12.8.2. Сравнительный анализ аналоговой частотной модуляции, TDMA и CDMA
12.8.3. Системы, ограниченные интерференцией и пространственными факторами
12.8.4. Цифровые сотовые системы связи CDMA стандарта IS-95
12.8.4.2. Обратный канал связи
Беспроводные системы связи, в частности сотовые, используются для персональной связи сравнительно недолго. Наиболее важные моменты развития этой отрасли представлены ниже.
Годы
- 1921 Начало работы радиодиспетчерской полицейской службы в Детройте, штат Мичиган.
- 1934 Применение систем мобильной связи с использованием амплитудной модуляции (amplitude modulation — AM) сотрудниками государственной и муниципальной полиции США.
- 1946 Для абонентов коммутируемой телефонной сети общего пользования (public-switched telephone network — PSTN) стало возможным использование радиотелефонов.
- 1968 Начало разработок концепции сотовой связи в лабораториях корпорации Bell.
- 1981 Стандарт NMT (Nordic Mobile Telephone — северная мобильная связь), разработанный Ericsson Corporation для трех скандинавских стран, становится первой системой сотовой связи, работающей в реальных условиях.
- 1983 Корпорация Ameritech (Чикаго, США) начинает использование стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone System — усовершенствованная система мобильной радиотелефонной связи) с применением частотной модуляции.
- 1990-е Во всем мире начинается использование цифровой сотовой связи второго поколения. Система GSM (Global System for Mobile — глобальная система мобильной связи) получает распространение по всей Европе. Множество различных стандартов, применяемых ранее, становятся непрактичными в использовании.
- 1990-е В США используются системы цифровой связи второго поколения IS-54, а также их модификации IS-136 (ТDМА) и IS-95 (CDMA).
- 2000-е Международная стандартизация цифровых систем связи третьего поколения позволит сделать роуминг доступным практически во всем мире. Среди дополнительных преимуществ нового стандарта сотовой связи — возможность подключаться к разным системам PSTN, используя один телефон, а также доступ к системам высокоскоростной пакетной передачи данных (например, IP-сети).
12.8.1. CDMA/DS
На рис. 11.3 и 11.7 иллюстрируется совместное использование ресурса связи для схем FDMA и ТDМА. При FDMA различные полосы частот являются взаимно ортогональными (предполагается идеальная фильтрация). Для ТDМА взаимно ортогональными являются различные временные интервалы (предполагается идеальная синхронизация). Аналогичный случай ортогональности различных каналов для системы СDМА со скачкообразной перестройкой частоты представлен на рис. 11.14, причем подразумевается, что коды управления частотными скачками позволяют всем абонентам использовать разные временные интервалы и частоты. Графически несложно изобразить процесс передачи данных со скачкообразной перестройкой частоты и переключением временных интервалов при отсутствии конфликтных ситуаций. Однако при использовании системы расширения спектра методом прямой последовательности (direct-sequence spread-spectrum — DS/SS) графическое представление необходимых условий ортогональности для многих пользователей, одновременно работающих в одном спектре, будет нелегкой задачей. На рис. 12.37 представлены три различных сигнала DS/SS, расширенных по широкому диапазону частот, находящемуся ниже уровня мощности шумов и интерференции. Считается, что шумы и интерференция являются гауссовыми и широкополосными; их спектральная плотность мощности равна N0+I0. В связи с примером, приведенным на рис. 12.37, наиболее часто возникает вопрос, как один из этих сигналов может быть обнаружен, если все они находятся по соседству в спектральной области и скрыты в шумах и помехах, вызванных интерференцией. Детектор DS/SS проверяет корреляцию полученного сигнала с псевдослучайным кодом определенного пользователя. Если псевдослучайные коды взаимно ортогональны, то в течение длительного времени приема средняя мощность всех сигналов других пользователей будет равна нулю. Если же условие взаимной ортогональности не выполняется, в процессе обнаружения будет происходить интерференция между сигналами разных пользователей.
Рис. 12.37. Три сигнала DS|SS в одной спектральной области.
В системе мобильной телефонной связи с использованием СDМА сигналы разных пользователей интерферируют между собой. Это происходит по следующим причинам.
1. Корреляция двух различных расширяющих кодов, принадлежащих одному семейству идеально ортогональных длинных кодов, может не равняться нулю в течение короткого времени, такого как длительность передачи одного символа.
2. Для обслуживания большого числа пользователей, как правило, необходимы длинные коды. При разработке таких кодов можно добиться малой взаимной корреляции, но при этом сложно получить идеальную взаимную ортогональность.
3. Многолучевое распространение сигнала и неидеальная синхронизация приводят к интерференции элементарных сигналов различных пользователей.
Рассмотрим канал обратной связи (от мобильного устройства к базовой станции), работающий в перегруженной сотовой ячейке. Интерференция в данном случае вызвана одновременным присутствием многих сигналов CDMA и превосходит по мощности помехи, вызванные тепловым шумом. Следовательно, влиянием тепловых шумов при наличии взаимной интерференции сигналов можно пренебречь. Тогда при N0<<I0 для отношения Eb|I0 принятого сигнала, обозначенного как (Eb|I0)прин можно записать следующее.
(12.62)
Здесь Gp = WSS/R — коэффициент расширения спектра сигнала, WSS — ширина полосы расширенного спектра, S — полученная мощность сигнала одного из пользователей, I— мощность помех, вызванных интерференцией со всеми остальными пользователями. Из уравнения (12.62) следует, что даже если полученные помехи значительно превосходят по мощности сигнал пользователя, необходимую величину Eb|I0 можно получить за счет коэффициента расширения спектра (посредством механизма проверки корреляции с кодом). Если базовая станция связи управляет мощностью сигнала и, следовательно, полученная мощность сигнала каждого из пользователей сбалансирована, то можно записать I=S
(М-1), где М— полное число пользователей, вносящих вклад в интерференцию на входе приемника. Теперь можно выразить (Eb|I0)прин через коэффициент расширения спектра и число активных пользователей в ячейке.
(12.63)
Следует отметить, что (Eb|I0)треб в уравнении (12.63) аналогично Eb|J0 для приемника, получающего подавляемый сигнал в уравнении (12.41), причем J0 и J соответствуют I0 и I. Системы CDMA подвержены интерференции (шумы считают широкополосными и гауссовыми) независимо от того, чем она вызвана — преднамеренными помехами, случайными источниками сигналов или же самими пользователями. Будем считать, что Gp и необходимое значение Eb|I0, (обозначим как (Eb|I0)треб) известны. Используя уравнение (12.63), можно записать максимально допустимое количество пользователей (источников интерферирующих сигналов) в сотовой ячейке для заданного уровня ошибок.
