1.5.
Проработка задач верхнего уровня.
В транкинговых системах вместо одного
канала, к которому обращается несколько пользователей, содержится группа
каналов, доступных всем пользователям данной системы. Когда кто-либо из
пользователей захочет провести сеанс связи, он автоматически получает доступ к
любому свободному каналу. По окончании соединения канал может быть
автоматически предоставлен другому абоненту. В
основе работы транкинговой сети лежит автоматическое предоставление свободного
радиоканала по требованию абонента радиостанции и переключение на этот канал
вызываемого абонента или группы абонентов.
Каждое такое устройство, как и телефон,
имеет свой уникальный номер. Пользователь получает возможность выхода на
телефонную сеть и радиосвязи с другими абонентами. При этом нет необходимости
прослушивать все каналы. Это делает центральный контроллер системы. По
специальному управляющему радиоканалу он постоянно передает информацию о
свободных каналах и текущих вызовах. В режиме ожидания радиостанция постоянно
настроена на него, а в момент поступления вызова контроллер автоматически
переключает абонентов на свободный канал.
Абонент системы может также выйти в телефонную
сеть. После прохождения процедуры идентификации радиостанция выдает телефонный
гудок и абонент системы может набрать желаемый телефонный номер.
Если абонент телефонной сети желает
вызвать абонента системы, ему необходимо набрать телефонный номер системы, и
после установления соединения донабрать добавочный номер абонента внутри системы.
Приемники мобильных станций не работают в режиме
сканирования а работают в режиме дежурного приема на одном выбранном канале –
канале управления. По нему осуществляется вхождение в связь всех абонентов.
Помимо канала управления в систему включены рабочие каналы на которых
осуществляется непосредственная связь. На канале управления передается цифровая
последовательность с базовой станции.
Передача данных по каналу управления осуществляется
слотами по
128 бит, состоящими из двух частей по 64 бита каждая. Первая половина передает
кодовое слово управления, содержащее синхронизацию, идентификатор системы,
служебные слова. Вторая половина формирует сигнал (ALH) – короткое сообщение,
символизирующее приглашение к вызову. Существует 5 сигналов, формируемых БС и МС:
ALH – приглашение к вызову;
AHY – вызов определенного абонента;
ACK – подтверждение;
RQS – сигнал запроса;
GTC (go to channel) – переход на рабочий канал.
Один слот содержит 128 бит. Несколько слотов
составляют фрейм (кадр) длина которого может варьироваться от 1 до 32 слотов.
При этом при передаче каждого слота транкинговым контроллером указывается число
слотов, составляющих очередной фрейм. Это необходимо для динамического
перераспределения ресурсов контроллера при вхождении в связь, управлении и
обмене информации. Рассмотрим пример функционирования системы при столкновении
запросов от абонентских станций:
Базовая станция передает сигнал ALH1 приглашая всех
абонентов вступить в связь в течении одного слота, при приеме запросов
одновременно от двух абонентских станций контроллер базовой станции увеличивает
длину фрейма в два раза (например) [ALH2]. При этом следующие два слота
контроллер будет анализировать запросы от двух предполагаемых абонентов.
Рис.7.Организация сеанса связи при поступлении двух
одновременных запросов.
В каждом контроллере мобильной станции имеется
генератор случайных чисел, который распределяет уже синхронизировано подачу
запросов по случайному закону. Вероятность повторного столкновения при большой
длине фрейма сводиться к 0. Далее при получении запросов по очереди контроллер
базовой станции дает по очереди подтверждение принятия запроса от абонента,
обрабатывает обмен с каждой станцией по своему плану. Например, вызывая
третьего абонента, посылая ему сигнал AHY и направляет контроллеры абонентских
станций на свободные каналы сигналом GTC.
Рис.8. Организация
сеанса связи между двумя абонентами.
Операции поиска и вхождения в связь осуществляются
следующим образом:
При получении запроса от одного абонента в цикле ALH,
контроллер базовой станции посылает сигнал поиска другого абонента AHY,
подтверждая факт приема запроса от первого абонента. В следующем слоте
контроллер не передает ничего, но принимает подтверждения от второго абонента
телеграммой ACK. После принятия подтверждения контроллер базовой станции направляет
обоих абонентов на рабочие каналы. Сигнал GTC передается дважды для повышения
достоверности назначения рабочих каналов.
При этом речь может
передаваться одновременно с одного терминала по различным логическим каналам.
