Кафедра MForum: Особенности радиоинтерфейса системы IMT-MC 450 1xEV-DO

MForum.ru

Кафедра MForum: Особенности радиоинтерфейса системы IMT-MC 450 1xEV-DO

09.07.2004, MForum.ru

С любезного разрешения компании Huawei Technologies MForum воспроизводит на своих страницах статью специалиста Huawei Technologies Р.А.Капустина, впервые опубликованную на сайте 3G News.


Введение

Не так давно в России был принят федеральный стандарт третьего поколения сотовойсвязи IMT-MC-450, позволяющий абонентам достигать высоких скоростей передачи данных (до 153 кбит/с), но уже ведутся работы по внедрению стандарта следующего поколения EV-DO, позволяющего достичь в той жеполосе частот значительно большей скорости передачиданных (до 2,4 Mбит/с). Стандарт CDMA в настоящее время используется достаточно широко и существует большое количество его разновидностей. Попробуем разобраться в его отличительных особенностях.

Эволюция поколений сетей на базе CDMA

Первые коммерческие системы сотовой связи, построенные на основе технологии многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), были основаны на стандарте IS-95 A/B. Данные сети предоставляли абонентам голосовые услуги и услуги передачи данных, основанные на канальной коммутации. Скорость передачи данных была невысока, до 64 кбит/с. В стандарте IS-95B уже появилась пакетная передачаданных, но скорость еще относительно невысока, до 115 кбит/с. Эволюция стандарта показана на рис. 1.


Рис. 1.Эволюция стандарта CDMA

Основным преимуществом стандартов данной линейки, с точки зрения абонента, является совместимость радиоинтерфейса стандартов различных поколений. Это выделяет определенные особенности в эволюции стандартов. Так трубки стандарта IS-95 могут работать в сетях 1Х. Это стало возможным благодаря унификации использования частотного ресурса, так как ширина несущей для всех стандартов одинакова и составляет примерно 1,25 МГц.

Стандарт EV-DO (от английского EVolution Data Only) рассчитан исключительно для передачи данных и поэтому не требует оборудования для коммутации каналов, т. е. данную сеть можно относительно легко использовать как с сетями CDMA 1Х, так и с сетями IS-95, как наложенную сеть для высокоскоростной передачи данных. Рассмотрим, что позволяет достичь таких высоких скоростей в той же самой полосе частот.

Особенности радиоинтерфейса CDMA 2000 1x

Отличительной особенностью технологии многостанционного доступа с кодовым разделением каналов является возможность нескольких абонентов передавать данные или разговаривать на одной и той же частоте в один момент времени. Это достигается следующим образом. Имеется исходная достаточно узкополосная информация (голос или данные). После предварительного кодирования и перемежения происходит процесс расширения спектра. Каждый информационный канал расширяется соответствующей функцией Уолша и далее парой псевдослучайных последовательностей (PN-кодами) с фиксированной чиповой скоростью 1,2288 Mчип. Далее полученные последовательности от разных абонентов суммируются и передаютсяпо радиоканалу (рис. 2).


Рис. 2. Принцип формирования сигнала CDMA

Соответственно минимальная информационная скорость одного канала составляет 9600 бит/с. Этого достаточно для передачи голосовой информации и именно это является условием обратной совместимости системы данного стандарта с системами, построенными на базе стандартов IS-95.

Таким образом, обеспечивается преемственность различных поколений. Для голосового канала и передачи данных со скоростью 9600 бит/с используются функции Уолша длиной 64 бита. Для обеспечения большей скорости необходимо уменьшить длину кодовой последовательности. Для скорости передачи 19200 бит/с используются функции Уолша длиной 32 бита, и далее в соответствии с ростом скорости длина функции уменьшается, составляя, например дляскорости 153,6 кбит/с, 4 бита.

В теории возможно и достижение скорости передачи данных 307,2 кбит/с, но на практике это не осуществимо. На рис. 2 видно, что мощность непосредственно связана с емкостью системы. Фактически качество алгоритмов управления мощностью и определяет пиковую и среднюю емкость системы. Такой подход наиболее целесообразен в случае большого количества голосовых абонентов. Контроль за скоростью передачи данных в таком случае тоже сводится к контролю мощности.

