Комп’ютерні записи

“Новий рівень розвитку CDMA- стандарт 1 xEV-DV”

У міру того, як мобільний зв’язок стає всі привычней, ми зі зростаючим нетерпінням чекаємо від її нових видів послуг, таких як повноцінний доступ в Інтернет і потокове відео. Оператори сподіваються заробити на наданні інформації й нових послуг. У виробництві нових видів мережного встаткування й телефонів промисловість бачить можливість вийти із тривалого спаду. Безперервний розвиток технологій мобільного зв’язку покликано забезпечити ці надії. Сьогодні черговим кроком у процесі розвитку є стандарт 1 xEV-DV.

Дві технології.
Стандарт Cdma2000 1x (1x - з однієї несучої) дозволив збільшити вдвічі ємність голосових каналів у порівнянні зі стандартом cdmaOne ( IS-95). Необхідність збільшення швидкості передачі даних і підвищення ефективності використання виділеного діапазону частот привели до подальшого розвитку стандарту Cdma2000 1x.
У результаті з’явилися дві нові технології. Стандарт 1 xEV-DO (Single carrier EVolution-Data Only) відрізняється від cdma2000 тільки збільшеною швидкістю передачі даних (завдяки застосуванню видів модуляції вищого порядку).
Стандарт 1 xEV-DV (Single carrier EVolution-Data and Voice) - ще більше пізніше розвиток стандарту cdma2000. У ньому з’являється можливість одночасної передачі голосу й даних за рахунок динамічного виділення каналів і видів модуляції ще більш високого порядку (до 16-уровневой квадратурної амплітудної модуляції, 16-QAM). Пакети даних діляться на частині й передаються в тимчасових слотах (як в 1 xEV-DO), у той час як голосовий трафик безперервний (як в cdma2000).
Ці дві нові технології розвивалися паралельно на основі стандарту cdma2000. 1 xEV-DV має всі можливості cdma2000 по передачі голосу й додає до них можливість передачі даних по додаткових каналах, забезпечуючи, таким чином, підтримку передачі голосу й даних у рамках однієї технології. Технологія 1 xEV-DV була стандартизована в останніх стандартах 3GPP2 для cdma2000 (такому як C.S 0002-C, фізичний рівень). Стандарт 1 xEV-DO утримується в окремому документі (C.S0024).
Обидва стандарти, 1 xEV-DO і 1 xEV-DV, внесли зміни в керування мережею, що підвищують ефективність її роботи. У системах 1 xEV-DO базова станція завжди передає сигнал на повній потужності, і швидкість передачі даних буде залежати від рівня потужності в місці прийому. Кожний телефон (рухлива станція) посилає базової станції запит на швидкість передачі даних у межах кожного тимчасового слота, і базова станція вирішує, який телефон одержить черговий пакет. Крім того, базова станція стежить за середнім рівнем запитів на швидкість передачі для кожного працюючого телефону. Якщо останній запит швидкості передачі від телефону буде більше, ніж його середній рівень, то телефон буде обраний для передачі пакета даних, а якщо менше, те він одержить менший пріоритет.
Таким чином, дані звичайно передаються телефону, що працює також або краще свого середнього рівня, що максимізує сумарну передачу даних у мережі. Період очікування обслуговування в кожного телефону виходить різний, але, мережний алгоритм визначення кращого телефону бере до уваги час очікування й не допускає тривалого простою.
Ефективна робота CDMA-Систем можлива тільки за умови адаптивного регулювання потужності випромінювання як базової, так і рухливих станцій. Інакше, найближчий до базової станції телефон створював би неприпустимо більші перешкоди для інших телефонів.
У системах 1 xEV-DV керування потужністю в прямому каналі (від базової станції до рухливої станції) при передачі голосу відбувається також як в cdma2000, з покроковою зміною рівня потужності. Однак пакети даних передають із постійним рівнем потужності, а при погіршенні умов зв’язку просто знижують швидкість передачі. Телефон постійно передає інформацію про якість каналу зв’язку на базову станцію, що використовує її й інші показники для встановлення швидкості передачі даних на телефон. Базова станція одержує більше можливостей по адаптації швидкості передачі даних до існуючих умов, чим це допускається в стандарті 1 xEV-DO.
Іншим поліпшенням у системах 1xEV є застосування більше ефективного в порівнянні зі сверточным кодом кодування з виправленням помилок. Також, у випадку достатньої потужності в каналі зв’язку, для передачі пакетів даних застосовуються види модуляції вищого порядку ( 8-PSK або 16-QAM). Ці види модуляції вимагають більше витрат енергії розраховуючи на біт (при незмінному рівні шуму й перешкод), але забезпечують більшу швидкість передачі даних.

