 бита.
В теории возможно и достижение скорости передачи данных 307,2 кбит/с, но на практике это не осуществимо. На рис. 2 видно, что мощность непосредственно связана с емкостью системы. Фактически качество алгоритмов управления мощностью и определяет пиковую и среднюю емкость системы. Такой подход наиболее целесообразен в случае большого количества голосовых абонентов. Контроль за скоростью передачи данных в таком случае тоже сводится к контролю мощности.
Рассмотрим далее структуру логических каналов в прямом и обратном канале системы CDMA2000 1Х (рис. 3).
Рис. 3. Структура прямого канала CDMA2000 1Х
Предлагаем начать с прямого канала системы 1Х (см. рис. 3). Для удобства читателя все типы каналов перечислены в табл. 1.
Таблица 1 Типы каналов в прямом канале CDMA2000 1x
Вышеперечисленные каналы подразделяются на об- щие и выделенные каналы. Ниже даны общие физичес- кие каналы:
• Forward Pilot Channel(F-PICH);
• Forward Synchronous Channel(F-SYNC);
• Forward Paging Channel(F-PCH). А также логические каналы:
• Forward Broadcast Control Channel(F-BCCH);
• Forward Quick Paging Channel (F-QPCH);
• Forward Common Power Control Channel(F-CPCCH);
• Forward Common Assignment Channel(F-CACH);
• Forward Common Control Channel(F-CCCH).
Кроме общих каналов также существуют каналы трафика, собственно, являющиеся каналами передачи основной информации. Выделяют следующие логические типы данных каналов:
• Forward Dedicated Control Channel(F-DCCH);
• Forward Fundamental Channel(F-FCH);
• Forward Supplemental Channel(F-SCH).
По каналу F-DCCH передается абонентская сигнализация во время вызова. В свою очередь, по фундаментальному каналу F-FCH возможна передача голосовой информации, а также данных. При необходимости получения больших скоростей задействуются дополнительные каналы F-SCH.
Так, для передачи данных со скоростью 153,6 кбит/с необходимо использование 16 F-SCH. Всего при использовании конфигурации RC3 в одном секторе на од- ной несущей возможна организация 64 каналов по
9,6 кбит/с. В свою очередь, с учетом общих каналов максимально теоретически возможное число доступных голосовых каналов для абонентов в одном секторе
составляет 61 (несколько общих каналов занимают один физический канал на радиоинтерфейсе). В реальной ситуации емкость системы в одном секторе меньше, это обусловлено интерференцией и алгоритмами хэндовера.
Для достижения высокой скорости передачи данных объединяются несколько каналов, при этом уменьшается длина кода, но также уменьшается и коэффициент расширения, что приводит к уменьшению зоны покрытия на данной скорости, либо к необходимости увеличения мощности прямого канала для достижения приемлемого покрытия. Но простое увеличение мощности в полосе приводит к ухудшению отношения сигнал/шум. То есть получается замкнутый круг, практически никогда мощность, излучаемая сектором базовой станции, не достигает пиковой величины. Именно с этим и связана относительно небольшая область покрытия на больших скоростях, а также небольшая емкость для высоко- скоростных абонентов.
В качестве модуляции в прямом канале используется QPSK-модуляция.
В обратном канале системы 1Х имеются следующие типы каналов (табл. 2).
Таблица 2 Типы каналов в обратном канале CDMA2000 1Х
В отличие от прямого канала в обратном канале можно выделить следующие типы общих каналов:
• Reverse Pilot Channel(R-PICH);
• Reverse Access Channel(R-ACH);
• Reverse Enhanced Access Channel(R-EACH);
• Reverse Common Control Channel(R-CCCH).
И также следующие типы выделенных каналов:
• Reverse Dedicated Control Channel(R-DCCH);
• Reverse Fundamental Channel(R-FCH);
• Reverse Supplemental Channel(R-SCH);
• Reverse Supplemental Code Channel(R-SCCHT). Общие каналы используются абонентским термина-
лом для связи с базовой станцией и доступа в сеть. Об- ратный пилот-канал используется для первоначального захвата абонентским терминалом базовой станции, трассировки и последующего контроля мощности.
Каналы трафика по своей структуре и функциям аналогичны прямому каналу.
В отличие от прямого канала в обратном канале используется HPSK-модуляция.
ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАДИОИНТЕРФЕЙСА CDMA 2000 1X EV-DO
Такое подробное рассмотрение структуры радиоинтерфейса CDMA 2000 1Х, возможно, утомительно, но совершенно необходимо для понимания принципиальных отличий стандарта CDMA 2000 1Х EV-DO.
