НОУ ИНТУИТ | Сотовые системы связи. Лекция 5: Мягкая передача вызова и управление мощностью в CDMA

Учитесь и получайте официальные документы БЕСПЛАТНО. Вы можете поддержать наш проект.

Регистрация Вход

Твой путь к знаниям!

Опубликован: 02.07.2009 | Уровень: специалист | Доступ: платный

|

Вам нравится? Нравится 50 студентам

| Поделиться |

Поддержать программу

4.1. Мягкая передача вызова

По характеру передачи разделяют [22, 111]:

жесткий хэндовер — hard handover;
мягкий (межсотовый) хэндовер — soft (intercell) handover;
более мягкий (межсекторный) хэндовер — softer (intersector) handover.

При жесткой передаче соединения (hard handover) процесс переключения проводится без разрыва связи, но сопровождается ухудшением связи в момент переключения частот. Чаще всего прерывание и восстановление связи воспринимается абонентом как "щелчок" в трубке.

При жестком хэндовере осуществляется переход к новой базовой станции: в системе CDMA изменяются пилотные сигналы (используется новый набор, относящийся к новой соте) и проводится подстройка кадров трафика под систему синхронизации новой соты.

Сценарии жесткого хэндовера включают:

хэндовер между базовыми станциями или секторами, имеющими разные несущие частоты CDMA;
хэндовер при замене одного пилот-сигнала на другой пилот-сигнал (непересекающиеся наборы активных пилот-сигналов);
хэндовер от CDMA к аналоговой системе и от аналоговой системы к CDMA.

При мягкой передаче соединения (soft handover) предусматривается одновременная работа мобильной станции (MS) более чем с одной базовой станцией. В процессе хэндовера мобильная станция передает одну и ту же информацию обеим базовым станциям. Каждая базовая станция получает от мобильной станции сигнал с соответствующей задержкой распространения и затем передает его на устройство оценки качества и выбора кадров (SU — Selector Unit). Другими словами, две копии одного и того же кадра передаются SU, который выбирает лучший кадр и бракует другой. Переключение рабочего канала с одной базовой станции на другую происходит без ухудшения качества соединения, при этом используется пилот-сигнал из одного и того же набора соты. Такой процесс еще называют хэндовером с разнесением каналов (diversity handover). Разнесение улучшает характеристики канала в сети с замираниями. Главное преимущество мягкого хэндовера — разнесение трасс для прямых и обратных каналов трафика, чтобы уменьшить интерференцию. Соответственно, требуется меньший расход энергии для передачи информации и для передачи сигналов от мобильных станций, что приводит к более длительному сроку использования заряда аккумулятора.

При более мягкой передаче (softer handover) во время хэндовера между секторами одной соты мобильная станция передает одну и ту же информацию обоим секторам одной соты. Канальный комплект соты получает сигналы от обоих секторов, объединяет оба входящих сигнала и передает устройству оценки качества и выбора кадров (SU) только один кадр. В этом случае не требуется задействовать несколько канальных комплектов, как это нужно в случае мягкого хэндовера. При мягком хэндовере такое объединение в одном канальном комплекте сигналов от двух сот не дает хорошего эффекта, поскольку сигналы от различных сот менее коррелированы, чем сигналы от секторов одной и той же ячейки.

4.1.1. Пилот-сигнал

Термин "пилот-сигнал" в системе CDMA означает кодовую последовательность, передаваемую вместе с другими сигналами в общей полосе частот. Все пилот-сигналы передаются с помощью пилотного канала (PICH), направленного от базовой станции к мобильной станции. Пилот-сигналы разделяются с помощью псевдослучайных последовательностей и передаются на одной и той же частоте. Пилотные сигналы содержат указание обслуживаемой соты или сектора. Излучение пилот-сигнала осуществляется непрерывно и в широковещательном режиме, чтобы его могли принять все мобильные станции, расположенные в зоне обслуживания данной базовой станции (BS). С помощью пилот-сигнала обеспечивается кадровая синхронизация и когерентное восстановление несущей (полностью совпадающей с исходной несущей). Мобильная станция различает следующие четыре группы пилотных сигналов.

