Поле нагрузки транспортного модуля STM-1

   При передаче по линии сигналы модулируются, при этом важно обеспечить сохранение среднего уровня сигнала (постоянной составляющей). Определенные искажения сигнала вносит сам кабель. Заметное влияние на характер искажений оказывает межсимвольная интерференция (ISI - Intersymbol Interference). Эта интерференция возникает из-за расплывания импульсов в процессе их передачи по линии и наезжания их друг на друга. Проблема усложняется тем, что характеристики передающей линии могут меняться со временем (коммутаторы и маршрутизаторы). По этой причине очень важно обеспечить идентичность условий передачи различных частот при наличии таких вариаций. Для решения этой задачи используются линейные эквилайзеры (рис. 2.1.3 и 2.1.4), которые выполняют эту операцию во всем спектре частот, или после стробирования для реального спектра сигнала. Этот метод чувствителен к шумам в системе. Эквилайзеры с решающей обратной связью (DFE - Decision Feedback Equalizer) не чувствительны к шумам, они управляются принятой информацией. Но влияние ошибок при приеме информации в этом случае может быть усилено.

Рис. 2.1.3. Линейное выравнивание (эквилизация)

Рис. 2.1.4. Эквилизация с помощью решающей обратной связи

На практике линейное выравнивание и эквилизация с обратной связью совмещаются друг с другом и со специальными методами формирования передаваемых сигналов. Проблема усугубляется тем, что одна и та же линия используется для передачи данных в обоих направлениях одновременно.

Для улучшения  отношения сигнал/шум следует  поднимать амплитуду передаваемого  по линии сигнала. Выбранное значение определяется требованиями перекрестных наводок и возможностями существующих БИС. В результате компромисса выбрана  амплитуда 2.5 В на нагрузке 135 ом. Любые нелинейные искажения должны быть менее 36 дБ по отношению к основному сигналу. Учитывая динамический диапазон сигналов в линиях связи, отношение сигнал шум предполагается равным 20 дБ, что соответствует ограничению 6дБ на число ошибок 1/106 для гауссова распределения шума. При аналого-цифровом преобразовании одному биту соответствует 6 дБ.

Обычно двухпроводная линия (тем  более 4-х проводная) используется для  одновременного двухстороннего обмена (full duplex). Эта задача может быть решена схемотехнически мультиплексированием по времени (TDD - Time Division Duplex) или частоте (FDD - Frequency Division Duplex). TDD довольно легко реализовать, этот метод не требует сложных фильтров и эквилайзеров. Метод TDD привлекателен при малых длинах кабеля для коммутируемых телефонных сетей.

Рис. 2.1.5. Схема  эхо-компенсации

>Более широко  для реализации двухстороннего  обмена по одной паре проводов  используется метод эхо-компенсации. Этот метод предполагает вычитание передаваемого сигнала из принимаемого, определяя тем самым истинную форму входного сигнала. Если на приведенном рисунке 2.1.5 Zвх равно волновому сопротивлению линии, то выходной сигнал передатчика не будет влиять на работу приемника. Здесь предполагается, что выходное сопротивление передатчика много меньше z= zлинии. Учитывая вариации ослабления сигнала, схема эхо-компенсации должна уметь работать в очень широком динамическом диапазоне амплитуд, сохраняя удовлетворительную линейность. Это обстоятельство, а также зависимость zлинии от частоты, приводит к заметному усложнению схем эхо-компенсации (Рис. 2.1.6). Системы эхо-компенсации весьма чувствительны к временному разбросу срабатывания пороговых схем, так как это приводит к фазовому сдвигу вычитаемых друг из друга сигналов.