(12.64)
Отметим, что уравнение (12.63) показывает, что для перегруженной ячейки интерференция накладывает ограничения на использование технологии CDMA. К примеру, если количество активных пользователей в ячейке внезапно возрастет вдвое, то полученное Eb|I0 уменьшится в два раза. Аналогично из уравнения (12.63) следует, что уменьшение (Eb|I0)треб позволяет увеличить максимально допустимое количество пользователей. Ниже приводится список других факторов, от которых зависит число пользователей в ячейке.
1. Разделение по секторам или коэффициент усиления антенны GА. Ячейка может быть разделена на три сектора по 120° с помощью трех направленных антенн с коэффициентом усиления порядка 2,5 (или 4 дБ). Данный коэффициент определяет, во сколько раз может быть увеличено количество пользователей.
2. Фактор активности речи Gv. В среднем в процессе разговора около 60% времени занимают паузы между словами и фразами, а также время слушания. Следовательно, для непосредственной передачи сигнала необходимо лишь 40% общего времени связи, т.е. время, когда один из собеседников говорит. Для каналов передачи речи данный факт позволяет увеличить количество пользователей в число раз, равное коэффициенту Gv, 2,5 (или 4 дБ).
3. Фактор интерференции от внешних ячеек Н0. При технологии CDMA может применяться 100%-ное повторное использование частоты (см. раздел 12.8.2). Все соседние ячейки могут использовать один и тот же спектр. Тогда, кроме заданного уровня интерференции Ix, внутри ячейки существует дополнительная внешняя интерференция. Если потери сигнала описываются функцией четвертой степени (см. раздел 15.2.1), мощность внешней интерференции можно считать равной 55% от полной мощности интерференции внутри ячейки [30, 31]. Следовательно, полная интерференция может быть записана в виде 1,55Ix. Число пользователей уменьшается в соответствии с коэффициентомH0, который равен 1,55 (или 1,9 дБ).
4. Фактор несинхронной интерференции 
. При оценке уровня интерференции пользователей, находящихся внутри и снаружи ячейки, было сделано предположение, что все используемые каналы идентичны (т.е. рабочие характеристики одинаковы для всех пользователей, передающих голосовые сигналы). Предположим также, что интерференция, связанная с сужением, может аппроксимироваться случайной гауссовой переменной. Будем считать, что пользователи равномерно распределены по площади ячейки, а управление мощностью в каждой из ячеек идеально. Наихудший случай - когда все интерферирующие между собой сигналы синхронизованы по фазе и элементарному сигналу. Для несинхронного канала связи ситуация будет лучше. В данном случае в уравнение (12.64) вводится коэффициент , описывающий интерференцию, вследствие чего максимально возможное количество пользователей увеличивается по сравнению с наихудшим сценарием. Если считать, что элементарный сигнал можно графически представить в виде идеального прямоугольника, значение равно 1,5 [31-34]. Вообще, данное значение зависит от формы функции, описывающей элементарный сигнал [31].
Используя коэффициенты GA, Gv, H0 и у (а также их значения, приведенные выше), вычислим максимально возможное количество активных пользователей М' в ячейке.
(12.65)
Точный расчет возможностей системы CDMA намного сложнее, чем приведенный в уравнении (12.65). При выводе данной формулы считалось, что пользователи равномерно распределены по площади ячейки, а управление мощностью осуществляется идеально. В то же время влияние теплового шума считалось ничтожно малым. Изменения информационного обмена внутри ячейки не учитывались. Не рассматривалась топология местности как фактор, влияющий на параметр п функции потерь сигнала. При уменьшении и интерференция может возрастать. Вообще, емкость системы CDMA рассматривается во многих работах, в частности на примере систем, соответствующих стандарту IS-95. Для более подробного ознакомления с этой темой стоит обратиться к работам [30-32, 35-38]. В следующем разделе приводится упрощенный сравнительный анализ трех методов множественного доступа, позволяющий охарактеризовать преимущества CDMA.
12.8.2. Сравнительный анализ аналоговой частотной модуляции, ТDМА и CDMA
До использования сотовых систем связи, в 1976 году в Нью-Йорке (население которого на то время составляло более 10 миллионов человек) мобильной связью могли одновременно пользоваться лишь 543 пользователя, в то время как всего их было 3700. Концепция сотовой связи иллюстрируется на рис. 12.38. В данном примере рассматривается конфигурация из семи ячеек (одна из используемых на данный момент). Благодаря разбиению географической области на ячейки с возможностью использования одних и тех же частот в разных ячейках, была значительно увеличена эффективность применения частотных Полос в радиотелефонных системах связи.
Рис.12.38. Конфигурация из семи ячеек
В США частотный диапазон, используемый для передачи сигнала базовой станцией связи (869-894 МГц), принято называть прямым (forward), или нисходящим (downlink) каналом, а диапазон передачи данных мобильными устройствами (824-849 МГц) — обратным (reverse), или восходящим (uplink) каналом. Такая терминология используется для стандарта AMPS и других систем связи. Полосу, которую занимает один канал (30 кГц), иногда называют поддиапазоном (subband). Пара каналов, используемая для связи (прямой и обратный каналы), в сумме занимает 60 кГц и разделена полосой в 45 МГц! В пределах крупных городов США (всего около 750) Федеральная комиссия по средствам связи (FCC) выделила полосы по 25 МГц для передачи и приема сигналов. В целях поддержки конкуренции в пределах города обычно дается разрешение на работу двум компаниям. Каждая из них получает две полосы по 12,5 МГц — для приема и передачи сигналов.
Сравним количество доступных каналов в ячейке для трех сотовых систем связи (аналоговая FM, ТDМА и CDMA) при широком географическом покрытии с множеством ячеек (рис. 12.38). Рассчитать количество аналоговых каналов, используемых в системе AMPS, можно довольно просто. Будем считать, что для связи выделена полоса в 12,5 МГц. Для предотвращения интерференции между пользователями, которые находятся в выделенном диапазоне 12,5 МГц и имеют приблизительно равную мощность, необходимо, чтобы в соседних ячейках использовались разные частоты. При конфигурации из семи ячеек (рис. 12.38) связь в ячейке F может осуществляться на полосе частот, которая отличается от диапазона ячеек А, В, С, D, Е и G. Лишь одна седьмая часть полосы шириной 12,5 МГц может использоваться для связи в каждой ячейке. Следовательно, для каждой ячейки полоса шириной 1,78 МГц доступна для приема и передачи данных. При конфигурации из семи ячеек говорится, что коэффициент повторного использования частоты равен 1/7. Таким образом, при использовании аналоговой системы FM количество поддиапазонов шириной 30 кГц будет равно 1,78 МГц/30 кГц, или приблизительно 57 каналов в ячейке (без учета каналов, используемых для управления).