Рассмотрим далее структуру логических каналов впрямом и обратном канале системы CDMA2000 1Х.

Предлагаем начать с прямого канала системы 1Х. Для удобства читателя все типы каналов перечислены в табл. 1.

Вышеперечисленные каналы подразделяются на общие и выделенные каналы. Ниже даны общие физические каналы:

  • Forward Pilot Channel(F-PICH);
  • Forward Synchronous Channel(F-SYNC);
  • Forward Paging Channel(F-PCH).

А также логические каналы:

  • Forward Broadcast Control Channel(F-BCCH);
  • Forward Quick Paging Channel (F-QPCH);
  • Forward Common Power Control Channel(F-CPCCH);
  • Forward Common Assignment Channel(F-CACH);
  • Forward Common Control Channel(F-CCCH).

Кроме общих каналов также существуют каналы трафика, собственно, являющиеся каналами передачи основной информации. Выделяют следующие логические типы данных каналов:

  • Forward Dedicated Control Channel(F-DCCH);
  • Forward Fundamental Channel(F-FCH);
  • Forward Supplemental Channel(F-SCH).

По каналу F-DCCH передается абонентская сигнализация во время вызова. В свою очередь, по фундаментальному каналу F-FCH возможна передача голосовой информации, а также данных. При необходимости получения больших скоростей задействуются дополнительные каналы F-SCH.

Так, для передачи данных со скоростью 153,6 кбит/с необходимо использование 16 F-SCH. Всего при использовании конфигурации RC3 в одном секторе на одной несущей возможна организация 64 каналов по 9,6 кбит/с. В свою очередь, с учетом общих каналов максимально теоретически возможное число доступных голосовых каналов для абонентов в одном секторе составляет 61 (несколько общих каналов занимают один физический канал на радиоинтерфейсе). В реальной ситуации емкость системы в одном секторе меньше, это обусловлено интерференцией и алгоритмами хэндовера.

Для достижения высокой скорости передачи данных объединяются несколько каналов, при этом уменьшается длина кода, но также уменьшается и коэффициент расширения, что приводит к уменьшению зоны покрытия на данной скорости, либо к необходимости увеличения мощности прямого канала для достижения приемлемого покрытия. Но простое увеличение мощности в полосе приводит к ухудшению отношения сигнал/шум. То есть получается замкнутый круг, практически никогда мощность, излучаемая сектором базовой станции, не достигает пиковой величины. Именно с этим и связана относительно небольшая область покрытия на больших скоростях, а также небольшая емкость для высокоскоростных абонентов.

В качестве модуляции в прямом канале используется QPSK-модуляция.

В обратном канале системы 1Х имеются следующиетипы каналов (табл. 2).

В отличие от прямого канала в обратном канале можно выделить следующие типы общих каналов:

  • Reverse Pilot Channel(R-PICH);
  • Reverse Access Channel(R-ACH);
  • Reverse Enhanced Access Channel(R-EACH);
  • Reverse Common Control Channel(R-CCCH).

И также следующие типы выделенных каналов:

  • Reverse Dedicated Control Channel(R-DCCH);
  • Reverse Fundamental Channel(R-FCH);
  • Reverse Supplemental Channel(R-SCH);
  • Reverse Supplemental Code Channel(R-SCCHT).

Общие каналы используются абонентским терминалом для связи с базовой станцией и доступа в сеть. Обратный пилот-канал используется для первоначального захвата абонентским терминалом базовой станции,трассировки и последующего контроля мощности.

Каналы трафика по своей структуре и функциям аналогичны прямому каналу.

В отличие от прямого канала в обратном канале используется HPSK-модуляция.

Отличительные особенности радиоинтерфейса CDMA 2000 1X EV-DO

Такое подробное рассмотрение структуры радиоинтерфейса CDMA 2000 1Х, возможно, утомительно, носовершенно необходимо для понимания принципиальных отличий стандарта CDMA 2000 1Х EV-DO.

Если в стандарте 1Х пропускная способность прямого и обратного канала одинакова, то в стандарте EV-DO пропускная способность прямого канала значительно больше. Этому есть достаточно простое объяснение: если стандарт 1Х в основном используется для голоса и данных, т. е. трафик достаточно симметричен, то стандарт 1xEV-DO рассчитан только на передачу данных, этим и обусловлена большая скорость в прямом канале. Трафик данных не симметричен, обычно абоненты принимают больше информации, чем передают.