Для передачи речи используются службы речевой связи, обеспечивающие следующие
режимы:
Речевая связь с индивидуальным вызовом абонентов - коммутируемое
двухточечное соединение между двумя мобильными абонентами или между мобильным
абонентом и стационарной станцией для обеспечения прямой двухсторонней связи в
режиме дуплекса или двух частотного симплекса. Индивидуальный вызов может быть
инициирован любым пользователем и
направлен любому абоненту, зарегистрированному в данной системе с определенным
адресом, включая абонентов ТФОП. Соединение, установленное с помощью
индивидуального вызова, может быть прервано как вызывающим, так и вызываемым
абонентом;
Многосторонняя речевая связь, предполагающая групповой вызов абонентов - коммутируемое многопунктовое двунаправленные соединения между вызывающей стороной и несколькими вызываемыми абонентами при использовании симплексного режима связи. При этом обмен сообщения между членами группы осуществляется в режиме «каждый слышит каждого». Групповой вызов может быть инициирован либо мобильной станцией, либо диспетчером сети с помощью линейного терминала. Инициатор группового соединения отвечает за все аспекты соединения. Для установления групповой связи используется групповой номер группы. Групповой номер мобильного абонента может быть присвоен оператором сети статически при конфигурации системы; динамически по радиоинтерфейсу при модификации групп абонентов. Прерывание соединения может производиться только инициатором групповой связи.
Рис.9.
Установление сеанса связи.
1.6. Построение канального уровня системы (L2)
Канальный уровень управляет логическими соединениями и является
границей раздела между физической средой (радиоресурсами) и сетевыми
процедурами. Он подразделяется на 2 субуровня:
MAC (Medium
Access Control) - управление доступом к среде;
LLC (Logical
Link Control) - управление логическим звеном.
Субуровень MAC управляет доступом к
радиоканалам и распределением радиоресурса. MAC реализует следующие группы
функций:
- канальное
кодирование;
- управление
доступом к радиоканалам;
- администрирование
радиоресурсов.
К канальному кодированию относятся
следующие функции:
- перемежение/деперемежение,
т. е. переупорядочивание битов в пределах одного или двух блоков с целью
устранения групповых ошибок, возникающих в радиоканалах;
- сверточное
кодирование со скоростью 2/3, используемое с целью защиты информации путем
прямого исправления ошибок (FEC);
- циклическое
кодирование (CRC) избыточным кодом, позволяющее обнаруживать определенное
количество ошибок и принимать меры к их исправлению.
Управление доступом к радиоканалам включает
следующие функции:
- синхронизацию
кадров, т. е. отслеживание последовательности нумерации кадров в пределах
мультикадра;
- управление
процедурами случайного доступа;
- фрагментирование
и сборка сообщений;
- мультиплексирование/демультиплексирование
логических каналов для формирования всех составных частей пакета данных;
- формирование
мультикадра, т. е. объединение кадров в мультикадр.
Администрирование радиоресурсов представляет
собой группу функций, состав которой определяется персонально для каждой
мобильной или базовой станции, и обеспечивает эффективное управление
радиоресурсом в любой момент времени без обращения к сетевому уровню. Полный
набор функций данной группы включает:
- измерение
коэффициентов ошибок по битам (BER) и блокам (BLER);
- вычисление
потерь на линии связи, мониторинг обслуживающей зоны, мониторинг и управление
адресами персонального, группового и общего вызовов;
- выбор частоты
и временного интервала;
- присвоение
каналов связи;
- сохранение в
буфере управляющей и речевой информации до окончания режима передачи.
Субуровень
LLC управляет логическим звеном, т. е. организует логические
каналы типа "точка-точка" между мобильной и базовой станциями. В LLC
может быть реализовано обслуживание двух различных типов логических каналов:
- базового
логического канала, не требующего этапа установления соединения;
- "предваряющего"
логического канала, использующегося для улучшения условий обслуживания.
Субуровень LLC
обеспечивает следующие основные функции:
- обмен данными
с сетевым уровнем;
- управление
логическим каналом (базовым или предваряющим);
- планирование
передачи данных;
- повторная
передача;
- сегментация и
восстановление (только в предваряющем канале);
- управление
потоком (только в предваряющем канале);
- подтверждение
приема данных (в обоих типах каналов);
- согласование
присвоения логического канала (только предваряющего) с субуровнем MAC.
Временная структура пакета
На рис. 10
показаны основные типы пакетов. Один тип пакета используется для передачи
управляющих сигналов снизу вверх, другой - для обмена информационными и
управляющими сигналами между базовой и мобильной станциями в обоих
направлениях. В каждом пакете можно выделить информационные поля, содержание и
внутренняя структура которых зависят от назначения пакета, и вспомогательные
поля, предназначенные для повышения помехоустойчивости сигнала и адаптирования
радиотракта.
Рис. 10.
Основные виды пакетов.
В системе
используются следующие 6 типов пакетов:
в направлении
снизу вверх:
- управления;
- стандартный;
в направлении
сверху вниз:
- стандартный
одиночный;
- синхронизирующий
одиночный;
- стандартный
непрерывного канала;
- синхронизирующий
непрерывного канала.
Пакет управления снизу
вверх предназначен для организации канала управления от подвижной станции к
базовой. Данный пакет состоит их двух независимых полупакетов, размером по 255
бит каждый. Полупакеты содержат управляющую информацию верхних логических
уровней подвижной станции, кроме того, первый полупакет может нести сигнал для
регулировки мощности передатчика.
Стандартный
пакет снизу вверх содержит информационные и управляющие сигналы.
Стандартный
одиночный пакет предназначен для передачи информационных и управляющих
сигналов от базовой станции к подвижной.