Североамериканский стандарт сотовой связи ТDМА с использованием множественного доступа получил название IS-54 (последняя модификация этого стандарта — IS-136). Системы связи, соответствующие этим двум стандартам, должны удовлетворять требованиям использования частот, установленным для AMPS. Таким образом, ширина полосы канала ТDМА равна 30 кГц. В 1950-х годах более эффективное применение кодирования исходного сигнала позволило увеличить количество используемых каналов. При наземной телефонной связи каждый голосовой сигнал кодируется со скоростью 64 Кбит/с. Возможно ли использование аналогичного стандарта для сотовых систем? Нет, поскольку сотовые системы связи ограничены шириной полосы. На данный момент кодирование голосовых сигналов позволяет достичь качества связи, аналогичного обычному телефонному разговору, при скорости передачи данных 8 Кбит/с. Даже при более низкой скорости этот метод позволяет получить приемлемое качество связи. Для вычислений значение скорости передачи данных принимается равным 10 Кбит/с. Сам процесс вычисления в этом случае достаточно прост. Одновременный доступ к каждому из каналов с шириной полосы 30 кГц может иметь 30 кГц/10 Кбит/с = 3 пользователя. Следовательно, количество пользователей, одновременно имеющих доступ к каналу в случае ТDМА, в три раза больше, чем для аналоговой системы FM. Другими словами, количество каналов для каждой ячейки ТDМА составляет 573 = 171.
Основным преимуществом систем СDМА по сравнению с аналоговыми FM или ТОМА является возможность полного (100%) повторного использования частоты. Это значит, что вся ширина полосы, предусмотренная стандартом FCC (12,5 МГц), может одновременно использоваться для приема и передачи сигнала. Для сравнения СDМА, систем множественного доступа AMPS с использованием аналоговой частотной модуляции (другими словами, FDMA), а также ТDМА стандарта IS-54 рассмотрим уравнение (12.65). Для корректности сравнения пренебрежем коэффициентом GA, который характеризует разбиение ячейки на сектора. Данный коэффициент не используется в расчетах рабочих характеристик FDMA и ТDМА, хотя в обоих случаях разбиение ячейки на сектора позволило бы улучшить параметры системы. Если ячейка не разбивается на сектора, количество активных пользователей в ячейке CDMA будет равно следующему.
(12.66)
Из уравнения (12.28) получаем выражение для коэффициента расширения спектра сигнала.
(12.67)
Следует отметить, что такая скорость передачи (12,5 миллионов элементарных сигналов в секунду) не соответствует стандарту IS-95. В данном примере это значение используется для корректного сравнения CDMA, TDMA и аналоговой системы FM, имеющих ширину полосы 12,5 МГц.
Примем значение (Eb|I0)треб равным 7 дБ (что аналогично умножению на 5) [30], а коэффициенты Gv, и Н0 равными 2,5, 1,5 и 1,55. Подставив указанные значения в уравнение (12.66), получим следующее.
(12.68)
Таким образом, системы FDMA с использованием аналоговой частотной модуляции, ТDМА и СDМА могут поддерживать одновременное использование 57, 171 и 605 каналов в ячейке. Можно сказать, что при заданной ширине полосы СDМА превосходит AMPS по количеству активных пользователей приблизительно в 10 раз, а ТDМА приблизительно в 3,5 раза. Следует отметить, что при выводе уравнения (12.68) не были учтены некоторые факторы (например, амплитудное замирание — см. главу 15), которые могут значительно уменьшить полученный результат. Следует также помнить, что анализ проводился для обратного канала СDМА, причем считалось, что применяются длинные коды, а сигналы пользователей не синхронизированы. В обратном направлении (канал-станция/мобильное устройство) может использоваться ортогональное распределение по каналам, что позволит улучшить результат (12.68).
Провести корректное сравнение СDМА и TDMA/FDMA достаточно сложно. При единичной ячейке рабочие характеристики TDMA/FDMA ограничиваются пространством, а параметры СDМА — интерференцией (см. следующий раздел). Если же используется множество ячеек, возможности всех указанных систем ограничиваются интерференцией. Улучшить отдельные характеристики каждой из систем можно следующим образом. Для TDMA/FDMA возможно повышение коэффициента повторного использования за счет увеличения интерференции. При использовании системы CDMA возможно увеличение нагрузки, но также за счет повышения интерференции.
12.8.3. Системы, ограниченные интерференцией и пространственными факторами
При правильном проектировании и эксплуатации системы СDМА интерференция в ней не играет значительной роли. Следовательно, весь рабочий спектр частот доступен для пользователей. Однако, исходя из уравнений (12.63) и (12.64), можно сказать, что интерференция накладывает определенные ограничения на системы CDMA. Использование кодирования с коррекцией ошибок чрезвычайно важно в случае CDMA, поскольку снижение значения (Eb|I0)треб практически прямо сказывается на увеличении допустимого числа активных пользователей. Увеличение эффективности кодирования на 1 дБ (что приводит к уменьшению отношения (Eb|I0)треб на то же значение) позволяет повысить число активных пользователей ячейки CDMA на 25%.
При рассмотрении работы единичной ячейки, системы FDMA и ТDМА можно назвать, соответственно, ограниченными частотным и временным диапазонами. Рассмотрим ТDМА. В случае идеальной синхронизации распределения временных интервалов между растущим числом абонентов при получении сигнала базовой станцией, не происходит интерференции с сигналами других пользователей. Количество активных пользователей может увеличиваться до максимально возможного. Однако если все временные интервалы заполнены, увеличение числа активных пользователей приводит к чрезмерному возрастанию интерференции. Системы связи FDMA также являются ограниченными частотным диапазоном. Для таких систем увеличение количества пользователей после заполнения всех доступных полос влечет за собой чрезмерное возрастание интерференции.