Рис. 2.1.6. Схема  эхо-компенсации с адаптивным фильтром

На рис. 2.1.7 показана зависимость  скорости пропускания от сопротивления  петли передающей линии для разных схем кодирования сигнала (пунктирной линией отображен вариант четырехуровневого  кодирования). Те, кто работал с  выделенными линиями, усвоили эту  зависимость на практике. Если сопротивление  линии более 1,5 кОм вы скоро будете знать дежурных вашей телефонной станции по имени, узнаете, что такое  грозовые вставки и что они  имеют привычку окисляться. Рис. 2.1.7. Зависимость максимальной скорости передачи данных от сопротивления петли  передающей линии

Различные методы модуляции приводят к разным уровням перекрестных наводок, и, как следствие, могут обеспечить разные скорости пропускания сигналов. Так применение линейной эквилизации при амплитудной модуляции дает улучшение пропускной способности примерно в 5 раз. Из рисунка 2.1.8 видно, что переход от линейного выравнивания к эквилизации с обратной связью позволяет добиться улучшения почти в 1,5 раза. Многоуровневый метод кодирования увеличивает скорость пропускания еще на 30%. Следует, правда, иметь в виду, что многоуровневый метод кодирования характеризуется большим уровнем импульсных помех и, следовательно, ошибок.

Рис. 2.1.8. Минимальное  отношение сигнал-шум при скорости передачи ~150кбит/с

На рис. 2.1.8 показана зависимость отношения сигнал-шум  от сопротивления петли для разных схем передающего канала. Пунктиром  проведены зависимости для случая четырехуровневого кодирования. Кривые 1 соответствует случаю амплитудной  модуляции с линейным выравниванием, а кривые 2 - варианту эквилизации с обратной связью.

1.3. Транспортные каналы и их перенос на физические каналы

В UTRA данные, получаемые на высоких уровнях, передаются по воздуху  при использовании транспортных каналов, которые отображаются (переносятся) на физическом уровне различными физическими  каналами. Требуется, чтобы физический уровень поддерживал транспортные каналы с переменной скоростью передачи для обеспечения услуг по предоставлению необходимой ширины полосы по требованию и позволял мультиплексировать несколько  услуг в одном соединении. В  данном разделе описан процесс переноса транспортных каналов на физические каналы и показывается, как учитываются эти два требования при переносе.

Каждый транспортный канал сопровождается индикатором  транспортного формата (TFI) в каждый момент времени, в котором ожидается  поступление данных для конкретного  транспортного канала от высоких  уровней. Физический канал объединяет информацию о TFI от различных транспортных каналов в индикаторе комбинации транспортных форматов(TFCI). TFCI передается в физическом канале управления, чтобы  информировать приемник о том, какие  транспортные каналы являются активными  для данного фрейма; исключение составляет слепой прием транспортного формата (BTFD), который будет рассматриваться  вместе с выделенными нисходящими  каналами. На рис. 6.1 два транспортных канала отображены в одном физическом канале, и для каждого транспортного  блока обеспечивается также индикация  рассогласования. Транспортные каналы могут иметь различное число  блоков, и в любой момент времени  не все транспортные каналы обязательно  являются активными.

Один физический канал управления и один или несколько  физических каналов передачи данных образует один кодированный составной  транспортный канал (CCTrCh). В заданном соединении может быть более одного CCTrCh, но в этом случае передается только один канал управления на физическом уровне.

Интерфейс между  более высокими уровнями и физическим уровнем менее подходит для реализации в терминале (оконечном оборудовании), поскольку в основном все происходит в одном и том же оборудовании, так что сопряжение здесь скорее является инструментом для работы над  спецификациями.

В направлении  сети разделение функций между физическим уровнем и высокими уровнями более  важен, поскольку там интерфейс  между физическим уровнем и более  высокими уровнями представлен интерфейсом  Iub между базовой станцией и контроллером радиосети (RNC), как описано главе 5.

Имеется два  типа транспортных каналов: выделенные каналы и общие каналы. Основное различие меду ними состоит в том, что общий канал представляет собой ресурс, который делится  между всеми пользователями или  между группой пользователей  ячейки, тогда как ресурс выделенного  канала, определяемый конкретным кодом  на определенной частоте, назначается  только для одного пользователя. В главе 10.3 дается сравнение транспортных каналов по передаче пакетированных данных.

Рис.6.1. Интерфейс между  высокими уровнями и  физическим уровнем.

