Качество в сети СПС как залог безопасной и точной навигации – тема научной статьи по компьютерным и информационным наукам читайте бесплатно текст научно-исследовательской работы в электронной библиотеке КиберЛенинка

Сотовая система подвижной радиосвязи с кодовым разделением каналов стандарта is-95

Первая система мобильной радиосвязи общего пользования с кодовым разделением каналов была создана компанией ualcomm. Основными целями разработки были увеличение пропускной способности сотовой системы как минимум на порядок и улучшение использования выделенного частотного спектра.

Технические требования к системе CDMA определены в ряде стандартов Ассоциации телекоммуникационной промышленности (TIA):

• IS-95- радиоинтерфейс CDMA;
• IS-96- голосовые услуги CDMA;
• IS-97- мобильная станция CDMA;
• IS-98- базовая станция CDMA;
• IS-99- услуги передачи данных CDMA.

Ualcomm предоставляет систему CDMA, которая позволяет сотовым системам D-AMPS и N-AMPS работать в диапазоне 800 МГц. Руководства TIA IS-19, S-20 и C-54.

Безопасность или конфиденциальность – это свойство технологии CDMA, поэтому в некоторых случаях операторам сотовых сетей не потребуется оборудование для шифрования сообщений.

Система CDMA ualcomm построена на принципе прямого расширения частотного спектра, образованного с помощью 64 последовательностей. Для передачи голосовых сообщений выбрано устройство с алгоритмом CELP, скорость преобразования 8000 бит/с (9600 на канал). В режимах 4800, 2400 и 1200 бит/с возможно изменение скорости в зависимости от тарифа.

Конволюционное кодирование используется в каналах C DMA на 1/2 (в канале базовой станции) и 1/3, с декодером Витерби, обеспечивающим мягкое решение. 1,25 МГц – общая полоса пропускания сигнала. В таблице 10.1 приведены основные характеристики стандарта CDMA ualcomm, а также технические характеристики сетевого оборудования.

С помощью последующего взвешивания и раздельной обработки отраженных сигналов с различными задержками стандарт значительно снижает негативное влияние многолучевости. Для каждого канала приема используются четыре параллельных коррелятора, причем на мобильной станции одновременно работают три.

Две или более базовых станций могут осуществлять мягкий режим “эстафетной передачи”. Транскодер, часть основного аппарата, которая работает с ним последовательно кадр за кадром (рис. 10.2. ).

Преимущество выбора наилучшего кадра заключается в том, что вырабатываемый им сигнал можно производить при непрерывном переключении и последующем “склеивании” кадров. Мягкое переключение гарантирует высокое качество приема голосовых сообщений и исключает прерывание сеанса связи.

На рис. 10, 7 представлена обобщенная структурная схема сотовой мобильной радиосети CDMA (BTS), фундаментальные компоненты которой сравнимы с теми, которые встречаются в мобильных сетях, использующих частотно-временное разделение каналов, таких как GSM или DCS-1800;

Таблица 10.1

Главной особенностью сети CDMA является то, что на ее основе устанавливаются устройства оценки качества и выбора кадров (SU). Кроме того, вводятся линии передачи для реализации процедур мягкой коммутации между базовыми станциями (SU) и BSC.

C DMA-протоколы используют логический канал для установления соединения.

В CDMA каналы, используемые для приема и передачи базовой станции, называются прямым и обратным каналами соответственно. На рисунке 10.8 показана организация каналов в стандарте CDMA IS-95.

Прямые каналы связи с использованием технологии CDMA:

• Ведущий канал – используется мобильной станцией для начальной синхронизации с сетью и управления сигналами базовой станции по времени, частоте и фазе;
• Канал синхронизации обеспечивает идентификацию базовой станции, уровень передачи пилот-сигнала, а также фазу псевдослучайной последовательности базовой станции. После завершения вышеуказанных этапов синхронизации начинаются процессы установления соединения;
• Вызывной канал используется для вызова мобильной станции. После получения сигнала вызова мобильная станция передает сигнал подтверждения на базовую станцию, после чего канал вызова передает информацию об установлении соединения и назначении канала связи на мобильную станцию. Канал персонального вызова начинает работать после получения мобильной станцией всей системной информации (несущей частоты, тактовой частоты, задержки сигнала на канале синхронизации);
• Канал прямого доступа – предназначен для передачи голосовых и информационных сообщений и управляющей информации от базовой станции к мобильной станции.

Реверсивные каналы в CDMA:

• Канал доступа – обеспечивает связь между мобильной станцией и базовой станцией, когда мобильная станция не использует канал связи. Канал доступа используется для установления вызовов и ответов на сообщения канала вызова, команды и запросы на регистрацию в сети. Каналы доступа объединяются в пучок (связку) с каналами вызова
• Канал обратного трафика – обеспечивает передачу голосовых сообщений и управляющей информации от мобильной станции к базовой станции.

Этапы установки типичного соединения (входящий вызов на мобильную станцию) показаны на рисунке 10.1.