Система СDМА — это система, ограниченная интерференцией, поскольку появление дополнительного пользователя ведет к увеличению общего уровня интерференции сигналов, принимаемых базовой станцией. Интерференция, вносимая отдельным мобильным радиоустройством, зависит от мощности, уровня синхронизации, а также от взаимной корреляции с другими сигналами СDМА. Допустимое количество каналов системы СDМА зависит от допустимого уровня интерференции. На рис. 12.39 представлено принципиальное различие между системами, возможности которых ограничиваются интерференцией (в данном случае СDМА) и пространством (ТDМА). Предположим, что обе системы используют для связи полосу частот ограниченной ширины. В случае единичной ячейки при постепенном заполнении временных интервалов ТDМА сигнал, поступающий на базовую станцию, не интерферирует с сигналами других мобильных радиоустройств. Количество активных пользователей ТDМА может увеличиваться до полного заполнения всех доступных временных интервалов. После этого использование дополнительных интервалов приводит к возрастанию интерференции свыше допустимого уровня. Для систем СDМА при активизации каждого из пользователей уровень интерференции сигналов, получаемых базовой станцией, возрастает. Дополнительная интерференция, вносимая отдельным мобильным устройством, зависит от его мощности, синхронизации во времени, а также от взаимной корреляции с кодовыми сигналами других устройств. В пределах одной ячейки каналы предоставляются пользователям до достижения определенного предельного уровня интерференции [29]. Как видно из рис. 12.39, способность к адаптации системы, возможности которой ограничены интерференцией, значительно выше, чем в случае ограничений, связанных с пространственным фактором. К примеру, в праздничные дни, когда нагрузка телефонных сетей значительно возрастает, операционный центр системы СОМА может принять решение о повышении допустимого порога интерференции, чтобы увеличить количество активных пользователей. В случае системы, ограниченной пространством, такое просто невозможно.
Повторимся, пространственно-ограниченные системы (например, FDMA и ТDМА) имеют жесткий порог производительности при применении одной ячейки. Если же используется множество ячеек, то путем изменения коэффициента повторного использования частот, а также отношения мощности сигнала к интерференции (S/I) можно добиться того, что указанные системы становятся ограниченными только интерференцией.
Рис.12.39. Системы TDMA ограничены временной областью; возможности CDMA ограничены интерференцией.
12.8.4. Цифровые сотовые системы связи CDMA стандарта IS-95
Interim Standard 95 (IS-95) определяет требования к радиотелефонным системам связи с применением сигналов расширенного спектра (метод прямой последовательности (DS/SS)) для обеспечения множественного доступа. Этот стандарт был разработан корпорацией Qualcomm для работы в спектре частот, используемом аналоговыми системами связи (AMPS) в США. Одновременная работа систем связи разных стандартов стала возможной благодаря технологии дуплексной передачи сигнала с использованием частотного разделения (frequency division duplexing — FDD). Системы AMPS используют полосу шириной 25 МГц для передачи сигнала от базовой станции к мобильному устройству (прямой канал) в диапазоне 869-894 МГц и полосу такой же ширины для обратной передачи сигнала (обратный канал) в диапазоне 824-849 МГц. При работе IS-95 в каждый отдельный момент времени используется система CDMA с шириной полосы 1,25 МГц, а мобильные устройства соответствуют одновременно двум стандартам (AMPS и CDMA). Возможности систем, соответствующих стандарту IS-95, ограничены интерференцией. Для снижения отношения (Eb|I0)треб применяются различные методы обработки сигнала. Основные характеристики (форма сигнала, кодирование, методы подавления интерференции) рассматриваемых систем приводятся ниже.
• Каждый канал расширяется на полосу шириной 1,25 МГц, после чего фильтруется для ограничения спектра.
• Скорость передачи элементарных сигналов Rсh для псевдослучайного кода равна 1,2288 миллионов элементарных сигналов в секунду. Номинальная скорость передачи данных, называемая режимом RSI (Rate Set 1), равна 9,6 Кбит/с и соответствует коэффициенту расширения Gp =Rch/R = 128. В стандарте IS-95 возможно использование улучшенного скоростного режима RS2 (14,4 Кбит/с).
• Модуляция данных осуществляется с помощью двоичной фазовой манипуляции (BPSK) с применением расширения сигнала методом QPSK. При этом каждый квадратурный компонент несущей является сигналом BPSK, модулированным данными.
• Используется сверточное кодирование с декодированием по алгоритму Витерби.
• Для разнесения по времени используется устройство временного уплотнения импульсных сигналов с интервалом 20 мс.
• Сигналы с многолучевым распространением обрабатываются RAKE-приемником. Для пространственного разделения используются две антенны в каждом секторе ячейки,
• Для разделения по каналам применяется ортогональное кодовое уплотнение.
• Регулирование мощности позволяет минимизировать энергию передаваемого сигнала и, следовательно, уменьшить интерференцию.
Передача сигнала от базовой станции к мобильному устройству может осуществляться с использованием четырех типов прямых каналов: контрольный, синхронизационный, поисковый и канал передачи данных. При обратной связи различают каналы доступа и передачи данных. Существует несколько модификаций стандарта IS-95: IS-95A, JSTD-008, IS-95B, IS-2000. IS-95B включает в себя использование сотовой полосы частот стандарта IS-95, а также полосы службы персональной связи (personal communication service — PCS). Этот стандарт позволяет передавать голосовые сигналы, а также данные со скоростью 115,2 Кбит/с при одновременном использовании до восьми каналов RS2. Стандарт IS-2000 описывает системы радиосвязи CDMA третьего поколения, также называемые системами с использованием множественных несущих. По сравнению с другими модификациями, IS-2000 имеет множество дополнительных возможностей. В данной главе рассматривается IS-95, структура которого сохраняется во всех последующих модификациях, поскольку все они построены на основе данного стандарта.
12.8.4.1. Прямой канал связи
Базовая станция использует 64 канала для передачи уплотненного сигнала. Для передачи данных пользователя применяется 61 канал. Один из каналов является контрольным, один — синхронизационным и, по крайней мере, один используется как поисковый. Стандарт IS-95 позволяет одновременную передачу голоса, данных и специальных сигналов. Скорость передачи голоса может быть равна 9600, 4800, 2400 или 1200 бит/с. Данные уровни скорости предусмотрены режимом RS1. В режиме RS2 поддерживается скорость до 14,4 Кбит/с. На рис. 12.40 представлена упрощенная блок-схема передатчика базовой станции, который использует стандартный канал данных со скоростью передачи 9,6 Кбит/с. С помощью кодирования методом линейного предсказания (linear predictive coding — LPC, см. раздел 13.4.2) производится черновая оцифровка голосового сигнала со скоростью 8 Кбит/с. После добавления битов обнаружения ошибок скорость передачи возрастает до 9,6 Кбит/с. Полученная последовательность данных разбивается на кадры длительностью 20 мс. Следовательно, при скорости передачи данных 9,6 Кбит/с один кадр содержит 192 бит. Следующий шаг, представленный на рис. 12.40,— сверточное кодирование (степень кодирования 1/2, К =9), в ходе которого все биты данных в равной мере защищаются кодом. В результате скорость в канале возрастает до 19,2 Кбит/с и остается неизменной после обработки данных устройством временного уплотнения импульсных сигналов с рабочим интервалом, равным длительности кадра (20 мс). Следующие три шага включают
сложение по модулю 2 двоичных значений псевдослучайных кодов и ортогональных последовательностей (применяется для обеспечения конфиденциальности); распределение по каналам; и определение базовой станции. Каждое изменение кода можно образно представить как барьер, ограничивающий по тем или иным причинам доступ к определенному сообщению. В целях конфиденциальности используются псевдослучайные коды максимальной длины с 42-разрядным регистром сдвига. В системе со скоростью передачи 1,2288 миллионов элементарных сигналов в секунду такой код повторяется с периодом приблизительно в 41 день. Системы, соответствующие стандарту IS-95, используют идентичное оборудование для кодирования для всех базовых станций и мобильных устройств. В целях конфиденциальности каждое мобильное устройство получает уникальную модификацию кода со сдвигом по фазе или во времени. Пользователям, которые связываются между собой, не нужно знать кодовые модификации друг друга, поскольку базовая станция производит демодуляцию и повторную модуляцию всех обрабатываемых сигналов. Значение скорости передачи данных в канале (19,2 Кбит/с) перед кодированием не является окончательным. Код применяется для прореживания сигнала, поэтому используется только каждый 64-й бит последовательности (что не влияет на уникальность кода).
