С. С. Абрамов выпускная квалификационная работа бакалавра



страница3/6
Дата17.10.2016
Размер0.66 Mb.
ТипПояснительная записка
1   2   3   4   5   6

Затем величина Zсравнивается с порогом. Значение корреляционного интеграла находится с помощью коррелятора, приведенного на рисунке 3.12 или согласованного фильтра . Коррелятор осуществляет сжатие спектра широкополосного входного сигнала путем умножения его на эталонную копию U(t), с последующей фильтрацией 1/Т, что и приводит к улучшению соотношения с/ш на выходе коррелятора в В раз.[2]



Рисунок 3.1.2- Коррелятор

Выбирая определенный ансамбль сигналов с «хорошими» взаимными автокорреляционными свойствами можно обеспечить в процессе корреляционной обработки (свертки ШПС) разделение сигналов. На этом основан принцип кодового разделения каналов связи.

Главное значение в выборе вида ПСП для формированияШПС в системах подвижной радиосвязи играют, прежде всего, взаимные и автокорреляционные характеристики ансамбля сигналов, его объем, простота реализации устройства формирования и «сжатия» (свертки) сигналов в приемнике. В этой связи для формирования ФМн ШПС преимущественно используются линейные М-последовательности и их сегменты.

3.2. Схема организации связи

Конфигурация системы связи стандарта CDMA2000 показана на рисунке 3.2.1.

PCN

PDSN


FA

AAA


HA

NSS


HLR

VLR


MSC

RAN


BSC

PCF


BTS

MS

MS



Внешние сети голосовой связи

Внешние сети передачи данных

Рисунок 3.2.1- Конфигурация системы связи стандарта CDMA2000

Мобильная станция (MS - MobileStation). В сети CDMA2000 мобильная станция – это абонентское устройство, не обязательно мобильный телефон. Это может быть какое-либо иное устройство с модулем доступа к услугам сотовой сети и используемое, например, для доступа в сеть Интернет с компьютера.

Мобильная станция взаимодействует с RAN для получения необходимых ресурсов сети с целью доступа к пакетной сети, и далее следит за состоянием выделенных ресурсов (заняты, свободные, режим ожидания). MS может буферизировать данные пользователя, если в текущей момент требуемые ресурсы сети недоступны.

Сеть радиодоступа (RAN - Radio Access Network) . Сеть радио доступа является входной точкой абонента во всю сеть оператора, независимо от предоставляемой услуги.

Базовая станция (BTS - Base Station Transceiver) – контролирует все действия на радио интерфейсе между BTS и MS, а также служит интерфейсом между сетью и мобильными устройствами.

Контроллер базовых станций (BSC - Base Station Controller) – передает сообщения сигнализации и голосовые данные между сотами и MSC (Mobile Switching Centre).

Устройство контроля пакетных соединений (PCF - Packet Control Function) Его главной задачей является маршрутизация пакетов между BTS и PDSN

Сеть коммутации (NSS (Network Switching System)). В нее входят MSC, который отвечает за установление голосовых соединений в системе, а также ряд регистров (HLR, VLR и др.), в которых хранится информация об абонентах.

Сеть пакетной коммутации (PCN - Packet Core Network). Отвечает за передачу пользовательских пакетов из/в внешние сети, а также за аутентификацию абонентов, назначение IP-адресов и некоторые другие. [1]

3.3 Принцип работы оборудования CDMA

На рисунке 3.3.1 приведена упрощенная структурная схема, поясняющая принцип работы системы стандарта CDMA. Информационный сигнал кодируется по Уолшу, затем смешивается с несущей, спектр которой предварительно расширяется перемножением с сигналом источника псевдослучайного шума. Каждому информационному сигналу назначается свой код Уолща, затем они объединяются в передатчике, пропускаются через фильтр и общий шумоподобный сигнал излучается передающей антенной.

