Доклад: Мобильная связь
Технология повышает эффективность работы системы в 7-11 раз, позволяя по трем каналам связи передавать информацию до 20 пользователей (а в некоторых версиях по 19 каналам до 208 пользователей). За счет уплотнения и интерполяции речевого сигнала коэффициент полезного использования временного интервала увеличивается от 11 до 17 раз. Емкость системы увеличивается в 5,2 раза (при неблагоприятных условиях наличия помех) и в 8,6 раз (при благоприятных условиях).
Технология множественного доступа к системе с пространственным разделением каналов SDMA ( Space Division Multiple Access ) разрабатывается в рамках Европейской программы COST 231 (ПРОЕКТ TSUNAMI) и использует концепцию "смарт" антенн (smart - дословный перевод: сообразительный, интеллектуальный). В целях увеличения зоны обслуживания базовых станций, улучшения качества передачи и уменьшения мощности, излучаемой подвижными станциями, технология предполагает использование систем с адаптированными антенными решетками (АФАР). И хотя оборудование уже появляется на рынке и преимущества технологии очевидны (по-видимому, за ними -будущее), некоторые вопросы требуют исследований и анализа, в частности, разработка оптимальных алгоритмов работы, оптимального взаимодействия прямого и обратного каналов трафика, оптимального приема сигналов при многопутевом распространении маркетинговых исследований в части возможного увеличения объема и стоимости аппаратуры и обоснованности решения о ее использовании.
Технология адаптивного назначения каналов связи АСА ( Adaptive Channel Allocation ) практически устранит необходимость планирования частот, облегчает изменение и расширение сети, решает проблему перегрузок трафика и повышает качество обслуживания пользователей. Цель технологии - оптимальный выбор канала с наилучшим качеством выполнения услуг. Использование технологии становится особенно актуальным в системах со сложной архитектурой и при уменьшении радиусов сот (микросот) при соответственно увеличивающемся потоке выполнения функций передачи управления (handover (off)).
Различают медленно и быстро действующие функции АСА. Задача медленно действующей функции АСА - адаптирование частотного плана, исходя из усредненного состояния трафика и помеховой остановки. Задача быстро действующей АСА -оперативное назначение каналов связи, исходя из конкретного состояния интерфейса на момент выполнения функции и опираясь на результаты работы медленно действующей АСА. Достаточно перспективно направление - совместное использование комбинации функций АСА и регулировки мощности PC (PowerControl), улучшающей помеховую обстановку в окружающем пространстве в момент выполнения функции адаптивного назначения канала. Использование технологии АСА позволяет повысить емкость системы в 2-3 раза.
Преимущества технологии очевидны, и в рамках стандарта IS-136 предусмотрено его введение уже в ближайшее время. Однако при адаптивном назначении каналов достаточно критичен правильный выбор алгоритма работы, т.к. затруднен контроль качества выполнения услуг и емкость системы.
Технология создания пилот-каналов. Для обеспечения стабильной работы системы предлагается ввести в систему со сложной архитектурой пилот-каналы, содержащие необходимую информацию о сети, информацию для ее быстрой идентификации, сведения о ее внешней и внутренней инфраструктуре и т.д. Во избежание воздействия случайных помех на работу системы предлагается иметь, по крайней мере, два дубликата пилот-канала на верхней и нижней частотах отведенного спектра. Для стабильной работы системы рекомендуется регулярная передача фрейма пилот-канала
Предполагается следующий алгоритм работы системы. При включении подвижная станция должна настроится на один из двух пилот-каналов, синхронизироваться, демодулировать сигнал и
получить необходимую информацию о системе. Эта информация позволит подвижной станции лучше и оперативнее синхронизировать работу на первом (физическом) уровне управления и подготовиться к получению дальнейшей информации от какой-либо конкретной соты после соответствующей синхронизации с ее каналом управления.
