Основные принципы

В основе WCDMA лежит метод расширения спектра прямой последовательностью (DSSS), принцип которого иллюстрируют рис. 4.1 и 4.4. Предположим, что происходит передача сигнала от базовой станции БС к мобильной станции МС. На базовой станции происходит перемножение передаваемого сигнала со скоростью с широкополосным сигналом. В результате, сигнал расширяет свой спектр, образуя сигнал с полосой частот.Принцип расширения спектра прямой последовательностью DSSS В мобильной станции происходит перемножение принимаемого сигнала с таким же широкополосным сигналом. Теперь если широкополосный сигнал, генерируемый мобильной станцией, синхронизирован с кодом расширяющего сигнала, будет получен исходный сигнал плюс некоторые высокочастотные составляющие. Высокочастотные составляющие, не составляющие часть исходного сигнала, могут быть легко отфильтрованы. Однако, если на входе МС появляется какой-либо нежелательный сигнал, то он будет подавлен расширяющим сигналом; при этом выполняются те же самые действия, что и с исходным сигналом на базовой станции, т. е. происходит расширение до полосы частот расширяющего сигнала.

 

 

Несущая частота WCDMA одного направления и ее параметрыПринцип действия метода WCDMA более устойчив, гибок и хорошо помехозащищен, надежен в отношении радиоподавления и перехвата. Однако, для реализации своих преимуществ, WCDMA занимает более широкую полосу частот по сравнению с обычной CDMA. Благодаря этому WCDMA способен использовать на радиоинтерфейсе Uu несколько каналов. Эффективная полоса частот на радиоинтерфейсе WCDMA равна 3.84 кГц, а вместе с защитными полосами составит 5 МГц, см. рис. 4.2.
Кроме того, планируется возможность работы системы WCDMA в различных диапазонах частот, приведенных в таблице 4.1.

 

Рабочие полосы, выделенные 3GPP для систем с ЧРД

В схеме WCDMA, аналогично схеме с прямым расширенном спектра DS-CDMA,  на передающей стороне сигнал данных  скремблируется псевдослучайной последовательностью ПСП для расширения сигнала абонента на всю полосу. На приемной стороне принимаемый сигнал извлекается с помощью точно такой же кодовой последовательности. Исходя из принципов теории информации, можно получить несколько упрощенных выводов:

•     Передаваемая информация представлена определенной мощностью.
•    Чем шире полоса, задействованная при передаче информации, тем меньше мощность, представляющая передаваемую информацию  в области передаваемой полосы частот. Другими словами, общая мощность в данном случае представляет  интеграл по передаваемой полосе частот.
•    Чем больше передается информации, тем большая мощность требуется. Следовательно, при моментальном всплеске энергии мощность также возрастает. В этом смысле отметим, что с увеличением скорости передачи исходного сигнала, требуется большая мощность.

Радиоинтерфейс WCDMA и обработка бит

Принимая во внимание все выше сказанное  и объединив это с информацией, представленной на рис. 3.12., можно получить представление, как в WCDMA происходит обработка одного элемента данных абонента — «бита».

На радиоинтерфейсе можно сравнить с «ящиком» каждый исходный информационный бит, объем которого постоянен, а размеры изменяются в зависимости от ситуации. При рассмотрении рис. 4.3 видно, что при WCDMA глубина ящика (полоса частот) — это величина постоянная. Два других измерения (ширина и высота), мощность и коэффициент расширения — величины переменные. Исходя из этого, можно сделать следующие выводы:

•    Чем больше расширяется сигнал, тем все меньше энергии приходится на один бит (мощность). Это верно при невысокой скорости исходного потока бит. Другими словами, коэффициент расширения возрастает, а мощность убывает.
•    Чем меньше коэффициент расширения, тем все больше энергии приходится на один бит. Это верно при высокой скорости исходного потока бит. Другими словами, коэффициент расширения убывает, а мощность возрастает.

В WCDMA предметом путаницы является понятие «бит»: что является битом и что им не является во всех случаях. Понятие «бит» относится к информационным битам: это те «биты», которые возникают непосредственно в исходном потоке данных пользователя. Бит, появившийся в коде, используемом для расширения, называется «чип».  Используя эти понятия, представим основные свойства WCDMA.
Бит, чип и символ, а также порядок прохождения сигнала в WCDMA
Скорость следования бит в кодах, которые используются для расширения исходного сигнала, по определению равняется 3,84 Мбит/с. Эта величина является постоянной во всех вариантах исполнения WCDMA, используемых в сетях 3GPP. Данный параметр называется «системной скоростью чипов» SCR и равен 3,84 Мчип/с (мегачип в  1 секунду). При такой скорости длительность одного чипа во времени равняется 1/384000=0,00000026041 сек.

Как упоминалось выше, основная идея WCDMA состоит в том, что сигнал, передаваемый по радиотракту, формируется путем перемножения исходного цифрового сигнала с другим сигналом со значительно большей скоростью бит. Поскольку оба этих сигнала содержат биты, то на приемной стороне должно  обеспечиваться четкое разделение по типам принимаемых бит (см. рис. 4.4). Таким образом:

•    Информация на радиоинтерфейсах передается символами. Символ появляется в результате модуляции. Перед модуляцией поток данных абонента, который состоит из бит, подвергается сначала канальному кодированию, затем, сверточному кодированию, а затем и согласованию скоростей (см. рисунок 4.3. где куб в середине рисунка представляет один символ). В зависимости от вида модуляции символ представляется различным числом бит. В случае использования DS-WCDMA-FDD один символ, передающийся в восходящем направлении, (uplink) представляет один бит, а один символ, передающийся в нисходящем направлении (downlink), представляет два бита. Эта разница возникает из-за различных методов модуляции, используемых в восходящем и нисходящем направлениях.