На вход приемника поступают полезный сигнал БС и помехи от соседних ячеек и от МС других абонентов. После ВЧ-фильтрации сигнал поступает на коррелятор, где происходит сжатие спектра и выделение полезного сигнала в цифровом фильтре с помощью заданного кода Уолша. Спектр помех расширяется и они появляются на выходе коррелятора в виде шума. На практике в МС используется несколько корреляторов для приема сигналов с различным временем распространения в радиотракте или сигналов, передаваемых различными БС.http://kunegin.narod.ru/ref3/mob/images/ris11.gif

Рисунок 3.3.1 -Принцип работы системы сотовой связи стандарта CDMA

В каждом логическом канале БС при передаче используется одна из64 последовательностей Уолша. При передаче всех 64 каналов (групповой CDMA-сигнал или физический широкополосный канал) применяется одна и та же групповая ПСП. В соседних сотах она имеет другой циклический сдвиг. Это значит, что все каналы одной несущей передаются одновременно и в одной полосе частот.

Для передачи речевых сообщений в абонентской станции используется речепреобразующее устройство (вокодер) с алгоритмом CELP со скоростью преобразования 13(8) кбит/с. [3]

3.4 Процесс формирования сигнала CDMA



структурная схема формирования сигнала передатчиком базовой станции

Рисунок 3.4.1- Процесс формирования сигнала CDMA

Речевой сигнал поступает на речевой кодек. На этом этапе речевой сигнал оцифровывается и сжимается . Далее сигнал поступает на блок помехоустойчивого кодирования, который может исправлять до 3-х ошибок в пакете данных.Далее сигнал поступает в блок перемежения сигнала. Блок предназначен для борьбы с пачками ошибок в эфире. После сигнал поступает в блок кодирования (от подслушивания).На информацию накладывается маска (последовательность) длиной 42 бита. Эта маска является секретной. При несанкционированном перехвате данных в эфире невозможно декодировать сигнал, не зная маски. Блок перемежения на код Уолша. Цифровой поток данных перемножается на последовательность бит, сгенерированных по функции Уолша. На этом этапе кодирования сигнала происходит расширение спектра частот, т.е. каждый бит информации кодируется последовательностью, построенной по функции Уолша, длиной 64 бита. Блок перемножения сигнала на две ПСП-функции (длиной 15 бит и длиной 42 бита). Блок предназначен для перемешивания сигнала для блока модуляции. В стандарте CDMA используется фазовая модуляция ФМ4, ОФМ4.[3]

3.5 Каналы в CDMA

В CDMA каналы являются логическими, т.е. формируются внутри физического частотного канала, для передачи от базовой станции к мобильной станции называются прямыми (Forward). Каналы для приема базовой станцией информации от мобильной называются обратными (Reverse) . Для обратного канала IS-95 определяет полосу частот от 824 до 849 МГц. Для прямого канала — 869–894 МГц. Прямой и обратный каналы разделены интервалом в 45 МГц. Пользовательские данные упакованы и передаются в канале с пропускной способностью 1,2288 Мбит/с. Состав каналов в CDMA в стандарте IS-95 показан на рисунке 3.5.1.

каналы трафика и управления системы cdma

Рисунок 3.5.1- Каналы трафика и управления в CDMA

3.5.1 Прямые каналы

Данные в прямом канале трафика группируются в кадр длительностью 20 мс. Пользовательские данные после предварительного кодирования и форматирования перемежаются с целью регулирования текущей скорости передачи данных, которая может изменяться. Затем спектр сигнала расширяется перемножением с одной из 64 псевдослучайных Каждому логическому каналу назначается свой код Уолша, всего в одном физическом канале может быть 64 логических канала, т. к. последовательностей Уолша, на 1-й канал назначается первый код Уолша (W0), которому соответствует пилотный канал; на следующий канал назначается тридцать второй код Уолша (W32), следующим семи каналам также назначаются свои последовательности Уолша (W1, W2, W3, W4, W5, W6, W7), которым соответствуют каналы вызова;55 каналов предназначены для передачи данных по каналу прямого трафика.

Состав прямых каналов:

- Пилотный канал (Pilot Channel) предназначен для установления начальной синхронизации, контроля уровня сигнала базовой станции по времени, частоте и фазе, идентификации базовой станции.