Технология динамической регулировки каналов. Для оперативного изменения объема передаваемой информации предлагается использовать динамическую регулировку временного слота канала управления. В частности, после установки вызова и во время его выполнения можно соответствующим образом изменять длительность слота передачи информации канала управления и подстраивать его под конкретный трафик, необходимый в каждый конкретный момент времени. Формат каждого фрейма точно мультиплексируется в зависимости от потребностей, это позволит при необходимости добавлять информацию, обеспечивающую стабильную работу системы, например, о близости расположения границ сот и т.д.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕДАЧИ РЕЧИ
Совершенствование технологии кодирования речи. Используемый в системе D-AMPS метод кодирования речи VSELP со скоростью 7,95 кбит/с, разработанный ф. Motorola, обеспечивает достаточно высокое качество передачи речи. Качество передаваемого сигнала, оцениваемое по пятибалльной шкале усредненной субъективной оценки MOS, равно 3,435 балла (для сравнения - стандартная скорость кодирования в 64 кбит/с оценивается по этой шкале в 4,116 балла). Все более и более актуальным становится снижение скорости кодирования, но при сохранении качества передачи. Поэтому следует ожидать использование в системах других алгоритмов кодирования. С этой точки зрения привлекает внимание разработанный недавно фирмами Audio-codes и DSPGroup масштабируемый алгоритм кодирования MPMLQ (MultipulseMaximumLikety - hoodQuantization), позволяющий разрабатывать оборудование со скоростями кодирования вплоть до 4 кбит/с при задержках, непревышающих 20 мс. Усредненная оценка MOS в 3,901 балла ясно иллюстрирует преимущества этой технологии.
Речевой кодек. Аналоговый речевой сигнал преобразуется в речевую форму VSELP (VectorSumExcitedLinearPrediction) кодером. Речевой сигнал разбивается на сегменты по 20 мс, которые преобразуются в 159 кодированных бит, передаваемых со скоростью 7,95 кбит/с. Метод кодирования VSELP, разработанный ф. Motorola, обеспечивает достаточно высокое качество передачи речи. Качество передаваемого сигнала, оцениваемое по пятибалльной шкале усредненной субъективной оценки MOS (MeanOpinionScore), равно 3,435 балла (см. рис. "Речевой кодек").
Канальный кодер. Для канального кодирования используется сверточный код со скоростью r = 1/2. В этом процессе пакет в 159 бит от речевого кодера разбивается на две группы бит: класс 1-77 бит, класс 2-82 бита. В группе бит 1 класса осуществляется указанное сверточное кодирование, причем 7 бит используются для обнаружения ошибок, биты второго класса передаются без кодирования. В результате преобразований в канальном кодере речевой фрагмент 20 мс представляется 260 битами, что соответствует скорости передачи 13 кбит/с (см. рис. "Канальный кодер"),
Характеристика перемежения. Пакет из 260 бит подвергается перемежению. Любой речевой фрагмент разбивается на две равные части. Одна из этих частей передается в исходном окне фрагмента, а другая - в окне, сдвинутом на 3 окна (например, в окнах 1 и 4). Следующий фрагмент речи, длительностью 20 мс, передается в окне 4 и в окне 1 в следующем кадре (см. рис. "Характеристика перемежения").
Формирование ТРМА-кадра. Структура TDMA-кадров в прямом и обратном каналах для стандарта с полускоростным речевым каналом представлена на рис.
Модуляция сигналов в радиоканале. Для передачи сообщений по РК используется спектрально-эффективная П/4 DQPSK-модуляция, реализуемая квадратурной схемой с прямым переносом на несущую частоту (см. рис. "П/400Р8К-модуляция").
Формирование сигналов четырехфазной ФМ (ФМ-4).
Поясним работу квадратурной схемы на примере формирования сигналов четырехфазной ФМ (ФМ-4).
Исходная последовательность двоичных символов длительностью Т при помощи регистра сдвига разделяется на нечетные импульсы у, которые подаются в квадратурный канал (coswt), и четные - х, поступающие во входы соответствующих формирователей манипулирующих импульсов, на выходах которых образуются последовательности бипомерных импульсов X(t) и Y(t). Манипулирующие импульсы имеют амплитуду Um/ 2 и длительность 2Т. Импульсы X(t) и Y(t) поступают на входы канальных перемножителей, на выходах которых формируются двухфазные (О, П) ФМ колебания. После суммирования они образуют сигнал фм-и (см. рис. "Формирование сигналов четырехфазной ФМ (фм-и)).
