4.4.17 Формування сигналу в прямому каналі трафіку

Процес обробки сигналу в каналі трафіку здійснюється в наступній 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 забеспечує адресацію БС). Структурна схема прямого каналу трафіку представлена на рис.4.35.

Аналого-цифрове перетворення забезпечує перетворення аналогового сигналу з виходу мікрофона в цифрову форму. Вся наступна 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 із частотою 8 кГц і кожен відлік (дискрета) кодується 8-розрядним двійковим кодом. На виході АЦП швидкість інформаційного потоку становить 64 кбіт/с.

Рисунок 4.35 - Структурна схема каналу прямого трафіку

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 матимо 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 із чотирьох можливих швидкостей (зі швидкостей 8,6; 4,0; 2,0 й 0,8 кбіт/с) використовується, як правило, в паузах мови.

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

У процесі канального кодування згортковим кодом швидкості передачі збільшуються (швидкість кодування на БС V=1/2, кодове обмеження K=9) і досягають одне із значень 19,2; 9,6; 4,8 й 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 й 2,4 кбіт/с) вирівнюються до значення 19,2 кбіт/с за рахунок побітового повторення 2, 4 й 8 разів. Таким чином, за рахунок вирівнювання швидкостей на інтервалі 20 мс розміщається 384 біта, що забезпечує формування рівномірного потоку зі швидкістю 19,2 кбіт/с незалежно від швидкості вхідного потоку. Вирівнювання швидкостей призводить до зниження рівня внутрісистемних перешкод. Поліпшення завадової обстановки досягається зниженням випромінюваної потужності, пропорційним числу повторення символів.

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

По закінченні канального кодування цифрова послідовність скремблюється прорідженою (децимированою) довгою ПВП, період якої дорівнює . Це скремблювання 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 сумісно з однією з довгих ПВП визначають адресу АС. Утворюючий поліном, що визначає структуру довгої ПВП, має вигляд . Довга ПВП формується 42-розрядним регістром. При швидкості 1,2288 Мбіт/с код повторюється приблизно через 41 добу.

Далі скрембльовані дані мультиплексуються з сигналом регулювання потужності передавача АС. Потік сигналів управління потужністю, що має швидкість 800 біт/с, вводиться в дані, що 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 повинна збільшити, зменшити або залишити незмінним поточний рівень потужності сигналу.

Далі сигнал кожного з каналів модулюється (кодується) однієї з 64 функцій Уолша, що генеруються зі швидкістю 1,2288 Мбіт/с. У результаті зазначених перетворень після закінчення канального кодування забезпечується розподіл інформаційних сигналів по каналах CDMA, їх шифрація і визначення коду АС. Кожна АС отримує унікальну модифікацію довгого коду зі зсувом по фазі й 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, у 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 й 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 повторюється 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 й 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.