- Канал синхронизации (SCH — Synchronizing Channel) обеспечивает поддержание уровня излучения пилотного сигнала, а также фазу псевдослучайной последовательности базовой станции. Канал синхронизации передает синхросигналы мобильным терминалам со скоростью 1200 бод.

- Широковещательный канал коротких сообщений, канал вызова (Paging Channel) используется для вызова подвижной станции. Количество каналов — до 7 на соту

-Канал прямого трафика (FTCH — Forward Traffic Channel) предназначен для передачи речевых сообщений и данных, а также управляющей информации с базовой станции на мобильную; передает любые пользовательские данные.[3]

Прямые каналы:

-общие каналы присоединения;

-общие каналы управления мощностью;

-пилотные каналы (прямой пилотный канал, пилотный канал на разнесение, вспомогательные пилотные каналы, вспомогательные пилотные каналы на разнесение) ;

-общие каналы управления;

-канал синхронизации;

-широковещательные каналы управления;

-каналы трафика;

-быстрые вызывные каналы;

-каналы вызова (каналы пакетов данных, выделенный канал управления, основной канал, субканал управления мощностью, дополнительные кодовые каналы);

-каналы контроля пакетов данных.

3.5.2 Обратный канал

Состав обратных каналов

- Канал доступа (ACH — AccessChannel) обеспечивает связь подвижной станции с базовой станцией, когда подвижная станция еще не использует канал трафика. Канал доступа применяется для установления вызовов и ответов на сообщения, передаваемых по каналу вызова (PagingChannel), команд и запросов на регистрацию в сети. Каналы доступа совмещаются (объединяются) с каналами вызова.

- Канал обратного трафика (RTCH — Reverse Traffic Channel) обеспечивает передачу речевых сообщений и управляющей информации с мобильной станции на базовую станцию. Состав обратных каналов приведен на рисунке 3.5.2

Обратные каналы

Канал доступа

Каналы трафика

Общий канал

Дополнительные каналы

Основной канал

Пилотный канал

Канал подтверждения

Дополнительные кодовые каналы

Общий канал управления

Канал индикациикачества
Рисунок 3.5.2- Структура обратных каналов CDMA стандарта 1xEV-V

3.6 Кодирование в прямом канале

В сети сотовой связи на основе CDMA используются различные виды кодирования. На рисунке. 3.6.1 изображена схема кодирования в прямом канале (от БС к абоненту).

http://kunegin.com/ref3/mob/images/ris17.gif

Рисунок 3.6.1-. Кодирование в прямом канале стандарта CDMA

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 во временном интервале 20 мс. После перемежения цифровой поток преобразуется с помощью длинного кода и логической операции «исключающее ИЛИ». Следующий этап преобразования сообщения - кодирование с помощью кодов Уолша. На заключительном этапе двоичный поток разделяется между синфазным и квадратурным каналами (I- и Q-каналами) для последующей передачи 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». Результирующий двоичный поток в каждом канале проходит через цифровой фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтр), что позволяет ограничить полосу излучаемого сигнала.. Полученные аналоговые сигналы поступают на соответствующие входы I/Q-модулятора.

3.7 Кодирование в обратном канале

В обратном канале (от абонента к БС) применяется другая схема кодирования, представленная на рисунке 3.7.1. В ОК применяется вокодер,с верточное кодирование, и перемежение в пакете длительностью 20 мс. После перемежения выходной поток разбивается на слова по шесть бит в каждом. Шестибитовому слову можно поставить в соответствие один из 64 кодов Уолша. Далее поток преобразуется с помощью длинного кода, аналогичного используемому БС. На этом этапе происходит разделение пользователей. Окончательное формирование потоков данных происходит таким же образом, как и в БС, за исключением дополнительного элемента задержки на 1/2 длительности символа в 0-канале для реализации смещенной QPSK.http://kunegin.com/ref3/mob/images/ris18.gif

Рисунок 3.7.1- Кодирование в обратном канале стандарта CDMA

3.8 Мобильная станция

Мобильная станция состоит из четырех блоков: антенный блок, приемопередающий блок, логический блок, блок управления.

