Лекция Сотовая система связи 2-го поколения CDMAOne

Общие представления о системах с кодовым разделением каналов. Стандарт CDMAOne (IS-95) Передача MSBS МГц Передача BSMS МГц 20 дуплексных каналов Число каналов на несущей 55 Метод модуляции QPSK, DQPSK Канальный разнос 1250 кГц

Теоретические основы функционирования сетей связи с кодовым разделением каналов Сложные сигналы: B = ΔF x T ΔF – ширина спектра сигнала, T – длительность сигнала

Преобразования ширины спектра сигналов

Преимущества сигналов с большой базой Высокая помехозащищенность систем связи Эффективная борьба с искажениями в канале связи Одновременная работа многих абонентов в общей полосе частот за счет кодового разделения каналов Совместимость передачи информации одновременно с измерением параметров движения объектов Более эффективное использование спектра частот на ограниченной территории

Основные способы расширения базы сигналов Быстрое скачкообразное изменение несущей частоты (каждый символ передается набором дискретных частот) Прямое расширение спектра частот (умножение узкополосного сигнала на псевдослучайную последовательность (ПСП)) Условия для организации систем со сложными сигналами: Расширение базы сигнала посредством кода Кодовая синхронизация передающей и приемной сторон Уровень взаимных помех в системе не выше порогового Применение оптимальных кодовых последовательностей с целью улучшения характеристик системы

а) кодовый модулятор б) информационный сигнал в) кодовая последовательность г) информационный сигнал, манипулированный кодом д) фазомани- пулированный сложный сигнал е) комплексная огибающая фазоманипули- рованного сигнала

Принцип CDMA

Выбор кодовых последовательностей Прямой канал (от БС к МС) поддержка тактовой и кадровой синхронизации адресных последовательностей рабочих каналов одной БС. На входе приемника МС сохраняется режим синхронизации – адресные последовательности – ансамбли ортогональных сигналов – функции Уолша Обратный канал (от МС к БС) У адресных последовательностей разных МС сдвиги произвольные. Бинарные коды на основе М-последовательностей с хорошими свойствами периодической автокорреляционной функции

Характеристика канала связи Зона действия сотовой связи – города и пригороды – сильно различается плотность застройки МС обычно находятся вне зоны прямой радивидимости БС, сигналы к МС приходят в ходе переотражений и дифракции МС постоянно в движении, во время сеанса связи вносятся доплеровские частотные сдвиги Многолучевое распространение – МС принимает множество интерферирующих сигналов - копий

Вследствие указанных явлений возникают: Затухания сигналов Медленные замирания Быстрые замирания

Затухания сигналов Расчет средних потерь мощности на трассе (потери зависят от дальности связи, типа и плотности застройки, несущей частоты) 1) Модель Окумуры-Хата (не учитывает этажность зданий, ширину улиц) 2) Модель Кся-Бертони (на основе уравнений волновой оптики) Учитывает отражение от стен зданий, дифракцию на кромках крыш

Медленные замирания Возникают из-за перемещения абонента на большие расстояния (больше 10 длин волн) Моделируются логарифмическим нормальным законом Быстрые замирания (интерференция в локальной зоне) Моделируются законом распределения Релея- Райса

CDMAOne Bсимв=19.2 ксимв./с Вчип= Мчип/с SF=64 - коэффициент расширения спектра

От БС к МС Каналообразующие последовательности - 64 ортогональные последовательности функций Уолша Скремблирующие коды – m-последовательности L= элементов закрывают БС со сдвигом на 64 элемента. Всего 512 БС Длинный скремблирующий код L= для выделения и шифрации отдельных каналов

Спектры сигналов на входе и выходе приемника

Структура передающего тракта БС CDMAOne

Структура передающего тракта МС CDMAOne

Принцип построения Rake-приемника

Преимущества CDMA Высокая эффективность использования канального ресурса. Возрастание пропускной способности сети. Пониженная мощность абонентских и базовых станций. Меньший уровень помех для других электронных устройств. Упрощение частотного планирования. Все базовые станции используют один и тот же канальный ресурс. Простота изменения скоростей передачи «вверх» и «вниз» для различных абонентов. Поддержка ассиметричных видов передачи информации. Мягкий хэндовер. Снижение числа обрывов связи из-за хэндовера. Улучшение качества связи при передачи данных, видеосигналов и мультимедиа. Использование Rake-приемника для выделения и обработки наиболее сильных сигналов при многолучевом распространении. Улучшение качества передачи телефонии за счет устранений замираний при многолучевом распространении. Упрощение передачи каналов управления.

Сложности в реализации сетей CDMA Жесткие требования к синхронизации кодирующих последовательностей в приемниках. Необходимость когерентной обработки принятых сигналов. Необходимость быстрой регулировки мощности передатчика мобильной и базовой станций. Зависимость дальности связи от скорости передачи и скорости перемещения абонента. Динамические снижения качества связи при перегрузке соты. Необходимость адаптивного управления сетью в реальном времени. Необходимость в сетях на основе CDMA временной синхронизации всех базовых станций от системы глобального позиционирования GPS.