Процедуры физического уровня в системе UMTS – ЧАСТЬ 1

К процедурам физического уровня в сети UMTS относят процедуры вызо­ва и случайного доступа, синхронизацию, управление мощностью передатчика передачу обслуживания в другую соту (сектор) (эстафетную передачу), и не­которые другие [8, 19]. Рассмотрим кратко основные процедуры из вышепере­численного.

Синхронизация и поиск соты в WCDMA

Стремясь по возможности удешевить оборудование UMTS, ее разработчи­ки отказались от привязки сети к единому времени, характерной для системы cdmaOne. Асинхронный режим, поддерживаемый стандартом WCDMA, стал одним из важных отличий от cdma2000, где предполагается наличие внешней синхронизации для всех базовых станций. Источником точного времени здесь могут быть сигналы GPS, что позволяет мобильной станции использовать для различения соседних БС временные сдвиги одного и того же скремблинг-кода.

В асинхронной сети каждая базовая станция имеет свою независимую шка­лу времени, а мобильная станция не располагает предварительной информа­цией об относительной разнице распространения сигнала между разными БС. Преимущество асинхронной системы состоит в отсутствии необходимости син­хронизации всех БС с помощью единого внешнего источника точного времени.

6.4.1.1. Каналы синхронизации в UMTS. Каналу синхронизации SCH в системной архитектуре UMTS отводится ключевая роль. Этот канал, создавае­мый в нисходящей линии, используется при инициализации МС в сети, поиске соты и для определения границ кадров (слотов), передаваемых базовой станци­ей. Канал SCH реализуется как совокупность пары синхронизирующих кана­лов: первичного канала (Primary) P-SCH и вторичного (Secondary) S-SCH [10]. Оба эти канала используются базовой станцией для передачи синхропоследо- вательности для МС. Передаваемые в этих каналах сигналы не подвергаются перемножению с каналообразующим кодом или скремблированию, поскольку этап инициализации имеет место до того, как МС получит сведения о скрембли- рующем коде конкретной БС, применяемом в данной зоне обслуживания.

Каналы P-SCH и S-SCH всегда занимают начальные 256 чипов каждого слота. Первичный SCH формируется в виде немодулированной посылки из усеченного кода Голда длиной 256 чипов, передаваемого единожды на протяжении временного интервала длиной 2560 чипов. Синхрокод канала P-SCH одинаков для всех базовых станций сети. Поэтому, выполняя поиск сигнала, МС не имеет возможности выбора той или иной БС: то, с которой из них удалось войти в контакт, выясняется только после завершения процедуры синхронизации. Захват синхросигнала канала P-SCH позволяет МС определить границы отдельных слотов, но не границы кадра [19].

Вторичный канал синхронизации S-SCH используется для передачи одной из 15 различных последовательностей (по одной в каждом слоте) для разных кодовых групп, повторяющихся после каждого кадра. Эти последовательности используются при идентификации кодовой группы.

Третий участвующий в процедуре синхронизации общий пилот-канал CPICH служит для передачи по линии «вниз» общих пилот-символов, скрем- блированых кодом базовой станции. Каждый из слотов канала CPICH содержит 10 символов протяженностью по 256 чипов каждый.

Структура слотов и кадров (фреймов) трех типов каналов синхронизации, используемых при поиске соты в системе WCDMA, показана на рис. 6.21.

Рис. 6.21. Каналы синхронизации, используемые при выполнении процедуры поиска соты в системах стандарта WCDMA

6.4.1.2. Синхрокоды и их назначение. Первичный синхронизирующий код – primary synchronization code (PSC) [16], в спецификации UMTS определя­ется как двоичная последовательность длиной 256 чипов, формируемая путем 16-кратного повторения последовательности а длиной 16 элементов:

в соответствии с шаблоном

Вторичный синхрокод также имеет длину 256 элементов и строится на основе 16-элементной последовательности, совпадающей сев первых восьми символах, и с ее инверсией – в оставшихся:

в соответствии с шаблоном

после чего поэлементно перемножается с каждой 16-й строкой матрицы Адама­ра размерности 256.