Антенный блок состоит из антенны и коммутатора, функции которого выполняют фильтры приёмника и передатчика.

Приемопередающий блок соответственно делится на приемный и передающий блок. Передающий блок включает в себя: АЦП, кодер речи, кодер канала, перемежитель, модулятор, синтезатор частот, ВЧ тракт. Приемный блок выполняет функции обратные передающему и состоит из: главного тракта приема, синтезатора частот, демодулятора, деперемежителя, декодера канала, декодера речи и АЦП.

Сигнал после фильтра поступает на ГТП, где осуществляется его усиление. Синтезатор осуществляет настройку передатчика и приемника на заданный частотный канал связи. Демодулятор - выделяет из модулированного радиосигнала колированный видеосигнал, несущий информацию. Известно, что сигнал от базовой станции к мобильному аппарату передается с использованием четырехпозиционной фазовой модуляции (QPSK). Начальная фаза принимаемого колебания неизвестна, поэтому прием обычно ведут с использованием квадратурного демодулятора рассматриваемого в данной работе.

Далее в деперемежителе происходит декорреляция ошибок, в результате пакетные ошибки переходят в разряд одиночных и определяются во времени достаточно равномерно. Далее в декодере канала входного потока выделяют управляющую информацию и направляют ее логический блок. Принятая информация раскодируется, проверяется на наличие ошибок, и выявленные ошибки по возможности исправляются, после декодера канала, декодер речи восстанавливает поступающий на него cигнал речи, переводя его в естественную форму, но в цифровом виде. Далее преобразует принятый сигнал в аналоговую форму и передает его на динамик.

Логический блок, в свою очередь, является, по сути, микрокомпьютером со своей оперативной и постоянной памятью, осуществляющий управление работой мобильной станции. К блоку управления можно отнести клавиатуру и дисплей.

Все устройства портативного терминала питаются от одного источника питания, в качестве которого используется аккумулятор наябатарея.

Рисунок 3.8.1 – Структурная схема мобильной станции

В таблице 3.8.1 показаны параметры оборудования сети на основе CDMA.



Таблица 3.8.1 – Основные технические характеристики сетей CDMA

Характеристика

Значение

Диапазон частот передачи MS, МГц

824,040 - 848,860

Диапазон частот передачи BS, МГц

869,040-893,970

Относительная нестабильность
несущей частоты
BS

, ±5 *

Относительная нестабильность
несущей частоты
MS

+2,5 *

Вид модуляции несущей частоты

QPSK (BS), O-QPSK (MS)

Ширина спектра излучаемого сигнала,; МГц по уровню -3 дБ

1,23

Тактовая частота ПСП, МГц

1,2288

Число каналов BSна одной несущей

1 пилот-канал, 1 канал сигнализации,
7 каналов персонального вызова, 55
каналов связи


Число каналов связи

1 канал доступа, 1 канал связи

Требуемое для приема отношение
энергии бита информации к
спектральной плотности шума
(Eo/No)

6-7 дБ

|Скорость передачи данных, бит/с
- В канале синхронизации
- В канале персонального вызова и
доступа
- В каналах связи


1200

9600,4800

9600,4800,2400,1200

Кодирование в каналах передачи BS
(канал синх., перс, вызова, связи)

Сверточный код =r=1/2, длина
кодового ограничения К=9


Кодирование в канале передачи MS


Сверточный код r= 1 /3, К=9
64-ичное кодирование
Ортогональными сигналами Уолша


Максимальная эффективная
излучаемая мощность
BS

До 50 Вт

Максимальная эффективная
излучаемая мощность
MS; 1 класс, 2
класс, 3 класс


6,3 Вт; 2,5 Вт; 1,0 Вт

Точность управления мощностью
передатчика
MS

±0,5 дБ

4 Разработка структурной схемы системы демодулятора CDMA.

