Кодирование в прямом канале

В системах передачи сообщений сотовой связи стандарта CDMA используют­ся различные виды кодирования. На рис. 3.43 представлена схема кодирова­ния в прямом канале (от базовой станции к абоненту). Базовая скорость пере­дачи данных в канале составляет 9,6 Кбит/с, что достигается добавлением дополнительных корректирующих двоичных символов к цифровому потоку вокодера 8,55 Кбит/с. Для реализации на приемной стороне прямой коррек­ции ошибок (без повторной передачи сообщения) в канале используется из­быточное кодирование. Для этого базовый цифровой поток разбивается на пакеты длительностью по 20 мс и подается на сверточный кодер с поло­винной скоростью. На его выходе число битов удваивается. Затем данные перемежаются, т. е. перемешиваются во временном интервале 20 мс. Это дела­ется для того, чтобы равномерно распределить в потоке данных потерянные во время передачи биты. Известно, что ошибочно принятые символы обычно фор­мируют группы. В то же время, схема прямой коррекции ошибок работает наи­лучшим образом, когда ошибки распределены равномерно во времени. Это про­исходит после осуществления на приемной стороне процедуры, обратной перемежению при передаче. После перемежения цифровой поток преобразу­ется с помощью длинного кода и логической операции «исключающее ИЛИ» (сло­жение по модулю два). По определению, длинными кодами (кодами максималь­ной длины) являются коды, которые могут быть получены с помощью регистра сдвига или элемента задержки заданной длины.

Рисунок 3.42. Принцип мягкой эстафетной передачи

Максимальная длина двоичной последовательности, которая может быть получена с помощью генератора, по­строенного на основе регистра сдвига, равна — 1 двоичных символов, где п — число разрядов регистра сдвига. В аппаратуре стандарта CDMA длинный код фор­мируется в результате нескольких последовательных логических операций с псевдослучайной двоичной последовательностью, генерируемой в 42-разряд­ном регистре сдвига, и двоичной 32-битовой маской, которая определяется ин­дивидуально для каждого абонента. Такой регистр сдвига применяется во всех базовых станциях этого стандарта для обеспечения режима синхронизации всей сети. Так как информационный поток имеет скорость 19,2 Кбит/с, то в пря­мом канале используется только каждый 64-й символ длинного кода. Следую­щий этап преобразования сообщения — кодирование с помощью кодов Уол-ша. Один ряд матрицы Уолша ставится в соответствие каналу связи между абонентом и базовой станцией. Если на входе кодера «О», то посылается соот­ветствующий ряд матрицы (код Уолша), если «1» — посылается последователь­ность, сформированная путем логического отрицания соответствующего ряда матрицы (кода Уолша). Это повышает скорость информационного потока с 19,2 Кбит/с до 1,2286 Мбит/с. Соответственно расширяется и спектр сигна­ла. На заключительном этапе двоичный поток разделяется между синфазным и квадратурным каналами (I- и Q-каналами) для последующей передачи (рис. 3.43) с использованием квадратурной фазовой манипуляции (QPSK). До подачи на смесители цифровой поток в каждом из каналов преобразуется с по­мощью короткого кода и логической операции «исключающее ИЛИ».

Рис. 3.43. Кодирование в прямом канале

Короткий код представляет собой псевдослучайную двоичную последователь­ность длиной 32 768 двоичных символов, генерируемую со скоростью 1,3288 Мбит/с. Эта последовательность является общей для всех базовых и подвижных станций в сети. Короткий код формируется в 15-разрядном реги­стре сдвига с линейной обратной связью. Результирующий двоичный поток в каждом канале проходит через цифровой фильтр с конечной импульсной ха­рактеристикой (КИХ-фильтр), что позволяет ограничить полосу излучаемого сигнала. Частота среза фильтра составляет около 615 кГц. Полученные ана­логовые сигналы поступают на соответствующие входы I/Q-модулятора. Ряд информационных сигналов образуется путем слияния I- и Q-каналов.

Поскольку все пользователи получают объединенный сигнал, то для выделе­ния информации необходимо передавать опорный сигнал по каналу, полу­чившему название пилотного. В пилотном канале передается нулевой инфор­мационный сигнал, код Уолша для этого канала формируется из нулевого ряда матрицы Уолша. Другими словами, в пилотном канале передается только ко­роткий код. Обычно на нем излучается около 20% общей мощности. Опорный сигнал необходим для последующей фазовой демодуляции. Короткий код по­зволяет многократно использовать в каждой ячейке один и тот же набор ко­дов Уолша. Каждая базовая станция имеет свой временной сдвиг при форми­ровании кода и поэтому может быть однозначно определена в сети. Основано это на свойстве псевдослучайных двоичных кодов: значение автокорреляци­онного момента приближается к нулю для всех временных смещений более одной длины бита.