Різні структури кадрів.
Дві системи 1xEV мають різну структуру кадрів у прямому каналі. В 1 xEV-DO кадр тривалістю 26,67 мс розділений на 16 слотов (по 1,67 мс кожний), і в кожному слоте застосовується мультиплексування з поділом за часом ( time-division multiplexing - TDM). Залежно від формату пакета, для його передачі можуть знадобитися 1, 2, 4, 8, або 16 слотов. Всі 16 кодів Уолша (кодових каналів) призначені для передачі пакетів даних. Швидкість передачі даних може досягати 2,4 Мб/с.
У стандарті 1 xEV-DV, також як і в cdma2000, використовується кадр тривалістю 20 мс, що ділиться на 16 слотов по 1,25 мс. Субпакеты даних займають 1, 2, або 4 тимчасових слота. Канали даних розділяються за часом від слота до слоту, але, на відміну від 1 xEV-DO, не мають внутрішньої структури TDM у кожному слоте. Хоча, стандарт 1 xEV-DV дозволяє виділені для передачі даних кодові канали розділити навпіл, що уможливлює обслуговування двох абонентів одночасно в одному слоте. В 1 xEV-DV кількість виділених для передачі даних кодів Уолша може мінятися від 1 до 28 (з 32-х). Швидкість передачі даних може становити від 81,6 кб/з до 3,1 Мб/с.
В обох системах структура зворотного каналу (від рухливої станції до базової станції) дуже схожа за формою на структуру зворотного каналу cdma2000. Хоча, деякі функції дороблені для потреб нових систем. Наприклад, в 1 xEV-DO відсутній канал для передачі в мережу інформації з керування потужністю в прямому каналі, але застосовується виділений канал для запитів на швидкість передачі даних. В обох стандартах, 1 xEV-DO і 1 xEV-DV, у каналі зворотного трафика замість сверточного кодування застосовується кодування з виправленням помилок.

Нові канали керування даними в стандарті 1 xEV-DV.
Щоб підкреслити різницю між 1 xEV-DV і попередньою версією cdma2000, на малюнку 1 показана структура прямого каналу 1 xEV-DV, на якій додані канали виділені червоним кольором. “Конфігураціями на вибір” (”Radio configurations”) називають предустановленные формати передачі для параметрів фізичного рівня, таких як швидкість передачі даних, кількість Уолш-Кодів (ортогональних каналів), число біт у пакеті, і вид модуляції. Настроювання “Radio Configuration 10″ була визначена в 1 xEV-DV для прямого каналу передачі пакетних даних (Forward Packet Data Channels - F-PDCH) і для прямого каналу керування пакетними даними (Forward Packet Data Control Channels - F-PDCCH). F-PDCCH забезпечують телефон сигналами керування, а F-PDCH передає пакети даних.

На малюнку 2 показана структура зворотного каналу 1 xEV-DV, на якій також виділені додані канали. У відповідь на дані, отримані в прямому каналі керування пакетними даними, по зворотному каналі підтвердження (Reverse Acknowledgement Channel) з телефону на базову станцію передаються сигнали підтвердження. Канал індикації якості в складі зворотного каналу (Reverse Channel Quality Indicator Channel) використовується телефоном для інформування базової станції про якість прийнятого телефоном сигналу в пілот-каналі (Forward Link Pilot Channel), і для індикації перемикання між базовими станціями.