•   Один бит, используемый в умножающей кодовой последовательности, называется «чипом».

 

Но каким образом можно зафиксировать нужный сигнал на приемной стороне? Процесс, по существу, весьма прямолинеен: для выделения необходимого сигнала каждый приемник использует свой собственный уникальный код. Происходит перемножение принимаемого сигнала с собственным кодом приемника, в итоге на выходе схемы умножения приемника получается исходный сигнал, который поступил на вход схемы перемножения на передаче. Если перемножаются нужный принимаемый сигнал и верная кодовая последовательность, то в результате после процесса интегрирования будут наблюдаться данные с отчетливыми пиками сигнала; в противном случае после процесса интеграции данных в них не будут содержаться ярко выраженные пики сигнала, необходимые для последующей обработки.

То, насколько расширится сигнал, будет зависеть от используемого коэффициента расширения. Коэффициент расширения — это множитель, показывающий, сколько чипов будет использовано на один символ в радиотракте WCDMA. Коэффициент К расширения может быть выражен в следующем виде:

formula1

при к - 0, 1, 2, 8.

Например, при к = 6 коэффициент расширения будет равен 64. Это означает, что в восходящем направлении радиотракта WCDMA один символ использует 64 чипа (см. таблицы 4.2 и 4.3). Другое наименование коэффициента расширения ? выигрыш от обработки Gp, который может быть выражен как функция используемой полосы частот:

formula2

где Buh — полоса частот на интерфейсе Uu, а Вв — полоса частот, согласованная со скоростью исходных данных. Другими словами, Вв всегда содержит избыточную информацию в виде канального кодирования и защиты от ошибок. Исходя из приведенных выше соотношений и принимая во внимание разницу числа бит, которое приходится на один символ несущей в восходящем и нисходящем направлениях, мы можем рассчитать скорость передачи в битах, предоставляемую WCDMA.

Соотношение коэффициента расширения, скорости следования символов и бит в восходящем направлении

Соотношение коэффициента расширения, скорости следования символов и бит в нисходящем направлении

Эти таблицы показательны тем, что из них видно, как доля данных пользователя (полезной нагрузки) зависит от используемой конфигурации радиоканала.

В системе WCDMA используется несколько типов кодов. Теоретически достаточно одного типа кода, на практике же физические характеристики радиотракта вынуждают использовать в системе WCDMA для разных целей разные коды. Эти коды имеют такие свойства, как ортогональность и автокорреляция, что делает их пригодными для их специфических целей. Существует три основных вида кодов: каналообразующие, скремблирующие и расширяющие коды. Использование кодов показано в таблице 4.4.

Типы кодов WCDMA

Другим предметом путаницы, связанной с WCDMA, — является тот факт, что одно и то же понятие может встречаться под разными наименованиями. Эта путаница наименований происходит и при использовании кодов. Например, в зависимости от типа используемого скремблирующего кода, коды могут называть по-разному: они известны как «золотые коды» (данный термин часто используется во многих технических статьях по радиотракту) и «длинные коды». В противовес этому наименование «скремблирующие коды» представляется предпочтительным. В направлении нисходящих линий (downlink) скремблирующие коды используются для разделения сот и секторов. Скремблирующие коды используются и в восходящем направлении. В этом случае мобильные абоненты (т. е. их мобильные телефоны) разделяются друг от друга с помощью скремблирующего кода.

Так как поток абонентских данных занимает всю полосу частот, то правильный сигнал может быть принят с минимальными искажениями. Для того чтобы осуществить разделение различных передаваемых сигналов, распределенных по всей полосе частот, используют расширяющие коды. Расширяющие коды представляют из себя уникальные, однозначные кодовые последовательности, которые выделяются сетью перед началом выполнения операций. Их можно так же рассматривать как «ключи», которые используются между мобильным телефоном и сетью. Оба конца соединения используют данный «ключ» для открывания передаваемого шумоподобного широкополосного сигнала. Или, если говорить точнее, для выделения нужной широкополосной передачи из полосы частот, т.к. передающий тракт может содержать множество соединений мобильной сети.

С точки зрения расширяющих кодов емкость соты напрямую зависит от числа скремблирующих кодов, выделенных на данную соте в нисходящем направлении (минимум равен 1). Каждый скремблирующий код имеет свой набор каналообразующих кодов, а каждая сота и каждая операция по обработке в свою очередь требуют для работы один каналообразующий код. На практике один расширяющий код фактически равняется скремблирующему коду, умноженному на каналообразующий код. Если каналообразующий код не используется, то расширяющий код будет такой же, как и скремблирующий код. Таким образом, расширяющий код напрямую зависит от типа доставляемой информации. Обычная информация, передаваемая в соте в направлении мобильных терминалов, использует несколько каналообразующих кодов из заданного множества.

 

Поиск по сайту

Регистрация / Вход

Голосование

Какому вендору 3G оборудования Вы больше доверяете

Все права защищены.
По всем вопросам обращаться по e-mail: poshtax@yandex.ru