Синхронизирующий
пакет предназначен для синхронизации приемника и передатчика и передачи
управляющих сигналов.
Пакеты
непрерывного канала в направлении сверху вниз предназначены для передачи
соответствующих сигналов в режиме непрерывного излучения на несущей частоте.
Логическая структура пакетов
Внутренняя
структура пакетов представлена на рис. 11, где введены следующие обозначения:
·
вспомогательная некодированная информация,
предназначенная для обработки на нижнем физическом уровне:
A - поле
управления мощностью;
B - поле
переходных бит;
C - поле
расширенной обучающей последовательности;
D - поле
стандартной обучающей последовательности;
E - поле
защитного интервала;
F - поле бит
регулировки фазы;
H - поле бит
коррекции частоты;
I - поле
синхронизирующей последовательности.
·
кодированная информация, предназначенная для обработки
на верхних логических уровнях:
K - поле
командного канала управления;
L - поле
информационного канала.
Анализ структуры
пакетов показывает, что практически в любом пакете сверху вниз имеются поля,
предназначенные для передачи команд управления, и сигнализации. Поля управления
мощностью используются подвижными и базовыми станциями для управления
мощностью передатчиков и представляют собой немодулированное колебание несущей
частоты. Поле управления мощностью подвижной станции размещается в блоке SSN1
(см. рис. 10.), а базовой станции - в блоке BKN2 пакетов непрерывного канала.
Переходные биты введены
в одиночные пакеты и предназначены для минимизации переходных процессов в цепях
аппаратуры в начале и в конце цикла передачи сигнала.
Обучающие
последовательности предназначены для поддержания кадровой синхронизации
пакетов и настройки эквалайзера. Имеются три стандартных обучающих
последовательности. Две используются для информирования приемной стороны о
наличии одного или двух логических каналов в стандартном пакете. Третья
является связующим звеном соседних пакетов. Стандартные последовательности
имеют длину 22 бита.
Защитный интервал введен
в одиночные пакеты для снижения межканальных помех. Для пакетов подвижных
станций он составляет 14 бит, для стационарных - 8 бит. На этом интервале
несущая не излучается.
Биты регулировки фазы служат
для восстановления начальной фазы несущего колебания.
Биты коррекции частоты предназначены
для коррекции частоты несущего колебания. Длина поля 80 бит. Последовательность
символов в этом поле подобрана таким образом, что на интервале следования поля
последовательно формируются три радиоимпульса с заведомо известными частотами.
Синхронизирующая последовательность длиной 38 бит предназначена для кадровой синхронизации подвижных станций. Данная последовательность обладает хорошими корреляционными свойствами.
Полупакет сигнала управления мощностью
для направления снизу вверх (LB). Размещается только в блоке SSN1.
Полупакет канала управления для
направления снизу вверх (CB). Размещается в блоках SSN1 и SSN2.
Стандартный пакет для направления снизу
вверх (NUB).
а)
б)
a) Стандартный пакет непрерывного канала
для направления сверху вниз (NDB).
б) Синхронизирующий пакет непрерывного
канала для направления сверху вниз (SB).
а)
б)
a) Стандартный одиночный пакет для
направления сверху вниз (DNDB).
б) Синхронизирующий одиночный пакет для направления сверху вниз (DSB).
Рис. 11. Структура пакетов.
В отдельных случаях рассмотренная
структура полей меняется. Такое происходит при управлении мощностью сигнала непрерывного
канала базовой станции и передаче нескольких одиночных пакетов подряд без
управления мощностью. В первом случае сигнал управления мощностью, который
вклинивается между пакетами, дополняется недостающими битами третьей
стандартной последовательности до ее полной структуры. При передаче нескольких
одиночных пакетов подряд управление мощностью не требуется, в этом случае для
стыковки пакетов также используется определенная последовательность бит.
Вычисление долевой оценки пропускной способности канала.
В проектируемой системе применяется уплотнение
каналов по технологии TDMA, на одной несущей частоте организуются четыре
разговорных канала.
Для преобразования речи
применяется кодек с алгоритмом типа CELP. Скорость цифрового речевого потока на
выходе этого кодека составляет 4,8 кбит/с.
Тогда общий несжатый
поток:
R1 = 4 * 4,8 * 103 =
19,2 кбит/с.
К полученному значению
необходимо добавить 20% на избыточность канального уровня:
R2 = 19,2 * 103 +
0,2 * 19,2 * 103 = 23,04 кбит/с.
Так как планируется
использование сверточного кодирования со скоростью 2/3, то необходимо это
учесть. При кодировании 153 информационных битов получаем 255 битов.
R3 = R2 * 255/153
= 38,4 кбит/с.
Для использования
логических каналов управления добавим дополнительно еще 10 %. Получим:
R4 = 38,4 * 103 +
0,1 * 38,4 * 103 = 42,24 кбит/с.
Полученную пропускную
способность физического канала доведем до кратной степени двойки:
R4 = 64 кбит/с.
Таким образом, в ходе
вычислений была получена полная пропускная способность физического КС, равная
64 кбит/с.