Полученные таким образом 16 ортогональных векторов длиной 256 являют­ся алфавитом для построения 64-х 16-ичных кодовых слов длины 15. Каждое из таких кодовых слов используется затем в качестве вторичного синхросигнала

Такой алгоритм построения синхрокода имеет целью обеспечить как можно меньший уровень взаимной корреляции между циклическими сдвигами различ­ных вторичных синхросигналов, а также наименьшие боковые пики автокорре­ляционной функции каждого конкретного вторичного синхросигнала.

С целью упрощения процедуры поиска соты скремблинг-коды объединены в кодовые группы. Число скремблинг-кодов фиксировано и равно 512. Количе­ство же самих кодовых групп может быть различным – от 32 до 256. Так, если на втором этапе выполнения алгоритма поиска соты используются 32 кодовых группы, число альтернативных скремблинг-кодов, определяемых на третьем этапе, составляет 16 (32 кодовые группы х 16 кодов в каждой группе = 512 ко­дов). Аналогично, если используются 64 кодовых группы, в группе будет по 8 кодов (64 кодовые группы х 8 кодов в группе = 512 кодов).

6.4.1.3. Алгоритм поиска соты. При отсутствии внешней синхронизации различение базовых станций путем использования разных временных сдвигов одного и того же скремблинг-кода невозможно. Поэтому в асинхронной систе­ме WCDMA смежные базовые станции идентифицируются за счет применения разных скремблинг-кодов. Как следствие, поиск соты в асинхронной системе занимает более длительный период времени, чем в синхронной. Он, кроме того, усложняется наличием непреднамеренных помех от других мобильных стан­ций.

Каждая сота в сети UTRA идентифицируется за счет применения в ней сво­его скремблинг-кода, из которого формируется фрейм длиной 38 400 чипов и который, в свою очередь, разбивается на 15 слотов по 2560 чипов. Поиск соты осуществляется как непосредственно при включении мобильной станции (по­иск первичной соты), так и в процессе ее работы (целевой поиск соты). Послед­ний осуществляется при поиске кандидатных сот для осуществления хэндовера (передачи обслуживания). При целевом поиске МС получает из сети список и скремблинг-коды соседних сот, что заметно упрощает процедуру поиска соты в целом. Решение о выборе новой соты МС принимает по стандартизированным критериям.

Процесс взаимной синхронизации МС и БС реализуется в несколько этапов [20], на протяжении которых осуществляется:

–                слоговая синхронизация;

–                кадровая («пофреймовая») синхронизация и идентификация кодовой группы;

–                идентификация применяемого скремблинг-кода;

–                синхронизация по частоте;

–                идентификация соты.

Первоначальная синхронизация МС и сети начинается в момент включения питания мобильного терминала и состоит из трех этапов. I. Сразу после включения МС начинает поиск первичного синхросигнала, мо­дулированного первичным кодом синхронизации. Эта последовательность,

состоящая из 256 чипов, передается в начале каждого слота всеми базовыми станциями сети. Синхросигналы одинаковы для всей сети, вследствие чего они не могут выполнять роль идентификаторов БС. Зато их поиск и прием может осуществляться с помощью единственного согласованного фильтра, пиковые выбросы на выходе которого определяют временные границы слотов для МС.

2.             На втором этапе МС осуществляет кадровую синхронизацию (т.е. устраняет неоднозначность относительно временных границ кадра) и идентификацию кодовой группы (соты). Для этого МС использует определенный на первом этапе вторичный код синхронизации SSC. Кадр или фрейм содержит 15 сло­тов, а общее число различных SSC равняется 64, поэтому в общей сложности имеется 15×64 конкурирующих гипотез. Сравнивая отклики согласованных фильтров на все 15 циклических сдвигов каждого из 64 SSC, приемник МС принимает решение в пользу пары «сдвиг-код», обеспечивающей максималь­ный отклик. Поскольку содержащий SSC сигнал жестко засинхронизирован с кадром (фреймом) и связан с некоторой группой первичных скремблинг- кодов, по завершении второго этапа МС может опознать группу скремблинг- кодов БС, с которой вступила в контакт, и определить границы фрейма.

