Слот канала доступа
(3+MAX_CAP_SZ)+(1+PAM_SZ)кадров
|
кадр |
кадр |
. . . |
кадр |
|
|
канала |
канала |
канала |
||
|
доступа |
доступа |
|
доступа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 мс
96 бит
Преамбула |
Сообщение |
(1+PAM_SZ) |
CAP_SZ кадров |
Рис. 8.11. Структура кадров канала доступа.
96 бит |
|
|
|
8 бит |
|
96 бит |
|
кадр канала ... |
тело |
Т |
тело |
Т |
... |
тело |
Т |
доступа |
кадра |
|
кадра |
|
|
кадра |
|
(1+PAM_SZ)кадров |
|
|
|
|
CAP_SZ кадров |
|
|
Капсула сообщения канала доступа
CAP_SZ кадров x 88 бит
Сообщение Добавка
Рисунок 8.12. Структура сообщения канала доступа.
8.3.2 КАНАЛ ОБРАТНОГО ТРАФИКА
Канал обратного трафика обеспечивает передачу речевой информации и данных абонента, а также управляющей информации с МС на БС, когда МС уже занимает выделенный ей физический канал. Структура канала обратного трафика и процедуры формирования сигналов практически аналогичны применяемым в канале доступа (рис. 8.13) с несколькими оговорками. Во-первых, скорость поступления данных в канал обратного трафика не фиксирована, а может изменяться в зависимости от речевой активности абонента. В канале осуществляется поддержка потока данных со скоростями 9,6; 4,8; 2,4 и 1,2 кбит/с. Во-вторых, маска генератора длинной ПСП формируется с использованием закодированного электронного серийного номера (ESN) МС. Наиболее же существенным отличием является наличие дополнительного блока, называемого рандомизатором. Назначение
127
данного устройства состоит в реализации возможностей по снижению уровня внутрисистемных помех в обратном канале за счет учета фактора речевой активности абонента. Алгоритм учета речевой активности в прямом канале, основанный на повторении символов с пропорциональным снижением передаваемой мощности, неприемлем для линии вверх, так как входит в противоречие с процедурой быстрой регулировки мощности по замкнутой петле. Метод уменьшения средней мощности излучения в обратном канале при снижении скорости речевого потока состоит в псевдослучайном прореживании (или маскировании) избыточных символов, образованных в результате операции символьного повторения. Рандомизатор вырабатывает маскирующий образец, состоящий из нулей и единиц, в соответствии с которым и осуществляется прореживание, причем соотношение между числом нулей, отвечающих за исключение символов, и единиц определяется скоростью речевого потока. Так, при максимальной скорости кодированной речи 9,6 кбит/с прореживание отсутствует, т.е. маскирующий образец состоит из всех единиц. Если же скорость речевого потока составляет 1,2 кбит/с, рандомизатор вырабатывает образец, устраняющий в среднем семь из восьми символов.
На практике описанная процедура реализуется следующим образом. Как указывалось ранее, РСВ-биты поступают с частотой 800 Гц, т.е. с интервалом 1,25 мс. На основании этого 20 мс кадр канала трафика разбивается на 16 групп регулировки мощности. Рандомизатор псевдослучайным образом вырезает отдельные группы регулировки, причем количество вырезаемых групп определяется скоростью работы вокодера. При передаче речевых данных со скоростью 9,6 кбит/с ни одна из групп не исключается, если же скорость работы вокодера составляет 1,2 кбит/с, то из кадра в среднем вырезается 14 из 16 групп. При этом текущая маска, вырабатываемая рандомизатором, определяется фрагментом длинной ПОП, который использовался при расширении спектра предыдущего кадра.
информация
канала
трафика
сверточный |
|
|
устройство |
|
|
|
|
|
кодер R=1/3 |
|
|
повторения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,2 кбит/с |
|
|
3,6 кбит/с |
|
|
|
||
2,4 кбит/с |
|
|
7,2 кбит/с |
|
|
|
||
4,8 кбит/с |
|
|
14,4 кбит/с |
|
|
|
||
9,6 кбит/с |
|
|
28,8 кбит/с |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
генератор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
длинной ПСП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
блоковый |
ортогональный |
рандомизатор |
|
перемежитель |
модулятор |
|
|
|
|
||
28,8 кбит/с |
28,8 кбит/с |
307,2 кбит/с |
|
|
+ |
сверточный |
Т |
|
кодер R=1/3 |
|
маска |
1,2288 Мчип/с |
генератора |
|
длинной ПСП |
|
Рис. 8.13. Структурная схема канала обратного трафика.
128
Вканале обратного (как и прямого) трафика предусматривается также поддержание набора скоростей 14,4; 7,2; 3,6 и 1,8 кбит/с. При этом для сохранения скорости кодированного потока в 28,8 кбит/с скорость сверточного кодера меняется с 1/3 на 1/2.
