Формування сигналу в прямому каналі трафіка

Процес обробки сигналу в каналі трафіка здійснюється у такій послідовності: аналого-цифрове перетворення, кодування мови; канальне кодування, модуляція довгою ПВП (крім адресації АС забезпечує шифрування) модуляція функцією Уолша, модуляція короткою ПВП (розширює спектр і забезпечує адресацію БС). Структурна схема прямого каналу трафіка подана на рис. 5.7.

Аналого-цифрове перетворення забезпечує перетворення аналогового сигналу з виходу мікрофона в цифрову форму. Вся подальша обробка проходить з цифровим сигналом. На приймальній стороні здійснюється цифро-аналогове перетворення прийнятого цифрового сигналу в аналоговий, котрий надходить на динамік, що перетворить його у звуковий сигнал.

Відповідно до теореми Котельникова, мовний сигнал дискретизується з частотою 8 кГц і кожен відлік (дискрета) кодується 8-розрядним двійковим кодом. На виході АЦП швидкість інформаційного потоку становить 64 кбіт/с.

Далі оцифрований сигнал піддається перетворенню за допомогою одного з трьох типів вокодерів: 8 кбіт/с (QCELP), 13,25 кбіт/с (CELP) з постійною швидкістю або 8 кбіт/с (EVRC) зі змінною швидкістю. Далі матимемо на увазі сигнал зі швидкістю передачі 8 кбіт/с, що формується вокодером QCELP Мовний кодер аналізує по 160 відліків дискретизованого мовного сигналу на інтервалі тривалістю 20 мс (що становить ). Залежно від активності мови кодер формує 172, 80, 40 або 16 біт на інтервалі 20 мс. При цьому нижча з чотирьох можливих швидкостей (зі швидкостей 8,6; 4,0; 2,0 і 0,8 кбіт/с) використовується, як правило, в паузах мови.

Рисунок 6.7 – Структурна схема каналу прямого трафіка

Далі здійснюється кодування блоковим циклічним кодом сигналів зі швидкостями 8,6 і 4,0, внаслідок чого швидкості зростають до значень 9,6 і 4,4 кбіт/с. Після додавання «хвостових» 8 біт для згорткового кодування сигналів з усіма можливими швидкостями швидкості збільшуються до значень 9,6; 4,8; 2,4 і 1,2 кбіт/с. На цьому процес кодування мовного сигналу закінчується.

В процесі канального кодування згортковим кодом швидкості передачі збільшуються (швидкість кодування на БС V=1/2, кодове обмеження ) і досягають одного із значень 19,2; 9,6; 4,8 і 2,4 кбіт/с. Пристрій повторення здійснює вирівнювання швидкостей: потік даних з максимальною швидкістю проходить повторювач без зміни, а всі швидкості (9,6; 4,8 і 2,4 кбіт/с) вирівнюються до значення 19,2 кбіт/с за рахунок побітового повторення 2, 4 і 8 разів. Отже, за рахунок вирівнювання швидкостей на інтервалі 20 мс розміщується 384 біта, що забезпечує формування рівномірного потоку зі швидкістю 19,2 кбіт/с незалежно від швидкості вхідного потоку. Вирівнювання швидкостей призводить до зниження рівня внутрішньосистемних завад. Поліпшення завадової обстановки досягається зниженням випромінюваної потужності, пропорційним кількості повторення символів.

Після посимвольного повторення цифровий інформаційний потік піддається блоковома перемеженню. Процес перемеження біт здійснюється в межах кожного блока тривалістю 20 мс, що містить при швидкості 19,2 кбіт/с 384 біта. Біти записуються в матрицю розміром 24 рядка х 16 стовпчиків відповідно до розміщення біт, що визначається записаною у пам'яті таблицею, а потім зчитуються стовпчик за стовпчиком зі швидкістю запису.

По закінченні канального кодування цифрова послідовність скремблюється прорідженою (децимірованою) довгою ПВП, період якої дорівнює .

Утворюючий поліном, що визначає структуру довгої ПВП, має вигляд

.

Скремблювання довгою ПВП забезпечує шифрування (конфіденційність) даних. Крім, того проріджена довга ПВП разом з 42-розрядною маскою АС використовується для ідентифікації АС, тобто індивідуальна кодова маска довжиною 42 біта спільно з однією з довгих ПВП визначають адресу АС.

Довга ПВП формується 42-розрядним регістром. При швидкості 1,2288 Мбіт/с код повторюється приблизно через 41 добу.

Скрембльовані дані мультиплексуються з сигналом регулювання потужності передавача АС. Потік сигналів управління потужністю, що має швидкість 800 біт/с, вводиться в дані, які передаються зі швидкістю 19,2 кбіт/с, шляхом заміни одного з 24-х бітів коду. Такими «захопленими» бітами передаються сигнали абонентській станції, по яких АС має збільшити, зменшити або залишити незмінним поточний рівень потужності сигналу.

Далі сигнал кожного з каналів модулюється (кодується) однією з 64 функцій Уолша, що генеруються зі швидкістю 1,2288 Мбіт/с. Внаслідок зазначених перетворень після закінчення канального кодування забезпечується розподіл інформаційних сигналів каналами CDMA, їхня шифрація і визначення коду АС. Кожна АС отримує унікальну модифікацію довгого коду із зсувом по фазі i у часі. У прорідженому коді використовується тільки кожен 64-й біт (чіп) послідовності, що не впливає на унікальність коду.

Закодований сигнал (цифрова послідовність) надходить на пристрій прямого розширення спектра, в якому здійснюється модуляція двома ПВП – синфазною ПВП – J і квадратурною ПВП – Q. Утворюючі поліноми, що визначають структуру ПВП – J і ПВП – Q, мають вигляд ; . Всі абоненти одного осередку або сектора використовують ту саму пару ПВП (адреса БС). У відповідності із поліномами i довжина ПВП (М-послідовностей, величина їхнього циклу) дорівнює . Довжина кожної з m-послідовностей збільшується на 1 біт (додаванням “0”) до 32768. При швидкості проходження бітів (чіпів) 1,2288 Мбіт/с зазначені ПВП повторюються 75 разів за 2с . Період ПВП дорівнює 26,66мс. Послідовності ПВП для різних осередків або секторів розрізняються часовим зсувом відносно ПВП із нульовим зрушенням. Мінімальна величина зсуву дорівнює 64 біта, що забезпечує можливість ідентифікувати 512 базових станцій (осередків /секторів).

Таким чином, код Уолша забезпечує ортогональність (незалежність) абонентських сигналів (каналів CDMA) в осередку; короткий код забезпечує остаточне пряме розширення спектра і незалежність сигналів абонентів різних осередків (адреси БС різні); довгий код забезпечує незалежність сигналів АС і конфіденційність зв'язку.

Далі сигнал у кожному з підканалів I i Q фільтрується, після чого здійснюється квадратурна фазова модуляція QPSK. Однакові кодовані сигнали присутні в синфазному (I) і квадратурному (Q) підканалах, однак через різні ПВП після скремблювання вони відрізняються один від одного. Використання двох ПВП підвищує завадостійкість сусідніх базових станцій (зменшує їхній взаємний вплив), які можуть використовувати (і, як правило, використовують) той самий частотний канал зі смугою 1,25 МГц.

Отриманим цифровим широкосмуговим сигналом модулюється несуча частота ВЧ передавача. У прямому радіоканалі використовується квадратурна фазова модуляція QPSK.

Процес формування сигналу в каналі зворотного трафіка на деяких етапах збігається, а на деяких істотно відрізняється від формування сигналу в каналі прямого трафіка.