Данную статью мы посвятим рассмотрению подсистемы расширения спектра и модуляции.
Информация, передаваемая базовой станцией (БС) на конкретную мобильную станцию (МС) на транспортном уровне, организована в виде единственного выделенного канала (DCH - dedicated channel), который затем отображается двумя физическими каналами «вниз»: выделенным каналом данных (dpdch - dedicated physical data channel) и выделенным каналом управления (dpcch – dedicated physical control channel). Помимо выделенных существуют множество общих транспортных каналов линии «вниз». К ним относятся канал оповещения (BCH), канал синхронизации, пилотный канал и др.
Так как все эти каналы на физическом уровне передаются похожим образом, то имеет смысл разобрать передачу только одного выделенного канала (DPCH). Здесь каждый слот разбит на части (мультиплексированные во времени) и каждая часть отведена либо данным (DPDCH), либо управлению (DPCCH.
Исследуемая модель расширения и модуляции приведена на рис. 1
[[Рисунок 1. Модель расширения и модуляции]]
В качестве источника информации используется генератор случайного двоичного кода с распределением Бернулли. Этот исходный битовый поток расщепляется на два (блок DPCH IQ Mapping), содержащих четные и нечетные биты, которые затем поступают на обычный QPSK модулятор. После этого (в блоке wcdma spreading (рис.2)) оба потока, отображенные на {±1} алфавит, умножаются на двоичный каналообразующий код, создавая вещественную и мнимую части комплексного канализирующего сигнала данных, при этом спектр исходного сигнала расширяется.
[[Рисунок 2. WCDMA spreading]]
Мультиплексирование во времени каналов данных и управления означает, что для передачи обоих этих информационных потоков необходим только один выделенный физический канал (dedicated physical channel (DPCH)). Если единственный данный канал удовлетворяет требованиям скорости передачи данных, то БС формирует его с помощью специфической для данного пользователя кодовой последовательности, которая, конечно, является единственной в соте (или секторе) и не может быть использована для соединения с любой другой МС. Сценарий многокодовой передачи возникает тогда, когда единственный физический канал не способен обеспечить передачу данных с требуемой скоростью. Тогда БС организует несколько параллельных физических каналов для соединения с той же МС. Эти каналы всегда строятся с одинаковым коэффициентом расширения спектра, но, очевидно, с различными канализирующими кодами, которые не могут использоваться БС при соединении с другими мобильными. Поскольку отсутствует необходимость в повторении командных сообщений по всем многокодовым каналам, то информация управления пересылается МС только по одному из них.
В подобных условиях каналообразующие коды линий «вниз» и «вверх» принадлежат одному и тому же типу. Здесь используются семейство функций Уолша или OVSF графа с коэффициентом расширения спектра из диапазона от 4 до 512. Пример графа OVSF кодов длины 8 приведен на рис. 3.
[[Рисунок 3. Граф OVSF кодов длины 8 (три итерации)]]
В данной модели мы рассматриваем упрощенный случай, когда информация передается по одному DPCH каналу, при этом используется код длиной 128 чипов.
После расширения и канализации получившиеся последовательности перемножаются со скремблирующим кодом (блок WCDMA scrambling), который обеспечивает разделение сигналов различных БС. Скремблирующие коды основываются на последовательностях Голда длины 262143. Спецификация UMTS ограничивает число используемых последователь ностей величиной 8192 (похоже, этого числа вполне достаточно). От каждой разрешенной последовательности отрезаются два сегмента длиной 38400, которые затем отображаются на {±1} алфавит и представляют собой вещественную и мнимую части QPSK скремблирующего кода линии «вниз».
После всех этих нехитрых преобразований сигнал попадает в блок WCDMA power adjustment, который имитирует управление мощностями различных физических каналов (хотя в нашем случае канал всего один и можно было бы обойтись без данного блока).
Финальным же этапом работы «нашей» модели является фильтрация сигнала фильтром приподнятого косинуса и передача в канал связи.
Для наглядности сказанных выше слов приведем временные диаграммы сигналов в различных точках модели. На рис. 4 представлены временные диаграммы реальной части сигнала. На верхней оси показаны исходные информационные биты, на средней - чипы после расширения, а на нижней - чипы после скремблирования.
[[Рисунок 4. Сигналы, реальная часть]]
Аналогично на рис. 5 представлены мнимые части сигналов.
[[Рисунок 5. Сигналы, мнимая часть]]
На рис. 6 представлен спектр сигнала на выходе формирователя. Как видим, его ширина составляет 5МГц, как и описано в спецификациях по UMTS.
[[Рисунок 6. Спектр выходного сигнала]]