Следующий применяемый код называют защитой Уолша (Walsh cover). Данный код используется для распределения по каналам с последующим расширением спектра. Код является ортогональным и генерируется с помощью матрицы Адамаpa (Hadamard matrix) (правила получения кода приводятся в разделе 6.1.3.1). Используя указанный метод, можно создать код Уолша, размерность которого равна 2k2k (k — положительное целое число). Набор кодов Уолша характеризуется матрицей 6464, где каждая строка соответствует отдельному коду. Как показано на рис. 12.40, один из 64 кодов суммируется по модулю 2 с защищаемой двоичной последовательностью. Поскольку элементы набора кодов Уолша взаимно ортогональны, их применение позволяет разделить прямой канал связи на 64 ортогональных сигнала. Канал 0 используется для проверки когерентности получения данных мобильным устройством. Канал 32 применяется для синхронизации, а также, по крайней мере, один канал резервируется в качестве поискового. Следовательно, для передачи данных доступен 61 канал. Защита Уолша применяется в системах со скоростью передачи 1,2288 миллионов элементарных сигналов в секунду. Таким образом, в процессе связи "базовая станция-мобильное устройство" каждый бит в канале (скорость передачи 19,2 Кбит/с) преобразуется в 64 элементарных сигнала Уолша. Конечная скорость передачи составляет 1,2288 миллионов элементарных сигналов в секунду. На рис. 12.41 представлена последовательность из 64 сигналов Уолша, а на рис. 12.42 приведен простой пример распределения по каналам с использованием ортогональных кодов (к примеру, кодов Уолша). Выходной сигнал будет отличным от нуля только в том случае, если приемник использует правильный код для доступа к каналу пользователя. Применение правильного кода дает на выходе некоторое ненулевое значение А, которое позволяет "открыть дверь" канала.
Рис. 12.40. Передача голоса с использованием прямого канала CDM
Рис. 12.41. Последовательность из 64 сигналов Уолша
Рис. 12.42. Пример передачи сигнала с применением ортогональных функций для распределения по каналам
Следующий применяемый код (рис. 12.40) называют коротким (short), поскольку он основывается на 15-разрядном регистре сдвига и повторяется с интервалом 215 - 1 элементарных сигналов (один период длится 26,67 мс). Этот последний "барьер", используемый со сдвигом по фазе 90° со скоростью передачи 1,2288 миллионов элементарных сигналов в секунду, позволяет зашифровать сигнал. Поскольку все базовые станции используют идентичное распределение по каналам методом Уолша, при отсутствии шифрования их сигналы коррелировали бы между собой (что нежелательно). Короткий код можно представить в качестве "адреса" базовой станции. Использование этого кода требует наличия двух регистров сдвига: одного в синфазном канале (I), другого в квадратурном (Q). Каждая базовая станция для определения своего местоположения применяет особую модификацию (сдвиг) кодов I и Q, состоящих из 64 элементарных сигналов. Таким образом, использование данных кодов позволяет получить 512 уникальных адресов. Это число достаточно велико, поскольку станции, находящиеся достаточно далеко друг от друга, могут использовать одинаковые адреса.
Таким образом, код Уолша позволяет ортогонализировать сигналы пользователей, находящихся в одной ячейке; короткий псевдослучайный код делает сигналы пользователей разных ячеек независимыми друг от друга (присваивает адрес каждой станции); длинный псевдослучайный код позволяет сделать сигналы разных пользователей системы взаимно независимыми (используется для конфиденциальности связи). Чтобы после применения кода Уолша ортогональность каналов была идеальной, работа всех пользователей должна быть синхронизирована во времени с погрешностью, не превышающей малой доли длительности элементарного сигнала. Для прямого канала это теоретически возможно, поскольку передача сигнала на мобильные устройства производится базовой станцией. Однако, учитывая эффект многолучевого распространения, более корректно будет сказать, что применение кодов Уолша позволяет достичь неполной ортогональности. Для получения аналогичного результата в случае обратного канала необходимо использовать временную синхронизацию с обратной связью, что не предусмотрено в IS-95. Уменьшить сложность системы можно за счет увеличения интерференции внутри ячейки. В широкополосном стандарте CDMA третьего поколения (wideband CDMA — WCDMA) такая возможность предусмотрена [39].
Последние шаги, представленные на рис. 12.40, соответствуют широкополосному (1,25 МГц) фильтрованию на фильтре с конечной импульсной характеристикой, а также смешиванию несущей с использованием расширения QPSK и модуляции BPSK. Идентичные кодированные сигналы одновременно присутствуют в синфазном и квадратурном каналах, однако из-за шифрования коротким кодом эти сигналы отличаются друг от друга.
12.8.4.2. Обратный канал связи
Уплотненный сигнал, передаваемый каждой базовой станцией, состоит из 64 каналов, причем для передачи данных могут использоваться лишь 61 из них (или меньше). Однако при связи в обратном направлении (мобильное устройство-базовая станция) передается единичный сигнал (канал), который может содержать данные или запрос на доступ к сети. На рис. 12.43 представлена упрощенная блок-схема передачи сигнала с использованием обратного канала. Общая структура аналогична существующей в прямом канале (рис. 12.40), однако существуют некоторые существенные отличия. В стандарте IS-95 не поддерживается применение обратных управляющих каналов, поскольку для каждого мобильного устройства был бы необходим отдельный канал такого типа. В стандарте IS-2000 для каждого обратного канала связи резервируется управляющий канал. Поскольку обратный канал менее устойчив по сравнению с прямым, для улучшения работы системы применяется более эффективный сверточный код (степень кодирования 1/3). Следует также отметить, что после обработки устройством временного уплотнения импульсных сигналов биты канала модулируют 64-разрядный код Уолша. Этот код аналогичен используемому для распределения по каналам при передаче по прямому каналу. Однако при обратной связи коды Уолша используются для прямо противоположной цели — они играют роль модулирующих волн. При скорости передачи данных, равной 9,6 Кбит/с, два бита данных (после кодирования трансформируются в шесть канальных битов, иногда называемых кодовыми символами) после разделения отображаются одним из 64 ортогональных сигналов Уолша, который впоследствии и передается. Скорость передачи символов Уолша равна следующему.