Группа активных сигналов

Она содержит пилот-сигналы, связанные с каналами трафика, идущими от базовой станции (разделенными с помощью функций Уолша) и назначенными мобильной станции. Сигналы от этих трех разнесенных каналов (three fingers) объединяются с помощью приемника, суммирующего эти сигналы с соответствующими весовыми коэффициентами ( RAKE^{1RAKE — грабли. Название устройства происходит от условного обозначения, содержащего несколько входов (зубцы — fingers) для приема разнесенных каналов и одну объединяющую шину.} - receiver). Обычно в группе содержится три пилот-сигнала, однако стандарт IS-95 позволяет объединять до шести пилот-сигналов. Базовая станция сообщает мобильной станции о содержании активной группы каналов, применяя сообщение "назначения канала" (Channel Assignment message). Активные пилот-каналы либо отслеживаются, либо используются для обслуживания соединений.

Группа кандидатов на пилот-сигнал

Эта группа содержит пилот-сигналы, которые в данный момент не входят в активную группу. Однако эти сигналы получены с достаточной интенсивностью, которая указывает, что связанные с ними прямые каналы трафика могут быть успешно приняты. Максимальный размер группы — шесть пилот-сигналов.

Группа соседних пилот-сигналов

Эта группа содержит соседние пилот-сигналы, которые в настоящее время не входят ни в активную группу, ни в группу кандидатов на пилот-сигнал, но их использование вероятно при хэндовере. Соседние пилот-сигналы — это сигналы всех сот (секторов), которые находятся в непосредственной близости от данной соты (сектора). Начальный список соседних пилот-сигналов передают мобильной станции в сообщении "системные параметры" по каналу вызова (FPCH). Максимальный размер группы соседних пилот-сигналов — двадцать.

Группа остальных пилот-сигналов

Эта группа содержит все возможные пилот-сигналы в текущей системе, исключая сигналы, входящие в группы активных, кандидатов или соседние группы.

При поиске пилот-сигналов мобильная станция не ограничена точными рамками, которые указывают номер псевдокода (PN). Пилот-сигналы выбираются в пределах нескольких тактовых интервалов расширяющего сигнала с учетом различных сигналов, возникающих из-за многолучевости и расположенных в пределах нескольких чипов (тактовых интервалов расширяющего сигнала) от прямого указателя пути прямого трафика. Другими словами, сигналы, возникающие из-за многолучевости, прибывают позже на несколько тактовых интервалов. Мобильные станции при поиске каналов используют окно поиска. Это окно указывает возможные номера пилот-сигналов из группы активных или кандидатов и соседних, наиболее близких к многолучевому сигналу, который поступил раньше других. При этом в окно поиска могут включаться остальные каналы, не указанные в этих группах.

Окна поиска

Мобильные станции используют следующие три окна поиска, чтобы проследить за получаемыми пилот-сигналами:

SRCH_WIN_A — окно поиска устанавливает размеры для активных наборов и наборов кандидата;
SRCH_WIN_N — окно поиска устанавливает размеры набора соседних пилот-сигналов;
SRCH_WIN_R — окно поиска устанавливает размер набора остальных сигналов.

SRCH_WIN_A

SRCH_WIN_A — окно поиска, которое использует мобильная станция, чтобы проследить за наборами активных пилот-сигналов и кандидатов на пилот-сигнал. Это окно устанавливается согласно ожидаемой среде распространения. Оно должно быть достаточно большим, чтобы фиксировать все используемые многолучевые сигнальные компоненты базовой станции, и в то же самое время должно быть как можно меньше, чтобы оптимизировать работу по поиску.

Пример 1. Определим размер окна мобильной станции, если сигнал распространяется в среде, которая имеет следующие параметры:

сигнал распространяется по прямому пути длиной 1 км;
при многолучевом распространении сигнал проходит до мобильной станции 5 км;
чиповая скорость, определяемая в стандарте I-95, 1,2288 Мчип/с;
скорость распространения сигнала $300 \times 10^6 м/c$ .