Четырехфазная ФМ со сдвигом (OQPSK-OffsetQPSK) позволяет избежать скачков фазы на 180 и => глубокой модуляции огибающей. Формирование сигнала в квадратурной схеме происходит также, как и в модуляторе ФМ-4, за исключением того, что манипуляционные элементы информационной последовательности X(t) и Y(t) смещены во времени на длительность одного элемента Т.
4 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РАДИО-
ТЕЛЕФОНОВ СТАНДАРТОВ AMPS И D- AMPS
4.1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АНАЛОГОВОГО
КАНАЛА РАДИОТЕЛЕФОНА
 |
Рисунок 3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АНАЛОГОВОГО КАНАЛА
Структурная схема радиотелефона аналогового стандарта ETACS представлена на (рисунке 3). Передающий и приемный блоки выполнены по классической схеме. Приемное устройство представляет собой супергетеродинный приемник с двойным преобразованием частоты. Входной сигнал поступает в полосовой фильтр на ПАВ, выделяющий принимаемый сигнал и ослабляющий помехи. Отфильтрованный сигнал fС (869 – 894 МГц) поступает в малошумящий усилитель (МШУ) и после усиления подается в смеситель. На второй вход последнего с синтезатора частот поступает сигнал гетеродина, fПРМ (914 – 939 МГц). Полученный сигнал первой промежуточной частоты fПР (45 МГц) поступает в усилитель первой промежуточной частоты УПЧ1 и после усиления фильтруется полосовым фильтром на ПАВ. Отфильтрованный сигнал fПР поступает во второй смеситель. В него же с гетеродина Г поступает сигнал fГ Полученный в результате гетеродинирования сигнал второй промежуточной частоты fПР2 частотой 450 kГц фильтруется полосовым фильтром на ПАВ и усиливается усилителем УПЧ2. Усиленный до необходимого уровня сигнал поступает в фазовый демодулятор, где выделяются сигналы управления и речевой сигнал. Последний поступает в усилитель УНЧ и далее — на громкоговоритель. Сигналы управления обрабатываются процессором CPU.
Аналоговый сигнал, поступающий с микрофона, усиливается усилителем УНЧ до необходимого уровня и поступает в фазовый модулятор Гфц как сигнал fМОД . Промодулированный сигнал fФМ частотой 90 МГц через полосовой фильтр на ПАВ поступает в смеситель. В него же с синтезатора частот приходит сигнал fпрд (914–939 МГц). С выхода смесителя сигнал fс1 через полосовой керамический фильтр поступает в усилитель мощности класса С, обеспечивающий максимальный КПД передатчика. Усиленный сигнал через регулятор мощности УМ и полосовой керамический фильтр поступает к антенне. Обработка сигналов управления, опрос клавиатуры, формирование необходимых частот и вывод информации на дисплей происходит под управлением центрального процессора. Синтезатор частоты позволяет получать высокостабильные сигналы частот всего используемого диапазона.
4.1 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СОТОВОГО
КАНАЛА РАДИОТЕЛЕФОНА
Рисунок 4. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СОТОВОГО КАНАЛА
Речевое кодирование - аналоговый речевой сигнал преобразуется в цифровую форму VSELP (VectorSumExcitedLinearPrediction) кодером (Рисунок 4). Речевой сигнал разбивается на сегменты по 20 мс, которые преобразуются в 159 кодированных бит, передаваемых со скоростью 7,95 кбит/с. Метод кодирования VSELP, разработанный фирмой Motorola, обеспечивает достаточно высокое качество передачи речи. Качество передаваемого сигнала, оцениваемое по пятибалльной шкале усредненной субъективной оценки MOS (MeanOpinionScore), равно 3,435 балла.
Канальное кодирование - для канального кодирования используется сверточный код со скоростью r = '/2 (Рисунок 5). В этом процессе пакет в 159 бит от речевого кодера разбивается на две группы бит: класс 1-77 бит, класс 2-82 бита. В группе бит 1 класса осуществляется указанное сверточное кодирование, причем 7 бит используются для обнаружения ошибок, биты второго класса передаются без кодирования. В результате преобразований в канальном кодере речевой фрагмент 20 мс представляется 260 битами, что соответствует скорости передачи 13 кбит/с.
Формирование TDMA-кадра (Рисунок 7)- структура TDMA-кадров в прямом и обратном каналах, для стандарта с полу скоростным ре