(12.69)
Здесь скорость передачи канальных битов R, равна произведению скорости передачи данных и обратной интенсивности кода, или R(n/k). Каждый из 64-разрядных кодов Уолша состоит из 64 элементов, называемых элементарными сигналами Уолша. Исходя из уравнения (12.69), скорость передачи элементарных сигналов Уолша составляет 644800=307 200 сигналов/с. Следовательно, результатом модуляции является расширение спектра (однако не до полной ширины полосы). Элементарные сигналы Уолша повторяются 4 раза, и окончательная скорость передачи данных составляет 1,2288 миллионов элементарных сигналов в секунду.
Рис. 12.43. Передача голоса с использованием обратного канала CDMA
Может возникнуть вопрос, почему в качестве модулирующих волн были выбраны 64-ричные функции Уолша. Вспомним компромиссы между параметрами каналов, ограниченных по мощности (раздел 9.7.3). Для сохранения мощности за счет уменьшения ширины полосы было бы логично использовать М-арную частотную манипуляцию, например, MFSK. По мере возрастания М ширина полосы будет увеличиваться и одновременно будет снижаться отношение Eb/N0, необходимое для получения заданного уровня достоверности передачи. Использование подобного метода передачи сигнала для узкополосной системы является компромиссным решением, поскольку снижение необходимого уровня мощности достигается за счет увеличения ширины полосы. Однако для систем расширенного спектра, соответствующих стандарту IS-95, применение 64-ричных функций Уолша для модуляции можно описать как "бесплатное приобретение", поскольку система уже использует расширенную полосу в 1,25 МГц. Применение 64-ричных ортогональных функций не приводит к дальнейшему расширению полосы. Если представить, что форма импульсов на графике функций Уолша (рис. 12.41) несколько округлена, то не напомнило бы вам это форму сигналов MFSK? Да, графики этих двух функций весьма похожи. В общем случае базовая станция обнаруживает 64-ричные функции Уолша некогерентно, что аналогично обнаружению 64-ричных тонов FSK. Нужно отметить, что некоторые типы приемников базовых станций используют когерентный метод обнаружения, что позволяет выиграть 1-2 дБ.
Для обратной связи необходимо распределение по каналам, поскольку пользователи должны быть разделены. При использовании обратного канала пользователи отличаются друг от друга длинным кодом (кодом конфиденциальности). В прямом канале связи этот код применяется для прореживания сигнала, что позволяет обеспечить конфиденциальность. При связи мобильное устройство - базовая станция (рис. 12.43) код используется со скоростью 1,2288 миллионов элементарных сигналов в секунду для распределения по каналам (адресации), а также для шифрования сигнала, достижения конфиденциальности и расширения спектра. После расширения длинным кодом, спектр сигнала расширяется еще раз с помощью двух коротких псевдослучайных кодов, что обеспечивает отсутствие корреляции между синфазными и квадратурными символами. Последние шаги, приведенные на рис. 12.43, соответствуют фильтрованию на фильтре с конечной импульсной характеристикой, а также преобразованию несущей с помощью модуляции BPSK в сигнал OQPSK. Модуляция OQPSK применяется, чтобы избежать возможности изменения фазы несущей на 180° (см. раздел 9.8.1). Этот метод позволяет уменьшить соотношение пиковой и средней мощности усилителя передатчика, что упрощает проектирование системы. OQPSK не применяется для прямых каналов, поскольку в этом случае базовая станция передает уплотненный сигнал 64 каналов. Каждый процесс прямой передачи может быть описан вектором, который характеризует весь уплотненный сигнал. Вектор принимает значение из множества возможных соотношений фаза/амплитуда. Следовательно, посредством сдвига синфазного и квадратурного каналов невозможно добиться положительного результата, поскольку невозможно избежать переходов несущей через нуль. После фильтрования полученного сигнала образуется спектр с двухсторонней шириной полосы по уровню 3 дБ, равной 1,25 МГц.
12.8.4.3. Типы приемников
Приемник мобильного устройства. Данный приемник когерентно демодулирует сигналы QBPSK прямого канала, используя контрольный сигнал в качестве эталона. Схема приемника включает трехкомпонентный RAKE-приемник, который позволяет расшифровать три наиболее сильных компонента многолучевого сигнала (минимальное требование IS-95). RAKE-приемник- разрешает и разделяет многолучевые компоненты сигнала расширенного спектра при условии, что разница во времени распространения между отдельными лучами больше длительности одного элементарного сигнала. Сигналы FDMA не могут быть разделены подобным образом, поскольку они по определению являются узкополосными. Многолучевые компоненты сигнала ТDМА можно разделить, поскольку пользователи передают данные в виде пакетов. Однако при заданном времени задержки полосы сигналов-пакетов стандартной системы TDMA недостаточно широки для разрешения многолучевого сигнала. При использовании CDMA ширина полосы превышает 1 МГц и любые многолучевые компоненты, характеризующиеся временем задержки более 1 мкс, могут быть разрешены. RAKE-приемник быстро отслеживает многолучевые компоненты и эффективно сочетает их (в случае приемника мобильного устройства — когерентно). Принцип работы RAKE-приемника описывается в разделе 15.7.2. Выходные сигналы демодулятора обрабатываются декодером Витерби (мягкая схема принятия решений). Последний шаг восстановления информации — определение скорости передачи данных передатчика (9600, 4600, 2400 или 1200 бит/с); это осуществляется путем четырехкратного декодирования выходного демодулированного сигнала. Другими словами, проводится проверка для всех четырех возможных скоростей передачи данных. В процессе декодирования сигнала и анализа битов обнаружения ошибок регистрируется несколько дополнительных параметров, которые используются для выбора окончательной декодированной последовательности.