Рис. 10.10. процесс прохождения обычного вызова (исходящий сигнал мобильной станции).

Базовая станция может одновременно передавать 64 канала: 2 для синхронизации, 7 для личных вызовов (Paging), а остальные 55 для голосовых сообщений.

Каждый из 64 каналов передает сигнал в одном и том же порядке. На каждый канал приходится 64 последовательности Уолша. Фаза последовательности Уолша поворачивается на 180 градусов при изменении знака бита информационного сообщения.

. Поскольку последовательности взаимно ортогональны, помехи между каналами передачи одной базовой станции отсутствуют Помехи каналам передачи базовой станции создают только соседние базы, которые работают в том же радиочастотном диапазоне и используют тот же MTP.

Ортогональные сигналы используются в мобильных станциях для сжатия канала, а не для повышения помехоустойчивости. Каждая группа содержит примерно 64 части, если группа из 6 бит информации соответствует одной ортогональной последовательности Уолша.

В стандартной сети CDMA помехи от базовых станций и других абонентских станций влияют на верхнюю полосу пропускания. Снижение общего уровня помех необходимо при построении сети с кодовым разделением.

Скорость передачи сообщений постоянна и равна C. Предполагая наличие K активных абонентов в соте, все мобильные станции работают на общей частоте F. Когда отношение сигнал/шум определяется выражением, значение будет равно:

Где (K-1) * P0 – уровень сигнала от других активных станций.

Отношение битовой энергии E0 к спектральной плотности шума N может быть определено выражением

База сигнала В равна отношению F/C тогда и только тогда, когда

Сколько активных абонентов в соте системы CDMA имеет система CDMA

При условии, что уровни сигналов от всех абонентских станций на входе базовой станции будут примерно равны и близки к минимуму (P0).

В предлагаемых условиях системы CDMA необходимо регулировать уровни мощности сигналов мобильных станций, когда они принимаются базовой станцией.

Стандарт IS-95 изменяет уровень мощности сигнала мобильной станции в динамическом диапазоне от 85 дБ до 1 дБ. Это позволяет мобильным станциям передавать свой сигнал на базовую станцию практически с одинаковой мощностью независимо от расстояния.

В недостатках систем “Uualcomm” можно обвинить некоторые компоненты системы управления уровнем мощности мобильной станции. Требование использовать ячейки одинакового размера повсеместно для предотвращения помех от сигналов мобильных станций с близлежащих спутников является фундаментальным недостатком CDMA. Релейная передача в этом случае является проблемой.

По сравнению с обычными аналоговыми сотовыми сетями, стандарт CDMA позволяет увеличить емкость сети:

• Увеличить количество каналов на МГц выделенной полосы частот;
• Увеличить повторное использование каналов связи на определенной территории.

Второй подход в GSM реализован как переход от частотного разделения каналов к временному. В каналах GSM допустимое отношение сигнал/помеха составляет 9 дБ вместо 17-18 дБ для аналоговых систем.

Стандарт C DMA допускает использование одной частоты во всех сотах. Увеличение пропускной способности в этом сценарии в 7-10 раз больше, когда коэффициент повторного использования частоты для CDMA составляет (k = 1 или k = 4)[15; 16].

Еще одним фактором, способствующим уменьшению помех в системе CDMA и увеличению ее пропускной способности, является использование системы прерывистой речи, основанной на применении детектора речевой активности или кодера с алгоритмом CELP.

Во время перерыва в сеансе разговор активен только на 35%, а остальные 60% отведены на прослушивание сообщений другой стороны и паузы [15]. Помехи в системе снижаются, а общая мощность системы CDMA увеличивается в результате того, что мобильная станция излучает сигналы только в периоды речевой активности.

I S-95: кадры (рис. 11, 14). Используемые принципы приема позволяют анализировать ошибки в каждом информационном кадре. Если количество ошибок превышает допустимый уровень, что приводит к недопустимому ухудшению качества речи – кадр стирается (frame erasure).

Рисунок 17 демонстрирует, что от значения отношения e0 /N1, с учетом модуляции и смешивания, коэффициент ошибок, или “частота потери битов”, однозначно связан с отношением энергии информационного символа к спектральной плотности шума E0 /N1/ (белого шума).

В ячейке с увеличением числа активных абонентов из-за взаимных помех отношение E0 /N0 уменьшается, а коэффициент ошибок увеличивается. В зависимости от этого компании устанавливают свои допустимые значения коэффициента ошибок. Например, компания Motorola считает приемлемым коэффициент ошибок CDMA 1%, с учетом замираний. При этом емкость аналоговых AMPS систем в среднем в 15 раз больше, чем у CDMA систем.

Коэффициент ошибок 10% – это то, что предполагает ualcomm. Одна из причин, по которой ualcomm утверждает, что пропускная способность CDMA в 20-30 раз больше, чем аналоговых каналов, заключается именно в этом.

При соотношении E0 /N0) допускается коэффициент ошибок 1%. На рис. 18 показана зависимость количества активных каналов связи (TCN) для обратного канала от соотношения E0 /N0