Лекция №3. Техническое обеспечение САПР. Передача дискретных данных, страница 5

Сообщение, передаваемое в выделенном абонентувременном интервале TDMA кадра (577 мкс), в каждом последующем кадре передается (принимается) на новой фиксированной частоте.Скачкообразная перестройка частоты повышает эффективность кодирования при малой скорости перемещения мобильных станций, усредняет помехиодного канала между несколькими мобильными станциями и позволяет снизить требования к отношению сигнал/ шум с 11 дБ до 9 дБ. В процессескачков по частоте постоянно сохраняется дуплексный разнос 45 МГц между каналами приема и передачи. В структуре GSM строго определенывременные характеристики огибающей сигнала, излучаемого пакетами на канальном временном интервале TDMA кадра, и спектральная характеристикасигнала.Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи (DTX), которая обеспечивает включение передатчика толькопри наличии речевого сигнала и отключение передатчика в паузах и в конце разговора.

В качестве речепреобразующего устройства выбран речевойкодек с регулярным импульсным возбуждением/долговременным предсказанием и линейным предикативным кодированием с предсказанием (RPE/LTP).Речевой сигнал после цифро-аналогового преобразователя представляет собой цифровую последовательность, которая после преобразования ее впараллельный код, подается на синфазно-квадратурный модулятор. Последний позволяет получить сигналы с постоянной огибающей,отличающиеся от других высокими энергетическими характеристиками.

Транскодер обеспечивает преобразование выходных сигналов канала передачиречи и данных MSC (64 кбит/с - ИКМ) к виду, соответствующему рекомендациям GSM по радиоинтерфейсу - 13 кбит/с.Стандарт GSM содержит службы: основные службы и телеслужбы. Основные службы обеспечивают: передачу данных (асинхронно и синхронно) вдуплексном режиме со скоростями 300, 600, 1200, 2400, 4800 и 9600 бит/с через телефонные сети общего пользования, коммутируемые сети передачиданных общего пользования ISDN и DSL. Телеслужбы предоставляют следующие услуги: а) телефонная связь, служба сигнализации (охрана квартир,сигналы бедствия и пр.); б) передача коротких сообщений; в) доступ к службам "Видеотекс", "Телетекс", "Телефакс".В стандартах третьего поколения (3G) главным требованием стало обеспечение видеосвязи хотя бы в разрешении QVGA (320х240), для чегонеобходимо достичь пропускной способности передачи цифровых данных не менее 384 Кбит/с.

Для решения этой задачи используются полосычастот увеличенной ширины (W-CDMA, Wideband CDMA) или большее количество задействованных одновременно частотных каналов с кодовымразделением (CDMA2000).Физический уровень UMTS/WCDMA (3G) полностью отличается от решений, применяемых в GSM. Он использует технологию расширения спектрапередачи в виде, применяемом в CDMA, а не технологию TDMA, которая применяется в GSM. Кроме того, UMTS работает в другом диапазоне частот. Внастоящее время имеется шесть полос частот, определенных для использования в UMTS/WCDMA, хотя другие не запрещены. Международнаяконференция администраций по радиочастотам (WARC) еще в 1992 году рекомендовала не занимать диапазоны 1885-2005 и 2110-2200 МГц.

Каждыйканал занимает диапазон 5 МГц. Для передачи информации от узла В к UE и в обратном направлении применяются различные способы модуляции. Дляпередачи от узла к пользователю применяется квадратурнофазовая манипуляция (QPSK). Для передачи в обратном направлении используются дваотдельных канала для того, чтобы прямые и обратные линии передачи речи не влияли друг на друга. Передаваемые данные кодируются расширяющимкодом, конкретным для каждого пользователя. После такого кодирования информацию может расшифровать только желательный получатель.

Вседругие появляющиеся сигналы отделяются как шум. Это позволяет нескольким пользователям одновременно использовать один радиочастотный канал.Скорость передачи равна 3,84 Мчип/с. При использовании QPSK возможна передача двух бит на каждый символ (чип) - скорость в канале будет равна7,68 Мбит/с. Имеются две ступени расширения: первая ступень — коды на основе ортогональных кодов с переменным коэффициентом расширения(OVSF — Orthogonal Variable Spreading Factor codes), и вторая — на основе псевдослучайных чисел.Основные преимущества CDMA: отличное качество звука и крайне низкий уровень фоновых шумов; широковещательный сигнал CDMA обеспечиваетохват большей территории; улучшает качество связи в перенаселенных районах и местностях с холмистым рельефом, где возникают помехи ототраженных сигналов; увеличивает емкость системы, "виртуально" отсеивая занятые, перекрестные и повисшие вызовы; емкость CDMA в 3 разабольше чем у TDMA; аппараты CDMA обычно работают на меньшей мощности, что позволяет использовать более портативные аппараты с болеедлительным временем работы без подзарядки.

