Control

Pilot

TFCI

Чипов

Рис. 4.9. Структура кадра канала PRACH

В информационной части (Data) передают информационные биты, число которых зависит от SF (32…256). Управляющее сообщение в каждом TS состоит из 2 полей: пилотного сигнала (pilot) длительностью 8 бит, необходимого для когерентного приема на BS, и поля TFCI (Transport Format Combination Indicator) – индикатора скорости передачи (2 бита). Всего в кадре длиной 10 мс размещены 2* 15 = 30 закодированных бит TFCI, указывающих длительность кадра (10 или 20 мс) и SF (скорость передачи). При запросе на доступ к сети UE выбирает длину пакета PRACH в соответствии с информацией, полученной по каналу BCCH. Размещение пилотных бит в TS0…TS15 кадра управляющей части канала PRACH проиллюстрировано табл. 4.3.

Таблица 4.3.

В направлении “вверх” для генерации длинных скремблирующих кодов используют структуру, приведенную на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Генератор скремблирующих кодов “вверх”

Это код Голда z(i) = x(i) + y(i) с образующими полиномами

G_x = X²⁵ + X³ + 1, (4.6)

G_y = X²⁵ + X³ + X² + X + 1. (4.7)

Начальные состояния всех триггеров генератора y(i) равно 1. Начальное состояние триггеров генератора x(i) зависит от циклического сдвига n между x(i+n) и y(i), где n – 24-битовое двоичное число, что позволяет сформировать 2²⁴ скремблирующих кодов Голда. Длина каждой m-последовательности “вверх” 2²⁵ - 1 чип, из которой в 10 мс кадре используют первые 38400 чипов.

Особенностью скремблирования при передаче “вверх” является комплексное скремблирование, т.е. скремблирующий код S_{j, n}(i) содержит действительную и мнимую части. В результате после скремблирования в соответствии с рис. 4.7, 4.8 имеем

S(i) = (I(i) +jQ(i)) × S_{j, n}(i) (4.8)

Это сделано потому, что на линии “вверх” синфазный и квадратурный сигналы передают на ортогональных поднесущих с модуляцией 2-ФМ. Если закрыть оба сигнала действительными скремблирующими кодами, то выходной сигнал при неодинаковых уровнях передачи в синфазном и квадратурном каналах (G ¹ 1) будет представлен созвездием состояний на рис. 4.11а. Для увеличения помехозащищенности передачи созвездие состояний сигнала следует сделать симметричным. Использование в (4.8) при скремблировании комплексного кода приводит к созвездиям, показанным на рис. 4.11б (G ¹ 1) и 4.11в (G = 1).

а) б) в)

Рис. 4.11. Созвездия ортогональных сигналов при передаче “вверх”

Теперь позиции сигналов расположены равномерно на окружности со сдвигом на p/2, а использование комплексного скремблирующего кода приводит к тому, что внутри одного информационного бита фазовые сдвиги выходного сигнала от чипа к чипу составляют ± p/2. Изменение фазы на p возможно лишь при смене информационных бит, что позволяет улучшить энергетические показатели выходных усилителей мощности (снижаются требования к линейности усиления). Формально в каждом из каналов осуществляют модуляцию 2-ФМ, но фактически в соответствии с сигнальными созвездиями на рис. 4.10б, в получают сигнал офсетной 4-ФМ. При приеме сигнала (4.8) после умножения его на комплексно-сопряженный скремблирующий код восстанавливают исходный информационный сигнал I(i) + Q(i).

Комплексный длинный скремблирующий код

(4.9)

где c_long,1,n и c_long,2,n сгенерированы так, как показано на рис. 4.10. Знаком ë i/2 обозначена целая часть от деления i/2. В соответствии с рис. 4.10

c_long,2,n (i) = c_long,1,n ((I + 16777232)mod(2²⁵ –1)) (4.10)

Скремблирующий код преамбулы формируют на основе длинной скремблирующей последовательности c_long,1,n. Всего существует8192 скремблирующих кодов для преамбулы PRACH, столько же, сколько скремблирующих кодов “вниз”:

S_r-pre,n (i) = c_long,1,n (i), i = 0…..4095 (4.11)

Все эти коды распределены в 512 групп по 16 кодов в каждой группе. Номер группы m совпадает с номером первичного скремблирующего кода “вниз”, а номер кода в группе k с номером выбранной сигнатуры (табл. 4.2). Таким образом, номер скремблирующего кода в (4.11) n = 16×m + k. Радиосигнал при передаче преамбулы формируют с использованием (4.5) и (4.11), получая офсетную 4-ФМ

(4.12)

Для скремблирования информационных сообщений в канале PRACH используют 8192 кодов вида (4.9) длиной 10мс:

S_r-msg,n (i) = C_long,n (i+ 4096), i = 0,1,………..38399 (4.13),

где номер кода n соответствует номеру скремблирующего кода преамбулы.

В результате процедура запроса на доступ к сети состоит из следующих этапов.

§ UE читает информацию ВСCН, определяет доступные каналы RACH, их скремблирующие коды и сигнатуру. Терминал выбирает случайным образом сигнатуру и связанный с нею канал RACH.

