6.1. Кодовые последовательности для расширения спектра в радиосистеме многостанционного доступа "СТС-ИСТОК CDMA РРК 3/5.0"
В 2000г. российским государственным предприятием СИЛИКОН ТЕЛЕКОМ СОФТ (СТС) были проведены успешные испытания опытного образца цифровой стационарной радиосимстемы многостанционного доступа "СТС-ИСТОК CDMA РРК 3/5.0".
Данная система предназначена для построения фиксированной радиосвязи по принципу "точка-точка" и "звезда". Система включает базовую станцию (БС), соединенную по интерфейсу Е1 с местной АТС, и абонентские станции (АС), соединенные по интерфейсу Е1 с учрежденческой АТС или локальными сетями. Связь БС с АС осуществляется по радиоканалу в диапазоне 3,4-3,6 ГГц. В системе СТС-ИСТОК CDMA РРК 3/5.0 реализуются принципы МДКР, цифровой коммутации равнодоступных каналов, предоставляемых по запросу, управления и контроля с помощью микропроцессоров и программ. Каждая станция состоит из цифрового модема, реализованного на цифровых сигнальных процессорах типа ADSP-21061 SHARC, программируемых логических схемах типа FPGA XCS40XL-4 и микросхем СТ812, интерфейсов Е1 для связи с АТС, радиочастотного блока и антенного устройства.Основные технические параметры радиосистемы СТС-ИСТОК CDMA РРК 3/5.0 следующие:
полоса частот широкополосного сигнала - 5 МГц;
мощность передатчика: 0,25; 0,35 Вт;
- максимальное число АС на одну БС при односекторной антенне и использовании одной несущей - 2;
общая скорость в радиоканале 4,096Мбит/с;
максимальное число предоставляемых на БС стандартных каналов со скоростью 64 Кбит/с -60;
максимальное число абонентских линий, подключаемых к одной АС - от 30 до 60;
модуляция данных осуществляется методом квадратурной фазовой модуляции (QPSK) для каждого отдельного канала, групповой сигнал соответствует модуляции QAM;
вероятность ошибки на бит передаваемой информации при передаче речевых сообщений и данных в отсутствии многолучевости составляет не более 10"6 и 10*7 соответственно;
для расширения спектра и кодового разделения каналов в прямом и обратном направлениях используются ансамбли ортогональных ПСП длины 128.
Синхронизация осуществляется в обоих направлениях посредством пилот сигналов, образованных на основе последовательностей данного ансамбля и ортогональных сигналам информационных каналов. Применение пилот сигнала позволяет упростить поиск и поддерживать синхронизм во времени между принимаемыми и опорными сигналами в приемнике, облегчить выделение когерентного напряжения в блоке ФАПЧ для когерентного детектирования сигналов синфазной и квадратурной составляющих, задать цикловую синхронизацию всем АС для декодирования помехоустойчивого кода. При этом в качестве последовательностей пилот сигналов выбираются последовательности с наилучшими авто и взаимно-корреляционными свойствами. Для того, чтобы ортогональность сохранялась и на входе приемника БС в системе осуществляется жесткая временная синхронизация всех АС по пилот сигналу БС и вычисление всех временных задержек прохождения радиосигнала от БС к каждой АС с высокой точностью с последующей компенсацией этих задержек. Поэтому данная система радиодоступа является полностью ортогональной в прямом и обратном направлениях, т.е. OCDMA системой. Наряду с выравниванием задержек в системе также реализуется и алгоритм выравнивания мощностей АС. Для борьбы с многолучевостью применяется когерентный RAKE-приемник, работающий по трем лучам. Модульное построение системы позволяет оптимизировать ее по числу пространственных секторов и числу несущих частот в зависимости от числа и расположения абонентов в зоне обслуживания.Рассмотрим более подробно принципы построение системы ортогональных сигналов, используемых в радиосистеме СТС-ИСТОК CDMA РРК 3/5.0
Как известно, системы ортогональных сигналов на основе циркулянтных матриц Адамара обладают плохими ВКФ. Это приводит к росту межканальных интерференционных помех, обусловленных действием многолучевости. Поэтому на практике с целью уменьшения уровня интерференционных помех более целесообразно использовать производные ортогональные системы сигналов, имеющие относительно лучшие взаимно-корреляционные характеристики.
В этой связи были исследованы производные системы сигналов, полученные в результате наложения сверху на строки циркулянтной матрицы Адамара порядка 128 одной и той же производящей кодовой последовательности.
В качестве производящей кодовой последовательности была взята m-последовательность вида:00010111000010000110100000111110110000001010110111111100110110101010001001001100 111100011101110101111010010110010100111001000110 с характеристическим полиномом х7+х6+х5+х2+1. Такой выбор обусловлен следующими обстоятельствами:
- минимальным среди всех возможных других последовательностей значением бокового выброса, равным 12, ее четной и не четной АКФ;
исходя из минимизации взаимно-корреляционных пиков последовательностей во вновь образованных производных системах;
- исходя из максимизации численности сбалансированных ортогональных последовательностей.