CDMA использует более 4,4 триллиона кодов для разделения индивидуальных вызовов, обеспечиваяполную защиту и предотвращая несанкционированные подключения. Стандарт лучше других подходит для передачи цифровых данных; возможнапередача голоса и факса по одному каналу, нет искажений речи при переходе от одной базовой станции к другой (мягкий handoff).Однако, на сети третьего поколения перейти спешат далеко не многие. Причиной тому и дороговизна телефонных аппаратов и дороговизна эфирноговремени и малое время автономной работы из-за чрезмерно высокой (по сравнению с аппаратами второго поколения) нагрузки при передаче большихобъемов данных. Одновременно, стандарт второго поколения GSM получил поистине глобальное распространение.

Не воспользоваться ситуацией былобы неправильно как с точки зрения операторов, которым хотелось бы увеличить среднюю выручку с одного абонента и обеспечить предоставлениесервисов, конкурентоспособных с сервисами 3G-сетей, и пользователей, ожидающих дешевый мобильный доступ в интернет. Поэтому был придуманэволюционный подход, конечной целью которого было превратить GSM в стандарт третьего поколения.Сначала была внедрена технология передачи данных GPRS (General Packet Radio Service), закрепившая переход к пакетному подходу, а потом —технология EDGE (EGPRS). Стандарт GSM с технологией GPRS занимает промежуточное положение между вторым и третьим поколениями связи, посемунередко называется вторым с половиной поколением (2,5G).

Технология EDGE играет сразу две роли: обеспечивает более высокую пропускнуюспособность для передачи и приема данных, и служит еще одним шагом на пути от GSM к 3G. EDGE не является новым стандартом сотовой связи,однако подразумевает дополнительный физический уровень, который может быть использован для увеличения пропускной способности сервисов GPRSдо 384 Кбит/с c использованием новой модуляционной схемы, новых методов кодирования каналов и коррекции ошибок.

По сути, EDGE является«надстройкой» к GPRS и подразумевает использование иных модуляционных и кодовых схем, сохраняя совместимость с сервисом голосовой связи. ВEDGE и в GPRS в единицу времени отправляется одинаковое число символов, однако благодаря использованию другой модуляционной схемы, числобит данных в EDGE втрое больше.Таблица 1. Сравнительные характеристики EDGE и GPRSGPRSEDGEМодуляционная схемаGMSK8-PSK/GMSKСкорость передачи символов270 тыс. всекунду270 тыс. всекундуПропускная способность270 Кбит/с810 Кбит/сПропускная способность на таймслот22,8 Кбит/с69,2 Кбит/сСкорость передачи данных натайм-слот20 Кбит/с(CS4)59,2 Кбит/с(MCS9)Скорость передачи данных сиспользованием 8 тайм-слотов160 (182,4)Кбит/с473,6 (553,6)Кбит/с/sLTE (долгосрочная эволюция) - это переход к стандартам беспроводной мобильной связи 4-го поколения (4G). К физическому уровню LTEпредъявляются самые высокие требования: скорость передачи 100 Мбит/с в нисходящем канале и 50 Мбит/с в восходящем, эффективноеиспользование спектра, несколько частотных каналов на полосе 1,25…20 МГц.

Для выполнения этих требований была выбрана технологиямультиплексирования с ортогональным частотным разделением сигналов (OFDM). Кроме того, в сетях LTE используется технология MIMO(предварительное кодирование при компоновке пакетов), что позволяет увеличить емкость канала (пространственное мультиплексирование) иповысить надежность сигнала.На сетевом уровне LTE работает полностью на базе IP технологий, а на физическом уровне (в радиоканале) применяется ортогональное частотноеуплотнение с модуляцией 4-8-ФМ, 16-32-64-QАМ.

Количество поднесущих N лежит в диапазоне 128—2048 в зависимости от ширины канала. Напрактике чаще всего используется 512 или 1024 поднесущих для полос 5 и 10 МГц, соответственно.OFDM заключается в том, что информационный битовый поток делится среди нескольких тысяч поднесущих, по которым данные передаютсяпараллельно. Во временной области «шеренги» с разным частотным заполнением сменяют друг друга, образуя пакеты (слоты). Ортогональность частотобеспечивает отсутствие межсимвольной интерференции. Частотные «шеренги» при помощи обратного преобразования Фурье преобразуются ввременные последовательности, переводятся в последовательный поток в виде 2048 выборок, проходят ЦАП преобразование и излучаются.