4.4. Энергетические соотношения в системах с кодовым разделением каналов

В п.4.2 отмечалось, что большим достоинством ААСС является отсутствие необходимости точной синхронизации работы всех МС. Это делает систему более простой по устройству и более гибкой в эксплуатации: облегчается доступ новых абонентов в общий канал связи, упрощается конструкция ретрансляторов, легче решается вопрос изменения числа абонентов.

Считают, что ААСС обладает способностью к саморегулированию, которая заключается в том, что по мере роста числа одновременно работающих МС качество связи плавно ухудшается. Это стимулирует тех абонентов, сообщение которых не представляет особой срочности, выходить из системы в ожидании более благоприятного момента для связи, что восстанавливает нормальное качество радиотелефонных переговоров [25].

Однако работа МС в условиях взаимных помех требует введения системы регулирования мощности передатчиков подвижных абонентов с точностью до 0.5 дБ.

Известно, что помехоустойчивость широкополосных систем определяется соотношением, связывающим отношение сигнал/помеха на выходе приемника (на выходе

СФ, т.е. на входе РУ) q² с отношением сигнал/помеха на входе приемника ρ²

Рс,Р_п - мощности сигнала и помеха на входе приемника;

Е=РсТ - энергия ШПС;

Nn - спектральная плотность мощности помехи в полосе ШПС;

Т - длительность тактового интервала. В самом деле .

Отношение сигнал/помеха на входе РУ q² определяет рабочие характеристики приемника ШПС, а отношение сигнал/помеха на входе приемника q² - энергетику сигнала и помехи.

Из (4.19) следует, что даже при ρ² «1 посредством увеличения базы ШПС можно получить h² =10... 30 дБ для обеспечения вероятности ошибки порядка Рош=10^–4...10^–5 . Увеличение базы сигнала практически достигается либо расширением полосы (F), занимаемой спектром ШПС, либо уменьшением скорости передачи информации (увеличением Т).

Как видно из (4.19), прием ШПС согласованным фильтром или коррелятором сопровождается усилением сигнала в В раз. Например, если необходимо иметь h² =20 дБ, а на входе приемника ρ²=-40 дБ, то требуемая база должна быть равна 60 дБ, т.е. В=10⁶ [б].

Соотношения (4.18) и (4.19) являются фундаментальными в теории систем связи с МДКР. Они получены для помех в виде «белого шума, т.е. с равномерной спектральной плотностью мощности в пределах полосы частот, ширина которой равна ширине спектра ШПС. Вместе с тем приближенно можно считать, что соотношения справедливы для широкого круга помех (узкополосных, импульсных, структурных) [6, 25].

Обозначим через М число абонентов сети ААСС, которые одновременно работают в данной полосе частот F. На вход приемника БС, принимающего информацию от j-ой МС,

79

поступают сигналы от М-1 мешающих абонентов, создающих помехи. Полезный сигнал и мешающие сигналы имеют различные структуры, но мощности их одинаковы и равны Ре. Будем считать, что значение М достаточной велико, вследствие чего результирующая взаимная помеха, образованная (М-1) мешающими сигналами, представляет собой нормальный случайный процесс. В этом случае спектральная плотность мощности взаимных помех постоянна в пределах общей полосы частот и равна

где а1 - некоторый поправочный коэффициент, определяемый структурой используемых сигналов, а именно свойствами их ВКФ.

С учетом собственных шумов приемника имеем

где No- спектральная плотность мощности флуктуационных шумов.

Тогда величина отношения энергии ШПС к результирующей спектральной плотности мощности помеха+шум имеет вид

Разделив в (4.21) числитель и знаменатель на No с учетом (4.20), получим

Пусть теперь h_τp² - требуемая для получения заданной вероятности ошибки Рош=–10^–4...10^–5

величина h² . Тогда из (4.22) получаем допустимое число одновременно работающих в заданной полосе МС, которое определяется соотношением

Из формулы (4.23) видно, что

- допустимое число одновременно работающих радиостанций возрастает при увеличении базы широкополосных сигналов;

• величина Мдоп возрастает при улучшении взаимно-корреляционных свойств сигналов,

когда а—>1.

Кроме того, из (4.23) видно, что Мдоп зависит от соотношения между h_τp² и h₀².