Структура каналов EV-DO показана на рис. 5.


Рис. 5.Структура каналов EV-DO

Из рисунка видно, что принципиально структура формирования каналов в данном стандарте практически аналогична стандарту 1Х и сам стандарт обратно совместимсо стандартом 1Х. Но кроме этого добавляются специфические каналы, присущие данному стандарту. В прямом канале это каналы оценки активности и контроля мощности обратного канала, а также блокирование канала контроля передачи данных, которое используется сетью для запрещения абонентскому терминалу выбора сектора.

Обратный канал по типу модуляции и структуре полностью аналогичен стандарту 1Х за исключением двухновых логических каналов: информации о скорости передачи данных в обратном канале (абонентский терминал сообщает скорость передачи данных в обратном канале) и контроля передачи данных (DRC). При этом терминал сообщает максимально возможную скорость передачи данных в прямом канале.

Максимальная скорость передачи данных для абонента 1xEV-DO в прямом канале может достигать величины 2,4 Mбит/с. Такая скорость достижима благодаря принципиальным отличиям прямого канала.

1. В прямом канале используется технология временного разделения абонентов. Технология временного разделения наиболее оптимально подходитдля пакетной передачи данных. При этом в прямом канале в стандарте EV-DO используются 16 тайм-слотов длительностью по 1,67 мс каждый, в которых и передается абонентская информация. То есть в какой-то момент времени передается информация одного абонента. Это позволяет выделить полную мощность передатчика для каждого конкретного абонента. Нет необходимости контроля мощности в прямом канале. Соответственно в прямом канале нет источников интерференции внутри соты, присутствуют помехи от соседних сот.

2. В зависимости от типа передаваемой информации используется адаптивная модуляция. От типа модуляции, применяемой в прямом канале, зависит скорость передачи данных, система оценивает размер кодируемого пакета, состояние радиоинтерфейса и назначает в соответствии с этим вид модуляции QPSK, 8-PSK или 16-QAM.

3. Применяются алгоритмы контроля скорости передачи данных. Скорость передачи данных зависит от состояния радиоинтерфейса в соте, и если в системе 1х для достижения больших скоростей производилось управление мощностью передаваемой информации, то, так как в системе EV-DO передаваемая мощность постоянна, производится оценка состояния радиоинтерфейса и быстрая подстройка скорости передачи данных. Зависимость скорости передачи информации приведена в таблицах 3 и 4.


Таблица 3. Скорость передачи данных в прямом канале

Поясним вышесказанное. Например, абонент закачивает файл данных большого размера или смотрит потоковое видео, система сама назначает ему скорость. Абонентский терминал оценивает отношение сиг-нал/шум в секторе и вместе с информационным запросом передает индекс DRC, в соответствии с которым система определяет максимально возможную скорость передачи данных в прямом канале. Данный индекс динамически меняется во время сеанса в зависимости от уровня интерференции. В соответствии с количеством бит вкодируемом пакете система назначает вид модуляции, количество тайм-слотов и соответственно скорость передачи данных.

Rdo Индекс DRC Пороговое С/Ш, дБ
38,4 кбит/с
76,8 кбит/с
153,6 кбит/с
307,2 кбит/с
307,2 кбит/с
614,4 кбит/с
614,4 кбит/с
921,6 кбит/с
1,2288 Мбит/с
1,2288 Мбит/с
1,8432 Мбит/с
2,4576 Мбит/с
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
-12
–9,6
–6,8
–3,9
–3,8
–0,6
–0,8
1,8
3,7
3,8
7,5
9,7

Таблица 4

Таким образом, при значении DRC-индекса 12 и передачи пакетов большого объема скорость передачи данных абонента достигает 2,4 Mбит/с. При этом он занимает всего лишь один тайм-слот. Вся остальная емкость доступна для других абонентов. То есть система управляет скоростью передачи и никогда не выделит больше ресурсов абоненту, находящемуся в худших условиях.

При передаче данных в направлении к базовой станции абонентский терминал принимает широковещательный RA-канал, в котором содержится информацияо загрузке обратного канала. Данный канал содержится в каждом тайм-слоте. Вместе с данными передается иинформация о скорости передачи в обратном канале, что упрощает работу базовой станции.