Види модуляції вищого порядку більше чутливі до помилок.
Як було сказано раніше, в обох системах 1xEV застосовуються види модуляції вищого порядку ( 8-PSK і 16-QAM), на відміну від стандарту cdma2000, у якому єдиним застосовуваним видом модуляції була QPSK. Види модуляції вищого порядку дозволяють збільшити швидкість передачі даних, використовуючи більше щільне “заселення” простори сигналів. Для подання групи з n битов за допомогою M символів (станів сигналу) знадобиться 2n однозначно обумовлених символи. Одним зі способів є кодування кожного символу сигналами з однаковою амплітудою, але з різною фазою. Такий спосіб називається фазовою маніпуляцією (phase shift keying - PSK). У випадку квадратурної фазової маніпуляції (QPSK) кожний з 4-х символів представляє 2 біти, для 8-PSK кожний символ представляє 3 біти. При модуляції 16-QAM для кодування символів використовуються зміни, як фази, так і амплітуди, і кожний символ представляє 4 біти.
Однак, у міру збільшення числа символів у просторі символів, відстань між ними зменшується (при тій же потужності сигналу), що робить такі методи модуляції більше чутливими до шуму. В ідеальному (але повністю нереальному) світі демодулятор приймача завжди буде детектировать символ у єдиній нескінченно малій вибірковій крапці в центрі обмеженої області кожного символу. Звичайно, такого ніколи не відбудеться, тому що шум, перекручування й інші види перешкод вносять невизначеність у положення символу й детектирование відбувається в крапці, відмінної від ідеального місця розташування. Погіршення сигналу внаслідок випадкового шуму, АМ/АМ або АМ/ФМ перекручувань, межсимвольной інтерференції, і взаємних перешкод приводить до неможливості точного визначення символу.
На малюнку 3 показані положення символів і відносна стійкість до шуму застосовуваних в 1 xEV-DV трьох видів модуляції. Очевидно, що модуляція 16-QAM найбільше піддана впливу шуму й жадає від приймача найбільш точної відповідності заданим характеристикам.

Малюнок 3.
Можна прийняти, що, якщо приймач пройшов перевірку демодуляції для 16-QAM, те він пройде тести й для QPSK або 8-PSK, а от зворотне твердження - невірно. Пристрою, що працюють в cdma2000, можуть не підключитися до мережі стандарту 1xEV на високих швидкостях передачі даних.