§ Терминал измеряет уровень сигнала BS и на основе баланса мощностей (разомкнутой петли регулирования мощности) определяет требуемый уровень излучения (см. 5.3).

§ Терминал посылает преамбулу длительностью 1,067 мс. Время отправления UE преамбулы строго фиксировано: начало преамбулы совпадает с началом интервала доступа AS (access slot) вверх. Длина интервала доступа равна 2TS, протяженность AS составляет 5120 чипов, из которых преамбулой занято всего 4096 чипов. Интервалы доступа для передачи преамбулы и кадра PRACH UE выбирает случайным образом.

§ Терминал слушает канал AICH (Acquisition Indicator Channel), декодируя его сообщения в ожидании подтверждения посланной преамбулы.

§ При отсутствии сигнала AICH терминал повторяет запрос, увеличивая мощность на основе информации, полученной от BS.

§ Получив ответ по каналу AICH, терминал посылает по каналу PRACH начальное сообщение длительностью 10 или 20 мс. Начало кадра PRACH совпадает с началом интервала доступа AS.

Канал AICH служит для передачи подтверждений BS о получении преамбулы. Длина кадра в канале AICH 20 мс (рис. 4.12). Кадр разбит на 15 интервалов доступа AS; длина активной части составляет 4096 чипов с последующей паузой в 1024 чипа. Поскольку вниз модуляция 4-ФМ, то передача сигнатуры идет одновременно по синфазному и квадратурному каналам, причем именно той сигнатуры, которую UE выбрал при запросе на подключение (табл. 4.2): 16 символов сигнатуры при SF = 256. Отличие состоит в том, что передаваемая сигнатура может быть умножена на +1 (разрешение UE передать запрос по каналу PRACH) или на –1 (отказ разрешения на передачу запроса).

AS

кадр AICH

...

20 мс

Рис. 4.12. Структура канала AICH

Между временем передачи преамбулы, получением подтверждения по каналу AICH и последующей передачей запроса по каналу PRACH установлены жесткие временные соотношения. Начало каждого AS кадра AICH совпадает с началом четных TS в четных кадрах P-CCPCH и нечетных TS в нечетных кадрах. Начало интервалов доступа вверх (начало передачи преамбулы) на 7650 чипов (или 12800 чипов) опережает начало AS кадра AICH, где UE ожидает подтверждения посланной преамбулы. Если подтверждения не получено, то UE посылает преамбулу снова через 3 – 4 AS с более высоким уровнем мощности (см. 5.3). После ответа на преамбулу по каналу AICH UI передает сообщение по каналу PRACH также через 3 – 4 AS [13].

Для того, чтобы UE могла уверенно принимать пилотный канал, каналы синхронизации и прочесть информацию канала BССH (физический канал P-CCPCH), мощности этих каналов на BS фиксированы. Рекомендуемые значения мощностей приведены в табл. 4.4.

Таблица 4.4

Тип канала	Активность	Процент от общей мощности	Мощность передачи при пиковой мощности передатчика BS 20 Вт
CPICH	100%	10%	2 Вт
SCH 1	10%	6%	0,12 Вт
SCH 2	10%	4%	0,08 Вт
P-CCPCH	90%	5%	0,9 Вт
Всего		» 15%	» 3 Вт

По вторичным S-CCPCH передают два различных общих транспортных канала: FACH и PCH. Оба канала могут быть мультиплексированы в одном физическом канале или занимать разные физические каналы; при этом может быть несколько FACH, РСН и S-CCPCH. В первом случае уменьшается мощность, излучаемая BS по каналам управления.

Коэффициент расширения спектра S-CCPCH выбирают в соответствии с максимальной скоростью передачи данных. Пакеты каналов, как правило, не содержат пилотных символов, но могут включать поле TFCI (Transport Format Combination Indicator), содержащее информацию о скорости передачи. Особенно это касается канала FACH.

Для передачи пейджинга вместе с S-CCPCH используют Paging Indication Channel (PICH), чтобы обеспечить работу UE в “спящем” режиме. В канале PICH SF= 256. Кадр PICH содержит 288 информационных бит, 12 бит пустые (рис. 4.13). В зависимости от коэффициента повторения могут быть 18, 36, 72 или 144 индикаторов пейджинга в PICH кадре. Кадр PICH опережает по времени на 7680 чипов кадр канала S-CCPCH, где передают сигналы пейджинга. При приеме PICH сигнала UE использует для синхронизации опорный сигнал CPICH.

PI

...

256 chips

PICH

288 бит

12 бит

Рис. 4.13. Структура канала PICH

Номер пейджинговой группы UE получает при регистрации в сети. При поступлении вызова по PICH передают индикаторы пейджинга, соответствующие номеру пейджинговой группы. Как только терминал обнаружит номер своей пейджинговой группы, он принимает и декодирует следующий S-CCPCH кадр и при получении вызова начинает процедуру доступа к сети.

В [13] установлены временные соотношения между отдельными физическими каналами. Начала кадров обоих каналов SCH, каналов CPICH, P-CCPCH и начала AS канала AICH строго синхронизированы. Кадры каналов S-CCPCH и DPCH вниз могут быть сдвинуты во времени произвольно относительно начала кадра P-CCPCH на n*256 чипов, где 0 £ n £ 149.