3.             На третьем этапе МС осуществляет идентификацию первичного скремблинг- кода базовой станции данной соты. Обычно это осуществляется путем по­символьной корреляционной обработки канала CPICH с использованием всех кодов кодовой группы, идентифицированной на втором этапе. Каждая кодовая группа содержит 8 возможных первичных скремблинг-кодов. Чтобы устранить эту неопределенность, МС должна проверить 8 конкурирующих гипотез. Завершив этот этап, МС «знает» конкретный первичный скрембли- рующий код данной БС. Таким образом, сочетание процедур кадровой син­хронизации и идентификации кодовых групп уменьшает в целом сложность алгоритма поиска соты.

Последние два этапа в алгоритме поиска соты (частотная синхронизация и идентификация соты) выполняются только при осуществлении поиска первичной соты после включения терминала и не выполняются при целевом поиске соты.

По завершении описанной выше трехэтапной процедуры кодовой и времен­ной синхронизации осуществляется установка частоты и окончательная иденти­фикация соты. Для обеспечения робастности процедуры синхронизации к ошибке по частоте алгоритм поиска первичной соты изначально предполагает ее нали­чие. Практически при поиске первичной соты целесообразно насколько возможно уменьшить ошибку по частоте. В этом случае целевой поиск соты состоит из вре­менной синхронизации и идентификации скремблинг-кода базовой станции.

6.4.2. Вызов и процедура доступа мобильной станции к базовой станции

В UMTS любая однажды зарегистрировавшаяся в сети МС автоматически «приписывается» к некоторой группе вызова. Каждой такой группе присваивается некоторый индикатор вызова, который отныне всякий раз, при появлении вызова от абонента данной группы, будет передаваться по каналу индикации вызова PICH.

Определив наличие сигнала вызова своей группы, МС начиная со сле­дующего временного кадра анализирует состояние вторичного общего канала управления S-CCPCH, откуда узнает, адресован ли вызов именно ей. Подобная двухступенчатая процедура исключает для МС необходимость постоянного про­слушивания канала управления и введена из соображений энергосбережения.

Процесс установления соединения (с БС) по инициативе мобильной станции называют процедурой случайного доступа. Перед тем, как инициировать процедуру случайного доступа, мобильная станция входит в синхронизм с базовой, реализуя описанную в предыдущем подразделе трехэтапную процедуру синхронизации. Собственно процедура доступа состоит из следующих этапов:

1)            из сообщений широковещательного канала ВССН мобильная станция из­влекает сведения о:

действующих на текущий момент идентификаторах (signatures) и доступных ей временных «окнах» канала RACH; скремблирующих кодах каналов случайного доступа RACH; текущем уровне помех на входе приемника БС;

2)            произвольно (случайным образом) МС выбирает один из разрешенных для ее группы субканалов RACH, окно доступа, один из допустимых идентифи­каторов, а также определяет коэффициент расширения спектра для инфор­мационной части сообщения;

3)            МС оценивает потери по мощности в линии «вниз» по первичному кана­лу ССРСН и определяет требуемый уровень мощности в линии «вверх» на основании полученной от БС информации о помеховой обстановке. Затем она устанавливает начальный уровень мощности передачи по каналу RACH с достаточным запасом на неточность измерения (поскольку схема контроля мощностью по замкнутой петле на этом этапе еще не функционирует, во избежание нежелательных помех МС может установить минимальное на­чальное значение мощности передатчика);

4)            МС передает преамбулу длительностью 1 мс, содержащую идентификатор;

5)            МС декодирует передаваемый БС сигнал в канале индикации захвата AICH (acquisition indication channel), чтобы узнать, принята ли посланная ей пре­амбула;

6)            в течение установленного времени МС ожидает подтверждения приема от БС. При отсутствии подтверждения захвата в канале AICH, с шагом, кратным 1 дБ, МС увеличивает мощность и вновь посылает преамбулу и идентификатор;

7)            при наличии подтверждения от базовой станции МС начинает передачу сег­мента сообщения (длительностью 10 или 20 мс).

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

2 коммент. »

 
 

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100