Заключение

Достаточно сложно отразить в статье все нюансы и тонкости радиоинтерфейса 1Х EV-DO, но большие возможности передачи данных, реализованные в нем, оказались востребованы глобальным рынком. В настоящее время число пользователей данного стандартапревышает 4,3 млн человек, и он является самым внедренным стандартом третьего поколения. Абонентам сетей остается надеяться, что сети IMT-MC-450 перейдут на данный стандарт как можно быстрее и порадуют нас новыми услугами высокоскоростной передачи данных, потокового видео и сотового телевидения, а также многими другими.

© Р.А. Капустин, Huawei Technologies

© «Мобильный форум»

Также по теме: читайте подборку материалов по технологии CDMA450 в разделе "Энциклопедия" "Проф-архива" MForum



Поиск по сайту:


Колонка редактора

12.11. МегаФон построит частную сеть pLTE в Махачкалинском морском торговом порту

12.11. В упаковочное предприятие Samsung Electronics в Асане вложат более $30 млрд

12.11. Восемь обновленных спутников Globalstar завершили первичные орбитальные испытания

12.11. Билайн нарастил покрытие и емкость сети в строящемся ЖК в Улан-Удэ

12.11. МТС развернула БС в селе Андреевка Амурской области

11.11. МегаФон и МТС объявляют совместную позицию по вопросам текущего взаимодействия с банками

11.11. Российские корпоративные клиенты всё охотнее рекомендуют отечественную технику

11.11. Microsoft давит на администрацию президента США, выступая против запрета импорта чипов из Китая

11.11. МТС включила сеть LTE на склонах горнолыжного комплекса «Снегорка»

10.11. Обвинения в шпионаже вокруг Nvidia могут завершиться принятием законов, еще более ограничивающих доступ Китая к ИИ-чипам и современному оборудованию для их производства

10.11. Странная сделка в Японии – Mitsui Chemical покупает бизнес JSR

10.11. Infineon больше не может расширять мощности по производству чипов без «форвардных контрактов»

10.11. Билайн обеспечил мобильную связь на речном маршруте в Москве

10.11. Эйфелева башня и центральный парк Волгограда получили обновленную сеть МТС

10.11. МегаФон четвёртый год подряд стал «платиновым» работодателем

Все статьи >>


Новости

12.11. Poco X8s стал доступен в Европе

12.11. В сети появились макеты трёх моделей серии Samsung Galaxy S27

12.11. Samsung официально раскрыла переход галереи на хранилище Google

11.11. Утечка раскрыла ёмкость батарей и общие черты iPhone 18 и 18e

11.11. OnePlus 17 может войти в число широкоэкранных флагманов 2027 года

11.11. В сети появились макеты iPhone Air 2 и iPhone 18

10.11. Oppo Pad Air6 с 12.1" экраном 120 Гц и Dimensity 7360 Super представлен официально

10.11. Bixby в One UI 9.5 получит автоматические задачи

10.11. Vivo работает над серийным АКБ ёмкостью 11 970 мАч

09.11. Серия Huawei Nova 17 получит 200-МП камеру и новые дисплеи

09.11. Realme 17 Pro – утечка указывает на батарею емкостью 10 000 мАч и Dimensity 7300

09.11. Утечка о Xiaomi 18 подтверждает 100-ваттную зарядку

06.11. Motorola представила Moto Watch 2 Fit и Moto Buds 2 Ultra

06.11. Motorola Signature 27 с АКБ 7000 мАч и 200-МП перископом представлен официально

05.11. Honor готовит смартфон с батареей 14 000–15 000 мАч

05.11. Утечка показывает дизайн в стиле Pixel 11 Pro Fold

05.11. Утечка о Samsung Galaxy A38 раскрыла батарею 6000 мАч

04.11. Утечка раскрыла характеристики и сроки выхода iPhone 18, 18e и Air 2

04.11. Утечка о Redmi Turbo 6 Max указывает на 7-дюймовый 2K-экран частотой 185 Гц

04.11. Vivo Y32 5G – АКБ 8000 мАч, Snapdragon 4 Gen 2 и защита IP69