Если h_τp² –h₀², то, как и следовало ожидать М_доп=1, т.е. в системе может работать только

одна абонентская станция. Если же h₀²—>, то максимально возможное в данных условиях число станций

Пример 4.2. Определить максимально допустимое число одновременно работающих абонентов, если база ШПС FT=10³, a=1.18 и h_τp²=14.5 дБ, что соответствует Рош10^–5 для

приемников с дискретным СФ. Решение. Находим

80

Подставляя численные значения в (4.24), получаем

Приведем технические данные стандарта CDMA-IS-95, разработанного в США, где для организации цифровой радиосвязи между подвижными объектами используется кодовое разделение широкополосных сигналов. Полоса частот, МГц

- передатчик МС 824–849

- передатчик БС 869-894

Разнос дуплексных частот, МГц 45

Полоса частот, выделенная для передачи на одной несущей, МГц 1.25

Число несущих в частотном диапазоне 20

Способ организации многостанционного доступа МДКР

Число каналов на одной несущей 64(128)

Тип модуляции QPSK (БС), 0-QPSK (ПС)

Скорость передачи информации на одной несущей, кбит/с 1228,8

Речевой кодер, скорость передачи, кбит/с QCELP 8; 4; 2; 1

Канальный кодер сверточное

кодирование, ½

Скорость передачи с учетом кодирования, кбит/с 19.2; 9.6; 4.8; 2.4

Длительность кадра, мс 20

Мощность передатчика подвижной станции, Вт 0.6

Регулировка мощности передатчиков

МС есть

БС есть

Номинальная величина отношения сигнал/помеха, дБ 6

В стандарте CDMA-IS-95 для получения цифрового речевого сигнала используется вокодер, работающий на скоростях от 1200 до 8000 бит/с, в котором применяется линейное предсказание с кодовым возбуждением. С учетом кодирования скорость возрастает до 8+1.6=9.6 кбит/с. Сверточное кодирование увеличивает тактовую частоту до 19,2 кГц. Для кодового разделения каналов используются функции Уолша или ПСП. В результате прямого расширения спектра в каждом канале спектр расширяется до 1.25 МГц. Все это позволяет раздельно обрабатывать приходящие на вход приемника лучи и производить их последующее оптимальное весовое сложение, что существенно уменьшает эффект замирания сигнала и позволяет отказаться от чрезмерной мощности передатчика (запас на замирание).

Для реализации такой обработки в каждом канале приема на БС используются четыре параллельно работающих коррелятора, а на МС - три. Несущие частоты передачи БС и МС системы CDMA-IS-95 разнесены на 45 МГц, как и в системе AMPS. В каждой полосе размещается 25/1.25=20 радиоканалов.

Порядок установления связи в системе с МДКР аналогичен AMPS (D-AMPS). При установлении связи используются специальные каналы для избирательного вызова МС со стороны БС и каналы доступа от АС в сторону БС.

Базовая станция может одновременно обеспечивать передачу по 64 каналам, из которых 2 канала используются для синхронизации, 7 - для избирательного вызова МС, 55 - для организации связи с абонентами.

В каждом канале передачи используется одна из 64 функций Уолша. При смене символа в информационной последовательности изменяется на 180° и фаза соответствующей функции Уолша (передача с активной паузой). Поскольку все функции Уолша взаимно

81

ортогональны и передаются синфазно, то взаимные помехи между каналами

передачи одной БС отсутствуют.

Каналам приема на МС создают помехи только БС в соседних сотах, которые работают в той же полосе частот, используют тот же набор функций Уолша и ту же самую ПСП, но с другим циклическим сдвигом.

Структура каналов передачи БС и порядок закрепления функций Уолша за каналами представлены на рис. 4.11.

Рис. 4.11

Канал вызова (Paging Channel) используется для вызова МС. После приема сигнала вызова МС передает по каналу доступа (Access Channel) сигнал подтверждения на БС, после чего по каналу вызова на МС передается информация о назначении прямого (Forward Traffic Channel) и обратного (Reverse Traffic Channel) каналов связи для разговора абонентов.

Отметим, что каналы начинают работать после того, как МС получит по каналу пилот-сигнала (Pilot Channel) и каналу синхронизации (Sync. Channel) всю системную информацию (тактовая частота, задержка сигнала на трассе распространения и т. д.).

82