Выделенный  транспортный канал

Единственным  выделенным транспортным каналом является выделенный канал, для которого используется термин DCH в 25-й серии спецификаций UTRA. Выделенный транспортный канал  несет всю информацию, предназначенную  для данного пользователя, поступающую  с уровней выше физического уровня, включая данные для фактического сервиса, а также управляющую  информацию высокого уровня. Содержимое информации, переносимой по DCH, является невидимым для физического уровня, так что управляющая информация высокого уровня и данные пользователя трактуются одинаково. Естественно  параметры физического уровня, установленные UTRAN, могут различаться для управляющей  информации и передаваемых данных.

Известные каналы GSM: канал передачи трафика (TRCH) и  совмещенный канал управления (ACCH) на физическом уровне не существуют. Выделенный транспортный канал переносит как  данные сервиса, например, фреймы речи, так и управляющую информацию высокого уровня, например, команды  на осуществление хэндовера или сообщения об изменениях от терминала. В WCDMA отдельный транспортный канал не требуется, так как обеспечивается переменная скорость передачи и мультиплексирование услуг.

Выделенный транспортный канал характеризуется такими особенностями, как быстрое управление мощностью, быстрое изменение скорости передачи на пофреймовой основе, возможностью передачи в определенную часть ячейки или сектора при изменяющейся направленности в адаптивных антенных системах. Выделенный канал поддерживает мягкий хэндовер.

Общие транспортные каналы

В настоящее  время имеется 6 типов различных  общих транспортных каналов, определенных для UTRA, сведения о которых приводятся в следующих разделах. Есть некоторые  отличия от систем второго поколения, например, передача пакетированных данных по общим каналам и совместное использование нисходящего канала для передачи пакетированных данных. Общие каналы не имеют мягкого хэндовера, но некоторые из них могут иметь быстрое управление мощностью.

Широковещательный канал

Широковещательный канал (BCH) является транспортным каналом, который используется для передачи специальной информации для сети UTRA или для данной ячейки. Наиболее распространенными данными, необходимыми в каждой сети, являются имеющиеся  коды случайного доступа и слоты  доступа в ячейке или типы методов  разнесения передачи, используемые в  других каналах для этой ячейки. Поскольку терминал не может зарегистрироваться в ячейке, не имея возможности декодирования  широковещательного канала, то этот канал  необходим для передачи с относительно высокой мощностью для того, чтобы  достичь всех пользователей в  соответствующей зоне обслуживания. С практической точки зрения, скорость передачи информации в широковещательном  канале ограничивается способностью терминалов на низком уровне декодировать скорость передачи данных широковещательного канала, что приводит к использованию  низкой и фиксированной скорости передачи данных широковещательного канала UTRA.

Прямой  канал доступа

Прямой канал  доступа (FACH) представляет собой нисходящий транспортный канал, который переносит  управляющую информацию к терминалам, относительно которых известно, что  они находятся в данной ячейке. Это происходит, например, после  того, как базовая станция получила сообщение (запрос) о возможности  доступа. По каналу FACH возможно также  передавать пакетированные данные. В  ячейке может быть более одного FACH. Один из прямых каналов доступа должен иметь такую небольшую скорость, что он может быть принят всеми  терминалами в зоне ячейки. Когда  имеется несколько FACH, дополнительные каналы могут иметь также и  более высокие скорости. В FACH не используется быстрое управление мощностью, так  что в передаваемые сообщения  необходимо включать информацию об идентификации  сети, чтобы обеспечивать их правильный прием.

Канал вызова

Канал вызова (PCH) - это нисходящий транспортный канал, который переносит данные, относящиеся  к процедуре поискового вызова, т.е., когда сеть хочет инициировать связь  с терминалом. Простейшим примером может служить речевой вызов  терминала: сеть передает поисковое  сообщение терминалу по каналу вызова ячеек, принадлежащих той зоне, где  предполагается нахождение терминала. Одно и то же поисковое сообщение  может передаваться в одной ячейке или в сотнях ячеек в зависимости  от конфигурации системы. Терминалы  должны быть способны получать информацию о поисковом вызове во всех ячейках  зоны. Построение канала вызова влияет также на потребление терминалом питания в режиме дежурного приема. Чем реже терминал должен настраивать  приемник для прослушивания возможного сообщения с поисковым вызовом, тем дольше прослужит его батарея  в этом режиме.