Эта последовательность в силу ее хороших корреляционных свойств была использована в качестве пилот сигнала прямого канала. Ниже она обозначена через ml.
В качестве исходных последовательностей при построении матриц Адамара 128 использовались 79 ПСП типа Адамара длины 127 из семейств:
m-последовательностей (т2-г т\8);
последовательностей Лежандра (/1 + /2);
последовательностей Холла (h\ + Аб);
последовательностей А типа (АХ + А\ 8);
последовательностей В типа (Я1 + Я18);
последовательностей С типа (С1 + С18).
Все вышеперечисленные последовательности вместе с последовательностью пилот сигнала ml представлены в Приложении 2. Построенная таким способом производная система сигналов 128 будет состоять из 127-ми последовательностей вида rt = т\ + Т'и, где 0 минимальный уровень боковых лепестков АКФ; минимальный уровень выбросов ВКФ; • максимальное число сбалансированных последовательностей. Заметим, что для низкоскоростных систем абонентского доступа максимальное число индивидуальных абонентов определяется максимальным числом сбалансированных последовательностей в выбранном ансамбле. Это вызвано тем, что для последовательностей пилот сигналов лучше всего использовать последовательности с равным количеством нулей и единиц. При проведении математического моделирования вышеперечисленных производных систем сигналов с помощью системы MATLAB 5.3 на компьютере Pentium 2 были выполнены расчеты их корреляционных характеристик, представленные в таблице 6.1. Сравнительный анализ корреляционных характеристик систем сигналов на основе перечисленных в Приложении 2 исходных последовательностей позволяет сделать следующие выводы. С точки зрения первых двух критериев выбора производные системы тЗ, тб, т14, и ml6 являются наилучшими. Системы сигналов на основе m-последовательностей, образующих с производящей последовательностью ml последовательности Голда, содержат ровно 64 сбалансированные последовательности. Всего имеется 10 таких систем. Максимальным числом сбалансированных последовательностей, равным 84, обладают производные системы на основе последовательностей типа А и С (последовательности А14, С5 и С14). Системы, образованные на основе Голдовских пар m-последовательностей обладают наименьшими выбросами ВКФ при сдвигах на ± 20 чипов относительно нулевого сдвига (точки ортогональности) по сравнению с другими системами. При минимальных значениях обобщенных параметров 8а=40 и 9С=48 наилучшей с точки зрения выбора пилот сигналов является система сигналов ml4. При этом максимум бокового выброса автокорреляции, взятый по всему множеству последовательностей пилот сигналов, равен 36. Указанное в пункте 5 значение может быть уменьшено до 32 в случае системы С14, имеющей 84 сбалансированных последовательностей, что в целом улучшает выбор множества пилот сигнальных последовательностей. Заметим, что при дальнейшем уменьшении этого параметра до 28, количество возможных пилот сигналов в системах т14 и С14 составляет соответственно 52 и 61. Более того, система С14 содержит 11 сбалансированных последовательностей с 9а=20 против 5 аналогичных последовательностей в ml4. Все системы сигналов на основе последовательностей семейств h,/,A,B,C являются нелинейными, что существенным образом повышает их криптостойкость по сравнению с системами на основе т- последовательностей. При проведении испытания аппаратуры СТС-ИСТОК CDMA РРК 3/5.0 использовались две системы сигналов: не оптимальная ш2 и оптимальная ml4. Таблица 6.1. Обобщенные корреляционные параметры производных ортогональных систем сигналов.
Тип системы в.
ш2 64 56 52
шЗ -//- 40 48
пй • II. 48 48
т5 -11- 48 48
тб -II- 40 48
т!4 -11- 40 48
mIS -II. 48 48
тіб -II. 40 48
ml7 .11. 48 56
ml 8 -II. 48 48
A4 .11. 44 56
A5 -II- 48 52
A7 .11. 44 56
AM 84 52 56
B2 -II. 44 56
B9 -II- 48 56
BI4 -II. 44 52
C5 84 44 52
C7 -//- 48 56
a .11. 44 52
CIO .//- 40 56
cn ./I- 40 52
CI2 -II- 48 56
CI4 84 48 48
hi 64 40 52
n 22 44 52
^c&u ' число сбалансированных последовательностей; ва - максимальный уровень боковых лепестков АКФ; вс - максимальный уровень выбросов ВКФ. Выводы Экпериментальные исследования продемонстрировали возможность достижения почти полной ортогонализации сигналов АС на входе приемника БС за счет выравнивания их задержек. При этом число одновременно работающих информационных каналов с BER=I0" составило 60. Испытания показали правильность выбора в качестве последовательности пилот сигнала производящей m-последовательности значности 127 типа ml.