Новий стандарт 1 xEV-DV вимагає відповідного інструментарію.
Всі ці зміни у форматі cdma2000 вимагають нових можливостей від устаткування, використовуваного для тестування розроблених для 1 xEV-DV наборів мікросхем. Agilent Technologies представила новий додаток Signal Studio (DV і cdma2000) для свого векторного генератора сигналів ESG E4438C і додала як опція можливості 1 xEV-DV для аналізаторів спектра серії PSA. Також доступні опції 1 xEV-DO як для генератора сигналів ESG, так і для аналізаторів спектра PSA.
Signal Studio - це набір програм, що запускаються на персональному комп’ютері. Простий і знайомий графічний інтерфейс ПК надає інженерам високий ступінь гнучкості при конфігуруванні сигналів, необхідних для різних тестів. Програмне забезпечення через GPIB або LAN взаємодіє з векторним генератором сигналів ESG, що генерує й передає сигнали.
Signal Studio для 1 xEV-DV і cdma2000 забезпечує безперервну передачу сигналів 1 xEV-DV і cdma2000, необхідних для тестування приймачів рухливих станцій по параметрах чутливості й частоти появи помилок у пакетах або кадрах, а також для тестування мікросхем приймача в робочому діапазоні частот.
У програмне забезпечення входять:
- висока швидкість передачі даних (до 3,1 Мб/с) і види модуляції вищого порядку;
- чотири нових канали в складі прямого каналу: два короткострокових повністю кодованих канали пакетних даних (PDCH) і два канали керування пакетними даними (PDCCH) у реальному масштабі часу;
- повне кодування каналу для виміру коефіцієнтів помилок для пакетів або кадрів (packet or frame error ratios -PER/FER);
- перемикачі настроювань, що заощаджують час, (RC), включаючи всі настроювання cdma2000 (RC 1-RC5, трафик, доступ, і загальний контроль) і всі 128 настроювань RC10 для 1 xEV-DV;
- графіки інверсії розрядів в області кодів;
- можливість додавати калібрований аддитивный білий гауссовский шум (AWGN) для моніторингу C/N і Eb/No (при наявності опції 403);
Ці можливості дозволяють імітувати одночасне обслуговування абонентів по голосі й даним, і эмулировать безліч активних каналів даних і субпакетов.
Використовуючи Signal Studio для 1 xEV-DV і cdma2000, інженери можуть залишити в минулому трудомістку рутинну роботу з кодування тестових сигналів для цієї нової технології, значно зменшити час і вартість розробки. Предустановленные настроювання й гнучкість користувальницького інтерфейсу дозволяють інженерам установлювати численні сценарії тестування (які можуть бути збережені для повторного застосування), і легко робити модифікації тестів.
Інший важливої складового тестування є аналіз сигналу, створюваного випробовуваним пристроєм. Складним завданням при аналізі сигналів 1 xEV-DV є автоматичне визначення активного кодового каналу. Якщо потужність кодової складової каналу даних безперервна й стабільна, то його легко визначити як активний. Однак кодові канали з модуляцією 8-PSK або 16-QAM набагато сутужніше правильно визначити, якщо сигнал має помилки чергування фаз. Якщо сигнал містить адаптивну модуляцію при передачі пакетів даних, то правильно визначити кодовий канал стає ще сутужніше. (При адаптивній модуляції базова станція може міняти метод модуляції в каналі F-PDCH з QPSK на 16-QAM при переході від слота до слоту). Для підтримки автоматичного визначення активного каналу при вимірах, пов’язаних з кодуванням, і вимірах точності модуляції призначена конфігурація із предустановленным каналом.
Додавання можливості 1 xEV-DV вимірів для аналізаторів спектра серії PSA забезпечує розвинені засоби аналізу модуляції. Виміру параметрів точності модуляції, таких як складова Rho, помилка модуля вектора (error vector magnitude - EVM), помилка частоти, і зрушення пілот-сигналу показують якість сигналу в межах одного слота. Для більше глибокого аналізу буде корисний аналіз в області кодів із записом більше тривалих сигналів (до 32-х слотов). Помилка модуля вектора для символів і інші виміри, такі як помилка амплітуди, помилка фази, і графік потужності символу залежно від часу допоможуть визначити причини помилок.
У цілому, можливості 1 xEV-DV вимірів забезпечують:
- автоматичне визначення активного каналу F-PDCH при видах модуляції 8-PSK/16-QAM;
- ручну установку схеми модуляції як визначена конфігурація для сигналів з адаптивною модуляцією;
- вимір точності модуляції: складовій Rho, помилки модуля вектора (EVM), максимальної помилки в області кодів, помилки амплітуди, помилки фази, помилки частоти, початкового зрушення I/Q, і тимчасового зрушення сигналу даних у межах одного слота;
- аналіз у кодовій області різних даних і графіків у межах максимум 32-х слотов (два кадри 1 xEV-DV і cdma2000).
Додавання варіанта 1 xEV-DV до можливостей вимірів cdma2000 забезпечує більше розвитий аналіз розробок за допомогою аналізатора спектра серії PSA.
Стандарт 1 xEV-DV обіцяє об’єднати в одній системі швидкість передачі пакетів даних і ефективність 1 xEV-DO з можливостями cdma2000 по передачі голосу, образуя притягальне рішення для операторів і користувачів мобільного зв’язку. Для розроблювачів мікросхем і пристроїв мобільного зв’язку, що застосовують нову технологію, критично важливо вчасно одержати необхідні інструменти для тестування цих пристроїв, щоб не програти в конкурентній боротьбі.