Взаключение параграфа кратко рассмотрим формат передачи информации в канале трафика, а также способы мультиплексирования речевой (первичной) информации, данных (вторичной информации) и служебной информации (рис. 8.14). Кадр обратного (как и прямого) трафика занимает 20 мс. При полноскоростном (9,6 кбит/с) режиме кадр содержит 192 битовых позиции; в случае полускоростного режима (скорости поступления информации 4,8 кбит/с) кадр состоит из 96 бит и т.д. до 24 бит при скорости 1,2 кбит/с. При скоростях 9,6 и 4,8 кбит/с кадр содержит биты с информацией
окачестве кадра (индикатор качества кадра). При всех скоростных режимах кадр заканчивается 8 кодированными хвостовыми битами.
Комбинированная передача первичной и вторичной (или служебной) информации определена стандартом IS-95 в двух режимах. В первом режиме, называемом blank and burst, вторичная или служебная информация полностью замещает речевую информацию в кадре, а значит, передача информации различного типа может производиться только в разных кадрах. Во втором режиме, носящем название dim and burst, в пределах кадра возможна совместная передача либо первичной и вторичной информации, либо первичной информации и информации сигнализации. Указанные режимы применяются лишь при полноскоростной передаче, т.е. при скоростях, меньших 9,6 кбит/с, передается исключительно первичная информация.
|
1 кадр (20 мс) |
|
|
|
Информация |
Индикатор |
Хвост |
9,6 кбит/с |
|
качества |
||||
|
|
|
||
172 бит |
12 бит |
8 бит |
|
Информация |
Индикатор |
Хвост |
4,8 кбит/с |
|
качества |
||||
|
|
|
||
80 бит |
8 бит |
8 бит |
|
Информация |
Хвост |
2,4 кбит/с |
40 бит |
8 бит |
|
Информация |
Хвост |
1,2 кбит/с |
16 бит |
8 бит |
|
Рис. 8.14. Структура кадров канала обратного трафика. |
|
|
129
9. РАДИОИНТЕРФЕЙСЫ МОБИЛЬНЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ
9.1. ОБЩАЯ КОНЦЕПЦИЯ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ
Как неоднократно упоминалось, линия, разделяющая перые два поколения мобильной связи, весьма отчетлива: стандарты первого поколения
(NMT-450, NMT-900, AMPS, TACS и др.) были аналоговыми, тогда как появившиеся в первой половине 1990-х гг. системы второго поколения (GSM, D-AMPS, PDC/JDC) воплотили многие потенциальные преимущества цифровой передачи сообщений (эффективная компрессия данных, помехоустойчивое кодирование, простота реконфигурирования, технологичность и стабильность аппаратных средств и т.д.). Cистемы первого поколения все еще функционируют и даже расширяются в некоторых регионах земного шара, однако многие страны с развитой телекоммуникационной инфраструктурой практически отказались от их использования, найдя более рациональные варианты утилизации отводившихся им прежде диапазонов частот (GSM-450, GSM-800). В Финляндии, к примеру, являющейся одним из мировых лидеров в области передовых информационных технологий, операторы сетей NМТ вывели последние из эксплуатации к концу 2000 г.
В ходе стремительной экспансии коммерческих сетей мобильных телекоммуникаций довольно быстро стало очевидным, что потенциальный спектр предоставляемых ими услуг может простираться далеко за рамки первоначального назначения - беспроводного телефонного сервиса. Среди экспертов в области информационного маркетинга на определенном этапе утвердилось убеждение, что транснациональные электронные гиганты могут не выжить в телекоммуникационном секторе бизнеса, если не выступят со стратегическими инициативами, существенно раздвигающими горизонты сетей мобильной связи. Огромным стимулирующим фактором при этом явилось взрывное развитие Internet и охват им невиданной по своим масштабам аудитории. В итоге мобильные системы связи XXI века стали рассматриваться как универсальные сети, обеспечивающие высокоскоростной информационный обмен с потребителем, не ограничивая свободы перемещения последнего и поддерживая в любой географической точке Земли качество услуг на уровне того, которое могло бы быть предоставлено любой самой продвинутой стационарной сетью транспортировки информации (ISDN, LAN и пр.). При этом формат передаваемых данных может быть самым разнообразным: обычный телефонный разговор, компьютерные файлы, факсимильные, мультимедийные и аудиовизуальные сообщения, Internetпакеты, электронная почта и др.
Нетрудно понять, что в рамках стандартов второго поколения подобная программа не представляется осуществимой в первую очередь из-за низких скоростей передачи данных. Спецификация GSM, например, предусматривает скорости 9,6 или 14,4 кбит/с, в то время как для передачи мультимедийных данных требуются многократно большие скорости.
130
Отметим, что сообществом GSM предприняты активные шаги в направлении приближения стандарта к новым реалиям. В литературе соответствующие предложения часто упоминают как "поколение 2,5" (2,5G), характеризуемое тремя основными дополнениями к базовому стандарту.
