Прямой канал системы IS-95

Система IS-95

HANDOVER

Handover occurs when a call has to be passed from one cell to another as the user moves between cells. In a traditional "hard" handover, the connection to the current cell is broken, and then the connection to the new cell is made. This is known as a "break-before-make" handover. Since all cells in CDMA use the same frequency, it is possible to make the connection to the new cell before leaving the current cell. This is known as a "make-before-break" or "soft" handover. Soft handovers require less power, which reduces interference and increases capacity. Mobile can be connected to more that two BTS the handover. "Softer" handover is a special case of soft handover where the radio links that are added and removed belong to the same Node B.

Наиболее популярной схемой CDMA второго поколения является система IS-95, которая первоначально была внедрена в Северной Америке. В табл. 1 перечислены некоторые ключевые параметры системы IS-95. Структура передачи данных в прямом и обратном каналах связи отличается, потому будет описана для каждого направления отдельно.

Таблица 1. Сотовые телефонные системы второго поколения

Характеристики	GSM	IS-136	IS-95
Год введения
Метод доступа	FDMA, TDMA	FDMA, TDMA	CDMA
Полоca частот для передачи сигналов базовой станции	935-960 МГц	869-894 МГц	869-894 МГц
Полоca частот для передачи сигналов мобильного устройства	890-915 МГц	824-849 МГц	824-849 МГц
Расстояние между прямым и обратным каналами	45 МГц	45 МГц	45 МГц
Ширина канала	200 кГц	30 кГц	1250 кГц
Число дуплексных каналов
Максимальная мощность мобильного устройства	20 Вт	3 Вт	0,2 Вт
Количество пользователей на один канал
Схема модуляции	GMSK	π/4 DQPSK	QPSK
Скорость передачи битов на несущей	270,8 Кбит/с	48,6 Кбит/с	9,6 Кбит/с
Кодер речи	RPE-LTP	VSELP	QCELP
Скорость кодирования битов речи	13 Кбит/с	8 Кбит/с	8, 4, 2, 1 Кбит/с
Размер кадра	4,6 мс	40 мс	20 мс
Код коррекции ошибок	Сверточный код со степенью кодирования 1/2	Сверточный код со степенью кодирования 1/2	Сверточный код со степенью кодирования 1/2 в прямом канале; со степенью кодирования 1/3 в обратном канале

В табл. 2 приведены параметры прямого канала связи. Прямой канал связи состоит из 64 логических каналов CDMA, каждый из которых занимает полосу частот шириной 1228 кГц (рис. 3, а).

При прямой связи поддерживаются четыре типа каналов.

· Пилот-сигнал (канал 0). Постоянно передаваемый сигнал. Этот канал позволяет мобильному устройству получать информацию о синхронизации, дает точку отсчета для определения сдвига фаз в процессе демодуляции и средство для сравнения интенсивности сигнала для определения момента переключения. Пилот-канал состоит из всех нулей.

· Синхронизация (канал 32). Канал со скоростью передачи данных 1200 бит/с используется мобильной станцией для получения идентификационной информации о сотовой системе (системное время, состояние длинного кода, проверка протоколов и т.д.)

· Избирательные сообщения (каналы 1-7). Содержат сообщения для одной или нескольких мобильных станций.

· Информационный обмен (каналы 8—31 и 33—63). В прямом канале поддерживается 55 информационных каналов. В исходной спецификации указано, что поддерживаются скорости передачи данных до 9600 бит/с. Позже был добавлен второй набор скоростей до 14400 бит/с.

Обратите внимание, что все эти каналы используют одну и ту же полосу частот. Для распознавания разных каналов используется раздробленный код. Раздробленный код прямого канала включает 64 ортогональных 64-битовых кодов, полученных из матрицы Уолша размером 64´64.

Таблица 2. Параметры прямого канала связи системы IS-95

Канал	Синхро­низация	Избирательный вызов	Первый набор информационных каналов	Второй набор информационных каналов
Скорость передачи данных (бит/с)
Количество повторений кода
Скорость передачи символов модуляции (символ/с)
Количество чипов на символ модуляции
Количество чипов на бит								682,67	341,3	170,6	85,33

Рис. 3. Структура канала системы IS-95

На рис. 4 показана схема обработки данных, передаваемых по прямому информационному каналу со скоростью, соответствующей первому набору. Для голосовых передач речь кодируется со скоростью 8550 бит/с. После добавления дополнительных битов для обнаружения ошибок скорость повышается до 9600 бит/с. Когда пользователь молчит, вся пропускная способность канала не используется. В такие периоды тишины скорость передачи данных снижается до 1200 бит/с. Скорость 2400 бит/с используется для передачи переходов в фоновом шуме, а скорость 4800 бит/с — для смешивания оцифрованной речи и сигнальных данных.

Данные или оцифрованная речь передаются блоками по 20 мс с использованием схемы прямого исправления ошибок (сверточный код со степенью кодирования 1/2). Таким образом, эффективная скорость передачи данных удваивается и достигает максимум 19,2 Кбит/с. Если скорости передачи данных ниже, то биты, выходящие из кодера (называемые кодовыми символами) копируются, что позволяет достичь скорости 19,2 Кбит/с. Затем данные чередуются в блоках для уменьшения влияния длительных помех.

После чередования биты данных скремблируются. Этот шаг необходим для обеспечения конфиденциальности данных, а также для предотвращения отправки одинаковых фрагментов данных, что, в свою очередь, уменьшает вероятность одновременного отправления данных пользователями в момент наибольшей загрузки системы. Скремблирование осуществляется посредством длинного кода — псевдослучайного числа из 42-битового регистра сдвига. Регистр сдвига устанавливается в исходное положение с помощью электронного регистрационного номера пользователя. Выходные данные генератора длинного кода передаются со скоростью 1,2288 Мбит/с, что в 64 раза выше скорости 19,2 Кбит/с, так что выбирается только один бит из 64 (операция децимации). Получающийся поток сравнивается (операция исключающего ИЛИ) с выходными данными устройства блочного чередования.

Рис. 4. Схема передачи данных по прямому каналу системы IS-95

На следующем этапе обработки вводится информация о регулировании мощности в информационном канале. Этот поток, имеющий скорость 800 бит/с, вводится в данные, передаваемые со скоростью 19,2 Кбит/с посредством замены некоторых битов кода и кодирования контрольных битов с помощью генератора длинного кода. В таких "захваченных" битах передается информация, указывающая мобильному устройству, что следует увеличить, уменьшить или оставить неизменным текущий уровень мощности.

Следующий шаг — применение схемы DSSS; используется одна строка матрицы Уолша (64´64), скорость увеличивается от 19,2 Кбит/с до 1,2288 Мбит/с. Одна строка матрицы выделяется мобильной станции еще во время установления соединения. При наличии в передаваемых данных нуля посылается 64 бит выделенной строки; в противном случае посылается результат применения к строке побитового исключающего ИЛИ. Таким образом, окончательная скорость передачи данных получается равной 1,2288 Мбит/с. Этот цифровой поток битов затем модулируется на несущей с использованием схемы QPSK. Напомним, что QPSK предполагает создание двух потоков битов, которые модулируются раздельно. В схеме IS-95 данные разделяются на синфазный (I) и квадратурный (Q) каналы, и к данным и уникальному короткому коду применяется операция исключающего ИЛИ. Короткие коды генерируются 15-битовым регистром сдвига как псевдослучайные числа.