CDMA: канальная структура

Организация взаимодействия между разными иерархическими уровнями (см. «Сети», 2000, № 1, с. 32) осуществляется с помощью логических каналов, каждый из которых выполняет определенные функции.

При первом знакомстве с канальной структурой пытливый читатель сталкивается с обилием загадочных аббревиатур. Но на самом деле принцип их образования достаточно прост: сначала одна или две английские буквы, обозначающие специальную характеристику (признак) данного логического канала (см. таблицу), затем еще две буквы — всегда CH (Channel). Подход сохраняется независимо от стандарта.

В стандарте CDMA (IS-95, IS-96) все каналы передачи сигналов от базовой станции называются прямыми (Forward), а от мобильной — обратными (Reverse). Именно этот признак был положен разработчиками стандарта в основу канальной структуры (рис. 1).

Рис. 1. Канальная структура cdma2000

Важную роль в системах на базе CDMA играет канал передачи пилот-сигнала (Pilot Channel), который излучается каждой базовой станцией непрерывно в широковещательном режиме и может быть принят одновременно всеми мобильными станциями, расположенными в зоне ее обслуживания. Для установления начальной синхронизации используется синхроканал F-SYNC. Традиционно передача вызовов с базовой станции на мобильную осуществляется по пейджинговому каналу PCH (Paging Channel), а многостанционный доступ реализуется по каналу ACH (Access Channel).

Для предоставления разных услуг связи в CDMA используются два типа каналов. Первый из них называется фундаментальным (FCH, Fundamental Channel), а второй — дополнительным (SCH, Supplemental Channel). Услуги, предоставляемые через эту пару каналов, зависят от схемы организации связи. Каналы могут быть адаптированы для определенного вида обслуживания и работать с разными размерами кадра, используя любое значение скорости из двух скоростных рядов: RS-1 (1500, 2700, 4800 и 9600 бит/с) или RS-2 (1800, 3600, 7200 и 14 400 бит/с). Определение и выбор скорости приема осуществляется автоматически.

С третьим поколением CDMA все гораздо сложнее. В cdma2000 сохранена существующая канальная структура, однако число видов каналов увеличено до 15. Прежде всего, введены три дополнительных пилот-сигнала: два вспомогательных в прямом канале — CAPICH (Common Auxiliary PICH) и DAPICH (Dedicated Auxiliary PICH) и один в обратном — R-PICH. CAPICH используется при наличии на базовой станции разнесенных антенн, DAPICH — при использовании абонентских антенн с узким лучом направленности, а R-PICH выполняет начальную синхронизацию для базовой станции.

Кроме того, для организации связи в прямом и обратном направлениях дополнительно введены общий (CCCH, Common CCH) и выделенный (DCCH, Dedicated CCH) каналы управления, которые по назначению аналогичны каналам PCH (в прямом канале) и ACH (в обратном канале), см. рис. 1.

В отличие от IS-95 и cdma2000 в стандартах UTRA (ETSI, Европа) и W-CDMA (ARIB, Япония) предложен иной принцип деления каналов, основанный на учете взаимосвязи между объектами разных иерархических уровней. При этом могут быть выделены три типа каналов:

• логические, обслуживаемые на подуровне L2/LAC и обеспечивающие взаимодействие между протоколами L2/MAC и более высокими уровнями;
• транспортные, обслуживаемые на подуровне L2/MAC и обеспечивающие взаимодействие между протоколами физического и более высоких уровней;
• физические, формируемые на самом нижнем уровне L1.

Существуют две группы логических каналов: управления CCH (Control Channel) и трафика TCH (Traffic Channel). По каналам управления передаются вызывные и служебные сообщения, сигнализация, команды управления мощностью и диаграммой направленности, а по каналу трафика — информационные потоки.

Каналы управления, в свою очередь, подразделяются на общие (CCCH, Common CCH) и выделенные (DCCH, Dedicated CCH). В рекомендации МСЭ (ITU-R M.1035) был также предложен третий тип канала — жестко закрепленный, получивший обозначение (LCCH, Leash CCH). В настоящее время в системах на базе протокола CDMA он не используется.

Общие каналы CCCH предназначены для передачи управляющей информации и сигнализации в режиме, не ориентированном на соединение. Имеются четыре вида таких каналов: широковещательные (BCCH, Broadcast CCH), прямого доступа (FACH, Forward ACH), пейджинговые PCH и произвольного доступа (RACH, Random ACH).

Двусторонняя радиосвязь между базовой и мобильной станциями осуществляется по двум каналам. В сетях с коммутацией каналов данные передаются по выделенному каналу трафика (DTCH, Dedicated TCH), а пакетная информация — по каналу передачи абонентских пакетов (UPCH, User Packet Channel).

Транспортные каналы, связывающие физический уровень с более высокими, так же как и логические, подразделяются на две группы: общие CCH, не требующие идентификации мобильной станции в рабочей полосе, и выделенные DCH, в которых мобильная станция однозначно связана с физическим каналом, т. е. с определенным кодом и частотой. Первые доступны группе абонентов — связь организуется одновременно между базовой и несколькими мобильными станциями, а по выделенному передаются данные или сигнализация.

Одно из различий между проектами W-CDMA и UTRA состоит в разном числе типов выделенных каналов. В W-CDMA один тип — DTCH, а в UTRA их целых три: DTCH, автономный (SDCCH, Stand-alone DCCH) и совмещенный (ACCH, Associated CCH). В канале DTCH предусмотрено быстрое изменение скорости передачи (каждые 10 мс). ACCH используется для совместной передачи управляющей информации из потока данных.

Физические каналы определяют качественные показатели и режимы передачи информации. Их главные характеристики — код, частота и фазовый сдвиг. Они также подразделяются на общие (CPCH, Common Physical Channel) и выделенные (DPCH, Dedicated Physical Channel) каналы. По общему каналу управления (CCPCH, Common Control Physical Channel) передается вызывная управляющая информация. Для передачи символов пилот-сигнала используется отдельный канал синхронизации (SCH, Synchronization Channel).

Для организации связи с конкретным пользователем выделен специальный канал DPCH, по которому передаются как информация абонента, так и управляющие сигналы, вспомогательные пилот-символы управления диаграммой направленности антенны, а также биты управления мощностью и прочие служебные данные.

Уникальность технологии с кодовым разделением каналов состоит в том, что каждый логический канал отображается на физический «индивидуально», с присущими ему скоростью передачи и кодом.

Так как число каналов на сетевом уровне значительно больше, чем на канальном, то в одном транспортном канале обычно объединяют несколько низкоскоростных логических (рис. 2). При переходе от транспортного к физическому уровню каналы тоже можно объединять, при этом принято пейджинговый канал PCH и канал доступа FACH отображать на общий физический канал «вниз», а канал доступа RACH — на общий физический канал «вверх».

Взаимное отображение физических, транспортных и логических каналов

Поток данных при передаче информации из одного канала в другой трансформируется на уровне канальных интервалов, кадров и данных сигнализации. Например, пейджинговый канал разделяется на несколько групп в одном суперкадре, и вызывная информация передается в каждой группе.

Метод пакетной передачи, используемый в CDMA-системах, хорошо согласуется с принципом адаптивных каналов, скорость передачи которых изменяется в соответствии с трафиком. Допустим, если трафик низкоскоростной, то может использоваться один физический канал CPCH для нескольких логических каналов (FACH, RACH и др.). Если же трафик достаточно высокоскоростной, то выбирается для передачи логический канал типа UPCH.

ОБ АВТОРЕ