Первое, обозначаемое аббревиатурой HSCSD (high-speed circuit-switched data),
состоит в предоставлении одному и тому же пользователю нескольких слотов в GSM-кадре, что увеличивает скорость передачи в соответстующее число раз. Второе - GPRS {general packet radio service) - предусматривает организацию специального канала пакетной передачи со скоростями до 115 кбит/с (или даже выше, но без помехоустойчивого кодирования). Наконец, третье - EDGE
(enhanced data rates for global evolution) - подразумевает введение, наряду с гауссовской МЧМ, добавочного модуляционного формата: восьмеричной ФМ, утраивающей скорость передачи в рамках фиксированного частотного ресурса. Согласно рекламным материалам, совокупность всех названных мероприятий позволит повысить скорость передачи до 384 кбит/с. Разумеется, компании, насыщающие рынок аппаратурой других стандартов, стремятся избежать роли аутсайдеров и анонсируют усовершенствования аналогичного плана. Примером этого служит реализованный в рамках стандарта IS-95 обмен абонентской емкости на скорость передачи, позволяющий поднять последнюю до 115 кбит/с. Однако временный, переходный характер такого рода модернизаций очевиден: максимизация скорости означает предоставление всего имеющегося ресурса единственному потребителю, а ухудшение качества связи, сопутствующее применению ФМ8 и отказу от канального кодирования, резко ограничит зону обслуживания БС. Поэтому интенсивная работа по подготовке нового стандарта мобильной связи, откликающегося на вызовы XXI века, началась еще до возникновения вышеупомянутых проектов.
Инициаторами и наиболее заинтересованными субъектами разработки стандартов третьего поколения (3G) явились Международный Телекоммуникационный Союз (ITU - International Telecommunication Union),
Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI - European Telecommunication Standards Institute), ассоциации радиопромышленников США (TIA - Telecommunication Industry Association) и Японии (ARIB -Association of Radio Industries and Businesses), органы, представляющие интересы телекоммуникационных сообществ Китая и Кореи, а также крупнейшие корпорации, определяющие конъюнктуру мирового рынка (Nokia, Eriksson, Qualcomm, Motorola, Lucent, Nortel и др.). Несмотря на то что история вопроса укладывается в весьма непродолжительный временной отрезок, ее повороты и коллизии уже составили сюжет весьма объемистых томов. Первоначальный энтузиазм по поводу грядущего единого всемирного стандарта довольно быстро иссяк, когда вскрылись истинные масштабы разногласий, разделяющих потенциальных партнеров.
Одним из камней преткновения оказалось несоответствие распределений частот в различных частях света, затрудняющее стандартизацию диапазонов и отягощающее выработку единой системной концепции. Другим серьезным препятствием явилось естественное стремление ряда корпораций, особенно лидеров в продвижении систем стандарта IS-95 (QUALCOMM, Lucent и т.д.),
131
максимально сгладить производственные проблемы, неизбежно сопровождающие переход на новые технологии, и соблюсти преемственность между 2G и 3G стандартами. Позиции сторон временами становились столь непримиримыми, что сама идея консолидации подходов казалась нереальной. Однако, в итоге многочисленных взаимных уступок, компромиссов и попыток гармонизации проектов относительное согласие к 2000 году было все же достигнуто. В его основу легла трактовка, допускающая сосуществование под общим флагом 3G стандарта параллельных спецификаций (семейство IMT2000), отражающих корпоративные точки зрения определенных групп при сохранении единого понимания задач мобильной связи в наступившем столетии и унификации некоторых наиболее весомых системных показателей.
Согласованные базовые требования, определяющие философию 3G, в укрупненной формулировке таковы:
•скорость передачи данных до 2 Мбит/с в пределах полосы не более 5
МГц;
•возможность варьирования скорости в широком диапазоне в зависимости от характера передаваемых данных;
•возможность мультиплексной передачи в рамках одного контакта данных разнообразного содержания и разного уровня требований к качеству (речь, мультимедиа, пакеты и т.п.);
•сосуществование систем 2G и 3G и возможность эстафетной передачи между ними с целью расширения зон покрытия и выравнивания трафика;
•поддержка асимметричного режима работы, когда линия "вниз" имеет значительно более напряженный трафик (например, при поиске информации в Internet) по сравнению с линией "вверх";
•возможность реализации дуплексной передачи в вариантах как частотного, так и временного разноса линий "вниз" и "вверх";
•максимальная гибкость сетевого оборудования и возможность построения его на основе "набора инструментов" (toolbox);
•доступность мобилизации наиболее современных резервов улучшения качества связи (адаптация к условиям распространения, пространственная селекция терминала - smart-антенны, многопользовательские - multiuserприемники и т.д.).
К середине 2002 г. лидирующие позиции закрепились за двумя проектами, общей платформой которых является технология кодового разделения (CDMA). Первый из них - UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) является продуктом кооперации Евросоюза (в лице ETSI) и Японии (ARIB) и имеет действенную поддержку со стороны Кореи, Китая, а также многих корпораций Европы и США. Хотя радиоинтерфейс
UMTS, получивший название UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network), основан на кодовом разделении и практически не имеет ничего общего с физическим уровнем GSM, на сетевом уровне предлагаемый стандарт целиком опирается на "готовую" инфраструктуру GSM. Поэтому он особенно выгоден фирмам-поставщикам оборудования GSM, ряд из которых (Nokia, Eriksson) принимал самое непосредственное участие в его разработке, и, благодаря активности все тех же компаний, имеет все шансы выйти на
132