Приемник базовой станции. Базовая станция резервирует отдельный канал для получения сигналов каждого из активных пользователей ячейки. Сигналы пользователей, модулированные 64-ричным кодом Уолша, во время приема являются некогерентными (аналогично случаю приема некогерентных ортогональных сигналов MFSK). В схеме приемника обычно используется четырехкомпонентный RAKE-приемник, позволяющий демодулировать четыре наиболее мощных многолучевых компонента выходного сигнала двух антенн (см. раздел 15.7.2), которые с целью разнесения пространственно разделены между собой на расстояние, равное нескольким длинам волн. Выходные сигналы демодулятора обрабатываются декодером Витерби (мягкая схема принятия решений). Последним шагом восстановления информации является четырехкратная демодуляция сигнала с помощью процедуры, аналогичной используемой в случае мобильного устройства. Для выбора окончательной последовательности данных проводится сравнение параметров, полученных при расшифровке сигнала и анализе битов обнаружения ошибок.
12.8.4.4. Регулировка мощности
В системах, пользователи которых одновременно передают сигналы базовой станции, используя одну и ту же частоту, необходима регулировка мощности. При отсутствии такой регулировки сигналы пользователей, находящихся недалеко от базовой станции, будут приняты с гораздо большим уровнем мощности, чем сигналы пользователей, которые находятся около границы ячейки. Основная задача процедуры регулировки — изменить процесс передачи каждого мобильного устройства таким образом, чтобы входная мощность полученных базовой станцией сигналов была равной (и по возможности постоянной). В соответствии с основным принципом работы регулирующего алгоритма уровень мощности сигналов пользователей должен быть обратно пропорционален мощности, полученной от базовой станции. Стандартом IS-95 описываются три метода регулировки мощности: управление обратным каналом; управление прямым и обратным каналами по принципу обратной связи; прямое управление каналом.
Прямое управление обратным каналом. Предположим, что потери сигнала во время распространения одинаковы для прямого и обратного каналов (на самом деле это не совсем так, поскольку рабочие частоты этих каналов разделены полосой в 45 МГц). Базовая станция постоянно передает калибровочную постоянную (которая определяется уровнем EIRP), используя синхронизационный канал. Эта информация позволяет мобильному устройству регулировать выходную мощность таким образом, чтобы мощность сигнала, полученного базовой станцией, не отличалась от сигналов других пользователей. Рассмотрим пример использования такого алгоритма. Мощность передачи сигнала мобильным устройством выбирается так, чтобы сумма мощностей переданного и полученного базовой станцией (с учетом потерь при распространении) сигналов была равна определенному значению (например, -73 дБмВт), которое передается с помощью синхронизационного канала. Данное значение зависит от EIRP базовой станции. До начала процесса передачи мобильное устройство с помощью схемы автоматической регулировки усиления (automatic gain control — AGC) приемника определяет мощность, переданную по прямому каналу. Предположим, что полученная мощность равна -83 дБмВт. Тогда в соответствии с алгоритмом управления мощность передаваемого сигнала будет равна (-73 дБмВт) - (-83 дБмВт), или 10 дБмВт.
Управление прямым и обратным каналами с использованием обратной связи. При передаче в прямом канале биты регулировки мощности замещают биты кодированного сигнала, в результате чего код получается "прореженным". В каждых шести сигналах Уолша два бита данных заменяются битами регулировки мощности. Сигналы Уолша передаются со скоростью 4800 сигналов/с; следовательно, скорость передачи битов регулировки мощности должна равняться 800 бит/с. Таким образом, в каждом кадре длительностью 20 мс содержится 16 регулирующих битов. Основная задача контура регулировки мощности — коррекция ожидаемых значений открытого цикла через каждые 1,25 мс с шагом 1 дБ. Последующие модификации этого метода позволяют уменьшить шаг до 0,5 или 0,25 дБ. Наиболее важным преимуществом скоростного и высокоточного регулирования мощности по обратной связи является значительное снижение средней мощности передачи в обратном канале. При использовании аналоговых радиосистем передаваемая мощность постоянна и достаточна для поддержания связи даже в случае замирания. Следовательно, в большинстве случаев аналоговые радиоустройства используют избыточную мощность сигнала. Системы CDMA позволяют установить мощность выходного сигнала мобильного устройства на уровне, достаточном для поддержания обратного канала. В среднем для работы мобильного устройства CDMA, соответствующего стандарту IS-95, требуется уровень мощности на 20—30 дБ ниже, чем в случае аналоговой системы AMPS [30].
Прямое управление каналом. Базовая станция периодически снижает мощность сигнала, передаваемого мобильному устройству. Если мобильное устройство обнаруживает увеличение количества ошибок в кадрах, отправляется запрос на увеличение мощности базовой станцией. Изменения вносятся периодически, в зависимости от значения уровня ошибок в кадре.
Пример 12.6. Элементы передачи сигналов, используемые в стандарте IS-95
Существует большое количество элементов передачи сигналов, которые описаны в стандарте IS-95 и используются в системах связи CDMA: информационные биты, канальные биты, сигналы Уолша, элементарные сигналы Уолша, элементарные сигналы с расширенным спектром, сигналы BPSK. Рассмотрим обратный канал передачи данных, используемый для передачи оцифрованной речи со скоростью 9,6 Кбит/с, причем полученный сигнал характеризуется отношением Eb/(N0+I0)
Eb/I0=7дБ (при N0<<I0). Требуется найти значения следующих параметров полученного сигнала, характеризующих спектральную плотность отношения энергии к шуму, а также мощности к шуму: Pr/ I0, Ec/I0, Ew/I0, Ewch/I0, Ech/I0. Кроме того, нужно найти следующие параметры: Rc, Rw, Rwch, Rch - Индексы с, w, wch и ch обозначают соответственно канальный бит, сигнал Уолша, элементарный сигнал Уолша и элементарный сигнал с расширенным спектром. Сколько элементарных сигналов расширенного спектра соответствует одному элементарному сигналу Уолша?
Решение
Ключ к решению данной задачи — фундаментальные соотношения между спектральной плотностью отношения мощности к шуму полученного сигнала и каждым из указанных параметров (см. раздел 9.7.7). Следовательно, можно записать следующее.
(12.70)
Поскольку известно, что Eb/N0=7 дБ (или 5), а скорость передачи данных R = 9600 бит/с, можно записать следующее.
Поскольку для обратного канала степень кодирования равна 1/3, можем записать
а также
Каждый из 64 сигналов Уолша соответствует 6 канальным битам. Следовательно,
а также
Сигнал Уолша состоит из 64 элементарных сигналов. Тогда
а также
В соответствии со стандартом IS-95 скорость передачи сигналов расширенного спектра равна 1,2288 миллионов элементарных сигналов в секунду. Тогда
Количество элементарных сигналов расширенного спектра, содержащихся в элементарном сигнале Уолша, равно следующему.