Тогда длительность одного чипа равна:

$(1/1,2288)\times 10^{-6}с=0,814 мкc;$

время распространения сигнала на расстояние 1000 м (1 км) равно:

$(1000/300)\times 110^{-6}=3,3333 мкc,$

или время задержки в чипах:

$3,333/0,814=4,1\text{ чипа.}$

При длине 5 км это время задержки равно 20,5 чипам.

Разность задержек равна:

$20,5–4,1=16,4\text{ чипов.}$

Размер окна поиска $SRCH\_WIN\_A\ge 2\times 16,4=32,8$ , или 33 чипа.

Пример 2. Пусть соты A и B находятся на расстоянии 16 км друг от друга ( рис. 4.1). Мобильная станция перемещается от соты A к соте B. Решено сделать область мягкого хэндовера между точками и , которые расположены на расстоянии 6 и 10 км от соты A (см. рис. 4.1).

Какой размер должен быть у окна поиска?

Используя результаты предыдущего примера, можно определить, что время задержки сигнала в чипах равно:

$T_{чип}=\frac S{300\cdot 10^6\times 0,814\cdot 10^{-6}}=\frac S{244},$

где — расстояние от источника сигнала до приемника в метрах.

В точке задержка сигнала от мобильной станции до соты A равна:

$T=\frac{6000}{244}=24,6\text{ чипа}$

В точке задержка сигнала от мобильной станции до соты B равна:

$T=\frac{10000}{244}=41,0\text{ чип.}$

Разность времен распространения равна:

$d=41,0–24,6=16,4\text{ чипов.}$

$T=\frac{10000}{244}=41,0\text{ чип.}$

Рис. 4.1. Определение окна SRCH_WIN_A для мягкого хэндовера

В точке задержка сигнала от мобильной станции до соты A равна:

$T=\frac{10000}{244}=41,0\text{ чип.}$

В точке задержка сигнала от мобильной станции до соты B равна:

$T=\frac{6000}{244}=24,6\text{ чипа}$

Разность времен распространения равна:

$d=41,0–24,6=16,4\text{ чипов.}$

$SRCH\_WIN\_A\ge 2\times 16,4=32,8$

Расчет гарантирует, что активные пилот-сигналы (кандидаты) находятся в пределах размеров одного окна и мягкий хэндовер возможен.

SRCH_WIN_N

SRCH_WIN_N - окно поиска, которое мобильный телефон использует, чтобы контролировать группу соседних пилот-сигналов. Размер этого окна обычно больше, чем SRCH_WIN_A. Достаточно большое окно требуется не только для того, чтобы фиксировать все годные к использованию мобильной станцией пилот-сигналы основной зоны обслуживания (с учетом многолучевости).Оно также должно фиксировать сигналы соседних сот. В этом случае мы должны принимать во внимание многолучевое разнесение сигналов и различия пути между обслуживающей основной станцией и соседними базовыми станциями.

Максимальный размер этого окна поиска ограничен расстоянием между двумя соседними базовыми станциями.

Рассмотрим две соседние станции, расположенные на расстоянии 6 км друг от друга. Пусть мобильная станция расположена прямо рядом с базовой станцией 1, и поэтому задержка распространения от базовой станции 1 к мобильной станции незначительна. Расстояние между основной станцией 2 и мобильным телефоном — 6 км.

Время распространения в чипах — 6000/244=24,6 чипа. Окно поиска показывает что пилот-сигнал от соты 2 прибывает к мобильной станции на 24,6 чипа позже, чем от соты 1. Таким образом, для мобильного телефона (расположенного в пределах ячеек 1 и 2), чтобы искать пилот-сигналы потенциальных соседей, окно SRCH_WIN_N должно быть установлено согласно физическому расстоянию между текущей базовой станцией и ее соседней базовой станцией. Фактически размер SRCH_WIN_N не может быть больше, чем вычисленный по этому расстоянию.

SRCH_WIN_R

Обычное требование к размеру этого окна — чтобы оно было по крайней мере такого же размера, как SRCH_WIN_N.

Дальше >>

Сетевые технологии

Сотовые системы связи