Если в стандарте 1Х пропускная способность прямо- го и обратного канала одинакова, то в стандарте EV-DO пропускная способность прямого канала значительно больше. Этому есть достаточно простое объяснение: если стандарт 1Х в основном используется для голоса и данных, т. е. трафик достаточно симметричен, то стандарт 1Х EV-DO рассчитан только на передачу данных, этим и обусловлена большая скорость в прямом канале. Трафик данных не симметричен, обычно абоненты принимают больше информации, чем передают.
Структура каналов EV-DO показана на рис. 4.
Рис. 4. Структура каналов EV-DO
Из рисунка видно, что принципиально структура формирования каналов в данном стандарте практически аналогична стандарту 1Х и сам стандарт обратно совместим со стандартом 1Х. Но кроме этого добавляются специфические каналы, присущие данному стандарту. В прямом канале это каналы оценки активности и контроля мощности обратного канала, а также блокирование канала контроля передачи данных, которое используется сетью для запрещения абонентскому терминалу выбора сектора.
Обратный канал по типу модуляции и структуре полностью аналогичен стандарту 1Х за исключением двух новых логических каналов: информации о скорости передачи данных в обратном канале (абонентский терминал сообщает скорость передачи данных в обратном канале) и контроля передачи данных (DRC). При этом терминал сообщает максимально возможную скорость передачи данных в прямом канале.
Максимальная скорость передачи данных для абонента 1Х EV-DO в прямом канале может достигать величины
2,4 Mбит/с. Такая скорость достижима благодаря принципиальным отличиям прямого канала.
1. В прямом канале используется технология временного разделения абонентов. Технология временного разделения наиболее оптимально подходит для пакетной передачи данных. При этом в прямом канале в стандарте EV-DO используются 16 таймcлотов длительностью по 1,67 мс каждый, в которых и передается абонентская информация. То есть в какой-то момент времени передается информация одного абонента. Это позволяет выделить полную мощность передатчика для каждого конкретного абонента. Нет необходимости контроля мощности в прямом канале. Соответственно в прямом канале нет источников интерференции внутри соты, присутствуют помехи от соседних сот.
2. В зависимости от типа передаваемой информации используется адаптивная модуляция. От типа
модуляции, применяемой в прямом канале, зависит скорость передачи данных, система оценивает
размер кодируемого па кета, состояние радиоинтерфейса и назначает в соответствии с этим вид модуляции QPSK, 8-PSK или 16-QAM.
3. Применяются алгоритмы контроля скорости пере дачи данных. Скорость передачи данных зависит от
состояния радиоинтерфейса в соте, и если в системе 1х для достижения больших скоростей
производилось управление мощностью передаваемой информации, то, так как в системе EV-DO
передаваемая мощность постоянна, производится оценка состояния радиоинтерфейса и быстрая
подстройка скорости передачи данных.
Поясним вышесказанное. Например, абонент закачивает файл данных большого размера или смотрит
по- токовое видео, система сама назначает ему скорость. Абонентский терминал оценивает отношение
сигнал/шум в секторе и вместе с информационным запросом передает индекс DRC, в соответствии с
которым система определяет максимально возможную скорость передачи данных в прямом канале.
Данный индекс динамически меняется во время сеанса в зависимости от уровня интерференции. В
соответствии с количеством бит в кодируемом пакете система назначает вид модуляции, количество
таймслотов и соответственно скорость передачи данных. Таким образом, при значении DRC-индекса
12 и передачи пакетов большого объема скорость передачи данных абонента достигает 2,4 Mбит/с.
При этом он занимает всего лишь один тайм-слот. Вся остальная емкость доступна для других
абонентов. То есть система управляет скоростью передачи и никогда не выделит больше
ресурсов абоненту, находящемуся в худших условиях.
При передаче данных в направлении к базовой станции абонентский терминал принимает
широковещательный RA-канал, в котором содержится информация о загрузке обратного канала. Данный канал
содержится в каждом тайм-слоте. Вместе с данными передается и информация о скорости передачи
в обратном канале, что упрощает работу базовой станции.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Достаточно сложно отразить в статье все нюансы и тонкости радиоинтерфейса 1Х EV-DO, но большие
возможности передачи данных, реализованные в нем, оказались востребованы глобальным рынком. В
настоящее время число пользователей данного стандарта превышает 4,3 млн человек, и он является
самым внедренным стандартом третьего поколения. Абонентам сетей остается надеяться, что сети
IMT-MC-450 перейдут на данный стандарт как можно быстрее и порадуют нас новыми услугами
высокоскоростной передачи данных, потокового видео и сотового телевидения, а также многими
другими.
|