12.8.4.5. Алгоритм типичного телефонного звонка
Включение и синхронизация. С момента включения питаний мобильного устройства приемник начинает поиск контрольных сигналов. Эти сигналы поступают с разных базовых станций; следовательно, псевдослучайные коды этих сигналов имеют различные временные сдвиги. Сигналы одной из базовых станций отличаются от всех прочих сигналов сдвигом, равным длительности 64 элементарных сигналов. Поскольку короткий код имеет максимальную длину, его 15-уровневый регистр сдвига генерирует 215-1=32767 бит. После заполнения последовательности битами, перед повторением всего процесса генерируется 32 768 бит. Следовательно, всего возможно 32768/64 = 512 уникальных адресов. Поскольку базовые станции синхронизированы во времени с погрешностью в несколько микросекунд, 512 псевдослучайных кодов могут быть созданы с помощью сдвига во времени единичной псевдослучайной последовательности. При скорости передачи элементарных сигналов 1,2288 миллионов сигналов в секунду, 75 кадров короткого кода соответствуют интервалу в 2 секунды. Модификация короткого кода с нулевым сдвигом повторяется с наступлением каждой четной секунды. Рассмотрим базовую станцию, адрес которой задается сдвигом кода на 18. Цикл передачи такой станции начинается через ((1864) элементарных сигналов (1/1,2288 106) с/элементарный сигнал) 937,5 мкс после каждой четной секунды.
После того как мобильное устройство завершает поиск и настраивается на наиболее мощный контрольный сигнал, производится синхронизация с одним из 512 уникальных адресов базовых станций. Теперь мобильное устройство может выполнить сужение любого сигнала, поступающего от базовой станции. Однако для использования каналов передачи данных, доступа и поиска необходима синхронизация во времени с системой. При использовании контрольного сигнала в качестве эталона мобильное устройство когерентно демодулирует сигнал синхронизационного канала (32-ричный код Уолша), который станция передает постоянно. Сигналы синхронизационного канала содержат информацию о нескольких системных параметрах. Наиболее важной является информация о состоянии длинного кода в течение последующих 320 мс, что дает мобильному устройству время декодировать данные, заполнять регистры и синхронизироваться во времени с системой. Данный длинный код принадлежит группе кодов, используемых для каналов поиска и доступа. Мобильное устройство выбирает определенный заранее канал поиска, основываясь на его порядковом номере, после чего постоянно проверяет выбранный канал на предмет наличия входящих вызовов. После этого мобильное устройство может быть зарегистрировано базовой станцией, что в случае входящего звонка позволяет производить поиск местоположения мобильного устройства (что легче поиска по всей системе).
Переход в пассивное состояние. Мобильное устройство постоянно производит поиск альтернативных контрольных сигналов. Если обнаруживается контрольный сигнал с большей мощностью, мобильное устройство перенастраивается на соответствующую станцию. Поскольку звонок отсутствует, процесс перехода служит для обновления информации о местоположении устройства. Из синхронизационного канала мобильное устройство получает информацию о временном режиме работы системы. Если бы система включала в себя только одну базовую станцию, режим работы по времени был бы произвольным. Однако в случае нескольких станций используется процесс перехода (если использование времени в системе согласовывается). В стандарте IS-95 применяется всеобщее скоординированное время (Universally Coordinated Time — UTC) с отклонением ±3 мкс. На практике такая координация реализуется с помощью глобальной системы навигации и определения положения (Global Positioning System — GPS), которая устанавливается на каждой базовой станции.
Инициация соединения. Звонок инициируется после того, как пользователь набирает номер телефона и нажимает кнопку "send" (отправить). После этого выполняется проверочное соединение. Мобильное устройство использует регулятор мощности, устанавливая начальную мощность передачи в соответствии с контрольным сигналом. Все каналы доступа имеют разные модификации сдвига длинного кода. В начале проверочного соединения мобильное устройство псевдослучайно выбирает один из каналов доступа и ставит его в соответствие поисковому каналу. Проверочное соединение начинается в момент времени, соответствующий началу интервала канала доступа (что определяется псевдослучайным образом). Ключевым моментом процедуры предоставления доступа является проверка порядкового номера абонента. Такая проверка необходима, поскольку канал доступа может использоваться всеми абонентами без каких-либо ограничений.
Время начала передачи мобильным терминалом определяется первым компонентом многолучевого сигнала, который используется для демодуляции. Мобильное устройство не учитывает время задержки распространения и не вносит соответствующих поправок в параметры передаваемого сигнала. Вместо этого базовая станция постоянно выполняет поиск обратных каналов связи. Мобильное устройство "прослушивает" поисковый канал, ожидая отклика базовой станции. Если отклик не получен (во время использования канала доступа может возникнуть конфликтная ситуация), мобильное устройство повторяет попытку после паузы псевдослучайной длительности. Если же пробный доступ успешно получен, базовая станция предоставляет устройству канал данных (передает код Уолша).
В каналах передачи данных и поисковых каналах применяются различные сдвиги длинных кодов. Поэтому мобильное устройство переходит к использованию кода, который основывается на порядковом номере. После получения кода Уолша мобильное устройство передает последовательность нулей в канал данных, после чего ожидает положительного подтверждения приема от прямого канала данных. Если обмен сигналами прошел успешно, следующим шагом будет звонок вызываемого телефона. Телефонный разговор может начинаться.
Плавный переход. Во время телефонного разговора мобильное устройство может обнаружить альтернативный контрольный сигнал, более сильный по сравнению с используемым. В этом случае на базовую станцию отправляется контрольное сообщение, содержащее информацию о новой станции с более мощным сигналом, а также запрос на плавный переход. Исходная базовая станция передает запрос на контроллер, осуществляющий управление радиоресурсами (base station controller — BSC). В некоторых случаях BSC может быть совмещен с центром коммутации мобильных устройств (Mobile Switching Center — MSC), который управляет параметрами связи, не связанными с радиопередачей (в частности, переключением). Контроллер BSC связывается с "новой" базовой станцией и получает код Уолша. Этот код пересылается мобильному устройству через исходную базовую станцию. В процессе перехода мобильное устройство подключено к двум станциям одновременно. В это время также поддерживается связь между контроллером BSC и двумя базовыми станциями. Мобильное устройство совмещает голосовые сигналы, получаемые от двух станций, используя соответствующие контрольные сигналы в качестве когерентных фазовых эталонов. Прием одновременно двух сигналов, которые для мобильного устройства аналогичны двум многолучевым компонентам, обеспечивается RAKE-приемником. Сигналы мобильного устройства, поступающие на контроллер BSC, являются некогерентными. После сравнения двух полученных сигналов контроллером выбирается более качественный. Сигналы сравниваются с интервалом 20 мс (длительность одного кадра). Исходная базовая станция прекращает поддержку звонка только после того, как установлено соединение в новой ячейке. Подобная двойная поддержка связи снижает вероятность разрыва соединения и значительно улучшает качество связи на границе двух ячеек.