4.1 Методы поиска во времени

4.1.1 Изменение задержки опорного сигнала

Данный метод представляет собой один из наиболее простых методов поиска и называется так потому, что в нем применяется коррелятор с изменяющейся задержкой опорного сигнала. В процессе поиска анализируется одна из ячеек области неопределенности широкополосного сигнала, и если ШПС с параметрами этой ячейки не обнаружен, то синхронизатор переводит процесс поиска в другую ячейку, перестраивая фазу генератора опорной годовой последовательности соответствующим образом. В результате на каком-то из шагов поиска генератор может попасть в ячейку области неопределенности, совпадающую с параметрами применяемого ШПС. В этом случае синхронизатор перестает вырабатывать управляющий сигнал на перестройку фазы и процесс поиска завершается.

Очевидным достоинством такой схемы поиска является ее простота. Но при этом она обладает существенным недостатком. Этот недостаток заключается в большом времени вхождения в синхронизм. В некоторых случаях, особенно при выборе ШПС с большой базой, время вхождения в синхронизм может существенно превышать длительность самого сеанса связи, что является неприемлемым.

Наиболее простым по своей идее методом устранения этого недостатка является использование параллельных ветвей поиска. Такие приемники называются многоканальными. Но для существенного снижения среднего времени вхождения в синхронизацию необходимо, чтобы число ветвей приближалось к количеству ячеек в области неопределенности, что в случае сигнала с большой базой также не представляется целесообразным.

Для существенного снижения среднего времени вхождения в синхронизацию необходимо применять более эффективные методы поискаШПС.

4.1.2Полихотомические методы синхронизации

Сущность данного метода состоит в том, что область неопределенности делится на несколько частей (n) и с помощью синхронизатора определяется, в какой части находится ячейка с параметрами полезного сигнала. Затем, та часть области неопределенности, в которой находится ячейка с параметрами полезного сигнала снова делится на n частей и снова определяется та часть области неопределенности а которой находится ячейка с параметрами принимаемого сигнала.

Для реализации синхронизатора необходимо найти операцию деления области неопределенности на n частей. Эта задача по задержке принимаемого сигнала решается применением специальных ШПС, для которых выполняется условия мультипликативности. Такими ШПС могут быть сигналы, построенные на основе функций Радемахера и Уолша. Это существенно ограничивает применение данного метода синхронизации, т.к.большинство ШПС, применяемых в сотовых системах третьего поколения, являются последовательностями максимальной длины.

4.1.3 Методы синхронизации на основе быстрых спектральных преобразований

В последние годы появились алгоритмы, позволяющие проводить непосредственно вычисление свертки сигналов за время, существенно меньшее, чем в предыдущих случаях. В основе алгоритмов лежат алгоритмы быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Для еще большего уменьшения времени поиска можнов оспользоваться следствием теоремы о свертке, утверждающей, что свертка двух сигналов во временной области равна произведению этих же сигналов в спектральной области.

Для вычисления свертки в последнем случае необходимо найти спектры сигналов принимаемой и опорной кодовой последовательности, произвести перемежение соответствующих спектральных коэффициентов и выполнить обратное преобразование Фурье для полученного результата. Заметим, что процедуру вычисления прямого преобразования Фурье для ПСП опорного генератора, в принципе, можно выполнить заранее, что позволяет уменьшить сложность процесса вычисления свертки. Структура синхронизатора для данного случая показана на рисунке 4.1.4.1.


Каталог: upload -> 7bf
upload -> Городу иркутску 355 лет Иркутский хронограф
upload -> Лекция «Здравоохранение Амурской области»
upload -> П/п Наименование образовательного учреждения
upload -> Закон о промышленной безопасности опасных
upload -> Конкурса«Учитель года Дона 2011»
upload -> Литература О. Николенко п. 1 читать, п. 2-4 конспект; читать Педро Кальдерон "Життя-це сон"
upload -> Программа «Парламентский стиль»
7bf -> С. С. Абрамов выпускная квалификационная работа бакалавра


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал