Системы сотовой связи стандарта CDMA

Эффективная работа системы  с кодовым доступом возможна лишь при условии выравнивания сигнала от различных абонентов на входе базовой станции. Причем чем выше точность выравнивания, тем больше зона покрытия системы.

Следует отметить, что  прямой канал менее подвержен  искажениям сигнала за счет внутрисистемных  помех и многолучевых замираний, так как на БС всегда существует запас по мощности. Поэтому основные проблемы возникают при регулировке мощности в обратном канале -от абонента к БС.

Чем выше точность управления мощностью, тем ниже уровень взаимных помех. В стандарте IS-95 регулировка мощности МС осуществляется в динамическом диапазоне 84 дБ с шагом 1 дБ, т.е. с точностью ±0,5 дБ. Интервал между соседними измерениями равен 1,25 мс. Биты управления мощностью передаются по каналу трафика со скоростью 800 бит/с, Раздельная обработка многолучевых сигналов с последующим их сложением обеспечивает требуемое отношение сигнал/шум в 6-7 дБ. Применение нескольких параллельно работающих каналов при раздельной обработке лучей позволяет осуществить «мягкий» режим переключения  при переходе абонента из одной соты в другую.

Абонентская емкость ячейки системы  CDMA оптимизируется использованием алгоритма регулировки, который ограничивает мощность, излучаемую каждым AT, до необходимого уровня для получения приемлемой вероятности ошибки. В системе предусматриваются три механизма регулировки мощности: в прямом канале - разомкнутая петля; в прямом канале - замкнутая петля; в обратном канале (ОК) - внешняя петля регулирования.

Процесс регулирования  мощности передающих устройств в  ОК (от абонента к БС) заключается в следующем. Каждая ПС непрерывно передает информацию об уровне ошибок в принимаемом сигнале. На основании этой информации БС распределяет излучаемую мощность между абонентами таким образом, чтобы в каждом случае обеспечить приемлемое качество речи. Абоненты, на пути к которым радиосигнал испытывает большее затухание, получают возможность излучать сигнал большей мощности. Основная цель регулировки мощности в ОК - оптимизация площади соты.

В процессе регулирования  мощности в прямом канале (от БС к  абоненту) возможны два варианта регулирования: по открытому циклу (разомкнутая петля) и по замкнутому циклу (замкнутая петля). Схема управления мощностью в прямом канале изображена на рисунке 1.13.

 

 

Рисунок 1.13 - Схема управления мощностью в прямом канале

 

При открытом цикле ПС после включения ищет сигнал БС. После синхронизации ПС по этому сигналу производится замер его мощности и вычисляется мощность передаваемого сигнала, необходимая для обеспечения соединения с БС. Вычисления основываются на том, что сумма уровней предполагаемой мощности излучаемого сигнала и мощности принятого сигнала должна быть постоянна и равна-73 дБ. Этот процесс повторяется каждые 20 мс, но он все же не обеспечивает желаемой точности регулировки мощности, так как прямой и обратный каналы работают в разных частотных диапазонах (разнос частот 45 МГц) и, следовательно, имеют различные уровни затухания при распространении и по-разному подвержены воздействию помех.

При замкнутом цикле возможно точно  отрегулировать мощность передаваемого  сигнала. БС постоянно оценивает вероятность ошибки в каждом принимаемом сигнале. Если она превышает программно заданный порог, то БС дает команду соответствующей ПС увеличить мощность излучения. Регулировка осуществляется с шагом 1 дБ. Этот процесс повторяется каждые 1,25 мс. Цель такого процесса регулирования заключается в том, чтобы каждая ПС излучала сигнал минимальной мощности, достаточный для обеспечения приемлемого качества речи. За счет того, что все ПС излучают сигналы необходимой для нормальной работы мощности, и не более, их взаимное влияние минимизируется, и абонентская емкость системы возрастает. ПС должны обеспечивать регулирование выходной мощности в широком динамическом диапазоне -до 85 дБ.

При процедуре мягкой эстафетной передачи (переходе абонента из зоны обслуживания одной БС в зону другой) схема регулирования мощности несколько иная. ПС принимает одновременно несколько команд управления мощностью от разных БС (обычно двух) и сравнивает их между собой. Если все команды указывают на необходимость увеличения мощности, то ПС последовательно увеличивает свою мощность с шагом 1 дБ.

Система CDMA фирмы Qualcomm рассчитана на работу в диапазоне 800 МГц. Система построена по методу прямого расширения спектра частот на основе 64 видов последовательностей, сформированных по закону функций Уолша. Для преобразования аналогового речевого сигнала в цифровой используется алгоритм CELP со скоростью преобразования 8000 бит/с (9600 бит/с в канале). Возможны режимы работы на скоростях 4800, 2400 и 1200 бит/с. В каналах системы CDMA применяется сверточное кодирование со скоростью 1/2 (в прямом канале) и 1/3 (в обратном канале), декодер Витерби с мягким решением и перемежение передаваемых сообщений. Общая полоса частот канала связи составляет 1,25 МГц. Основные характеристики стандарта CDMA фирмы Qualcomm приведены в таблице 1.4

 

 

 

Таблица 1.4 - Основные технические характеристики стандарта CDMA

Характеристика	Значение
Диапазон частот передачи MS, МГц	824,040-848,860
Диапазон частот передачи BTS, МГц	869,040-893,970
Относительная нестабильность несущей  частоты      BTS	±5x10-8
Относительная нестабильность несущей  частоты MS	±2,5x10-6
Вид модуляции несущей частоты	QPSK (BTS), O-QPSK (MS)
Ширина спектра излучаемого  сигнала, МГц: - по уровню -3 дБ; - по уровню - 40 дБ.	1,25 1,50
Тактовая частота ПСП, МГц	1,2288
Число каналов BTS на одной несущей	1 пилот-канал, 1 канал сигнализации, 7 каналов персонального вызова, 55 каналов связи
Число каналов MS	1 канал доступа, 1 канал связи
Скорость передачи данных, бит/с: - в канале синхронизации  - в канале персонального вызова  и доступа;  - в каналах связи.	1200 9600, 4800 9600,4800,2400, 1200

 

Состав оборудования сетей стандарта  CDMA во многом сходен с составом оборудования сетей стандарта GSM и включает в себя MS и BS, цифровые коммутаторы, центр управления и обслуживания, различные дополнительные системы и устройства. Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется с помощью ряда интерфейсов. Конфигурация сотовой сети  стандарта CDMA представлена на рисунке 1.14 [5].

Одно из важных требований, предъявляемых  к системам второго поколения, - гибкость технологии и возможность ее постепенного развития, проходящего без кардинального изменения существующей инфраструктуры сетей.

Версия IS-95B основана на объединении нескольких каналов CDMA, организуемых в прямом направлении (от базовой станции к мобильной). Скорость может увеличиваться до 28,8 кбит/с (при объединении двух каналов по 14,4 кбит/с) или до 115,2 кбит/с (8 каналов по 14,4 кбит/с). Сети на основе IS-95B смогут обеспечивать доступ в Internet до появления систем третьего поколения. Однако для того, чтобы предоставлять услуги пакетной передачи, контроллер БС необходимо дооснастить маршрутизатором. В спецификациях стандарта предусмотрено качественное улучшение характеристик обслуживания за счет снижения потерь при переходе абонента от одной БС к другой, а также повышение точности контроля мощности до 0,25 дБ, организация каналов приоритетного доступа и другие усовершенствования.

 

 

MS -подвижная станция.                                      

BTS- базовая станция.                                          

SU -устройство выбора кадра.                             

MSC -центр коммутации подвижной связи.      

BSC -контроллер базовой станции.                    

ОМС -центр управления и обслуживания.

DB -база данных.

PSTN -телефонная сеть общего пользования.

ISDN -цифровая сеть с интеграцией служб.

PDN - сеть пакетной коммутации.

 

Рисунок 1.14–Конфигурация сети стандарта  CDMA